微藻混合培养强化餐厨沼液处理效果及机制

利用微藻混合培养处理餐厨垃圾消化沼液具有高效固碳脱氮的优势,然而存在优选混合培养比和协同强化作用机制不明的问题。对比分析了普通小球藻（Chlorella vulgaris）、斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）和雨生红球藻（Haematococcus pluvislis）在单一和混合培养模式下的微藻生长特性和沼液处理效果,研究了微藻的胞外可溶性聚合物（SAP）对微藻生长的促进效果及竞争协同机制。结果表明:斜生栅藻和雨生红球藻为最佳的微藻组合,最大生物量为0.655 g/L,COD去除率为76.2%,NH₄+-N去除率为60.1%;雨生红球藻和斜生栅藻之间存在hormesis效应,释放的可溶性微藻产物SAP作为异种化感物可被对方利用,且两者对不同污染组分同化能力存在差异性,形成协同竞争作用缓解了高浓度废水及SAP对微藻生长的抑制,可为微藻混合培养提高生物质产量与强化沼液处理效果提供参考。     

小球藻捕集高浓度CO_2培养工艺的初步研究

利用自组装工艺流程对驯化后的小球藻进行CO2捕集实验和相应培养工艺条件的初步研究。由于抑制小球藻生长的主要影响因素是高浓度的CO2气体和由于CO2溶解于培养液中导致的溶液p H值的降低,为了能够优化培养工艺,在实验中设计了2种培养体系分别考察这些影响因素对藻生长的影响。实验发现高密度藻细胞培养体系对高浓度CO2和低p H环境的耐受能力要大于低密度细胞培养体系,并且生长速度和固碳能力也相应提高。这是由于高密度细胞培养体系有更好的p H缓冲能力和吸收CO2的能力。这样的培养特性为进一步优化微藻培养体系,分段培养小球藻进行大规模CO2的捕集和利用提供了有力的实验数据。     

生物膜贴壁培养小球藻净化猪粪沼液废水的效果

微藻处理猪粪沼液废水是一项污水资源化生物技术.本文以小球藻为研究对象,通过贴壁培养方式,对稀释不同倍数的猪粪沼液废水进行净化处理同时提取藻细胞油脂,旨在探究小球藻贴壁培养处理猪粪沼液废水的效果,分析小球藻耐受猪粪沼液废水的氨氮浓度.将猪粪沼液废水分别稀释1倍(原水)、2倍、5倍、10倍制成培养基.测定贴壁培养小球藻对各处理组猪粪沼液废水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率及对重金属铜、锌、铁的富集效果,同时探究小球藻的油脂合成情况.结果表明,当猪粪沼液废水稀释5倍时,贴壁小球藻对COD、氨氮、总氮、总磷的净化效果最佳,其去除效率分别为:86.8%、94.1%、85.2%、84.3%;油脂含量高达32.7%;对重金属铜、锌、铁的去除效率分别为:72.9%、70.0%、73.0%;培养一个周期结束时生物产率达到4.21 g·(m~2·d)~(-1).该研究将微藻与难处理的猪粪沼液废水深度净化进行了有效的结合,为实现藻类生物燃料工艺生产及降低废水处理成本提供理论基础.     

基于沼液的培养基及产油小球藻藻种选育

将产油小球藻培养与沼液污水处理结合,为小球藻生长提供营养和水源,同时实现了沼液污水的无害化处理.本研究利用4种产油小球藻,在沼液污水与绿藻培养基体积比为1∶9、1∶3、1∶1、3∶1形成的培养基中培养,以产油率为指标,选育出获得最高产油率时的沼液污水-绿藻培养基配比和小球藻藻种.结果表明,产油率最高的培养基体积比为1∶3,小球藻藻种为BJ05,该工况下产油率达到9.20 mg·(L·d)-1,高于纯绿藻培养基中的8.66 mg·(L·d)-1.在1/4污水比例培养基基础上,考查添加绿藻培养基中不同营养组分对BJ05产油率的影响,结果发现,在同时不添加碳酸钠和柠檬酸的情况下,BJ05的产油率为9.36 mg·(L·d)-1,COD、TN(总氮)、TP(总磷)、NH+4-N去除率分别达到59%、75%、61%、100%.而其他营养成分缺失则显著降低了BJ05的生物量,进而降低了产油率,所以进一步优化培养基为绿藻培养基中不添加碳酸钠和柠檬酸的体积比为1∶3的沼液污水-绿藻培养基.     

不同氨氮浓度对4株常见藻株生长及酶活性的影响

高氨氮问题是影响微藻处理养猪沼液的难点.本文以筛选获得的衣藻、葡萄藻、紫球藻和栅藻为研究对象,液体培养下模拟现实沼液废水,分别于培养基中设置50、500和2 000 mg·L~(-1)的氨氮浓度,探究不同氨氮浓度对微藻生长及藻细胞酶活性的影响.结果表明,不同氨氮浓度下,衣藻和栅藻的生长受到不同程度的抑制,生物量和生物产率均低于正常培养基;50 mg·L~(-1)氨氮下紫球藻的生物量和生物产率分别为1. 78 g·L~(-1)和0. 16 g·(L·d)~(-1),高于KOCK培养基; 500 mg·L~(-1)氨氮中葡萄藻的生物量和生物产率分别为1. 95 g·L~(-1)和0. 18 g·(L·d)~(-1),高于BG11培养基.各藻种的SOD、POD和CAT均表现为随着氨氮浓度的升高,活性最终呈下降的趋势,丙二醛(MDA)亦然.本研究期望为微藻处理高浓度氨氮沼液提供理论基础.     

电厂冷却水培养核诱变微藻固定15％CO2

经~(60)Co-γ射线核辐射诱变、高盐度定向筛选和高浓度CO_2梯度驯化,获得了可耐受15%CO_2(体积分数)和海水盐度的核诱变小球藻固碳藻株。利用实际电厂循环冷却海水培养核诱变藻株固定模拟燃煤烟气15%CO_2,结果表明:核诱变藻株在加入了氮、磷营养盐的冷却海水中比生长速率可达1. 42/d,生物生产力可达0. 72 g/(L·d),与f/2海水培养基培养的核诱变藻株相比,分别提高了10%和28%。微藻固碳效率受盐度影响,核诱变藻株在电厂循环冷却海水中的固碳速率可达0. 68 g/(L·d),为同期f/2海水培养基条件下固碳速率的1. 9倍。PCA分析表明,15%CO_2条件下循环冷却海水各组分对微藻生长贡献基本相当。利用循环冷却海水培养微藻可有效固定煤电行业烟气中15%CO_2,为燃煤电厂废水废气资源化综合利用提供了新思路。     

不同营养模式下固定化斜生栅藻和普通小球藻氨氮去除能力对比分析

微藻培养耦合污水处理是一项极具潜力的绿色生物技术,具有污染物减排和资源化的双重效应.为明确不同微藻固定化后对NH₄+-N去除的差异及优势,以斜生栅藻和普通小球藻为研究对象,以自由生长为对照,通过5 d的批次培养试验对比分析了2种固定化微藻不同营养模式下对NH₄+-N污水的适应性及其生长特性.结果表明:①对比自由生长,固定化生长可有效提升斜生栅藻在自养和异养模式下的NH₄+-N去除能力,2种模式下最大去除率分别为98%和53%,而在混养模式下,最大去除率则从100%降至86%.②固定化生长对普通小球藻NH₄+-N去除率的提升较弱,仅在自养模式下发挥正效应,最大去除率可升至37%,在混养模式下,其自由生长优势强于固定化生长,当C/N为10时,NH₄+-N第4天即可完全去除.③固定化生长并未改变混养模式下2种微藻生长对ρ(COD_Cr)的依赖性,而该效应在异养模式下并不明显.④除自养模式外,固定化生长均略低于自由生长,并且普通小球藻的生长速率也显著高于斜生栅藻.研究显示,斜生栅藻单个细胞对NH₄+-N的去除能力优于普通小球藻单个细胞,斜生栅藻污水培养的适应性更强,并且固定化自养模式最佳,而普通小球藻固定化优势微弱.      

CO2浓度对微藻-真菌共生体生物净化沼液沼气的影响

以微藻-真菌(小球藻-灵芝菌)共生体系为研究对象,并在2种浓度(10-7,10-9 mol/L)合成独角金内酯(GR24)的诱导下,探究6种CO₂浓度对该体系同步净化沼液和沼气的影响。在GR24的诱导下,微藻-真菌系统的代谢和微藻的光合作用增强,使藻-菌共生体快速生长,进一步增强了系统的净化性能。此外,GR24通过提高微藻细胞碳酸酐酶活性,增强了共培养体系的CO₂去除性能。结果表明:最佳的GR24浓度为10-9 mol/L,最适宜藻-菌共生体系的CO₂浓度为45%,在此最优条件下,小球藻-灵芝菌共生体系对沼液的COD、TN和TP的平均去除率分别为(83.37±8.04)%、(82.07±7.74)%和(85.43±8.26)%,沼气中CO₂的平均去除率为(62.07±5.94)%。     

薄荷提取物对3株微藻生长特性的影响

薄荷中含有不同的化感物质,其化感作用可能抑制或促进微藻生长,达到对水华微藻或商业微藻的调控作用。该研究以铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻为受试藻种,探究了薄荷提取物对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻生长特性的影响。发现薄荷提取物对铜绿微囊藻(蓝藻)的生长具有抑制作用,其抑制率最大可达97%,而对蛋白核小球藻和栅藻(均为绿藻)的生长具有一定的促进作用,最大促进率可分别达552%和176%,两株受试绿藻的干重最大增加0.60 g/L和0.62 g/L。可见,薄荷提取物对不同藻种的生长特性影响不同,通过添加薄荷提取物控制微藻生长,达到对不同藻种的调控作用。     

氮磷比对蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻种间竞争的影响

通过单独培养和共同培养的方法,以Na NO3和KH2PO3为氮源和磷源,研究了氮磷比(4、6、9、10、13、16、22、36和91)对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)生长和种间竞争的影响,并对其作用机制进行了探讨.结果表明:在单独培养模式下,蛋白核小球藻在N/P为4~22时生长适宜,N/P22时生长受抑制,而塔玛亚历山大藻在N/P为4和6时生长适宜,N/P6时生长受抑制;在共同培养模式下,蛋白核小球藻具有竞争优势,而塔玛亚历山大藻的生长受抑制,且N/P为13和16时蛋白核小球藻种群竞争优势最明显;蛋白核小球藻和塔玛亚历山大藻的培养滤液对彼此生长均未产生抑制作用,由此推测,两种微藻的种间竞争主要以资源利用性竞争为主.结果可为开发利用饵料藻进行赤潮生物防控提供一些理论依据.     

无机碳源对Chlorella sp. TCCC45058生长的影响

自然界中无机碳主要以CO2、HCO3-、CO32-三种形式存在,不同形式的无机碳源对微藻生长影响显著。实验结果显示,Chlorella sp.TCCC45058难以利用CO32-,却能够以CO2、HCO3-作为碳源,其最适浓度分别为12.83 mmol/L和16.51 mmol/L,实验中最高生物量达到0.95 g/L。CO32-浓度过高会显著抑制该藻的光合作用速率,而适当提高HCO3-浓度会使光合作用速率得到一定程度的提高,以CO2作碳源时该藻的光合作用速率最高,而且该速率不会因CO2浓度改变而发生明显变化。以CO32-为碳源时细胞叶绿素a含量很低,仅为9 mg/g;当HCO3-、CO2作碳源时无论浓度如何变化,细胞叶绿素a含量均无明显差异,约为14~17 mg/g。     

内置LED光源平板型光生物反应器用于微藻培养

为降低光生物反应器(PBR)的光照能耗和提高微藻对光能的利用效率,自制了内置LED光源的平板型光生物反应器,用于绿藻普通小球藻(Chlorella vulgaris)的培养和CO2生物固定.评价了这种新型反应器的进气CO2浓度对生物质产率(BP)、CO2固定速率( )和油脂产率(LP)的影响.经过10d连续培养后,与通入空气的对照组相比,浓度1%~10%的CO2均明显促进微藻生长,BP [0.258和0.263g/(L?d)]、最大 [1.18、1.00gCO2/(L?d)]和指数生长期平均 [0.57、0.62gCO2/(L?d)]的高值均出现在CO2 1%、2.5%处理组中.较高浓度(5%、10%)CO2在培养初期造成酸化现象,导致藻细胞密度和生物量较低.CO2浓度变化对微藻总脂含量(17.81%~23.13%)影响较小,以CO2 2.5%条件下得到微藻油脂产率最大[60.71mg/(L?d)].本研究证明,所设计的平板型PBR能够高效培养用于CO2固定和生物柴油原料生产的微藻.     

水生微藻固定空气中CO2的研究进展

大气中CO2含量升高是导致温室效应的主要原因,因此CO2是温室气体减排的重点。本文介绍了固定空气中CO2的微藻种类及其固定CO2的效果,探讨了微藻固定空气中CO2的机制,分析了进气中CO2浓度、温度、pH值及光照等因素对微藻固定空气中CO2的影响,并展望了微藻固定CO2的发展以及应用前景。     

纳米TiO2对中肋骨条藻和杜氏盐藻的毒性效应研究

纳米材料的广泛应用增加了其进入海洋环境的风险,目前急需探明纳米材料的毒性效应和致毒机理。本文选用常见的纳米TiO₂ （nano-TiO₂）作为实验材料,通过进行微藻的生长抑制实验,测定微藻叶绿素的含量和脂质过氧化水平,探究了nano-TiO₂对两种海洋微藻中肋骨条藻（Skeletonema costatum）和杜氏盐藻（Dunaliella salina）的毒性效应。同时利用扫描电镜观测了微藻对nano-TiO₂的吸附作用,并初步研究了nano-TiO₂的沉降效应。结果表明,nano-TiO₂对海洋微藻S.costatum和D.salina的生长和光合作用均有抑制,且对两种微藻的毒性大小相似;nano-TiO₂会被微藻吸附,对微藻产生氧化损伤,抑制微藻的生长和光合作用,是nano-TiO₂对微藻产生毒性的主要原因;因nano-TiO₂在实验介质中会发生沉降,实际所有实验结果均在低于原设定浓度下获得。     

模拟烟气条件下野生混合微藻的培养

开发利用生物质能是解决能源紧张和一系列全球环境问题的有效途径之一.微藻是一种具有发展前途的新型生物质能原料,利用烟气培养微藻不仅为生物质能的开发提供了新的途径,而且能够直接削减烟气CO₂的排放,对于减缓全球气候变化具有积极意义.以野生混合微藻为对象,利用模拟烟气在柱状光生物反应器内培养微藻,通过180 d的培养,考察光照条件和CO₂对微藻生长的影响及光照条件对细胞粗脂肪含量的影响.结果表明:驯化后的混合微藻对CO₂具有生理敏感性,烟气中的CO₂可以明显提高其生长速率;全天光照可提高微藻生长速率,并有利于生长速率和微藻生物量的稳定;在微藻生物量和光合有效辐射日总量一定的条件下,全天24 h光照比12 h∶12 h更有利于细胞粗脂肪的积累.      

中肋骨条藻与锥状斯氏藻藻际细菌溶藻效应研究

通过向对数生长期的中肋骨条藻和锥状斯氏藻培养体系中分别加入体积分数1%和10%的2216E培养基,以未加入培养基的对照组和10%无菌组作为对照,研究藻际细菌的溶藻效应.结果表明,对照组、1%组及10%无菌组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长未受抑制,而10%组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长则受到显著的抑制(p0.001),在第96h时,藻细胞几乎都被裂解,藻细胞数、叶绿素a含量及叶绿素荧光效率(Fv/Fm)显著低于对照组、1%组及10%无菌组(p0.001),表明藻际细菌具有抑制微藻生长的作用.在整个溶藻过程中,中肋骨条藻10%组细菌丰度增加了约250倍,锥状斯氏藻10%组藻际细菌丰度增加了约300倍,藻际细菌丰度的剧增可能是溶藻的主要原因.作为溶藻效果的评价指标,叶绿素荧光效率要优于细胞形态的改变、藻细胞数量的变化及叶绿素a含量,是较理想的溶藻检验指标.     

鞘藻对沼液中磷的去除机理分析

利用微藻对沼液进行二级处理是一类绿色经济的废水处理方式,具有可观的应用前景。研究测定了鞘藻在处理沼液过程中藻的生长速度、DO和pH变化,并通过同位素示踪法分析了沼液中磷素的去除速率及其途径。结果表明:鞘藻在沼液中Chl-a浓度达到3.35 mg/L,是初始浓度的3.13倍,TP去除率为91.22%。TP去除机理分析表明:沼液中残留的微生物对TP的去除影响小;沼液处于好氧状态,很难形成气态PH₃进入大气;碱性条件下,且存在Ca2+、Mg2+等阳离子的协同作用,约30%的TP通过磷酸盐沉淀去除,约60%的TP通过鞘藻同化去除。综合来看,TP浓度的降低主要是通过鞘藻的生长吸收和磷酸盐沉淀所致,要进一步提高TP的去除率,应降低DO值并保持适宜的N/P。     

络合剂Fe(Ⅱ)EDTA对微藻络合体系的影响

高昂的微藻培养成本限制了微藻能源的大规模工业化生产。从降低微藻培养成本的角度出发,将能源微藻的培养与烟道气中脱除NO的两个过程耦联,并使用络合剂Fe(Ⅱ)EDTA提高NO吸收效率。研究通过设置不同的络合剂浓度来观察NO的去除效果和对藻细胞生长、油脂积累的影响。实验发现,络合剂会被系统中的氧化剂氧化而失去络合能力,但微藻可将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ),系统达到Fe(Ⅱ)浓度平衡,具备持续高效去除NO的能力。当络合剂浓度为20 mmol/L时,系统出口处检出的NO浓度为93 mg/L,NO去除率为76.75%。实验结果还发现,高浓度络合剂不利于微藻细胞的生长和油脂积累,系统反应24 h后两种对应的光密度(OD值)和油脂含量分别为0.82、9.93%和0.69、8.89%。因此,在构建微藻-络合剂体系中,初始络合剂浓度应兼顾NO的去除和细胞生长代谢、油脂积累,使系统效果达到最优。     

Microalgae cultivation using an aquaculture wastewater as growth medium for biomass and biofuel production

Microalgae as a main feedstock has attracted much attention in recent years but is still not economically feasible due to high algal culture cost. The objective of this study was to develop a comprehensive eco-friendly technology for cultivating microalgae Platymonas subcordiformis using aquaculture wastewater as growth medium for biomass and biofuel production. Platymonas subcordiformis was grown in pretreated flounder aquaculture wastewaters taken from different stages. Each of wastewater contained different levels of nutrients. The biomass yield of microalgae and associated nitrogen and phosphorous removal were investigated. The results showed that algal cell density increased 8.9 times than the initial level. Platymonas subcordiformis removed nitrogen and phosphorus from wastewater with an average removal efficiency of 87%–95% for nitrogen and 98%–99% for phosphorus. It was feasible to couple the removal of nitrogen and phosphorus from wastewater to algal biomass and biofuel production. However, further studies are required to make this technologies economically viable for algae biofuel production.