光微生物固定烟道co-%2c2-的研究

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1、东北大学博士学位论文光微生物固定烟道CO<,2>的研究姓名：岳丽宏申请学位级别：博士专业：安全技术及工程指导教师：陈宝智2002.8.1东北大学博士学位论文光微生物法固定烟道C02的研究摘要，、N自工业革命以来，不断增长的燃料消耗导致大气中温室气体，尤其是C02含量越来越高，从而引发了诸如大气温度升高、海平面上升、洪水泛滥等一系列环境问题。采取经济有效的方法来控制温室气体的排放量，已经成为环境污染控制工程中的新的热点问题。随着温室效应现象的加重，人们对大气中温室气体C02含量的控制技术的研究也不断深入，包括减少和抑制C02排放的技术、分离和地理处置大气中C

2、02的技术以及生物和化学固定大气中C02的技术等。然而，在研究和应用这些技术的过程中，仍存在着许多问题。其中最主要的两大问题是昂贵的费用和复杂的操作。近几年，针对上述技术的应用限制，研究者开始转向光合微生物法固定C02的研究，但多数研究者只局限于对该固定法的某一方面进行研究，目前还缺乏系统的、全面的、理论与试验相结合的系统研究。鉴于上述情况，并考虑到烟道C02的大排放量、其点源排放的性质及光合微藻的高光合效率，本文对利用在光生物反应器内微藻的光合作用固定烟道温室气体C02这一研究课题进行了较系统的研究，从理论和试验两方面，对高效藻种的筛选及高效光生物反应器

3、的优化设计等一些相关问题进行了研究，并进行了实际的应用。分离筛选适合于高浓度c02条件生长的微藻是本文研究工作的重要基础，文中首先驯化分离出一种命名为ZY．1的小球藻，然后对所选藻种ZY．1进行培养特性及烟道环境因子的影响测试。ZY．1在C02浓度范围为10％-20％(体积分数)的条件下长势良好，对一系列物理化学条件(pH、温度、气流速度等)也有很宽的适应范围，当烟气中NO浓度不超过300X104、熔解性烟尘含量不大于0．29／L时，这些成分的存在对ZY．1的生长及其C02的固定不产生影响。但当S02浓度大于50X10击时，需对烟气进行脱硫处理或控制运行过

4、程中的培养液内的pH变化来消除其影响。这些结果表明，利用所选藻种进行烟道C02固定是可行的，为进一步研究奠定了基础。．／在上述研究的基础上，1)本文着重进行了利用微藻ZY．1固定烟道C02的光生物反应单元一光生物反应蒜的优化研究，主要包括光生物反应器的光反应结构及II查!!查兰堡主堂堡垒查塑墨C02供气方式的优化。在对光反应结构进行优化研究过程中，建立了模拟几种常见结构的反应器内光能分布的模型，根据所建模型及反应器设计原则设计了三种结构的反应器，对三种结构反应器内的实际光能分布形与模型计算值进行了比较，并比较了三种反应器内ZY-1的生长情况及其C02固定情

5、况。在此基础上，对效果较差的直立管道式结构进行了管道直径的优化及安装结构的改进，对光纤的光传导形式进行了比较研究。上述研究结果表明，所建的有效光能分布形模型计算结果与实际光能分布形是相符的，文中所设计的内置光纤式、圆柱形螺旋盘管式、圆锥形螺旋盘管式及平板式结构反应器内ZY．1的光合生产力均高于一般商业生产值，C02的固定效果也均较好，其中以内置光纤式结构稍好些。／在对反应器的C02供气方式进行优化研究过程中，将中空纤维膜应用到C02的供气研究中，并利用物质平衡方法建立了中空纤维膜的C02传质的模型，通过模型及实验测试方法确定了中空纤维膜供气的ZY．1固定C

6、02的气一液体系内的最佳传质条件。鉴于物质平衡方法的局限性，本文还测试了各种培养条件下，微藻ZY．1固定烟道C02的气一液培养体系内，C02与OH。、H20及NH3等成分之间的化学反应对C02传质的影响，从而提出了利用同一体系内02的传质值及02和C02的扩散系数关系来求解C02传质的简便可靠的方法，并利用该算法测试了pH、温度、细胞浓度及培养液流体动力学条件等因素对赢接鼓泡供气体系内C02传质的影响，确定了直接鼓泡供气体系的最佳C02传质条件。在上述基础上，同步比较了在最佳传质条件下，中空纤维膜组件和直接鼓泡供气方式下ZY．1对烟道C02的固定效果，结果

7、表明，两种供气方式下ZY．1的生长模式及其对C02固定效果相近，但中空纤维膜组件供气方式下培养液内的溶解氧浓度明显低于直接鼓泡供气方式，有助于保证系统长期运行的稳定性。利用中空纤维膜组件供气应定期进行膜的清洗，避免污染。最后，在上述优化的反应结构及C02传质方式下，建立了旁路中空纤维膜组件供气方式的螺旋盘管式光生物反应器，对微藻ZY．1光合固定烟道C02进行了应用研究，并与固定模拟烟道CO=进行了同步比较。结果表明，实际烟气和模拟烟气条件下ZY．1的生长及其对C02的固定情况十分相近，并且最大光合生产力及C02固定速率均高于文献报导值，而反应器内溶解氧含量

8、却低于文献报导值，由此证明利用微藻固定烟邀c02是具有实际应用价值