敞开式跑道池光生物反应器的CFD模拟与优化

采用CFD技术对敞开式跑道池光生物反应器流场进行了研究,考察了导流板结构、跑道池底部进气孔长度和宽度方向间距对流场的影响规律。结果表明,当内外导流板均为180°、导流板延伸长度ΔL/W为0.5时,跑道池平均速率最大,死区比例最小,功率输入最少;当宽度方向间距ΔY/W1为1/4、长度方向间距ΔX/L1为0.025时,平均光照方向速率最大。采用粒子追踪模型,分别计算不通气与通气情况下粒子的运动轨迹,分析得到藻细胞的光照强度、光暗交替频率。

基于城市污水资源化的跑道池培养小球藻条件优化

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源。鉴于跑道池与污水处理厂的氧化沟在原理和结构上都具有许多相似之处,将氧化沟改造成用于微藻培养的跑道池,可以实现污水处理与微藻生物柴油生产的耦合。本文主要研究了藻种对温度和p H的适应性,并考察了小球藻在跑道池培养系统中的实际应用效果,探讨了利用城市污水连续培养小球藻工艺应用的可行性。结果表明:温度在20~40℃区间,蛋白核小球藻诱变株都能生长,小球藻可承受的p H范围为5.7~9.7。利用跑道池系统可以实现污水处理与微藻培养的耦合,蛋白核小球藻最高干重为0.2867g/L,最高油脂产量可达0.0696g/L,出水水质稳定达到国家排放标准。随着培养规模的扩大,跑道池培养工艺具有良好的应用前景。

敞开式跑道池螺旋藻大规模培养过程中DO变化规律研究

用自行研制的溶氧(DO)、pH、温度(T)计算机在线检测系统研究敞开式跑道池大规模培养螺旋藻过程中DO三维分布特性和DO、pH、T等参数随时间、天气、搅拌等的变化规律,以期对螺旋藻大规模培养过程的操作条件与生长的关系做进一步地了解,从而为敞开式跑道池螺旋藻大规模培养工艺的综合优化提供实验与理论依据。

葛仙米跑道池规模化培养技术

葛仙米是一种营养丰富、开发应用价值较高的淡水微藻。其对生长环境要求很苛刻,野生分布区域狭窄,多年来人工培养技术主要采用塑料桶和玻璃缸等简单方式。本文介绍了一种跑道池培养葛仙米的规模化生产技术,以期为实现葛仙米产业化生产奠定基础。

光照条件对跑道池光生物反应器内蛋白核小球藻生长特性的影响

本文采用多孔曝气管的曝气方式,以蠕动泵为藻液循环的动力,研究了气体流量、光照强度、光照周期等因素对跑道池光生物反应器内蛋白核小球藻生长与代谢特性的影响,并利用傅里叶红外光谱半定量法对不同光照条件下藻细胞内蛋白质、油脂以及多糖含量变化进行了分析。研究结果表明,适当的气体流量、光照强度和光照周期有利于跑道池内蛋白核小球藻细胞的生长和代谢。在本实验条件下,在最佳气体流量2 000 m L/min条件下,光照强度为3 500μW/cm2,光照周期为16∶8时最有利于蛋白核小球藻的生长;光照强度为2 000μW/cm2和光照周期为16∶8的条件均有利于藻细胞内油脂的积累。

加V形导流槽的跑道式藻池CFD模拟

针对传统跑道池容易出现藻液分层和微藻培养密度低等不足,本文提出了一种具有同时增加表面积体积比和导流作用的透明V形导流槽,并采用CFD模拟了导流槽的V形倾斜角、藻液深度和进气速度对反应器内速度场分布的影响。结果表明:通过导流槽下表面的导流作用,气升混合所影响的范围被扩大到两侧池壁附近的流域,在竖直方向形成了比较均匀的上下层之间的流场循环。从而改善了藻液的混合以及光照条件,也增加了CO2在藻液中的停留时间。优化后的V形导流槽的倾斜率为0.1,藻液深度为0.3 m,进气速度为0.1 m/s。在优化条件下,速度场的分布比较均匀,平均速度适中,有利于防止微藻附壁生长和沉淀,能量消耗也相对较小。

天津地区不同养殖设施培育大口黑鲈大规格苗种试验

文章开展了循环水车间+温棚环形跑道池接力培育大口黑鲈大规格苗种试验,结果表明,冬季利用热泵系统等集成温度控制技术,将循环水车间养殖水体的温度提升至23℃~25℃,可满足冬季大口黑鲈苗种培育的温度要求。3月中旬,温棚环形跑道池水温达到22℃时,将大口黑鲈苗种转入温棚内,设置40尾·m^(-2)和55尾·m^(-2)养殖密度试验,经45 d的培养,40尾·m^(-2)和55尾·m^(-2)养殖密度的大口黑鲈苗种平均规格分别为103.23±4.35 g和91.33±5.16 g,低密度的养殖效果显著高于高密度养殖(P<0.05)。3月中旬,设置循环水车间和温棚环形跑道池不同养殖设施试验,密度均为40尾·m^(-2),经45 d的培养,循环水车间的大口黑鲈苗种规格为79.45±7.13 g,温棚环形跑道池的苗种规格为103.23±4.35 g,温棚环形跑道池养殖的大口黑鲈苗种规格显著大于循环水车间的养殖规格。2组试验表明,在试验设计范围内,无论高低密度养殖,温棚环形跑道池的养殖效果均显著优于循环水车间(P<0.05)。循环水车间+温棚环形跑道池接力培育大口黑鲈大规格苗种,更有利于大口黑鲈商品鱼当年8月份上市销售,获得较好收益。

微藻生物柴油发展与产油微藻资源利用

生物柴油作为目前全世界正积极推进的可再生能源项目,与清洁核能、风能、光伏发电等将成为人类21世纪的主要能源构成。产油微藻作为生产生物柴油的原料与其他原料相比具有较大优势,在解决成本及生产环节的瓶颈问题后,必将成为生物柴油的主要原料来源。文章探讨了生物柴油的研究现状和微藻生物柴油的优势;微藻商业化生产的主要方式:开放式跑道池、管道式光生物反应器的特点;微藻生物柴油产业链的形成及对促进生物柴油产业商业化的影响。

核诱变驯化微藻固定燃煤烟气中的CO_2

当诱变剂量为500,Gy时,微拟球藻(简称Nanno)生物质密度比诱变出发株(0,Gy)增加了16.7%,.利用6%,体积分数CO_2驯化培养7,d后,Nanno 500,Gy的最大生物质干重密度为1.89,g/L,比Nanno的0.81,g/L提高了近100%,.微拟球藻的F/2培养基采用10,mmol的硝酸根和0.82,mmol的磷酸根,并且按照批量添加的方式,生物质干重密度最高达到4.26,g/L.将藻种应用于工业养殖过程中,当电厂烟气流量达到150,m^3/h时,溶液中的溶解碳量提高到7.2,mmol,微藻生长速度达到了25.7,g/(m2·d).

富含EPA的海洋微藻眼点拟微球藻的大规模培养

采用“随机设计”软件优化了海洋微藻眼点拟微球藻 (Nannochloropsisoculata)的工业培养基 ,细胞在配方 1中的EPA含量占总脂肪酸的 4 0 %以上 ,平均比生长速率高达 0 .32d- 1。 1999年 10月间在 83.5m2 户外池中大规模获得生物量的平均面积产率为 1.0 9g/m2 ·d ,藻粉中含有 4 9.5 0 %的蛋白质、2 0 .30 %的总脂和3.0 0 %的EPA。 2 0 0 0年 8月 ,在 6 .12m2 、2 8.0 2m2 和露天 83.5m2 跑道池中采用耐高温生产藻种 ,生物量面积产率分别为 5 .4 4、9.96和 7.6 6g /m2 ·d ,藻粉中含有 2 .5 0 %的EPA。这表明富含EPA的眼点拟微球藻的工业化生产是完全可行的 。

一种促进螺旋藻固定煤化工厂烟气CO_(2)速率的编制网曝气器

在“碳中和”国家战略背景下,微藻减排烟气CO_(2)技术以其经济可持续的特点广受关注。微藻减排烟气CO_(2)高效、低成本和规模化发展过程中,为了提高螺旋藻过滤采收后循环液中NaHCO_(3)质量浓度,提高螺旋藻固定煤化工厂烟气CO_(2)速率,研制一种编制网式曝气器产生微米级CO_(2)气泡,延长烟气CO_(2)与循环液中Na2CO_(3)的反应时间,促进高效生成NaHCO_(3);通过双指示剂法测试藻液中Na2CO_(3)和NaHCO_(3)质量浓度,通过显微镜测试了螺旋藻生长过程中藻丝螺距和长度变化规律,通过植物效率分析仪测试螺旋藻细胞的叶绿素OJIP荧光诱导动力学曲线。研究结果表明:烟气CO_(2)通过编制网式曝气器反应后,跑道池中藻液的NaHCO_(3)质量浓度比相同条件下通过传统曝气条的NaHCO_(3)质量浓度提高43%;采用该循环液作为新鲜培养基,在跑道池中培养螺旋藻72 h后,螺旋藻的藻丝螺距和长度分别提高16%和12%,螺旋藻细胞暗适应下PSII最大量子产率和单位反应中心吸收光能分别提高21%和28%,最终导致螺旋藻生物质密度比未补充烟气CO_(2)前提高15%。烟气CO_(2)通过编制网式曝气器可转化为更多NaHCO_(3),从而促进了螺旋藻的生长固碳速率,为微藻固碳技术的高效、低成本规模化应用提供了技术设备选择。

产油微藻的筛选及大规模培养的研究进展

产油微藻具有生长速度快、油脂含量高和抗逆性强等特点,是极具生产潜力的生物柴油的原料。微藻生物柴油技术包括微藻藻种的筛选、大量培养和采收、油脂的提取和生物柴油的制备。该文对近些年产油微藻藻种的筛选和规模化培养的研究进展进行综述。

微藻生物柴油的生命周期能耗和排放评估

本研究基于可行的微藻柴油生产工艺,建立了一套开放式跑道池微藻柴油生产系统。并采用生命周期评估方法,对这套系统生产的微藻生物柴油进行了生命周期能耗和排放评估。结果显示:在不对副产品加以利用的情况下,该系统生产的微藻生物柴油的生命周期能耗和排放分别高达:101952.9MJ/ton和10226.3kg CO_2eq/ton,其中微藻的培养过程是整个生产过程中能耗和排放最为集中的过程,该过程的能耗和排放占比均超过总能耗和总排放的60%。

地木耳规模化培养的初步研究

利用跑道式培养池规模化培养地木耳,结果显示:在一定的实验条件下,地木耳群体的直径明显增大,其生长速度最高可达445.2g·m-2·d-1,并可将其它杂藻类控制在较低的水平。这是地木耳规模化培养的首次报道。

利用微藻规模化生产EPA的最佳条件探讨

[目的]探讨微藻规模化生产二十碳五烯酸(EPA)的最佳条件。[方法]研究了温度对ENN1001A生长及EPA产量的影响,分析了液位对温度的影响,阐述了EPA的规模化生产工艺。[结果]5月和9月EPA产量最高,分别达到738和786 mg/(m2·d),全年平均产量为666 mg/(m2·d),远高于文献报道的516 g/(m2·d)。全养殖季EPA与藻液平均温度变化相一致,整体上呈先下降后上升的变化趋势。[结论]研究结果可为EPA的规模化生产奠定基础。

CFD在生物反应器结构优化改进上的应用

降低微藻生物质积累成本是解决微藻生物柴油技术产业化发展的关键技术之一。气浮开发式跑道池光生物反应器是最具被运用于大规模培养潜力的反应器之一。文中借助计算流体动力学(CFD)对影响微藻生物质积累的反应器结构和尺寸进行优化改进,研究了进气口位置设计和添加导流板结构对反应器流场分布的影响。模拟计算结果表明:添加导流板结构和将进气口位置对称设置在反应器长度方向的拐弯处都能较好地改善反应器流场分布,提高平均速度,降低死去比例,有助于微藻生物质积累;添加导流板的平均速度比无导流板时提高了14.6%,死区比例为无导流板时的5.7%。

胶球藻C-169户外诱导培养积累脂肪酸和色素的研究

本研究分别采用Basal、BBM以及无氮磷添加的培养基,在户外开放跑道池中培养胶球藻C-169,系统比较了比生长速率、生物量浓度、脂肪酸和色素含量的差异。研究表明,胶球藻C-169在户外开放跑道池中,水温13-20℃下,生长良好。在第二阶段氮磷限制Basal、BBM培养基中的8 d,细胞处于生长的对数期,Basal培养基中平均比生长速率是BBM培养基的1.92倍,生物量干重浓度最高为0.22 g/L。第一阶段细胞在BBM、Basal两种培养基中亚麻酸含量可分别高达总脂肪酸含量的36.6%、53.9%;第二阶段在氮磷限制的BBM培养基中,亚麻酸占总脂肪酸的比例下降了32.4%,油酸的比例增大了38.5%;氮磷限制BBM培养基中细胞内总脂肪酸含量由起始的3.99%增大到18.18%。上述两种藻液以1：1混合培养5 d,平均比生长速率下降到0.0094 d^-1,总脂肪酸含量增大到20.2%。藻细胞中色素含量随着脂肪酸含量的增加而降低,呈明显的负相关。

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%.