市政污水微藻种类鉴定及污水培养小球藻研究

论文摘要

微藻是支持未来生物燃油可持续发展最有前景的原料,但目前微藻生物柴油发展的主要障碍是生产成本太高。在微藻生物燃油生产成本中微藻的规模化培养成本占有重要地位。工业化大规模培养生物燃油原料微藻时,合适藻种、培养基及培养条件的选择对提高微藻生物质及油脂产率,降低微藻生物柴油生产成本,提高微藻生物柴油经济可行性,实现微藻生物柴油产业化发展具有重要意义。市政污水（城市生活废水和工业废水等的混合污水）和生物质发酵沼液含有大量藻类生长所需的氮磷以及其他可被藻类利用的营养物质,是工业规模化培养产生物燃料原料藻最理想的培养基。把市政污水的深度净化和能源微藻规模化低成本养殖结合是实现微藻生物质能源产业化的最好捷径。本课题旨在筛选南昌市政污水中高油含量微藻并探索利用南昌市政污水及沼液规模化培养能源微藻生产生物柴油的可行性,取得如下主要研究成果：1.以南昌市青山湖污水处理厂市政污水（入水口）为研究对象,一年分四季对污水定期定点采集藻样,富集培养后于显微镜下从形态学上初步鉴定藻类的种属。研究结果显示,南昌市青山湖污水处理厂市政污水内四季的藻类较丰富,藻类基本为淡水普生性种。春季有5个藻类门的16科、41种淡水藻类,夏季有4个藻类门的14科、30种淡水藻类,秋季有3个藻类门的12科、29种淡水藻类,冬季有6个藻类门的22科、44种淡水藻类。在种类组成上四季都以绿藻、蓝藻和硅藻为主,为污水厂内的优势种群。在物种多样性方面,绿藻、蓝藻和硅藻在物种组成上较为丰富,总体上来说四季以绿藻门物种多样性指数最高,其次为硅藻门。从四季的藻类种类数变化来看,绿藻随季节的变化种类数变化较大,其次为蓝藻,其它藻类门种类数变化不甚明显。研究还显示,菌藻共生体（?）Helotism是污水中一种非常常见的生物存在形式,其中的藻类主要是伪双点贾丝藻、粗壮细鞘丝藻、水华微囊藻、水溪绿球藻、单生卵囊藻、斜生栅藻和二形栅藻；真菌菌株主要有橙黄红酵母、白假丝酵母、白地霉、绿色木霉。2.分析了江西南昌市青山湖污水处理厂市政污水（入水口）养分特征,与BG11培养基相比较,南昌市政污水有更高的NH4+-N含量,但TN、TP含量不足,N/P比率不平衡,微量元素主要缺乏Co2+、Mo6+、Mn2+和B3+。利用其作为普通小球藻（Chlorella vulgaris）的培养基,监测了自养条件下Chlorella vulgaris在市政污水中的生长情况、生物质产量以及与之相关的污水净化情况。研究结果显示Chlorella vulgaris的生长率在培养8d后达到最大,此时OD680nm为2.856,总的生物质产量日均最大积累速率为0.0100g.L-1（干重）,油脂含量为干质量的18%.油脂的平均日产量为0.0100g.L-1。培养10d内NH4+-N、TP和COD的去除率分别为50.0%、32.1%和26.0%.TSS和VSS的日平均去除谏率分别为0.0100g.L-1和0.0061g.L-1。显示其不足以支撑能源微藻的规模化快速繁殖。3.以池塘浮萍厌氧发酵制备了沼液,并对其成分特性进行系统研究,利用浮萍发酵沼液与BG11混合培养基作为菌藻共生体Helotism和Chlorella vulgaris的培养基,监测了不同培养条件下支持Helotism和Chlorella vulgaris在不同配比沼液和RG11混合培养墓中的牛长情况、牛物质产量以及与之相关的培养基营养物质清除情况。研究结果昂示：与BG11培养基相比较,浮萍发酵沼液具有更高的NH4+-N、TP含量,但TN含量不足,N/P比率不平衡,微量元素主要缺乏Co2+、Mo6+、Zn2+, Cu2+和B3+。三种不同培养条件,完全正常自养培养条件下NH4+-N、TP、COD去除率及生物质、油脂产率高于添加复合抗生素培养及完全黑暗条件下培养,菌藻之间存在协同共生作用。正常培养条件下Helotism和Chlorella vulgaris 9 d内微藻总生物质的日平均积累速度、藻油平均日积累速度最大的是沼液：BG11=1：1配方培养基,分别为0.2456g.L-1、0.0733g.L-1；其NH4+-N、TP、COD的日平均清除速率分别为3.3789mg.L-1、0.6422mg.L-1、91.9600mg.L-1,其总生物质每天生产效率为0.2567g.L-1（干物质）,油脂含量为26.80%。菌藻共生可能是高有机物悬浮物沼液利用的突破方向。4.研究了在兼养培养条件下南昌市政污水及微量元素强化市政污水培养Chlorella vulgaris过程中添加葡萄糖对藻类生物质产量、油脂产率和污水净化的影响。研究结果显示：在兼养培养条件下,根据Chlorella vulgaris在八组不同污水培养基中的生长速度和最大生物量比较发现,在培养3天后添加葡萄糖的微量元素强化市政污水培养基最有利于Chlorella vulgaris的生长,Chlorella vulgaris在其中的最大比生长速率为0.1777,最大生物量为1.6033g.L-1,均出现在培养基接种普通小球藻培养后的第6天,其10d内微藻生物质的日平均积累速度、藻油平均日积累速度、NH4+-N、TP、COD去除率分别达到0.0836 g.L-1、0.0376g.L-1、71.35%、58.09%、58.14%,总生物质每天生产效率为0.0876g.L-1（干物质）,油脂含量为31.86%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 微藻
• 1.3 微藻生物柴油研究历史
• 1.4 微藻生物柴油生产技术研究现状
• 1.4.1 微藻生物柴油生产工艺
• 1.4.2 藻株的选择
• 1.4.3 微藻的培养
• 1.4.4 微藻的收获、脱水和干燥
• 1.4.5 微藻油脂提取和加工
• 1.4.6 环境和成本评价
• 1.5 课题研究意义和主要研究内容
• 第2章 南昌市政污水不同季节微藻种类的鉴定
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料、试剂与仪器
• 2.2.1 材料、试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 采样点的确立
• 2.3.2 藻类的采集和识别
• 2.4 藻类植物分类鉴定和数据处理
• 2.4.1 藻类初步名录
• 2.5 藻类组成特点
• 2.5.1 藻类的四季种类组成
• 2.5.2 藻类的四季优势种群
• 2.5.3 淡水藻类四季的物种多样性分析
• 2.6 藻类四季主要群落
• 2.6.1 春季主要群落
• 2.6.2 夏季主要群落
• 2.6.3 秋季主要群落
• 2.6.4 冬季主要群落
• 2.7 春、夏、秋、冬四季藻类种类组成比较
• 2.8 本章小结
• 第3章 利用市政污水培养普通小球藻（Chlorella Vulgaris）作为生物柴油原料
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 藻株
• 3.2.2 藻类培养基
• 3.2.3 实验仪器
• 3.2.4 藻类培养
• 3.2.5 市政污水水质特性
• 3.2.6 实验分析方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 市政污水特性
• 3.3.2 Chlorella vulgaris在市政污水中的生长曲线
• 3.3.3 营养物质去除和生物质产量
• 3.3.4 藻油产量
• 3.4 本章小结
• 第4章 利用发酵沼液培养菌藻共生体+普通小球藻（Chlorella Vulgaris）生产油脂
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验藻株及其培养基
• 4.2.2 浮萍发酵沼液及其成分特性
• 4.2.3 实验仪器
• 4.2.4 浮萍发酵沼液的实验处理方案
• 4.2.5 测定方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 池塘水和浮萍发酵沼液特性比较
• 4.3.2 驯化菌藻共生体的培养和分离
• 4.3.3 正常自养条件下Helotism和Chlorella vulgaris在不同培养基中的生长曲线
• 4.3.4 正常自养条件下不同培养基中营养物质去除情况及相关生物质产量
• 4.3.5 正常自养条件下不同配方培养基中藻类油脂产量
• 4.3.6 三种培养条件下不同配方培养基营养物质去除率及相关的生物质产量比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 利用市政污水兼养培养小球藻（Chlorella Vulgaris）生产油脂
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验仪器
• 5.2.2 实验藻株及其扩大培养
• 5.2.3 兼养培养基及培养条件
• 5.2.4 市政污水来源
• 5.2.5 市政污水实验处理方案
• 5.2.6 实验测定方法
• 5.2.7 参数计算
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 兼养条件下Chlorella vulgaris在市政污水中的生长情况
• 5.3.2 兼养条件下Chlorella vulgaris对污水中营养物质的去除及生物质产量
• 5.3.3 兼养培养条件下不同污水培养基中藻类油脂产量
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果