新型套管式光生物反应器的设计及微藻培养性能实验

为了改善光生物反应器中的传热传质特性,缓解在扩大培养规模时环境浓度梯度对微藻生长的影响,让微藻细胞比较均匀的得到光照和营养物质,强化光生物反应器中光照方向的混合效果,达到大规模高效培养微藻的目的,本文设计沿程曝气型和内螺旋型两种套管式光生物反应器。在此基础之上以 Chlorella vulgaris为培养对象,BG-11为培养基,以细胞干重、溶氧量、pH为检测指标,对其中沿程曝气型套管式光生物反应器的性能进行初步的实验测试。本文主要的研究内容及结果如下:

　　(1)针对管式光生物反应器中由于浓度梯度所带来的管段长度受限的问题,从而提出了一种新型沿程曝气型套管式光生物反应器的设计,同时为了测试该反应器的性能,设计并搭建一套多功能微藻培养实验台,该实验台不仅可以较为精确的控制微藻生长条件,优化微藻大规模培养时的培养参数,也可以测试微藻的固碳、气体和污水处理能力。

　　(2)在实验过程中发现,沿程曝气型套管式光生物反应器和锥形瓶相比,培养体积扩大了72倍,培养10天后微藻的比生长率下降了33.24％,单位体积产率下降了69.84%,下降程度均有所降低,说明沿程曝气型套管式光生物反应器在实现微藻高效规模化培养方面具有一定的优势。

　　(3)相同的实验条件下,套管式光生物反应器采用沿程曝气的供气方式,比生长率比光管式光生物反应器提高了42.94%,单位体积产率提高了137.50%;比两端曝气的供气方式,比生长率提高了17.39%,单位体积产率提高了46.15%。说明套管式光生物反应器采用内管沿程曝气的形式,不仅增大单位光照面积,也在一定程度上促进了微藻的生长。

　　(4)通入气体为空气时,沿程曝气型套管式光生物反应器中溶氧量一直维持在6.0-7.0mg/L之间,波动程度较小,明显优于对照组实验,藻液pH值由7.5上升至9.0,处于微藻可适应范围(4.5-10.6),尚可通过在空气中混入CO2进行调节,说明沿程曝气型套管式光生物反应器可在一定程度上缓解由浓度梯度所带来的管长的限制。

　　本文设计了两种套管式光生物反应器,初步测试了沿程曝气型套管式光生物反应器在微藻扩大培养方面的性能,分析了其结构特点对微藻生长的影响,进而为其结构的优化提供了实验依据,从而对套管式光生物反应器的参数优化及工业规模化高效培养微藻具有一定的指导作用。