以污泥提取液為生長(zhǎng)介質(zhì)的纖細(xì)角毛藻培養(yǎng)與CO生物固定*2

孟范平，李祥蕾，謝 爽，于 騰，程鳳蓮

（中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266100）

近幾十年來(lái)，因化石燃料廣泛使用排放的CO2對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，地球大氣層中CO2濃度約為392mg／L，并正以2.0mg／（L·a）－1的速度上升［1］。為了降低工業(yè)排放的CO2數(shù)量，1990年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)工業(yè)CO2的捕獲技術(shù)進(jìn)行了大量研究，其中，生物方法特別是基于微藻的CO2生物固定技術(shù)受到更多關(guān)注，主要是因?yàn)槲⒃寮?xì)胞以指數(shù)形式增長(zhǎng)，其光合固碳效率大大高于其他陸地植物，能夠更為有效地利用CO2。借助光生物反應(yīng)器對(duì)光照、溫度、pH值、氣液傳質(zhì)等因子的控制，可以為微藻提供適宜的生長(zhǎng)條件，進(jìn)一步提高固碳效率［2］，且藻細(xì)胞富含脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Esters，F(xiàn)AMEs）等脂類，是制備生物柴油的良好原料［3］。然而，光生物反應(yīng)器運(yùn)行期間，必需向海水中加入含氮、磷的無(wú)機(jī)鹽以滿足微藻生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要。據(jù)國(guó)家土肥和農(nóng)業(yè)發(fā)展中心的統(tǒng)計(jì)資料，磷酸氫二銨和尿素的價(jià)格分別上升 US＄500／t和 US＄143／t［4］。另?yè)?jù)報(bào)道，生產(chǎn)1kg微藻生物柴油需要0.33kg無(wú)機(jī)氮和0.71kg磷酸鹽［5］，這意味著微藻培養(yǎng)及其固碳過(guò)程中需要消耗大量的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽，由此產(chǎn)生的過(guò)高固碳成本將限制微藻大規(guī)模培養(yǎng)及其在工業(yè)CO2固定中的應(yīng)用。城市污水廠污泥中含有豐富的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其提取液可作為營(yíng)養(yǎng)源替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基而用于海洋微藻培養(yǎng)［6］，有效降低微藻的固碳成本，增強(qiáng)其在工業(yè)CO2減排中的應(yīng)用潛力。

纖細(xì)角毛藻（Chaetoceros gracilis）是海洋中的1種單細(xì)胞微藻，屬于硅藻門。筆者的前期研究表明，該微藻不僅具有較強(qiáng)耐酸性，還能在濃度15%的CO2中正常生長(zhǎng)［7］，表明其能夠適應(yīng)持續(xù)通入含CO2的工業(yè)煙道氣的惡劣環(huán)境，具有固定高濃度CO2的應(yīng)用潛力。本研究將污泥提取液與海水按一定比例混合作為培養(yǎng)液，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化培養(yǎng)條件，將接種微藻后的培養(yǎng)基引入自制的光生物反應(yīng)器中進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)培養(yǎng)，確定適宜運(yùn)行條件，以期為污泥提取液應(yīng)用于微藻大規(guī)模培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)CO2的高效生物固定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料、儀器和方法

1.1 材料

微藻藻種 纖細(xì)角毛藻（Chaetoceros gracilis）由中國(guó)海洋大學(xué)藻種庫(kù)提供。使用前，將微藻接種到F／2培養(yǎng)基中，在溫度25℃、光照強(qiáng)度4 000lx、光照時(shí)間24h／d的條件下預(yù)培養(yǎng)2～3d至指數(shù)生長(zhǎng)期。

海水 取自青島石老人近岸海域，避光靜置24h后經(jīng)0.45μm醋酸纖維濾膜抽濾，煮沸滅菌，冷卻備用。F／2培養(yǎng)基 按照文獻(xiàn)［9］的方法配制。

CO2氣體 濃度（體積比）為99.99%，裝于40L高壓鋼瓶?jī)?nèi)，青島市瑞豐氣體有限公司生產(chǎn)。使用時(shí)，與空氣按一定體積比混合，配制成CO2濃度5%、10%、15%、20%的氣體。

1.2 儀器裝置

YS2－H型顯微鏡（Nikon公司），ELⅢ型元素分析儀（德國(guó)瓦里安公司），JY92－II型探頭式超聲發(fā)生器（寧波新芝科技股份有限公司），GXZ－280B型智能光照培養(yǎng)箱（寧波江南儀器廠），GL－20J－Ⅱ高速冷凍離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）。

螺旋管光生物反應(yīng)器：自制，有效容積10L，見(jiàn)圖1。整體上分為3部分：①螺旋管光照區(qū)，由4組螺旋管和日光燈管（固定在燈架上）組成，螺旋管選用透明的PVC管（內(nèi)徑8mm，管壁厚1mm），均勻纏繞于圓柱狀有機(jī)玻璃管上，螺旋個(gè)數(shù)40，每組螺旋管的容積500mL；螺旋管間由橡膠管串聯(lián)；日光燈（23W）固定于有機(jī)玻璃管中央部位。②動(dòng)力驅(qū)動(dòng)區(qū)，由儲(chǔ)液罐（圓柱體，容積10L）、蠕動(dòng)泵組成。罐頂部設(shè)有藻液入口、取樣口、出氣口；罐底部設(shè)有藻液出口和收集口；培養(yǎng)液的循環(huán)流量通過(guò)蠕動(dòng)泵的換擋來(lái)實(shí)現(xiàn)。③輔助區(qū)，包括CO2鋼瓶、電源、恒溫裝置（光照培養(yǎng)箱）。使用前，將接種好的培養(yǎng)液裝入儲(chǔ)液罐內(nèi)，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱溫度至所需溫度，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)流速檔使藻液循環(huán)流量至設(shè)計(jì)值，鋼瓶CO2氣體與空氣經(jīng)三通閥進(jìn)入流路與藻液充分混合，隨藻液被輸送至螺旋管光照區(qū)，通過(guò)微藻的光合作用吸收利用培養(yǎng)液中的CO2，依次流過(guò)4組螺旋管后，再回到儲(chǔ)液罐內(nèi)，如此不斷循環(huán)。

圖1 螺旋管式光生物反應(yīng)器示意圖Fig.1 Schematic drawing of the helical photo bioreactor

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 污泥提取液－海水培養(yǎng)液中的微藻適宜生長(zhǎng)條件靜態(tài)條件下，采用正交試驗(yàn)方法對(duì)微藻培養(yǎng)體系的光照強(qiáng)度、溫度、污泥提取液與海水混合比、通入CO2的濃度（v／v）進(jìn)行優(yōu)化，因素及水平見(jiàn)表1。初始接種密度1×105cells·mL－1，光照時(shí)間24h·d－1，培養(yǎng)7d，以微藻生物量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定基于污泥提取液＿海水混合體系的纖細(xì)角毛藻最適培養(yǎng)條件。

1.3.2 光生物反應(yīng)器的運(yùn)行條件優(yōu)化 按1.3.1節(jié)優(yōu)化的微藻適宜生長(zhǎng)條件，采用單因素影響試驗(yàn)，探討光生物反應(yīng)器培養(yǎng)纖細(xì)角毛藻的適宜運(yùn)行條件。各因素及水平分別為：初始接種量（1×105cells·mL－1，1×106cells·mL－1，3×106cells·mL－1）、藻液循環(huán)流量（600mL·h－1，1 200mL·h－1，2 400mL·h－1）。每天定時(shí)采集藻液測(cè)定生物量，以之為評(píng)價(jià)指標(biāo)確定適宜運(yùn)行條件。運(yùn)行過(guò)程中，CO2流量過(guò)高會(huì)使藻液在光照區(qū)中的停留時(shí)間大大縮短，進(jìn)而導(dǎo)致CO2的利用率較低；而當(dāng)CO2流量過(guò)低時(shí)，氣體壓力較小，不足以保證CO2隨培養(yǎng)液進(jìn)入反應(yīng)器的螺旋管內(nèi)，因此，控制CO2流量20mL·min－1。

1.3.3 微藻生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 藻細(xì)胞密度：血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法，單位為cells·mL－1。

大眾化教育時(shí)代研究生導(dǎo)師與學(xué)生和諧關(guān)系的構(gòu)建 … ……………………… 袁 靜，楊劍萍，郭 成（6．103）

藻生物量：將10mL培養(yǎng)液在5 000r·min－1轉(zhuǎn)速下離心15min后，棄去上清液，以pH＝4的稀鹽酸沖洗藻泥3次，用0.45μm濾膜抽濾，于80℃烘至恒重，用分析天平準(zhǔn)確稱量。藻生物量為藻泥干重與培養(yǎng)液體積之比，單位為g·L－1。

1.3.4 反應(yīng)器中微藻的固碳速率計(jì)算

表1 正交試驗(yàn)的因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal experiments

式中：V 為固碳速率（g·L－1·d－1）；（M－m）為藻生物量產(chǎn)率（g·L－1·d－1），即相鄰（間隔1d）的2次藻生物量測(cè)定值之差；C為微藻的含碳率（本研究采用元素分析儀測(cè)得的纖細(xì)角毛藻含C率為0.508）。

1.3.5 反應(yīng)器中培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定與去除率計(jì)算

取上述藻生物量測(cè)定過(guò)程中的離心上清液，參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》［10］測(cè)定其中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。硝酸鹽氮（－N）：鋅鎘還原法；氨態(tài)氮（NH4＋－N）：次溴酸鹽氧化法；亞硝態(tài)氮（NO2－－N）：萘乙二胺分光光度法；磷酸鹽－P）：磷鉬藍(lán)分光光度法。按下式計(jì)算營(yíng)養(yǎng)鹽去除率（）：

微藻的固碳速率按下式計(jì)算：

式中：C0和CT分別為每種營(yíng)養(yǎng)鹽的起始濃度和培養(yǎng)T 天后的濃度（mg·L－1）。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥提取液－海水混合體系中纖細(xì)角毛藻的培養(yǎng)條件優(yōu)化

表2為優(yōu)化微藻培養(yǎng)條件的正交試驗(yàn)結(jié)果?？梢?jiàn)，確定接種密度1×105cell·mL－1時(shí)，各試驗(yàn)組的纖細(xì)角毛藻均能正常生長(zhǎng)，但生物量存在較大差異：最小的為0.03g·L－1（試驗(yàn)15），最大的為0.86g·L－1（試驗(yàn)10）。根據(jù)極差R大小判斷，4種影響因素中，以A（通入培養(yǎng)液中的CO2濃度）對(duì)纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)影響最大（R為0.563），通入濃度20%CO2的4個(gè)試驗(yàn)中生長(zhǎng)情況較差，培養(yǎng)5d后觀察到培養(yǎng)液中的微藻呈白色；其次為D溫度（R為0.489）；而B(niǎo)（污泥提取液與海水混合比）、C（光照強(qiáng)度）對(duì)纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)的影響較小（R 分別為0.182和0.142）。

2.1.1 CO2濃度的影響分析 CO2濃度變化能夠顯著影響纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)，表現(xiàn)為CO2濃度由5%增加到10%時(shí)，藻生物量的均值由0.545增加到0.652 g·L－1；繼續(xù)增加CO2濃度到15%時(shí)，藻生物量的均值有所下降，為0.455g·L－1；當(dāng)CO2濃度增至20%時(shí)，藻生物量均值急劇下降到0.089g·L－1。文獻(xiàn)［11］發(fā)現(xiàn)［11］，在通入不同濃度（2%～15%）CO2的微綠球藻（Nannochloropsis oculata）半連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中，以2%CO2對(duì)應(yīng)的藻生物量產(chǎn)率最大（（0.480±0.029）g·L－1·d－1），而15%CO2對(duì)應(yīng)的藻生物量產(chǎn)率最低（（0.372±0.022）g·L－1·d－1）。高濃度CO2對(duì)藻細(xì)胞生長(zhǎng)產(chǎn)生有害影響的原因可能是：①高濃度CO2通入使得溶解態(tài)CO2向細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)的擴(kuò)散速率增加，導(dǎo)致藻細(xì)胞內(nèi)的H＋濃度增加，這種酸化對(duì)藻細(xì)胞質(zhì)具有“毒性”作用，使捕光色素蛋白復(fù)合體和反應(yīng)中心復(fù)合體受損或部分降解［12］，導(dǎo)致光合色素含量降低；②高濃度CO2條件下，大多數(shù)CO2消耗在微藻的代謝活性上，即微藻通常采取減少PSⅡ系統(tǒng)活性和減少非循環(huán)光合磷酸化的能量分配策略，以及增加PSⅠ系統(tǒng)中循環(huán)性光合磷酸化的能量配比，以分配更多的ATP用于維持細(xì)胞內(nèi)pH值的穩(wěn)定，因此只有少量的CO2經(jīng)生物固定成為藻細(xì)胞的組分［11］。本研究中，雖然纖細(xì)角毛藻耐受CO2的濃度極限為15%，但通入10%CO2時(shí)出現(xiàn)最大生物量（對(duì)應(yīng)最大CO2利用效率），表明纖細(xì)角毛藻在此濃度下生長(zhǎng)最快。

表2 利用提取液－海水混合液培養(yǎng)纖細(xì)角毛藻的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Designs and results of the orthogonal experiments for the cultivation of Chaetoceros gracilis

2.1.2 溫度的影響分析 溫度是調(diào)節(jié)微藻細(xì)胞、形態(tài)學(xué)和生理學(xué)響應(yīng)的主要因子之一，對(duì)微藻生長(zhǎng)和固碳能力影響很大。低溫（16℃以下）會(huì)抑制生長(zhǎng)，隨著培養(yǎng)溫度逐漸升高，微藻代謝速率增大，細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率升高［13］。適宜溫度下，藻細(xì)胞的酶活性最高，比生長(zhǎng)速率達(dá)到最大。當(dāng)超過(guò)微藻生長(zhǎng)的極限溫度后，因細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)代謝的某些酶活性受到抑制，比生長(zhǎng)速率呈直線下降，溫度高于35℃時(shí)將造成許多藻種死亡［14］。本研究所用的纖細(xì)角毛藻屬暖水性海洋微藻，由表2可見(jiàn)，溫度對(duì)其生長(zhǎng)的影響較大，僅次于CO2濃度。在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)（20～35℃），纖細(xì)角毛藻均可生長(zhǎng)，只是在20℃下的生長(zhǎng)速度較低；隨著溫度升高，藻細(xì)胞的代謝和呼吸作用旺盛，至30℃時(shí)生長(zhǎng)速度最快；當(dāng)溫度繼續(xù)上升至35℃時(shí)，藻生物量有所下降。因此，纖細(xì)角毛藻在混合液中的最適生長(zhǎng)溫度為30℃。這與前人報(bào)道的纖細(xì)角毛藻最適溫度范圍（30～32℃）相符［15］。

2.1.3 營(yíng)養(yǎng)鹽的影響分析 污水污泥除了含有豐富的N、P等營(yíng)養(yǎng)成分外，還含有一定量的鋁、鐵、硅無(wú)機(jī)鹽以及重金屬等有害成分［6］。本研究采用超聲處理制備的污泥提取液中，無(wú)機(jī)氮（IN）和PO3－4－P的濃度分別達(dá)351.5和115.0mg·L－1，是F／2培養(yǎng)基中相應(yīng)成分的28.6倍和101倍。這種污泥提取液直接用于培養(yǎng)微藻，可能因有害成分濃度過(guò)高而抑制微藻的正常生長(zhǎng)；此外，微藻培養(yǎng)期間無(wú)法充分利用提取液中大量的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽，也會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)資源的浪費(fèi)。因此，研究中，預(yù)先按照一定的體積比將海水與污泥提取液混合后，再用于微藻培養(yǎng)。表2的結(jié)果表明，體積比1∶29的混合培養(yǎng)液最適于纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的藻生物量均值為0.547g·L－1。

2.1.4 光照強(qiáng)度的影響分析 本研究中，光照強(qiáng)度是對(duì)纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)影響最小的1個(gè)因素。由表2可以看出，在污泥提取液－海水混合體系中，纖細(xì)角毛藻的最適光照強(qiáng)度為6 000lx。當(dāng)?shù)陀诨蚋哂诖酥禃r(shí)，都會(huì)造成藻生物量的降低。這是因?yàn)椋S著光照強(qiáng)度增加，光強(qiáng)對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響分為光限制、光飽和、光抑制等類型。每種微藻具有自己的最適光強(qiáng)，低于最適光強(qiáng)時(shí)，光強(qiáng)成為微藻生長(zhǎng)的限制因子，此時(shí)微藻的光合效率隨著光強(qiáng)的增加而增加；當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定值后，光合作用效率幾乎不再增加而保持穩(wěn)定（即光飽和效應(yīng)）；光強(qiáng)繼續(xù)增加到遠(yuǎn)大于光飽和點(diǎn)時(shí)，藻細(xì)胞的葉綠體PSⅡ系統(tǒng)會(huì)受到損壞，導(dǎo)致氧釋放系統(tǒng)、電子載體的失活，光合作用效率就會(huì)下降（即光抑制現(xiàn)象）［16］。

綜上所述，以污泥提取液－海水混合液培養(yǎng)纖細(xì)角毛藻的最適條件為：CO2濃度（v／v）為10%，污泥提取液與海水的體積比為1∶29，溫度為30℃，光照強(qiáng)度6 000lx。

2.2 光生物反應(yīng)器中微藻固碳的運(yùn)行條件

將纖細(xì)角毛藻接種到污泥提取液與海水的混合液中，在螺旋管式光生物反應(yīng)器中進(jìn)行培養(yǎng)，控制培養(yǎng)條件為上述優(yōu)化值，以研究接種密度、循環(huán)流量變化對(duì)藻生物量的影響。

2.2.1 適宜接種密度的確定 微藻培養(yǎng)過(guò)程中，適宜的接種量能夠有效縮短細(xì)胞的延遲生長(zhǎng)期，使細(xì)胞快速進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期［15］。對(duì)于光生物反應(yīng)器而言，微藻培養(yǎng)周期的縮短意味著生產(chǎn)效率和CO2固定速率的提高。在藻液循環(huán)流量保持不變（600mL·h－1）的情況下，本研究采用文獻(xiàn)常用的3個(gè)接種密度［17］，分別測(cè)定反應(yīng)器運(yùn)行期間的藻生物量變化（見(jiàn)圖2）。

可見(jiàn)，當(dāng)接種密度較低（1×105cells·mL－1）時(shí)，纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)的延遲期較長(zhǎng)，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的生物量積累較少；當(dāng)接種密度為1×106cells·mL－1時(shí)，延遲期較短，2～5d內(nèi)的生物量增加值達(dá)到0.65g·L－1，增幅最高；當(dāng)接種密度為3×106cells·mL－1時(shí)，纖細(xì)角毛藻雖然只經(jīng)過(guò)較短延遲期即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，但是其生長(zhǎng)停滯期也很快出現(xiàn)，培養(yǎng)5d就進(jìn)入停滯期，不利于獲得最大生物量或最高固碳速率。因此，選擇1×106cells·mL－1為最佳接種密度。

2.2.2 適宜的藻液循環(huán)流量確定 由圖3可見(jiàn)，當(dāng)藻液循環(huán)流量由600mL·h－1增加到1 200mL·h－1時(shí)，培養(yǎng)7d后的藻生物量由0.85增加到0.91g·L－1；當(dāng)循環(huán)流量為2 400mL·h－1時(shí)，培養(yǎng)7d后的藻生物量最低，僅為0.48g·L－1。這是因?yàn)椋^(guò)高的循環(huán)流量雖然增加了微藻在單位時(shí)間接受光照的頻率，但是每次循環(huán)中藻細(xì)胞在光照區(qū)的停留時(shí)間太短，得不到充足光能，使光合作用降低。另外，流速過(guò)快時(shí)，液流對(duì)微藻產(chǎn)生一定剪切力，也不利于微藻生長(zhǎng)［17］。反之，較低的循環(huán)流量不僅延長(zhǎng)了微藻在反應(yīng)器中的循環(huán)周期，相對(duì)增加了藻細(xì)胞處于非光照區(qū)的時(shí)間，總體光合效率和培養(yǎng)期間的生物量都會(huì)降低，而且微藻容易在螺旋管內(nèi)沉淀，難以保持受光均勻，造成微藻的光合效率下降。因此，為使微藻在反應(yīng)器中有較高的生物量，適宜的藻液循環(huán)流量為1 200mL／h。

圖3 培養(yǎng)液循環(huán)流量（mL·h－1）對(duì)光生物反應(yīng)器中纖細(xì)角毛藻生物量的影響Fig.3 Effect of the flow rate（mL·h－1）of culture solution on the growth of Chaetoceros gracilis in the photobioreactor

2.3 光生物反應(yīng)器中纖細(xì)角毛藻的固碳效果

在2.1節(jié)和2.2節(jié)確定的纖細(xì)角毛藻培養(yǎng)條件和反應(yīng)器運(yùn)行條件下，接種纖細(xì)角毛藻后，使螺旋管式光生物反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行1個(gè)周期（7d），逐日測(cè)定藻生物量的變化，結(jié)果見(jiàn)表3。纖細(xì)角毛藻在光生物反應(yīng)器中的延遲期為2d，從第3天起即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。運(yùn)行期間，以第5天的藻生物量產(chǎn)率和固碳效率最大，分別為0.36和0.67g·L－1·d－1。通過(guò)表4對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本研究所用的纖細(xì)角毛藻（Chaetoceros gracilis）（0.67g·L－1·d－1）在光生物反應(yīng)器中的最高固碳效率高于蛋白核小球藻（Chlorella kessleri）（0.33g·L－1·d－1）、普通小球藻（Chlorella vulgaris）（0.26g·L－1·d－1）和 螺 旋 藻（Spirulinasp.）（0.51g·L－1·d－1），略低于海洋綠球藻（Chlorococcum littorale）（0.85g·L－1·d－1）。

表3 優(yōu)化工作條件下光生物反應(yīng)器中通入濃度10%的CO2后藻生物量和固碳速率逐日變化Table 3 Daily change of biomass and carbon sequestration capacity of Chaetoceros gracilis cultured in the photobioreactor under the optimized working conditions

表4 不同藻種在其最適宜培養(yǎng)條件下最大固碳速率比較Table 4 The maximum carbon sequestration capacity of different microalgae under their optimized cultural conditions

2.4 光生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)鹽的利用程度

本研究同時(shí)測(cè)定了光生物反應(yīng)器中纖細(xì)角毛藻對(duì)培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)鹽的利用程度。由表5可見(jiàn)，培養(yǎng)7d后，培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)鹽被纖細(xì)角毛藻快速吸收利用，的去除率分別達(dá)到96.9%、93.3%、78.0%和88.5%，進(jìn)一步表明污泥提取液中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽可以作為纖細(xì)角毛藻的生長(zhǎng)介質(zhì)。在利用微藻進(jìn)行CO2的大規(guī)模固定時(shí)，污泥提取液的使用將大大降低固定成本，使微藻固碳技術(shù)更具應(yīng)用潛力。

表5 優(yōu)化工作條件下培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)鹽的去除程度Table 5 Nutrient removal potential from culture medium under the optimized working conditions

3 結(jié)論

（1）在污泥提取液和海水的混合體系中，連續(xù)通入高濃度CO2的情況下，CO2濃度對(duì)纖細(xì)角毛藻生長(zhǎng)影響最大，濃度20%的CO2對(duì)微藻生長(zhǎng)的抑制作用最大。最適培養(yǎng)條件為：CO2濃度為10%，污泥提取液與海水按1∶29的體積比混合，溫度30℃，光照強(qiáng)度6 000 lx。

（2）將接種纖細(xì)角毛藻的污泥提取液－海水混合液在螺旋管式光生物反應(yīng)器循環(huán)運(yùn)行，用于濃度10%的CO2吸收固定，適宜的運(yùn)行條件為：CO2流量20mL·min－1，初始接種量1×106cells·mL－1，藻液循環(huán)流量1 200 mL·h－1。

（3）在優(yōu)化的培養(yǎng)條件和運(yùn)行條件下，光生物反應(yīng)器中纖細(xì)角毛藻的最大藻生物量產(chǎn)率和固碳速率出現(xiàn)在培養(yǎng)5d后，分別為0.36和0.67g·L－1·d－1。同時(shí)，培養(yǎng)液中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的利用程度較高，NO－3－N、NH＋4－N、NO－2－N、PO3－4－P的去除率分別達(dá)到96.9%、93.3%、78.0%和88.5%。利用污泥提取液替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基，將大大降低微藻固碳成本，使其更具應(yīng)用潛力。

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