生物法絮凝斜生栅藻工艺优化及絮凝机制研究

作     者：吉松松 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙利芹

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：斜生栅藻 真菌 生物絮凝 工艺优化 絮凝机制 

摘      要：微藻作为重要海洋资源,富含维生素、矿物质及优质单细胞蛋白(SCP)、活性多糖及多不饱和脂肪酸活性成分,在食品、医药、能源、环保等领域都有很好的应用,但因为细胞采收成本高成为其工业化应用的重要限制因素。当前的微藻采收方法以物理或者化学方法为主,存在能耗高、成本高、效率低、引入化学污染等缺点,生物法采收因低能耗、环保性及不影响后期微藻生物质应用等优势,成为近些年微藻采收研究的热点。本论文研究旨在探讨一种利用真菌絮凝斜生栅藻的生物絮凝方法,在絮凝菌株筛选的基础上,通过考察絮凝p H、温度、转速及藻菌等对斜生栅藻絮凝效果的影响,获得优化的生物絮凝条件,其后进一步从吸附动力学、细胞表面带电性质及胞外聚合物成分分析等角度探讨了真菌絮凝细胞的机制,并对其在废水处理领域中的应用进行了初步探究。论文研究拟开发一种经济高效、绿色安全的微藻采收方法,促进微藻生物质的工业化应用具有重要的意义。主要研究结果如下:(1)斜生栅藻絮凝菌株的筛选及真菌培养条件优化。为了筛选出对斜生栅藻絮凝效果好的真菌,以絮凝率为考察指标,考察了从废水培养的微藻中分离出的真菌ZJ-1和5种常见的食用菌对斜生栅藻的絮凝效果。结果表明,真菌ZJ-1和杏鲍菇的絮凝效果最好,平均絮凝率能达到63.35%,可作为辅助微藻絮凝的真菌。对真菌ZJ-1进行分子生物学鉴定,确定为Phomopsis sp.;进一步以菌丝干重和菌丝球直径为考察指标,优化了真菌Phomopsis sp.菌丝球形成的最佳培养条件,确定了以蔗糖为最佳碳源、酵母膏为最佳氮源及p H为7的最适培养条件。(2)斜生栅藻絮凝工艺条件的优化。采用单因素实验设计分别考察了p H、温度、转速、藻菌比对真菌Phomopsis sp.和杏鲍菇絮凝斜生栅藻效果的影响。结果显示,真菌Phomopsis sp.絮凝斜生栅藻的最佳工艺条件为p H 9、28℃、160 r/min、菌丝球添加量5.5 g(湿重),此条件下絮凝率达到84.33%;杏鲍菇絮凝斜生栅藻的工艺条件为p H 3、26℃、180 r/min、藻液初始吸光度OD=0.6,此条件下絮凝率达到85.67%。探究了斜生栅藻协同杏鲍菇生物絮凝应用于养殖废水的处理效果,结果显示,斜生栅藻对养猪废水总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)的去除率分别达到了97.37%、55.41%、42.79%,杏鲍菇对废水中斜生栅藻絮凝率达到59.68%。(3)生物法絮凝斜生栅藻的机制研究。以杏鲍菇絮凝斜生栅藻为例,分别从吸附动力学、细胞表面带电性质、胞外聚合物性质等方面探讨了生物法絮凝微藻的机制。结果显示,杏鲍菇菌丝球对斜生栅藻的吸附过程更符合伪二阶动力学方程,且以化学吸附为主;p H主要是通过影响真菌和微藻细胞表面带电性质从而影响到絮凝效果;在絮凝中主要起作用的胞外聚合物为主要为蛋白质、多糖及腐殖酸类物质,主要作用的官能团有O-H、N-H、C=O、P-O。