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蛋白核小球藻固定高浓度CO_2的试验研究

作　者: 杨启鹏
导　师: 岳丽宏
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 蛋白核小球藻高浓度CO2 CO2固定光合效率
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

进入21世纪,随着社会生产力的不断提高,人类对化石燃料的需求量日益增大,由此所排放出的含高浓度CO₂（体积浓度＞5%）气体对环境影响严重,从而引发了一系列的环境问题,严重阻碍了人类社会的发展脚步。因此如何处理此类气体不仅关系到了社会发展,而且影响到人类的健康。利用微藻光合作用固定CO₂,不仅可以有效减少CO₂的排放量,而且微藻本身具有一定的经济价值,可以广泛应用于食品、能源等方面,因此微藻固碳是一项经济有效的技术,具有广阔的发展空间。本文以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenlidosa）为研究对象,结合大量的试验数据,通过对不同条件（如温度、光照等）下蛋白核小球藻生长情况的研究,计算出蛋白核小球藻对高浓度CO₂的固定速率,确定蛋白核小球藻固定高浓度CO₂的适宜条件,并进行相关机理分析。试验中的每一步都以前一步试验得出的最优条件为前提,最终结论如下:1)控制CO₂浓度（%,v/v）范围在0.035%—100%之间。当CO₂浓度为10%时,蛋白核小球藻固碳速率达到最大。随着CO₂浓度进一步加大,固碳速率逐渐降低,但在CO₂浓度为100%时,蛋白核小球藻仍然可以存活。2)控制初始接种浓度（吸光度值）范围在0.082—0.641之间。试验结果表明,当接种浓度为0.341时,固碳速率达到最大,随后缓慢下降。3)控制环境温度范围在20℃—50℃之间。温度为25℃—30℃时,蛋白核小球藻有较大固碳速率,其中在温度为25℃时达到最大;当温度达到50℃时,蛋白核小球藻不能正常生长,培养的第二天,藻细胞死亡。4)控制气流速度在100ml/min—1500ml/min之间。固碳速率在气流速度为1000ml/min时达到最大。另外设置搅拌速度为200r/min,结果显示搅拌可以大幅度提高低气流速度（100ml/min、500ml/min）下蛋白核小球藻的固碳速率。5)控制藻液初始pH值范围在3—7之间。当初始pH值在5—7之间时,蛋白核小球藻的固碳速率较大,并且当初始pH值为6时达到最大;当初始pH值为3时,微藻死亡。6)控制光强范围在3000lux—90000lux之间。光强在3000lux—8000lux之间时,蛋白核小球藻固碳速率较低;光强为20000lux时,固碳速率明显增大,并在光强为25000lux时达到最大值;光强超过90000lux,蛋白核小球藻不能正常生长,培养的第二天藻细胞死亡。7)控制三种氮源:NaNO₃、NaNO₂、NH₄Cl。结果显示当NaNO₃作为唯一氮源时,蛋白核小球藻固碳速率最高;另外设置NaNO₃浓度在0—10g/L之间,结果显示当NaNO₃浓度为5g/L时,微藻固碳速率最大,随后有所降低,但幅度不大。综上所述,在本试验中,蛋白核小球藻固定高浓度CO₂的适宜培养条件如下:CO₂浓度:10%;初始接种浓度:0.341;环境温度:25℃;气流速度:1000ml/min;藻液初始pH值:6:光照强度:25000lux;氮源种类及浓度:NaNO₃、5g/L。在适宜培养条件下,蛋白核小球藻的最大固碳速率为4.478 gCO₂/L·d。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-21
  1.1 二氧化碳排放的现状及危害  12-14
    1.1.1 二氧化碳排放的现状  12
    1.1.2 二氧化碳的危害  12-14
  1.2 二氧化碳的处理工艺  14-18
    1.2.1 物理法  14-16
    1.2.2 化学法  16
    1.2.3 生物法  16-18
  1.3 微藻固定高浓度CO_2技术的研究现状  18-19
  1.4 课题的来源、研究意义及研究方法  19-21
    1.4.1 课题来源  19
    1.4.2 课题的研究意义和目的  19-20
    1.4.3 课题的研究内容  20-21
第二章微藻固定CO_2的研究机理、材料与方法  21-35
  2.1 微藻对CO_2的固定机理  21-26
    2.1.1 水体中CO_2存在形式  21-22
    2.1.2 光能的吸收和传递  22-23
    2.1.3 类囊体膜上的电子传递  23-24
    2.1.4 CO_2的固定  24-25
    2.1.5 呼吸代谢过程  25-26
  2.2 试验材料  26-28
    2.2.1 藻种来源  26
    2.2.2 试验所需试剂溶液  26-27
    2.2.3 试验所需气体及试验装置  27-28
  2.3 试验计算方法  28-31
  2.4 试验设计  31-35
    2.4.1 藻种预培养  31
    2.4.2 CO_2浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  31
    2.4.3 初始接种浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  31-32
    2.4.4 环境温度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  32
    2.4.5 气流速度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  32-33
    2.4.6 藻液初始pH值对蛋白核小球藻固碳效果的影响  33
    2.4.7 光照强度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  33
    2.4.8 氮源成分及氮源浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  33-35
第三章蛋白核小球藻固碳效果的试验测定  35-74
  3.1 CO_2浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  35-41
    3.1.1 CO_2浓度对蛋白核小球藻生长的影响  35-37
    3.1.2 CO_2浓度对蛋白核小球藻固碳速率的影响  37-38
    3.1.3 CO_2浓度对蛋白核小球藻光合效率的影响  38-39
    3.1.4 讨论分析  39-41
    3.1.5 小结  41
  3.2 初始接种浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  41-45
    3.2.1 初始接种浓度对蛋白核小球藻生长的影响  41-43
    3.2.2 初始接种浓度对蛋白核小球藻固碳速率的影响  43
    3.2.3 初始接种浓度对蛋白核小球藻光合效率的影响  43-44
    3.2.4 讨论分析  44-45
    3.2.5 小结  45
  3.3 环境温度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  45-50
    3.3.1 环境温度对蛋白核小球藻生长的影响  45-47
    3.3.2 环境温度对蛋白核小球藻固碳速率的影响  47-48
    3.3.3 环境温度对蛋白核小球藻光合效率的影响  48
    3.3.4 讨论分析  48-49
    3.3.5 小结  49-50
  3.4 气流速度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  50-57
    3.4.1 通气气流速度对蛋白核小球藻生长的影响  50-51
    3.4.2 通气气流速度对蛋白核小球藻固碳速率的影响  51-52
    3.4.3 通气气流速度对蛋白核小球藻光合效率的影响  52
    3.4.4 搅拌对蛋白核小球藻生长速率、固碳速率及光合效率的影响  52-55
    3.4.5 讨论分析  55-56
    3.4.6 小结  56-57
  3.5 藻液初始pH值对蛋白核小球藻固碳效果的影响  57-61
    3.5.1 藻液初始pH对蛋白核小球藻生长的影响  57-58
    3.5.2 试验过程中pH的变化  58-59
    3.5.3 初始pH对蛋白核小球藻固碳速率的影响  59
    3.5.4 初始pH对蛋白核小球藻光合效率的影响  59-60
    3.5.5 讨论分析  60-61
    3.5.6 小结  61
  3.6 光照强度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  61-66
    3.6.1 光照强度对蛋白核小球藻生长的影响  61-63
    3.6.2 光照强度对蛋白核小球藻固碳速率的影响  63-64
    3.6.3 光照强度对蛋白核小球藻光合效率的影响  64
    3.6.4 讨论分析  64-66
    3.6.5 小结  66
  3.7 氮源成分及浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  66-74
    3.7.1 氮源成分对蛋白核小球藻固碳效果的影响  66-69
    3.7.2 氮源浓度对蛋白核小球藻固碳效果的影响  69-72
    3.7.3 分析讨论  72-73
    3.7.4 小结  73-74
第四章结论及建议  74-77
  4.1 结论  74-76
  4.2 建议  76-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  82-83
致谢  83

蛋白核小球藻固定高浓度CO_2的试验研究

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