微藻反应器用于水气净化与产氧的功能验证

将微藻和电去离子技术引入密闭生态系统,设计单元反应器旨在验证其在空气再生、水净化和潜在食物的生产。在反应器中对尿液进行消解和NH4+硝化转化得到超过90%NH4+-N硝化为NO-3-N-的培养液适宜于螺旋藻养殖并获得高质量的微藻生物量;此时,CO2的平均吸收速率VCO2=458.6 mL/m3·min、O2产生速率VO2=616.5 mL/m3·min,即螺旋藻的同化系数VCO2/VO2!0.74,接近人的呼吸系数VCO2/VO2=0.86;EDI法水净化率97%可直接回用。结果表明:该体系能实现CO2吸收、O2释放和螺旋藻生物量的生产,同时将水净化。

基于CFD的开式微藻反应器中混合器结构优化

针对跑道池中藻液的混合性能不足,将用于封闭管式微藻反应器的静态混合器引入敞开式跑道池中,基于计算流体力学(CFD)技术对混合器的结构进行设计优化,并引入平均光暗循环周期(Tav)和单位功耗下光梯度方向上的速度(η)来评价藻液的混合性能.首先通过添加混合器并改变其排列方式研究其对藻液的光梯度方向速度、功耗及光暗循环周期的影响,然后运用正交试验法综合分析了叶片的横纵向排列方式、叶片起始位置及蹼轮转速对两个性能指标的影响.优化后的试验方案:蹼轮转速为11 r/min,叶片组数为3,叶片列数为2,弯道距离为100 mm.在该方案下,藻液的混合性能最佳,Tav缩短了59.7%,η增大了35%.

微藻膜反应器处理海水养殖水性能及膜污染特性

随着我国海水养殖业的迅猛发展,我国近岸海域受到了严重的污染。近年来,我国十分重视对海水养殖业的改善,投入的资金数额巨大。微藻膜-反应器是最近几年研发出来的一种新型的水处理工艺,已经迅速受到社会的关注,并开始广泛运用于污水处理。

碳酸酐酶附着膜在微藻直接空气碳捕集中的应用与固碳性能的强化

为了解决低浓度直接空气碳捕集条件下微藻光生物反应器内CO_(2)传质效率差、溶解度低的问题,采用实验的方法制备了碳酸酐酶(CA)附着的尼龙纤维膜,利用CA催化转化CO_(2)为碳酸氢根的性质,提出了一种可以改善微藻溶液中CO_(2)溶解度及转化率的新型光生物反应器,测试了该反应器放置CA附着尼龙纤维漂浮膜前后的微藻培养和固碳性能,并进一步探究了膜的开孔率及CA附着量对微藻固碳率的影响。实验结果表明:所制备的CA附着的尼龙纤维膜对CO_(2)转化速率提升了62.7%,通过耐久性测试,CA的活性在5个培养周期后仍保持良好,性能衰减仅为11.3%;与传统气石鼓气方式相比,提出的新型光生物反应器的微藻质量浓度提高了29.7%,固碳率提升了65%;随着膜开孔率的增加和透光率的增加,单位CA负载质量的固碳率提高,开孔面积占比24.75%的对照组的单位CA固碳率相比不开孔提高了13%。该研究为进一步提高微藻直接空气捕集的固碳率提供了一种新的方法。

新型塔式立体微藻养殖反应器的流体力学和传质性能研究

针对现有微藻养殖反应器培养密度低、设备处理能力小、占地面积大、效率低,难以适应工业CO_2排放的大规模连续固定和工业化生产需求的现状,研发了一种新型塔式立体微藻养殖反应器,通过流体力学和传质性能实验表明,新型塔式立体微藻养殖反应器具有板面液层高、气体通量大、液体停留时间长、传质效率高、操作弹性大、板压降低、容易解析出藻类释放的氧气等优点,可以实现微藻养殖和工业CO_2减排偶联,满足CO_2的大规模立体连续化固定和能源化利用需求,对于实现CO_2减排与资源化利用、解决能源紧缺具有双层意义。

SBR-PBR串联体系对城镇生活污水的深度脱氮除磷

提出一种序批式活性污泥反应器(SBR)与微藻反应器(PBR)串联的工艺,利用SBRPBR串联体系进行生活污水的深度脱氮除磷。试验结果表明,当SBR在模式B(厌氧程序120min;好氧程序170min;缺氧程序120min)下运行,PBR的水力停留时间为2d时,SBR-PBR串联体系能达到最优的工况,其出水中的化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH_(3)-N)以及总氮(TN)均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准,且较稳定。

Application of photobioreactors to cultivation of microalgae

An overview of photobioreactors now in use for production of microalgae world wide is presented, and the application of photobioreactors to the cultivation of microalgae is discussed in detail. It is pointed out that high cell density and industrial production of microalgae can be achieved using many kinds of closed photobioreactors including fermentor, tubular and flat plate photobioreactors, and the cultivation of Spirulina, Chlorella, Dunaliella tertiolecta and Porphyridium cruentrim by photobioreactors can achieve higher and steadier productivity than the cultivation of microalgae by an open air system. More and more researches indicate that tubular and flat plate photobioreactors are the development trend for photobioreactors with bubbles and air lift stirrers, and high bright light emitting diodes are the most economic light source with great potential for future development of photobioreactors. Photobioreactors can also be used for the production of high value metabolite (EPA or DHA) using some microalgae species for energy development and environment protection.

微藻对海水养殖循环水高效碳氮磷一体化去除的研究

海水养殖循环水高盐分和波动的低碳氮比造成水处理困难和亚硝酸盐累积,影响循环水处理利用,其排放造成受纳海域生态环境破坏.本研究采用混合营养型钝顶螺旋藻结合膜光合反应器(MPBR)考察碳氮比对海水养殖循环水碳、氮、磷一体化去除效率及藻生物质产量的影响.结果表明,在原水碳氮比为5时,钝顶螺旋藻可实现碳、氮、磷高效一体化去除,出水COD低于20 mg·L^(-1),满足《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103-2007)一级标准,总氮和总磷浓度均满足二级标准.提高碳氮比有利于钝顶螺旋藻的生长、油脂累积和氮磷的去除,碳氮比为1~10时藻体内油脂含量由14.9%增到19.3%.钝顶螺旋藻膜光合反应器(MPBR)运行数据表明,聚偏二氟乙烯(PVDF)膜和无纺布生物膜均可高效稳定地截留微藻,稳定运行期出水COD、总氮和总磷浓度均满足《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103-2007)二级标准,且均无亚硝酸盐累积.无纺布生物膜光合反应器COD去除效率(93.2%)和藻体的多糖含量(98.1 mg·g^(-1))显著高于PVDF膜反应器(85.2%和70.4 mg·g^(-1)),膜通量也较低,膜污染较轻.本研究中钝顶螺旋藻结合无纺布动态生物MPBR不仅实现了海水养殖循环水高效的碳、氮、磷同步去除,无亚硝酸盐累积,并可稳定收获生物质资源,为海水养殖循环水高效、安全处理和资源化利用提供依据.