微藻光能利用效率高、生长固碳速率快、净化废气废水能力强,故已成为碳减排、新能源开发和环境修复领域的前沿研究热点。高效微藻光反应器是微藻固碳产业发展的关键技术。本文利用流体力学计算、粒子图像测速、微型多普勒流速仪等,发明研制了四角切圆旋流和灯笼柱引流等涡流闪光柱式光反应器,提高藻液湍流强度减小气泡直径强化了混合传质,揭示了微藻在净化烟气CO₂同时脱除废水中有机污染物的细胞微结构和抗氧化能力响应机制。发明设计了切圆旋流柱式反应器形成螺旋上升流场,使藻液径向流速增大了59倍,强化闪光效应促进了微藻生长固碳。藻液湍流强度提高了15%,混合时间降低了64%并且传质系数提高了1.9倍,使藻细胞实际光化学效率提高了19%,生物质产量提高了1.4倍。优化切圆旋流柱式反应器的喷嘴个数为4个、藻液入射速度为1.33 m/s、相对切圆直径为0.3时,反应器内混合时间和传质系数分别达到32.9 s和125.6 h-1。研制了灯笼柱引流管促进柱式反应器内的径向扰流强化旋涡流动,使藻液径向速度和湍流动能等沿轴向周期性变化,径向速度提高了6倍,湍流动能增大了18.2%,藻细胞光暗循环频率增加了54%。藻细胞光暗循环频率随灯笼柱球泡数量增加而增加,但是随球泡高度增加先增后降。实验测试表明:灯笼柱引流管使气泡直径减小了37%,气泡停留时间增加了74%,混合时间降低了21%并且传质系数提高了26%,从而使微藻生物质产量提高了50%。揭示了微藻在净化烟气CO₂同时脱除废水中有机污染物的细胞微结构和抗氧化能力响应机制。通入15%CO₂条件下微藻对废水中微污染物替米考星和乙炔雌二醇的脱除效率分别达到99.8%和94.0%。当替米考星和乙炔雌二醇污染物初始浓度增大时,微藻细胞的分形维数单调增加,细胞尺寸单调收缩,表征细胞抗氧化能力的SOD酶和CAT酶活性先增后减。臭氧预处理使沼液中大分子污染物的C=C和苯环断键降解形成小分子有机物,从而促进微藻生长在烟气CO₂下脱除废水中氨氮、总磷和COD等污染物效率达到99%,99%和68%。建立了切圆旋流柱式反应器的1000升中试装置示范,优化调控CO₂曝气量、CO₂体积浓度和循环泵功率等运行参数,得到微藻促进生长及合成光合色素的影响控制规律。切圆旋流柱式反应器中的藻细胞叶绿素a和类胡萝卜素含量分别提高了6%和41%,微藻固碳速率提高了59%。