小球藻采收特性及工艺优化研究

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论文针对微藻采收成本高,采收率低等问题,为提高微藻采收率,采用人工模拟微藻培养跑道池,对絮凝法与气浮法两种微藻采收方法进行采收工艺优化与机理研究,为课题组设计的机械气浮采收装置及其他采收装置的系统优化提供理论基础。首先以硫酸铁、硫酸铝、氢氧化钙和壳聚糖为絮凝剂通过单因素试验分别探究不同絮凝剂浓度、培养液p H值、絮凝时间对絮凝采收率的影响。利用二次正交中心组合试验,响应曲面分析,探究了3种影响因子对于响应值絮凝采收率的交互作用,通过design expert 8.0.6参数优化得到最优采收工艺下的絮凝剂浓度、培养液p H值、絮凝时间。利用机械气浮法对小球藻采收,计算其气浮采收率:选取聚合氯化铁、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化铵为气浮药剂,分别探究三种气浮药剂浓度、气体分布器口径、空气流量、培养液p H值及微藻浓度对气浮采收率的影响,利用二次正交中心组合试验,响应曲面分析,探究了3种影响因子对于响应值气浮采收率的交互作用,通过design expert 8.0.6参数优化得到最优采收工艺下的气浮药剂浓度、培养液p H值、气泡直径。最后对机械气浮采收小球藻过程的吸附动力学方程拟合分析,探究药剂浓度、培养液p H值、气泡直径对吸附平衡常数的影响。主要研究结果如下:(1)絮凝时间在60-80 min絮凝采收率最高。浓度为0.1 g/L壳聚糖的絮凝效率最高,可达86.23%。p H值对壳聚糖的絮凝采收率影响较小,对硫酸铁、硫酸铝和氢氧化钙影响较大。在酸性条件下:即p H值为5时硫酸铁和硫酸铝的效果最好,在p H值大于7絮凝采收率非常低;碱性条件下p H值为10时氢氧化钙的絮凝采收率高达92.65%。絮凝剂浓度(A)、培养液p H值(B)两个影响因子对小球藻的絮凝均有极显著影响,壳聚糖浓度为0.72 g/L,培养液p H值为9.63,絮凝时间为58.11 min,絮凝采收率最高为96.85%。(2)三种气浮药剂的单因素研究表明,聚合氯化铁浓度为0.07 g/L时,气浮采收率最高为94.62%。当聚丙烯酰胺浓度为0.08 g/L时,气浮采收率最高为88.63%。C16TAB浓度为0.08 g/L时,气浮采收率最高为91.58%。二次正交旋转中心组合试验结果表明气浮药剂浓度、培养液p H值、气泡直径存在交互作用,各因素对气浮采收效率的影响顺序为气泡直径,聚合氯化铁浓度,培养液p H值。当聚合氯化铁浓度为0.08 g/L,培养液p H值为9.03,气泡直径为17.5μm,机械气浮采收率为93.121%。当C16TAB浓度为0.08 g/L,培养液p H值为9.09,气泡直径为17.5μm,机械气浮装置气浮小球藻试验的气浮采收率为93.121%。(3)吸附平衡常数K绝对值随C16TAB浓度的升高而升高。吸附平衡常数K绝对值在气泡直径20-80μm内随气泡直径的增大而减小。气泡直径20μm时最大吸附平衡常数K绝对值随p H值的增大先增大后减小,在p H值为10时最大。
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