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面对严峻的全球变暖和能源危机形势，利用微藻高效固定CO2并耦合生物柴油生产因具有明显的应用价值和环保效益，受到研究者的广泛关注。目前，该技术的瓶颈之一是开发高效节能的封闭式光生物反应器（PBR）。本论文以封闭式PBR中微藻高效固定CO2为研究目标，从前期获得的四种微藻中选定普通小球藻(Chlorella vulgaris)作为CO2固定与转化的高效传递载体，基于平板式PBR占地面积小、气液传质效果好、易于放大、结构简单等优势，在其中内置LED光源以提高能量产出率，历经两次结构改进，研制了新型的竖直放置气升式内环流平板光生物反应器(ILA-PBR)，用于固定高浓度CO2(15%CO2)。（1）适于微藻生长的光源选择。以前期筛选的具有耐高温、耐高浓度CO2和耐酸性环境特性的普通小球藻(Chl. vulgaris)、盐生杜氏藻(D. salina)、纤细角毛藻(Cha. gracilis)和温泉6#藻(Cy. aponinum)为研究对象，用摇瓶培养方法进行了适宜4种微藻生长的人工光源及光质比选。在柔性红光LED灯带(LED-R)、柔性蓝光LED灯带(LED-B)、柔性白光LED灯带(LED-W)和荧光灯(FL)四种人工光源提供的不同光质照射下，以LED-W最适于普通小球藻、盐生杜氏藻和温泉6#藻生长，而LED-B最适宜纤细角毛藻生长。微藻生长所需的光质条件存在种质差异性，4种微藻的最适光质条件是普通小球藻LED白光（LW）或LED白光+LED蓝光（LW+LB），纤细角毛藻LED蓝光(LB)或FL白光+LB(FW+LB)，温泉6#藻LED白光+LED红光(LW+LR)；而盐生杜氏藻的生长受光质调控不明显。由此认为柔性LED灯带比FL具有更大的应用优势。（2）反应器中4种微藻的固碳产油潜力比较及人工光源确定。构建了第一代ILA-PBR，在通气条件下进行4种微藻的批次培养，微藻对不同浓度CO2有不同的生长响应。微藻生长的最适CO2浓度分别是：普通小球藻（1%~2.5%）、盐生杜氏藻（1%~2.5%）、纤细角毛藻（1%~5%）和温泉6#藻（0.04%）。以最大固碳速率(FD)、基于总脂的能量产出率(ERoil)、油脂产率(LP)为评价指标对4种微藻进行比选，确定普通小球藻固碳产油潜力最大，FD最大值出现在通入1%浓度CO2条件下，为1.18gCO2L-1d-1；最大ERoil和LP分别是盐生杜氏藻、纤细角毛藻、温泉6#藻的4.5倍、4.6倍和21倍。对适于普通小球藻生长的两种光照条件(LED-W和LED-W+LED-B)进行实用性检验发现，藻细胞在两种光源下生长情况接近，但在LED-B的灯管上微藻附着生长现象严重，因此，以LED-W作为普通小球藻的内置光源较为合适。（3）反应器构筑参数优化及光强、CO2浓度对固碳效果的影响。以普通小球藻作为受试藻种，对第一代ILA-PBR进行构筑参数优化。正交试验表明，在采用导流管并进行内部双侧光照条件下，当高径比(H/D)为6:1，降流区与升流区的面积比(Ad/Ar)为3:1，表观气速(SGV)为0.3vvm时，ILA-PBR中的普通小球藻对CO2有最大固定速率。按SGV=0.3vvm通入体积浓度1%的CO2利于普通小球藻快速增殖。在增大初始接种光密度至OD680=0.5的同时提高入射光强至240μmol m2s1，可显著提高微藻对高浓度CO2的固定能力。1%CO2中微藻的FD为1.97gCO2L-1d-1。同样条件下，通入浓度15%的CO2后，FD可达1.00gCO2L-1d-1。（4）降低进气中O2浓度和改变培养模式对微藻固碳效果的影响。向ILA-PBR中通入含低氧的CO2气体，微藻FD能继续提高。配制1%CO2并降低进气中O2含量低于2%(v/v)，最大FD由1.97gCO2L-1d-1提升至2.27gCO2L-1d-1；通入低氧的5%CO2，最大FD由1.41gCO2L-1d-1提升至2.12gCO2L-1d-1，低氧进气方法对微藻固定CO2的促进效果明显。低氧进气条件下开展的微藻培养模式研究表明，半连续培养模式利于维持ILA-PBR中普通小球藻生物固碳的持续高效性。运行期间，除了第1d的FD为1.41gCO2L-1d-1外，其它时间的FD均能保持较高水平（1.77~2.42gCO2L-1d-1）。（5）改变通气方式的新型反应器固碳效果及能量产出分析。采用“数目放大”方法，与通气方式转变相结合，对ILA-PBR进行再改进，构建了第三代ILA-PBR。通入模拟烟气(15%CO2)，混合曝气方法比间歇通气方法所需的工程设备更为简洁，空气+15%CO2通入条件下，FD为1.46gCO2L-1d-1，进行低氧处理后(N2+15%CO2)，FD更高，稳定在1.79gCO2L-1d-1左右，分别比直接通入15%CO2提高了46%和79%，固碳性能优于现有报道中绝大多数封闭式PBR。从节能角度，在ILA-PBR中采用内置LED-W光照模式，与传统的FL外置光源模式相比可节能73.6%。前一光照模式下普通小球藻的ERoil为0.011，而后者仅为0.002，LED-W具有明显的节能优势。利用第三代ILA-PBR培养普通小球藻，在半连续培养模式下通入模拟烟气，基于微藻生物质的能量产出率（ERbiomass）和ERoil分别为0.0219~0.0249，0.0091~0.0104，亦高于大多数其他类型的PBR。结合FD的比较结果，认为本研究提出的第三代ILA-PBR具有高效节能特性，有望成为微藻固定工业烟气CO2的理想设备。