新型套管式光生物反應器的設計及微藻培養性能實驗

為了改善光生物反應器中的傳熱傳質特性,緩解在擴大培養規模時環境濃度梯度對微藻生長的影響,讓微藻細胞比較均勻的得到光照和營養物質,強化光生物反應器中光照方向的混合效果,達到大規模高效培養微藻的目的,本文設計沿程曝氣型和內螺旋型兩種套管式光生物反應器。在此基礎之上以 Chlorella vulgaris為培養對象,BG-11為培養基,以細胞干重、溶氧量、pH為檢測指標,對其中沿程曝氣型套管式光生物反應器的性能進行初步的實驗測試。本文主要的研究內容及結果如下:

　　(1)針對管式光生物反應器中由于濃度梯度所帶來的管段長度受限的問題,從而提出了一種新型沿程曝氣型套管式光生物反應器的設計,同時為了測試該反應器的性能,設計并搭建一套多功能微藻培養實驗臺,該實驗臺不僅可以較為精確的控制微藻生長條件,優化微藻大規模培養時的培養參數,也可以測試微藻的固碳、氣體和污水處理能力。

　　(2)在實驗過程中發現,沿程曝氣型套管式光生物反應器和錐形瓶相比,培養體積擴大了72倍,培養10天后微藻的比生長率下降了33.24％,單位體積產率下降了69.84%,下降程度均有所降低,說明沿程曝氣型套管式光生物反應器在實現微藻高效規模化培養方面具有一定的優勢。

　　(3)相同的實驗條件下,套管式光生物反應器采用沿程曝氣的供氣方式,比生長率比光管式光生物反應器提高了42.94%,單位體積產率提高了137.50%;比兩端曝氣的供氣方式,比生長率提高了17.39%,單位體積產率提高了46.15%。說明套管式光生物反應器采用內管沿程曝氣的形式,不僅增大單位光照面積,也在一定程度上促進了微藻的生長。

　　(4)通入氣體為空氣時,沿程曝氣型套管式光生物反應器中溶氧量一直維持在6.0-7.0mg/L之間,波動程度較小,明顯優于對照組實驗,藻液pH值由7.5上升至9.0,處于微藻可適應范圍(4.5-10.6),尚可通過在空氣中混入CO2進行調節,說明沿程曝氣型套管式光生物反應器可在一定程度上緩解由濃度梯度所帶來的管長的限制。

　　本文設計了兩種套管式光生物反應器,初步測試了沿程曝氣型套管式光生物反應器在微藻擴大培養方面的性能,分析了其結構特點對微藻生長的影響,進而為其結構的優化提供了實驗依據,從而對套管式光生物反應器的參數優化及工業規模化高效培養微藻具有一定的指導作用。