论文部分内容阅读
近年来,世界范围内人口急剧增长与工业的快速发展,带来了资源、能源面临枯竭及环境严重污染的三重困境。由于具有将废弃物转化成生物燃料、食品、饲料原料以及其他高附加值生化产品的巨大潜能,微藻制备生物燃料及相关产品技术的研究已取得巨大进展。另外,鉴于微藻对环境中的废气、废水处理领域的能力,众多科学家已将微藻作为环境生物修复的首选工具。本文着重于对纤维素硫酸钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵(NaCS-PDMDAAC)微胶囊固定化培养微藻去除人工水体中的污染物,并采用蒸发浓缩等方法采收微藻液中微藻等进行了初探性研究。
首先,使用非均相法制备纤维素硫酸钠(NaCS),一步法制备NaCS-PDMDAAC微胶囊,采用了多种理化表征手段如扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜-能量弥散X射线检测(SEM-EDX)以及核磁共振图谱(NMR)等对微胶囊进行了表征。提出NaCS与PDMDAAC基团由于离子间相互吸引而发生的交联反应。NaCS-PDMDAAC微胶囊具有膜柔韧性好、结构稳定性强等特点,尤其适合用于培养生长周期较长(如微藻)的微生物。
其次,以额外添加氮和磷的改良MLA培养基为人工水体,研究了不同胶囊密度对细胞去除氮和磷的影响。结果表明,在胶囊密度为3.80％时,Chlorella sp.细胞的氮磷去除速率最优,分别为10.82和7.21 mg/g·d;Chlorella sp.分别能耐受大于100 mg/L的氮和磷。在胶囊密度为9.53％、初始T-N和PO43--P浓度分别为113.9和102.48mg/L的条件下固定化培养,获得了较高的细胞的T-N及PO43--p平均去除速率,分别是12.56和10.24 mg/g·d。研究结果还表明,NaCS-PDMDAAC-Chlorella sP.细胞微胶囊具有较强的对不同批次水体的适应能力。在适当条件下进行胶囊回收培养后,NaCS-PDMDAAC-Chlorella sp.微胶囊没有出现泄漏现象。
随后,进行了NaCS-PDMDAAC固定化与悬浮培养Chlorella sp.细胞的理化差异分析。实验结果表明,在NaCS-PDMDAAC固定化培养与悬浮培养的条件下,Chlorella sp.细胞形态学存在明显差异,细胞总油脂含量、脂肪酸种类和含量、色素含量以及蛋白表达也存在差异。
最后,设计了微藻液的真空液池沸腾蒸发系统,获得了微藻悬浮液的导热系数、密度、比热等基本流变力学数据。研究表明,在较低的细胞浓度下(≤24 g/L),微藻悬浮液为牛顿型流体(Newtonian fluid),而高于此浓度的藻液为非牛顿型流体(Non-Newtonian fluid)。无机盐离子及微藻细胞对微藻液核泡沸腾蒸发的传热传质效率有明显的促进作用。采用电热降膜蒸发技术,在压力为-80 kPa(大气压设为相对零点)的条件下,考察了不同条件对微藻液传热传质的影响。结果表明,不同浓度微藻细胞降膜蒸发时将发生核泡沸腾。微藻液的传热传质系数受到加热器表面与流体之温差、流体流动速率以及流体中悬浮微藻浓度等多个因素的影响。推测在降膜蒸发过程中,微藻液的起泡机理为核泡沸腾及湍流波浪破碎形成两种机理共同存在。