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环境科学与资源利用
利用污水污泥和高浓度二氧化碳培养海洋微藻技术研究
自工业革命以来,不断增长的化石燃料燃烧导致大气中温室气体,尤其是C02浓度越来越高,从而引发了温度升高、海平面上升、洪水泛滥和动植物灭绝等问题。采取经济有效的方法控制温室气体排放,已经成为全球环境保护的热点。虽然人们在减少和抑制C02排放技术方面进行了较多研究,然而,这些技术普遍存在着运行成本高和操作复杂等问题,制约了固碳技术的大规模推广使用。城市污水处理厂产生的污泥中含有丰富的N、P、K等营养成分和多种微量元素。利用污泥培养海洋微藻,不仅可以节省大量微藻培养基,而且生产的微藻还可作为化工原料,实现污泥的资源化利用。基于这些原因,本研究从12种常见海洋微藻中筛选出一种耐酸性和耐高浓度C02的海洋微藻,用于C02的固定,同时采用污水污泥提取液作为微藻生长的氮、磷营养盐以降低固碳成本,在优化微藻生长条件的基础上,将微藻接种到螺旋管式光生物反应器中,并测定了相应的固碳能力。取得的主要成果如下: (1)在优化提取工艺条件的基础上,比较了热碱法、超声波法和加碱超声波法对污泥营养盐的提取效果以及减量效果。结果表明,热碱法的适宜提取条件为pH=13、T=100℃、t=9h;超声波法的适宜提取条件为t=40min;而加碱超声波法在pH=13、pH=400W、t=20min时提取效果最好。在优化的提取条件下,三种方法对污泥N、P的提取效果由高到低依次为:加碱超声波法~超声波法>热碱法,其中,超声波法对N、P的提取率分别达到33.48%、57.5%。综合考虑污泥N、P提取效果及后续微藻培养对pH值的要求,确定超声波法为污泥营养盐提取的最适方法。 (2)采用微板吸光法测定了微藻在不同初始pH值的F/2培养基中的藻细胞密度变化,比较了各种微藻对H2SO4和HNO3所致酸性的适应能力;将耐酸性较强的微藻接种到培养基中,以75ml/min的流量连续通入体积分数为15%的C02,并以通入空气的培养基中生长的微藻为对照,根据培养7d期间藻细胞密度和生物量的变化趋势,进一步筛选得到耐高浓度C02的藻种。结果表明,12种供试微藻中,以杜氏盐藻(Dunaliella tertiolecta)、钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)、海水小球藻(Chlorella pacifica)、小新月菱形藻(Nitzschia Closterium)、亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)、纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis)和绿色巴夫藻(Pavlovaviridis Tseng)的耐酸性较强,可在初始pH=4的培养基中正常生长;而纤细角毛藻是唯一能够耐受15%CO2冲击的藻种,培养结束后,15%CO2处理组的藻生物量达到对照组的102.47%。因此,纤细角毛藻在固定高浓度CO2和减缓温室效应方面具有较好的应用潜力。 (3)在污泥提取液和海水的混合液中,纤细角毛藻生长的最适条件为:通入10%CO2气体、污泥提取液和海水按照1:29比例混合、温度为30℃,光照强度为60001x。 (4)在自制10L螺旋管式光生物反应器中,接种纤细角毛藻,在满足上述优化的生长条件基础上,进一步得到生物反应器的最佳运行条件为:接种量1×106cell/ml,循环流量1200ml/h,通入10%CO2流量为20ml/min。动态循环运行7d期间后,微藻生长情况良好,运行第5d的固碳速率最高,达到0.67 gCO2/L·d。同时,纤细角毛藻能够快速吸收混合培养液中的无机营养盐,运行7d后,NO3--N、NH4+-N、NO2--N、PO43--P的去除率分别达到96.92%、93.32%、77.48%和88.52%,混合液中N、P浓度均能达到《污水综合排放标准》一级标准值的要求,直接排放不会对外部水环境造成不利影响。 总之,纤细角毛藻既有较强的耐酸性,同时又能够在浓度15%的CO2中正常生长,适于工业废气CO2的固定。利用污水厂剩余污泥作为纤细角毛藻的培养基质,既能降低微藻生产成本,还有利于污泥的减量化和资源化。因此,将污泥利用与微藻固碳相结合的技术,在降低工业CO2排放和减缓温室效应方面具有广阔的应用前景。
硕士论文
《中国海洋大学》 2010年硕士论文

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