微藻产油、固碳、脱硫、除硝一体化模式研究

Biodiesel from microalgae is a kind of second generation biofuel. It is one of the most important objectives of biodiesel prodution from micro algae that the ?ue gas is used as carbon source for cultivation of lipid-rich micro algae. It is well knowen that not only CO2, but also SO2 and NOx are present in the flue gases. On the basis of successful selection of a lipid-rich miroalgae Chlorella WZ with high tolerance of SO2 and NOx, we first established the idea of simultaneous lipid production,CO2 fixation, SO2 and NOx removal by micro algae.With the lipid-rich micro algae Chlorella WZ as research material, the effects of main physical and chemical factors on lipid production, carbon dioxide fixation, sulphur and nitrogen oxides removal are investgated. The optimal cultivation condition is applied to meet the requirements of lipid accumulation, carbon dioxide fixation as well as sulphur and nitrogen oxides removal.The findings provide a new approach for utilization of ?ue gas as carbon source to produce biodiesel from micro algae.

利用工业废气中的CO2为碳源培养产油微藻，是微藻生物柴油研发的重要指导思想和目标。烟道气中除了CO2外，还含有二氧化硫（SO2）和氮氧化物（主要是NO）。本项目在已经筛选获得对二氧化硫和氮氧化物具有超强耐受力的产油微藻优良藻种Chlorella WZ的基础上，根据微藻培养系统具有吸收、转化和利用SO2和NO代谢途径的特性，首次提出建立微藻产油、固碳、脱硫、除硝一体化模式的设想。以Chlorella WZ为材料，研究重要理化因子对产油、固碳、脱硫、除硝影响的规律，优化培养条件，同时满足微藻产油固碳过程与脱硫除硝过程对理化条件的要求，将产油、固碳过程与脱硫、除硝过程相耦合。研究结果将展示微藻高效同步产油、固碳、脱硫、除硝的巨大潜力，解决利用工业废气CO2培养产油微藻所面临的关键科学问题和技术难题。在生物能源、环境保护领域具有广阔的应用前景。

筛选出对SO32-和NO2-具有高耐受性、生长快、生物量大、含油量高的藻种-小球藻（Chlorella sp. XQ-20044）。研究主要理化因子对小球藻细胞悬浮培养系统转化亚硫酸盐和亚硝酸盐的影响，利于亚硫酸盐转化及小球藻生长的最优条件为：接种密度为0.15 g/L，光照300 μmol•m-2•s-1，温度35℃，NaHCO3 6 g/L，藻液pH 9~10。在此条件下，亚硫酸根的转化速率最高，为3.25 mmol•L-1•d-1；亚硝酸盐转化及小球藻生长的最优条件为：光强300 μmol•m-2•s-1，温度30℃，藻液pH 7~8，NaHCO3 2 g•L-1，接种密度为0.15 g•L-1，亚硝酸根的最高转化速率为1.36 mmol•L-1•d-1。研究结果表明，小球藻Chlorella sp. XQ-20044细胞悬浮培养系统可以高效地转化亚硫酸盐和亚硝酸盐，利用不经过预先脱硫和除硝的烟道气培养小球藻生产微藻生物柴油的原料是可行的。. 通过控制培养基初始氮源的浓度和烟道气的通入量，既保证了碳源（烟道气CO2）的供给能够满足产油微藻快速生长繁殖对碳源的需求，又避免了烟道气过度通入使藻液酸化，成功地实现了微藻产油与固碳、脱硫和除硝过程的耦联，首次建立了微藻产油、固碳、脱硫和除硝一体化模式。在一体化培养模式下，经过6天培养，小球藻的总脂含量达到干重的 38.0%，中性脂占总脂含量的81.2%，C16和C18是主要的脂肪酸。小球藻固定CO2的平均速率是 0.22 g L-1 d-1，模拟烟道气中CO2、SO2和NO的去除率分别为 95.9%、100%和84.2%。本研究解决了利用烟道气培养产油微藻所面临的关键科学问题和技术难题，为利用烟道气培养产油微藻提供了一种新的技术，对于推动微藻生物柴油的产业化进程具有重要意义，在生物能源和环境保护领域具有广阔的应用前景。