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微藻具有易培养、生长较快、光合效率高、固碳能力强等优点,能够利用光合作用合成多种生物活性物质,被广泛应用于化工、能源和医药等领域。目前,微藻培养阶段需要消耗巨大的水资源和营养盐,导致微藻生产成本较高,限制其工业化生产。利用富含氮磷等营养物质的废水培养微藻,既能合理利用废水资源及其中的氮磷等营养物质,降低微藻培养的成本,又能净化废水,实现废水的无害化排放,具有广阔的发展前景。 本文选用原始小球藻(Chlorella protothecoides)作为研究对象,以本实验室毕赤酵母发酵废液作为实验废水来源,在500mL摇瓶中分批发酵研究小球藻的动态培养。本文还进一步探讨了以发酵废液和混合液(发酵废液-SE培养基)为培养液分别培养小球藻的可行性,并在此基础上优化发酵废液培养基。主要的研究内容及结果如下: 1、稀释一定倍数的毕赤酵母发酵废液培养C. protothecoides比SE培养基更能促进小球藻的生长。稀释10倍时,培养7天能获得最高生物量,其细胞干重为0.65 g/L,是SE培养基培养的2.28倍;稀释8倍时,培养7天能获得最高叶绿素a和β-胡萝卜素含量,分别为20.66 mg/L和7.03 mg/L;但废液稀释培养小球藻不能有效地提高其油脂含量。 2、毕赤酵母发酵废液可部分取代SE培养基用于C. protothecoides的培养。将发酵废液与SE培养基按一定比例混合培养小球藻,比直接使用SE培养基更能促进小球藻的生长。以发酵废液/SE为2:8(v:v)的培养基培养7天后,最高生物量为1.15 g/L,是用SE培养基培养的2.61倍;发酵废液/SE为3:7(v:v)时,培养7天后,最高叶绿素a和β-胡萝卜素含量分别为29.57 mg/L和9.30 mg/L;发酵废液/SE为4:6(v:v)时,培养7天后,最高油脂含量为细胞干重的28.47%,是SE培养基培养下的1.41倍。 3、以毕赤酵母发酵废液为基础培养基,优化了原始小球藻培养基组分。以稀释10倍的毕赤酵母发酵废液为基础培养基,通过单因素和正交实验(L934)优化得到小球藻生长最佳培养基组成为:葡萄糖0.050 mol/L,硝酸钠0.010 mol/L,磷酸二氢钾0.003 mol/L,海绿素浓度300.000μL/L,培养7天后到最高生物量6.56 g/L,油脂含量达到33.68%。油脂的脂肪酸组成分析结果表明,废液培养基培养下小球藻油脂的脂肪酸组成主要是C16:0(25.12%)、C18:0(4.69%)、C18:1(50.46%)、C18:2(6.78%)、C18:3(8.58%),而用 SE培养基培养的小球藻油脂的脂肪酸组成主要是 C16:0(24.56%)、C18:0(20.36%)、C18:1(16.66%)、C18:2(14.32%)、C18:3(30.98%),两种培养基培养所得藻油脂肪酸组成虽相差较大,但都适合做生物柴油的原料。 4、研究了以发酵废液培养基培养小球藻对废水的净化作用。以优化的发酵废液培养基培养小球藻,培养7天后,小球藻对废液的净化效果良好,其中COD的去除率达到88.52%,氨氮的去除率达到86.59%,总氮的去除率达到94.52%,总磷的去除率达到96.84%。 5、对培养前后发酵废液中的有机成分进行GC/MS分析。结果表明,发酵废液中的有机物主要成分为苯乙醇、2,4-二叔丁基苯酚和2,2-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),分别占总有机物组成的24.53%、9.48%和5.99%。而在培养过程中,小球藻能充分吸收和利用其中的苯乙醇用于自身的生长和代谢合成。