室外培养微藻生物质光反应器及反应效率.pdf

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1、CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2013，23(2)室外培养微藻生物质光反应器及反应效率李茂涛鲁厚芳袁桃陶川东梁斌四川大学化工学院四川省多相流传质与反应工程重点实验室成都610065摘要通过分析和比较文献数据，以户外微藻培养为基准，建立微藻室外封闭培养的光反应计算模型，对管式微藻反应器的光吸收效率、光合作用效率以及生长模型进行计算，针对不同的光照条件计算反应器的管径等参数，为微藻过程开发利用提供基础数据。关键词微藻微藻生物柴油室外培养生长动力学随着化石能源的逐渐减少，人们对可再生能养产率和光合作用效率，结果表明，微藻的面

2、积源的关注度越来越高。生物柴油作为其中之一，产率可达到38．2g／(in·d)。已在世界各国得到了广泛的工业化生产，但生物本文对国内海口、成都、拉萨、二连浩特的柴油生产的最大瓶颈是原料来源问题。微藻是一微藻培养条件进行比较，结果显示，在不同地方种光合自养微生物，具有生长速度快、增殖周期的光反应器直径将随光照条件变化，微藻产率也短、光合效率高、营养要求低等特点⋯；微藻细随不同地区变化较大。胞中富含油脂、蛋白质、多糖等多种有价值的物1与计算相关的参数质，富含油脂的藻种平均油脂含量在20％～50％之间J。因此，微藻被认为是具有潜力的油脂生1．1光反应器

3、的选择产物种，也是生物柴油潜在的原料来源。微藻的培养方式目前主要有两种：一种为开已经有大量文献报道对微藻培养的研究。放式的跑道池培养；另一种为封闭式培养，又分QuentinBechet等在一个体积为50L的柱光生物为板式和管道式光生物反应器培养。相对于开放反应器中培养微藻，以C．sorokiniana为培养藻种，式微藻培养而言，封闭式培养微藻不易受污染，得到微藻的体积产率为10±2．2g／(m·d)，微培养液中水分挥发小，且可以得到比跑道池培养藻的总光合效率达到了4．8±0．5％；在微藻培养高5—10倍的生物质浓度，减轻后续的微藻浓缩能装置的研究

4、方面，E．Molina等在综合考虑了管长、耗。对于光照强、缺水的地方尤其适合封闭式培光反应器里培养液的流速、气升柱高度、光接收养，封闭培养中，板式和管式光生物反应器都面器的构象等众多影响微藻生长的因素后，设计了临着同样的高固定资产投入的问题，但管式相对一个总体积为0．2in的气升管式光生物反应器，于板式，更容易控制反应器中培养液的均匀有序以Phaeodactylumtricomutum为培养藻种，该反应混合，而这被认为是提高微藻光合效率的最有效器中微藻的浓度可达到4g／L，在稀释速率为0．o4的途径。因此本文选择管道式光生物反应器。／h时，微藻的

5、体积产量可达到1．9(L·d)，面积产率为32g／(m·d)[4J。Lehr和Posten在一个1．2地点选择体积为50L的光反应器中培养微藻，以其数据计微藻的生长是将太阳能转化为生物质能的过算得微藻的面积产率为32．4g／(m·d)。J．程，它的生长速率决定于温度、光照强度、二氧Doucha等考察了室外平板光生物反应器的微藻培化碳浓度、pH、营养液等众多因素，其中温度和李茂涛：在读研究生。主要研究方向：微藻生物柴油、光生物反应器设计、转极性溶剂。联系方式：lipuxizi@163．corn，328239527@qq．corn。李茂涛等室外培养微

6、藻生物质光反应器及反应效率3l光照是最重要的因素。地面所能接收到的太阳辐表i给出了我国几个不同城市的太阳光照情况和温照能量与该地的经纬度、季节、气候等因素有关，度情况。表1中国几个城市的气象数据同所有生物质生长相同，微藻在低温下生长形单细胞淡水藻，直径3—8ram，一般以BG11或缓慢，而高温又可能引起培养液过热而致使微藻sE为培养基，最佳培养二氧化碳浓度在3％左右，细胞死亡，微藻的适宜生长温度为10～30~C。光培养温度在25℃左右，通气比为0．02vvm。表3照强度的作用也有同样的现象，光照太弱，则光为文献中小球藻的一般参数(括号内为本文所取

7、合作用进行缓慢，不利于生物质的合成，但光照的参数)。太强则会发生光抑制，影响微藻生长，不同的微表3小球藻的一般培养参数藻物种生长所需的最适光照强度不同，例如，Pha．参数范围(基础值)eodactylumtricornutum的最适生长光照强度为最大比生长速率[，／d0．44～0．756(0．615)185I~E／(m·s)，而对Porphyridiumeruentum而光和效率[3]，％3．1～5．6(4．0)消光系数[，m／kg36．9～200(124．5)言，它的最适生长光强为200~E／(m·s)。微藻氮利用系数[引，f1．2～1．3(1

8、．25)培养需要适中的光照强度、温和的温度，同时要微藻生物质浓度[引，GL0．7—2(1．3)有充足的水源。假定温度大于l0c【=的月份