城市污水中斜生栅藻产脂促进条件及作用机制研究

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1、博士学位论文城市污水中斜生栅藻产脂促进条件及作用机制研究CONDITIONSANDMECHANISMOFENHANCEDLIPIDPRODUCTIONOFSCENEDESMUSOBLIQUUSCULTIVATEDINMUNICIPALWASTEWATER韩松芳哈尔滨工业大学2018年03月国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工学博士学位论文城市污水中斜生栅藻产脂促进条件及作用机制研究博士研究生：韩松芳导师：金文标教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年

2、03月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703.1U.D.C:628.3DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringCONDITIONSANDMECHANISMOFENHANCEDLIPIDPRODUCTIONOFSCENEDESMUSOBLIQUUSCULTIVATEDINMUNICIPALWASTEWATERCandidate：SongfangHanSupervisor：Prof.JinWenbiaoAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEn

3、gineeringEnvironmentalScienceandSpecialty：EngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要利用城市污水培养产油微藻，有利于降低生物柴油生产成本，实现污水的资源化利用，具有广阔的应用前景。在城市污水培养微藻制备生物柴油产业链中，微藻选育与微藻培养是其首要与关键环节。但目前存在着优质藻种缺乏以及培

4、养过程中微藻生长与油脂积累相矛盾，油脂产率较低的问题。为了提高利用城市污水培养微藻时的油脂产率，本论文优选获得了一株产脂效率高、城市污水耐受性强的藻种斜生栅藻SC-W；依据其特性，研究了利用城市污水培养时，可促进其高效产脂的促进条件；考察了促进条件下，其在板式光生物反应器扩大培养系统中的实际产脂效果；最后对促进条件显著提高斜生栅藻产脂的作用机制进行了研究。通过对比不同藻种的产脂效率和对城市污水的耐受性能对藻种进行了优选。优选所得斜生栅藻SC-W产脂效率高，污水耐受性好，粗滤网过滤后的原污水无需灭菌可直接用于其培养，有利于微藻的规模化培养。提出

5、了通过向城市污水中投加营养盐、植物生长调节剂、细菌兼顾其生物质产率与油脂含量，促进其产脂的策略。通过正交试验所得的促进斜生栅藻产脂的最优条件为FeSO4浓度1.5mg/L，吲哚乙酸（IAA）浓度7.5mg/L，三十烷醇（TRIA）浓度5mg/L，EM菌D600值0.01，在此条件下，斜生栅藻油脂产率可达82.8mg/L/d，相比于空白对照组油脂产率32.3mg/L/d提高了116%。且单不饱和脂肪酸含量的提高，有利于提升所得生物柴油的品质。考察了促进条件下，斜生栅藻在板式光生物反应器扩大培养系统中的实际产脂效果，促进条件下斜生栅藻生物质产率与

6、油脂产率分别为131.5、34.0mg/L/d，相较于对照组分别提高了113%、93%，验证了其促进斜生栅藻产脂的有效性。对斜生栅藻进行序批式培养，4个培养周期内，每个周期培养4天，所得生物质产量为0.52-0.56g/L，油脂产量为0.14-0.16g/L，且城市污水中氮磷主要被斜生栅藻所同化吸收，有利于污水中氮磷的资源化利用。随着规模化扩大，以及产业链各工艺环节技术的进步，利用城市污水培养微藻制备生物柴油在能耗上具有可行性。利用显微观察与元素含量分析技术手段对植物生长调节剂IAA、EM菌促进斜生栅藻产脂的作用机制进行了研究。结果表明，投加

7、植物生长调节剂IAA、EM菌有利于斜生栅藻的生长分裂，促进其单位时间内个数的增加从而促进其生物质产率的显著提高；且IAA、EM菌处理组斜生栅藻相较于空白对照组处-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文于氮缺乏的状态，有利于合成油脂，弥补了微藻快速生长竞争还原力等所造成的油脂合成的减少。微藻的油脂产率由微藻的生物质产率与油脂含量共同决定，利用城市污水培养斜生栅藻时，在IAA、EM菌作用下，于同一系统中兼顾了微藻生物质产率与油脂含量，在不显著影响微藻油脂含量的前提下，促进生物质产率的大幅提高，最终实现了油脂产率的大幅提高。利用代谢组学的技术手段对植物

8、生长调节剂IAA促进斜生栅藻产脂的代谢机制进行了研究。通过差异代谢物涉及的主要代谢途径和代谢调控网络的分析，发现IAA通过上调或下调差异代谢物的含量，使TCA循环与