柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺及作用机制研究

论文摘要

城市污水培养微藻生产生物柴油工艺能够实现污水资源化,是应对能源危机和环境污染两大问题的解决办法之一。微藻收获是微藻生物柴油工艺产业化的一大瓶颈,虽然目前已有大量关于微藻收获方法的研究,但均未能实现产业化。课题组前期从城市污水培养微藻体系中筛选出一株柠檬酸杆菌W4,对小球藻的絮凝收获率可达（92.38±1.57）%,本课题基于课题组前期的研究成果,对柠檬酸杆菌W4促进小球藻絮凝的原因进行探讨,探索柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺的户外应用条件,并对该工艺的经济可行性进行分析。对柠檬酸杆菌W4促进小球藻絮凝的原因进行探讨,结果表明,柠檬酸杆菌W4能够适应小球藻培养体系并成为优势菌种,发挥絮凝作用。进一步分析柠檬酸杆菌W4产生的絮凝活性物质及絮凝作用机制,发现柠檬酸杆菌W4的菌体本身及其代谢产物中存在絮凝活性物质,絮凝活性物质的主要成分为蛋白质、多糖和羧酸,其中氨基、羧基等活性基团在絮凝过程中发挥重要作用。絮凝作用机制主要为吸附架桥和网捕卷扫作用,与电中和作用无关。通过对柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺的户外应用条件探索,得到柠檬酸杆菌W4收获小球藻的最佳收获工艺参数条件为:收获时长为6 h,菌藻比为4:1,搅拌速度梯度G值为26.30 s-1。在该参数条件下得到的最佳微藻收获率为（87.37±2.96）%。通过分析柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺对后续工艺的影响发现,小球藻培养体系经柠檬酸杆菌W4收获后,出水水质会受到影响,需改进柠檬酸杆菌W4的投加方式。通过对比收获前后油脂产量的变化发现,柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺对油脂产量无显著影响。且柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺可提高微藻生物柴油的品质。对柠檬酸杆菌W4收获小球藻工艺进行经济可行性分析,得到该工艺在小试规模参数条件下的成本为10.24元/kg干藻粉,折合1.49$/kg干藻粉,与其他收获方法的成本相比有一定优势,但与市场上的原油价格相比仍有差距。在后续的研究中可从优化絮凝条件、改善柠檬酸杆菌W4投加方式、优化柠檬酸杆菌W4的培养条件等方面入手进行深入研究,进一步推进微藻生物柴油工艺的产业化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景
•     1.1.1 能源危机
•     1.1.2 水污染现状
•     1.1.3 微藻生物柴油简介
•   1.2 微藻收获方法研究现状
•     1.2.1 物理法
•     1.2.2 化学法
•     1.2.3 生物法
•   1.3 细菌絮凝微藻研究现状
•     1.3.1 细菌絮凝微藻研究现状
•     1.3.2 细菌对微藻的絮凝机理研究现状
•   1.4 课题研究目的及意义
•   1.5 技术路线及研究内容
•     1.5.1 技术路线
•     1.5.2 主要研究内容
• 第2章 实验材料与方法
•   2.1 实验装置
•     2.1.1 微藻培养装置
•     2.1.2 微藻收获装置
•   2.2 实验材料
•     2.2.1 藻种来源
•     2.2.2 菌种来源
•     2.2.3 实验用水及培养基
•     2.2.4 实验仪器与设备
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 微藻的保存及扩大培养
•     2.3.2 细菌的保存和扩大培养
•     2.3.3 微藻的收获
•     2.3.4 实验分析项目及方法
• 第3章 W4菌对小球藻絮凝原因探讨
•   3.1 菌群结构分析
•     3.1.1 Alpha多样性分析
•     3.1.2 OTU分布Venn图
•     3.1.3 物种组成分析
•   3.2 W4 菌对小球藻的絮凝方式确定
•     3.2.1 絮体结构观察
•     3.2.2 絮凝活性分布
•   3.3 W4 菌絮凝小球藻原因分析
•     3.3.1 Zeta电位分析
•     3.3.2 蛋白质对絮凝作用的影响
•     3.3.3 傅里叶红外分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 W4菌户外收获小球藻条件优化
•   4.1 W4 菌户外收获小球藻单因子实验
•     4.1.1 收获时长对收获率的影响
•     4.1.2 菌藻比对收获率的影响
•     4.1.3 搅拌速度梯度G值对收获率的影响
•     4.1.4 碳源投加量对收获率的影响
•   4.2 W4 菌户外收获小球藻多因子实验
•     4.2.1 响应曲面实验方案设计
•     4.2.2 响应曲面实验结果分析
•     4.2.3 响应曲面验证实验
•   4.3 W4 菌收获小球藻对后续工艺的影响
•     4.3.1 对出水水质的影响
•     4.3.2 对油脂产量的影响
•     4.3.3 对油脂中脂肪酸不饱和度的影响
•   4.4 W4 菌收获小球藻工艺经济可行性分析
•     4.4.1 设备投资费用估算
•     4.4.2 年总成本估算
•     4.4.3 环境效益分析
•   4.5 W4 菌收获小球藻工艺不足与展望
•   4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何嘉雯

导师: 金文标

关键词: 微藻收获,细菌,絮凝机理,户外

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: X703;X172

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.001541

总页数: 69

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