摘要
化石燃料的过度开发使全球面临着能源和环境危机。微藻作为第三代生物能源生产的原材料受到广泛关注。然而，高成本和低产率是目前微藻油脂生产的主要限制。近年来废弃物资源化处理与可再生能源开发相结合成为突破该限制的有益尝试，利用废水、废弃生物质为原料进行微藻的产能研究，降低微藻培养成本的同时又可处理废水助推碳减排，兼具经济和环保效益。因此，选择具有高生物燃料生产潜力的藻株，寻找廉价碳源来培养微藻是解决问题的关键。厌氧发酵处理有机废物过程中会产生挥发性脂肪酸（Volatilefattyacids，VFAs），这类物质的积累不仅抑制产能过程还对生态环境造成潜在的危害。本文选用VFAs作为培养微藻的碳源，分离纯化出了一株可耐受VFAs且脱氮除磷能力良好的优势藻株链带藻（Desmodesmussp.XNY-2104）并优化其培养条件。探究链带藻和前期研究证明可耐受VFAs的异养型微藻索罗金小球藻（ChlorellasorokinianaFACHB-275）利用产酸废水的潜力。考察不同氮源类型对微藻生长、脱氮除磷及产能的影响并探讨了异养条件下微藻高效脱氮的机理。本研究的主要结论如下： （1）通过平板涂布分离法、平板划线法从校园污水中水站曝气生物滤池中获得了一株可适应VFAs环境且具有良好的脱氮除磷能力的藻株，经形态学和分子生物学鉴定将其命名为Desmodesmussp.XNY-2104。考察了混养、异养条件下不同VFAs比例（乙酸∶丙酸∶丁酸）对链带藻的影响。综合考虑微藻的生长、脱氮除磷及产能情况，异养条件下VFAs比例8∶1∶1为最佳培养条件。该条件下获得的生物量浓度为0.27g/L，总氮、总磷去除率分别为99.86%、99.28%，油脂含量为38.63%。乙酸获得了最高利用率为56.37%，其次为丁酸（54.35%）和丙酸（33.65%）。经分析发现，VFAs被微藻吸收进入细胞后在混养条件下主要用于生物量增长，在异养条件下主要用于氮磷去除及脂质积累过程。 （2）利用实际产酸废水培养索罗金小球藻和链带藻。两株藻均能有效利用产酸废水进行生长。索罗金小球藻在异养条件下获得了最高干重（5.58g/L）、比生长速率（0.32d-1）、干重产率（1.79g/L/d）、总氮去除率（78.6%）、氨氮去除率（75.46%）、总磷去除率（81.73%）及油脂含量（40.23%），COD和VFAs的利用率分别为44.55%、41.61%。链带藻在混养条件下获得了最高的干重（4.85g/L）、比生长速率（0.31d-1）、干重产率（1.50g/L/d），而在异养条件下获得了更高的总氮去除率（81.31%）、氨氮去除率（81.19%）、总磷去除率（82.28%）及油脂含量（39.51%），COD和VFAs的利用率分别为42.94%、39.67%。从微藻对产酸废水的脱氮除磷情况来看，两株藻均在异养条件下获得了更高的氮磷去除率，相比之下，链带藻具有更好的脱氮除磷效果。 （3）考察了不同氮源类型对两株藻在异养条件下的生长、脱氮除磷及产能的影响并探讨了微藻高效脱氮的机理。综合考虑，硝氮为两株藻的最佳氮源，该条件下生物量产量分别为0.90g/L、0.23g/L，总氮去除率分别为97.79%、97.84%，总磷去除率分别为95.96%、96.54%，油脂含量分别为39.13%、36.21%。此外发现，培养介质中硝氮的比例提高可以有效提高总氮的去除率，而氨氮的比例提高会降低总氮的去除率。本研究中两株藻更高效地利用硝氮而不是氨氮可能是因为高浓度的氨氮对藻细胞产生毒害作用以及黑暗条件下VFAs的存在促进了反硝化作用从而提高了硝氮的去除率。
NETL