交错挡板对跑道式光生物反应器流场的影响

为加强跑道式光生物反应器中流体在垂直方向流动以促进藻类光合作用,开发了一种连续交错挡板结构,并采用CFD软件研究了连续交错挡板对光生物反应器流场的影响。研究结果表明,增设挡板后,跑道式光生物反应器直通道区域内流体的垂直方向速度明显提升,垂直方向速度大于0.005 m/s的微藻细胞所占比例提高了38%~48%,微藻细胞的光暗循环周期缩短。流体的湍动能和涡量也分别提高了10%和60%左右。交错挡板强化了局部流动,提升了微藻细胞颗粒的上下循环流动效果,对于提高流体混合和促进微藻光合作用帮助较大。

基于内置光纤/导光管反应器的微藻固碳减排研究

我国燃煤电厂每年排放CO_(2)超过57亿t,为保障双碳目标如期实现,必须大幅降低燃煤电厂的CO_(2)排放。微藻固碳通过高效的光合作用吸收CO_(2)转化为生物质,是极具潜力的燃煤电厂减碳技术,但目前微藻固碳性能严重受限于反应器内光传输。导光管可灵活调节反应器内光分布,而光纤可集中传输光线且光损耗低,因此提出光纤/导光管微藻光生物反应器,扩大藻液受光面积,增加藻细胞色素的光捕集,促进微藻光合固碳。利用光学仿真软件对光纤/导光管内传输的光线进行追踪,获得了光纤/导光管管壁的光强分布。在不同反应器、输入光能条件下进行微藻培养实验,获得了微藻生物量、固碳速率与叶绿素含量的变化趋势,分析了内置光纤/导光管对微藻固碳的影响规律。结果表明:平面末端的光纤射出光的光强在导光管侧30~140 mm内迅速下降,导光管发光范围集中。在导光管底部添加锥形反光件反射抵达管底的透射光、并设计阶梯型光纤使输入光由不同阶梯分级发出,可使微藻光生物反应器内光分布更加均匀,反应器内部远离光源区域的藻细胞可以有效接受光能进行光合固碳。当光能输入为3.3 W/L时,含两级阶梯结构光纤和锥形反光件的导光管管侧表面最低光强为47μmol/(m^(2)·s),平均光强达64μmol/(m^(2)·s),较无光纤仅顶部给光的导光管侧面平均光强提高了2.6倍。微藻在插入阶梯型光纤的光生物反应器(SF-PBR)培养7 d后生物量达到1.9 g/L,比在插入平面端光纤的光生物反应器(FF-PBR)中培养的生物量高46.2%,比仅顶部受光的光生物反应器(LG-PBR)中培养的生物量高111.1%。当提升光源输入至5.0 W/L,微藻培养7 d后的生物量高达2.8 g/L,培养期间保持高固碳速率(608.3 mg/(L·d)),比对照组LG-PBR的固碳速率提高1.9倍。

微藻-膜光生物反应器的污水深度脱氮效能及膜污染特征研究

通过对污水处理厂出水排放到自然水体之前对其进行进一步处理,可减轻水体的富营养化。本研究在膜光生物反应器中培养蛋白小球藻,进一步去除污水处理厂出水中的氮。研究了水力停留时间对微藻生物量和养分去除的影响。研究发现,MPBR处理二次出水的最佳HRT为8 h。结果表明,缩短HRT增加了膜通量,使悬浮液中的SAP更快地向膜移动,加剧了膜污染。但降低HRT可以通过减少悬液中的SAP和竞争细菌以及提高蛋白小球藻的生长速度来提高系统稳定性,提高污染物的去除率。

封闭式光生物反应器中微藻生长的建模与控制

如何取得最大生产效果是光生物反应器控制领域的一个关键且未完全解决的问题.该文首先把在本项目设计的光生物反应器中的微藻生长这一复杂问题抽象为一个3-状态动力学模型,然后通过模型分析显示:存在光照和温度的某种联合效果,使得微藻生长率达到最大,并导出了取得这种最大生长率的光照强度和温度必须满足的一个约束条件,即一个非线性代数方程.进一步显示:假如光照和温度的联合影响函数可以近似解耦,则当光照强度弱于或强于某个光照饱和度时,可以分别通过升温或降温的补偿办法来取得最大的生长率.该模型可以作为理解在光生物反应器中微藻生长控制的第1步,且所得结果有利于设计高效的、智能控制的光生物反应器.

基于管道式光生物反应器的藻粉生产过程技术经济分析

经济成本过高阻碍了微藻产品的产业化,而国内目前缺乏有关微藻产品技术经济分析的研究。为探究更符合我国国情的降低微藻产品成本的策略,本文采用结合地域气候和藻种特性的微藻生长模型,对基于管道式光生物反应器的藻粉(含水量为5%的微藻生物质)生产过程进行技术经济分析,讨论了价格和工艺两大类共12个参数以及生产规模对藻粉总成本的影响程度,并对影响经济成本的主要参数进行情景设计。结果显示,普通小球藻(Chlorella vulgaris)藻粉产量受地域和季节影响较大,对位于浙江省乐清市规模为01 hm2的生产基地,藻粉年产量约38 t,成本为1857￥/kg。直接人工费、生长温度、光合效率和年运行时间是影响藻粉总成本的四个重要参数,最具成本吸引力的产业化规模约为10 hm2。考虑了降价空间和技术进步的某未来情景下藻粉成本可降至226￥/kg,该值与近年来文献给出的亚洲西南部和欧洲各地商业规模的微藻干物质成本较为接近。本文的研究可为我国微藻产品产业化的发展提供一定的理论和数据参考。

微藻光合固碳技术及相应光生物反应器的研究进展

社会经济与工业化飞速发展,导致二氧化碳(CO_(2))排放量与日俱增,温室效应日渐严重,碳减排已成为亟待解决的全球性环境问题。在常见的CO_(2)去除方法中,生物固碳技术具有经济、可持续和副作用最小的优势。其中,微藻固碳技术是通过微藻自身的光合作用机制实现固碳目的。微藻将CO_(2)转化为脂质、蛋白质等细胞组分,经进一步分离提取,可制成多种高附加值化工产品,全过程绿色、安全且稳定,对有效缓解全球温室效应意义重大。首先阐述了微藻光合固碳技术原理、优点,及其生物质资源在各领域的应用;然后对影响微藻固碳效率的因素进行了分析;最后总结了光生物反应器的研究现状,并对光反应器的设计优化和发展提出了建议。

不同泥藻接种比的光生物反应器中细菌种群

光生物反应器(PBR)在处理实际废水时,形成的微藻-细菌群落仅依靠光合充氧就能高效去除废水污染物。然而,目前对不同接种比下的微藻-细菌群落组成仍知之甚少。为了研究不同接种比下的PBR中稳定的细菌种群结构,将污水处理厂的活性污泥和藻类按不同比值接种至PBR中,以实际生活污水为营养来源,进行菌藻共培养,利用高通量测序技术分析PBR中微生物群落组成和相对丰度。结果发现∶泥藻接种比会影响PBR中的细菌多样性和种群结构,变形菌门、蓝细菌门和厚壁菌门为各PBR中的优势菌门。光合细菌、产氧蓝细菌和化能异养菌能共生于PBR中,使其获得较优的营养物质去除率,不同接种比的PBR对NH_(3)-N的去除率均在90%以上,同时在泥藻接种比为0.3∶1和0.76∶1(泥/g∶藻/g)的PBR中,光合细菌、蓝细菌和微藻光合作用导致的pH上升会引起一些功能性细菌,如硝化螺旋菌Nitrospira的缺失,从而导致NO_(2)^(-)-N积累。初始泥藻接种比为1.3∶1的PBR中,微生物种群结构最丰富,尤其是γ-变形菌纲、异球菌纲、硝化螺旋菌纲等微生物的丰度增加。

大规模微藻光生物反应器的研究进展

微藻同时具备CO2固定和有机废水生物净化的双重效果,且微藻生物质在食品、饲(饵)料、生物能源开发等领域受到广泛关注,然而高效的微藻光生物反应器是微藻大规模养殖的重要瓶颈问题之一。本文中,笔者综述了封闭式微藻光生物反应器的类型、基本结构及其优缺点,对开放式微藻光合反应器陆续被改善、研发和试用进行了介绍,同时对开发复合型微藻光合反应器以及采用封闭型微藻光合反应器制种和开放式光合反应器快速生产的微藻养殖模式进行了简述,以期为微藻的大规模培养提供一定参考依据。

微藻培养光生物反应器内传递现象的研究进展

微藻规模化培养过程中光生物反应器内传递现象是影响微藻的生长及产量的重要因素。本文重点综述了光生物反应器内传递现象(光传递、传热、传质和传动量传递)及其数学模型研究进展,分析了光生物反应器结构和尺寸对光传递和传质的影响,总结影响各传递现象的重要参数,如光吸收系数、体积传质系数等,为高效光生物反应器的设计、优化及放大提供了参考依据。

微藻培养中光生物反应器的研究进展

研制和应用光生物反应器是实现微藻的高密度和规模化培养的重要技术。本文综述了近年来微藻培养中光生物反应器的类型、基本构造以及实际应用状况,并对反应器的控制操作系统及检测技术做了简单的介绍,为微藻的高密度培养提供一些参考。

光合细菌生物制氢反应器研究进展

光合细菌生物制氢技术,是将太阳能利用和环境治理结合起来的可再生能源生产技术,具有良好的环境效益、社会效益和经济效益.光合细菌制氢反应器研究是将该技术引向产业化的关键步骤.本文列举了目前光合细菌制氢研究中典型的反应器型式,分析了各自的优缺点;总结了反应器高效产氢所必需保证的运行操作条件,如光照强度、温度、pH值等,指出了目前研究中存在的不足;给出了规模化光合细菌生物制氢时需要用到的反应器性能评价指标.并针对目前反应器的研究现状,提出了后续研究应当遵循的方向.

微藻培养的光生物反应器

The hermetic photobioreactors used to cultivate microalgae were introduced,including fermenter style, tubular and flat plate bioreactor.Illuminated system were also discussed.

光生物反应器和跑道式循环生物反应器对荒漠藻类生物量和多糖产量的影响

采用光生物反应器和跑道式循环生物反应器对荒漠藻类进行规模化培养,对比研究了两种规模化培养系统对荒漠藻类生物量和多糖产量的影响,探讨了温度、酸碱度、生长周期以及氮、磷含量对荒漠藻类生长和多糖积累的作用.结果表明,在光生物反应器和跑道式循环生物反应器两种培养系统中,藻类的生长呈现出不同的变化趋势,而藻多糖含量则呈现相同的波动性变化趋势,并且藻类生物量和多糖分泌受培养条件的影响并不同步.此外,在两种规模化培养模式中,温度、酸碱度、营养盐以及生长周期等都对荒漠藻类的生长和多糖产量产生重要影响.

搅拌式光生物反应器培养紫球藻的条件优化

研究在光生物反应器中搅拌速度、通气量、光照强度和装液量对紫球藻生长的影响.实验结果表明:在摇床培养过程中,紫球藻的生物量和胞外多糖随着三角瓶装液量的减少而增加.通过正交试验对搅拌式光生物反应器的三个培养条件通气量、搅拌转速和光照强度进行优化,获得搅拌式光生物反应器培养紫球藻的最佳条件为通气量120L/h、搅拌转速200r/min和光照强度5000lx,在该条件下紫球藻的生物量为2.548g/L、胞外多糖557.2mg/L.正交试验分析表明,三个培养条件中通气量对藻生物量和胞外多糖含量的影响最明显.通过采用DPS软件对正交实验结果进行二次多项式模型分析和拟合,以生物量和胞外多糖为指标建立回归模型,得到相应的优化条件和预测值.

光生物反应器及其研究进展

简述了光生物反应器的发展史,总结了各种光生物反应器的主要类型及其特点,对密闭式光生物反应器和开放式光生物反应器的优缺点进行了比较,并展望了光生物反应器的应用前景。

用于微藻培养的气升式光生物反应器

基于微藻光自养培养特性 ,构建了具有较大面积体积比的 15 L内外光源相结合的气升式光生物反应器 ,考察了两种不同形态藻细胞培养体系中 ,光强随细胞浓度及光程距离衰减的规律 ,得到了描述光衰减的数学关系式 ,即在鱼腥藻 712 0培养体系中为 I=I0 exp[- (0 .0 131+0 .987OD750 )·L],在聚球藻 70 0 2培养体系中为 I=I0 exp[- (- 0 .0 2 39+0 .0 777OD750 )·L],并据此对培养过程中光强沿反应器径向的动态分布情况进行了估算。在该反应器中进行了鱼腥藻 712 0和聚球藻 70 0 2两种蓝藻的光自养培养 ,藻细胞培养终密度分别达到 1.5 3g/ L和 3.4g/ L ,体积产率分别为 0 .31g L-1d-1和 0 .5 7g L-1d-1。

气升式光生物反应器中Chlorella sp.优化培养与能量计算

高油脂含量的微藻能够有效利用太阳能生产生物油脂,从而实现无机碳转化为有机碳的过程.如何降低微藻培养过程的能量消耗,是实现含油微藻规模化生产生物柴油的关键.通过对气升式光生物反应器中Chlorella sp.培养条件的优化,以及不同培养条件的能量计算和比较,发现当使用侧光光纤作为内置光源时可以提高光能利用率,在适宜的通气速率（0.6 L/min）条件下,可获得单位能耗的最大生物产量4.40 g/（W·d）,较同等条件下外置光源时产量提高了8~25倍.

光生物反应器培养紫球藻及藻粉降血脂的研究(英文)

研究了搅拌式光生物反应器中搅拌速度、通气量对紫球藻生长、胞外多糖和藻细胞超微结构的影响 .实验结果表明 :在特定光照 (10 0 0 μmolm-2 s-1)和培养温度 (2 5℃ )条件下 ,当搅拌转速为 2 0 0r/min、通气量为 0 .71vvm时 ,藻生长速度和胞外多糖含量最高 ;增加通气量有利于藻细胞胞外多糖及生物量的提高 .对藻细胞超微结构的观察发现 ,与摇床培养相比 ,搅拌式光生物反应器使藻细胞淀粉颗粒明显增多 ,粘质鞘层变薄 ,光合片层增多 .动物实验表明 ,紫球藻能明显降低摄食高脂饲料SD大鼠血脂TC、TG、LDL C水平 ,并提高HDL C含量 .实验结果预示 ,紫球藻对预防动脉粥样硬化和冠心病的发生有一定的意义 .图 2表 3参 2

光生物反应器中光衰减特征与螺旋藻生长动力学研究

分析了光照强度在光生物反应器中的分布特征。结果表明 ,当光波长及光传播的路径确定时 ,光生物反应器中光衰减特征主要受培养物生物量浓度的影响 ,由回归的模型对实验数据的拟合可分析光衰减特征与培养物生物量浓度的相关性 ,为光生物反应器中平均光照强度的确定奠定基础。在光生物反应器中 ,当营养底物和环境温度不是螺旋藻生长限制因子时 ,通过平均光照强度对螺旋藻比生长速率的影响分析 ,结果表明 ,在实验条件下 ,螺旋藻比生长速率与平均光照强度的动力学模型可用Aiba光生长抑制方程描述 ,光亲和系数Ks 为238.29μmol/(m2·s) ,光抑制系数Ki为0.00493s·m2/μmol,光生物反应器中螺旋藻生长的饱和光照强度出现在190～272μmol/(m2·s)的范围内。

小球藻光生物反应器脱除空气中二氧化碳的研究

采用自制的光生物反应器,研究了不同条件对小球藻脱除空气中CO2效果的影响.光生物反应器为圆柱形有机玻璃容器,底面积0.015 4m2,高0.2 m,容积为3 L,反应器内小球藻藻体干重约为7.2 g.实验结果表明,用小球藻来固定CO2不仅能脱除通入气体中的CO2,而且可以促进小球藻生长.通入气体的流量和CO2浓度对CO2的脱除率有很大影响.在适宜的实验条件下(通入气体流速为0.6 L/min、CO2浓度约1%、温度25～30℃、光强3 500lux、pH 9.5～8.5),入口气体中CO2约有50%被脱除,该光生物反应器脱除CO2的能力约为0.118g/(L·h).可见利用小球藻光生物反应器固定CO2具有较好的脱除效果,值得进一步研究.