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本项研究以一株生长速率快、含脂量高、且具有pH快速漂移和高碱适应特性的产油微藻ChlorococcumalkaliphilusMC-1为研究对象,利用煤炭烟气对其进行培养。先于15L光生物反应器中分三组:(空白组、CO2组和烟气组)进行小体积培养实验,然后在24m2开放式跑道池中进行放大培养,并测定了不同浓度CO2对该藻生长的影响。研究结果表明:
1、光生物反应器培养实验中,烟气组的藻细胞生长状态最好。其最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:1.02±0.07g/L、0.12±0.02g/(L·d)、37.84±0.58%和0.20±0.02g/(L·d),比CO2组分别提高了36%、33.33%、15.34%和33.33%。在开放式跑道池培养实验中,烟气与纯CO2的培养效果相似,烟气培养下的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:147.40g/m2、14.73g/(m2·d)、35.72%和24.01g/(m2·d)。
2、通过计算光生物反应器各培养体系中单位体积内N元素和S元素含量的变化发现,只有烟气组中N和S的含量呈正增长,这说明烟气对藻液中氮源和硫源起到了一定的补充作用;各培养体系中都有NO2-产生,烟气组中NO2-除了藻细胞自身代谢产生外还来源于烟气中NO的转化,较高碱性MC-1培养物能将烟气中NO高效转化为NO2-,使烟气在得到有效处理的同时,还可为MC-1生长提供氮源。本研究首次获得了该转化过程的实证数据,为进一步探索微藻烟气处理以及烟气中NO对微藻的作用机制奠定了重要基础。
3、在光生物反应器中CO2、NO和SO2的平均吸收率分别为:67.78±3.60%、78.90±4.70%和70.61±3.84%;开放式跑道池中CO2、NO和SO2的平均吸收率分别为:86.28±1.15%、78.65±6.18%和84.93±4.29%,此前在烟气培养微藻的实验中关于藻液对烟气中CO2、NO和SO2吸收率的报道均低于本研究。
4、开放式跑道池中,烟气和纯CO2培养下藻体中有毒重金属Pb、As和Cd的含量都远低于国家限量标准,就是含量相对较高的Cr也没有超出国家限量标准。
5、不同浓度CO2对微藻MC-1生长速率有显著影响(p<0.05)。当CO2浓度为5%时,藻的生长速率最快,并随CO2浓度的增加而降低。在微藻MC-1光合作用恢复实验中,与低浓度CO2(5%)相比,高浓度CO2(15%、50%和100%)对微藻光合作用都有一定的抑制作用,且浓度越高抑制作用越明显,这在一定程度上解释了为什么光生物反应器中烟气组藻的生长速率明显快于CO2组。