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利用市政污水培育产油斜生栅藻的研究

作　者: 魏玉滨
导　师: 金文标
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 斜生栅藻 生物柴油 市政污水
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


能源短缺与水体富营养化现象加剧是我国目前面临的两大难题。利用市政污水培育产油微藻用于生产生物柴油,不但能够降低生物柴油的生产成本,缓解能源短缺问题;而且可以转移污水中的N和P而净化废水,有助于减轻水体富营养化,保护水体环境。本课题通过查阅相关文献,选取并购买了四种产油微藻。通过考察四种微藻对污水的适应性及脂肪产量,确定一种微藻作为继续研究的对象。在进一步研究中考察了光照、pH、营养物质对该藻种产脂的影响,以及不同处理阶段市政污水培养微藻时藻种的产脂情况及污染物的去除情况,此外还考察了原水水质波动对藻种产脂的影响。最后对影响藻种脂肪产量的几种主要因素进行了优化分析,确定了藻种最佳产脂条件,并在人工污水和实际污水中进行了实验验证。得到的具体成果如下:1)斜生栅藻在污水中表现出最高的比生长速率(0.47d-1)和最高的脂肪产量（0.25g/L）;氮充足情况下培养时脂肪含量约为20.8%,相对较高;在污水中容易成为优势藻种;且斜生栅藻油脂以饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,符合生产生物柴油的标准。因此本课题选择斜生栅藻作为市政污水培养产油微藻的进一步研究对象。2)环境因子对藻种产脂的影响中:斜生栅藻生长及产脂的最佳光照强度为10 000lx,且具有耐高光照强度能力。光照周期对藻种的脂肪含量几乎没有影响,脂肪产量随光照时间的增加而增加。斜生栅藻适宜在中性及偏碱性条件下生长。市政污水主要呈中性,且污水培养微藻过程中由于CO2的不断消耗会导致pH升高,因而应用生活污水培养斜生栅藻时pH条件不会对藻种生长产生抑制作用。pH对藻种的脂肪含量没有影响,脂肪产量与藻产量呈正比。当氮浓度固定（75mg/L）,初始磷浓度在1mg/L8mg/L之间的变化对斜生栅藻的脂肪含量与脂肪产量影响不大。当磷浓度固定（3mg/L）,尿素浓度在20mg/L60mg/L变化时,随氮浓度的增加最终藻密度增加,而脂肪含量随之减少,45mg/L时总脂肪产量最高。氨氮是藻种生长及产脂的最佳氮源。加富CO2可以提高藻种的生长速率及藻产量,但CO2浓度过高会对藻种的生长和产脂产生抑制作用。不适宜投加碳酸盐作为碳源。利用初沉池及二沉池出水污水培养斜生栅藻,连续培养10天后总脂肪产量分别为0.38g/L和0.33g/L。与国内外文献比较,两种污水培养斜生栅藻时脂肪产率优于其他文献中的研究结果。初沉池出水中氨氮为主要氮源且浓度较高,促进了斜生栅藻的生长及产脂,但需进一步提高CODcr的去除效率。此外,原水的水质波会导致最终的脂肪产量的波动,可根据需要增设调节池。4)通过对影响藻种脂肪产量的几种主要因素进行多因子优化研究,确定了斜生栅藻的最佳产脂条件为:光照强度为14 500lx;光照周期为22:2;TN为97mg/L;TP为11mg/L;通入CO2量为9.8%。拟合出最高脂肪产量为0.336g/L。该最佳条件的人工污水验证结果为0.367g/L,相对偏差为8.34%,与相关文献中其他优化结果相比具有优势。实际污水条件下的验证结果中市政污水中的测定值为0.38g/L,高于拟合值及相同条件下人工污水中的测定值,相对偏差为41.17%。主要是由于实际污水的营养物质丰富,细菌降解CODcr后进一步为藻类提供CO2。二次回归方程还有待进一步的优化。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 能源问题  11
    1.1.2 城市污水处理现状  11-12
  1.2 微藻生物柴油技术的研究现状  12-14
    1.2.1 藻生物柴油的国内外研究现状  12-13
    1.2.2 微藻生物柴油技术面临的问题  13-14
  1.3 藻类净化污水的原理  14-16
  1.4 污水培养产油微藻技术的研究现状  16-18
    1.4.1 藻种的选择  16
    1.4.2 控制微藻生长优势  16-17
    1.4.3 污水的选择  17-18
  1.5 课题研究目的及内容  18-21
    1.5.1 课题来源及研究目的  18-19
    1.5.2 本课题的研究内容  19-21
第2章 实验材料与方法  21-31
  2.1 实验装置  21-22
  2.2 实验材料  22-25
    2.2.1 实验用水及水质  22-23
    2.2.2 实验用藻种  23-25
    2.2.3 实验仪器与设备  25
  2.3 实验方法  25-30
    2.3.1 常规指标检测方法  25-26
    2.3.2 微藻定量方法  26-27
    2.3.3 微藻脂肪酸组成分析方法  27-28
    2.3.4 微藻细胞总脂肪测定方法的改进  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 适于市政污水培养的产油微藻的筛选  31-38
  3.1 藻种基本信息介绍  31-32
    3.1.1 Scenedesmus obliquus（斜生栅藻）  31
    3.1.2 Hantzschia（菱板藻）  31-32
    3.1.3 Cyclotella hebeiana（小环藻）  32
    3.1.4 Neochloris oleoabundans（新绿球藻）  32
  3.2 藻种筛选  32-35
    3.2.1 藻种耐污能力考查  32-34
    3.2.2 藻种产油特性考察  34-35
  3.3 斜生栅藻油脂的脂肪酸组成分析  35-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章 环境因子对藻种生长及脂肪产量的影响研究  38-66
  4.1 前期准备实验  38-42
    4.1.1 分光光度法测定藻密度时藻种最佳吸收波长的确定  38-39
    4.1.2 OD_(686)-藻密度标准曲线的绘制  39-40
    4.1.3 微藻最佳收获时期的选择  40-42
  4.2 光照对藻种生长及脂肪产量的影响  42-46
    4.2.1 光照强度的影响  42-44
    4.2.2 光照周期的影响  44-46
  4.3 pH 值对藻种生长及脂肪产量的影响  46-48
  4.4 磷源对藻种生长及脂肪产量的影响  48-51
  4.5 氮源对藻种的生长及脂肪产量的影响  51-54
    4.5.1 氮源种类对藻种的影响  51-53
    4.5.2 氮浓度对藻种的影响  53-54
  4.6 碳源对藻种的生长及脂肪产量的影响  54-58
    4.6.1 加富CO_2 对藻种的生长及脂肪产量的影响  54-57
    4.6.2 加富碳酸盐对藻种生长和脂肪产量的影响  57-58
  4.7 不同处理阶段污水培养斜生栅藻的研究  58-61
  4.8 原水水质波动对斜生栅藻培养的影响研究  61-63
  4.9 本章小结  63-66
第5章 藻种脂肪产量的优化研究  66-72
  5.1 均匀实验方案设计  66-67
  5.2 实验结果分析  67-69
  5.3 实验结果验证  69-70
    5.3.1 脂肪产量最优结果的验证  69-70
    5.3.2 实际污水条件的验证  70
  5.4 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-81
致谢  81

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用 > 技术方法
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