固定化培養(yǎng)微藻去除水體中氮磷及藻液蒸發(fā)濃縮的研究.pdf

1、近年來,世界范圍內(nèi)人口急劇增長(zhǎng)與工業(yè)的快速發(fā)展,帶來了資源、能源面臨枯竭及環(huán)境嚴(yán)重污染的三重困境。由于具有將廢棄物轉(zhuǎn)化成生物燃料、食品、飼料原料以及其他高附加值生化產(chǎn)品的巨大潛能,微藻制備生物燃料及相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的研究已取得巨大進(jìn)展。另外,鑒于微藻對(duì)環(huán)境中的廢氣、廢水處理領(lǐng)域的能力,眾多科學(xué)家已將微藻作為環(huán)境生物修復(fù)的首選工具。本文著重于對(duì)纖維素硫酸鈉-聚二甲基二烯丙基氯化銨(NaCS-PDMDAAC)微膠囊固定化培養(yǎng)微藻去除人工水體中的

2、污染物,并采用蒸發(fā)濃縮等方法采收微藻液中微藻等進(jìn)行了初探性研究。
　　 首先,使用非均相法制備纖維素硫酸鈉(NaCS),一步法制備NaCS-PDMDAAC微膠囊,采用了多種理化表征手段如掃描電鏡(SEM)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡-能量彌散X射線檢測(cè)(SEM-EDX)以及核磁共振圖譜(NMR)等對(duì)微膠囊進(jìn)行了表征。提出NaCS與PDMDAAC基團(tuán)由于離子間相互吸引而發(fā)生的交聯(lián)反應(yīng)。NaCS-PDMDAAC微膠囊

3、具有膜柔韌性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn),尤其適合用于培養(yǎng)生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)(如微藻)的微生物。
　　 其次,以額外添加氮和磷的改良MLA培養(yǎng)基為人工水體,研究了不同膠囊密度對(duì)細(xì)胞去除氮和磷的影響。結(jié)果表明,在膠囊密度為3.80％時(shí),Chlorella sp.細(xì)胞的氮磷去除速率最優(yōu),分別為10.82和7.21 mg/g·d;Chlorella sp.分別能耐受大于100 mg/L的氮和磷。在膠囊密度為9.53％、初始T-N和PO43--P濃

4、度分別為113.9和102.48mg/L的條件下固定化培養(yǎng),獲得了較高的細(xì)胞的T-N及PO43--p平均去除速率,分別是12.56和10.24 mg/g·d。研究結(jié)果還表明,NaCS-PDMDAAC-Chlorella sP.細(xì)胞微膠囊具有較強(qiáng)的對(duì)不同批次水體的適應(yīng)能力。在適當(dāng)條件下進(jìn)行膠囊回收培養(yǎng)后,NaCS-PDMDAAC-Chlorella sp.微膠囊沒有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
　　 隨后,進(jìn)行了NaCS-PDMDAAC固定化與

5、懸浮培養(yǎng)Chlorella sp.細(xì)胞的理化差異分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在NaCS-PDMDAAC固定化培養(yǎng)與懸浮培養(yǎng)的條件下,Chlorella sp.細(xì)胞形態(tài)學(xué)存在明顯差異,細(xì)胞總油脂含量、脂肪酸種類和含量、色素含量以及蛋白表達(dá)也存在差異。
　　 最后,設(shè)計(jì)了微藻液的真空液池沸騰蒸發(fā)系統(tǒng),獲得了微藻懸浮液的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱等基本流變力學(xué)數(shù)據(jù)。研究表明,在較低的細(xì)胞濃度下(≤24 g/L),微藻懸浮液為牛頓型流體(Newton

6、ian fluid),而高于此濃度的藻液為非牛頓型流體(Non-Newtonian fluid)。無機(jī)鹽離子及微藻細(xì)胞對(duì)微藻液核泡沸騰蒸發(fā)的傳熱傳質(zhì)效率有明顯的促進(jìn)作用。采用電熱降膜蒸發(fā)技術(shù),在壓力為-80 kPa(大氣壓設(shè)為相對(duì)零點(diǎn))的條件下,考察了不同條件對(duì)微藻液傳熱傳質(zhì)的影響。結(jié)果表明,不同濃度微藻細(xì)胞降膜蒸發(fā)時(shí)將發(fā)生核泡沸騰。微藻液的傳熱傳質(zhì)系數(shù)受到加熱器表面與流體之溫差、流體流動(dòng)速率以及流體中懸浮微藻濃度等多個(gè)因素的影響。推測(cè)