1.4指標測定及計算方法
生物量質量濃度：通過已知干質量鈍頂螺旋藻液在560 nm下的光密度值，做生物量質量濃度與OD560的相關性曲線，通過每天測定螺旋藻液OD560，計算生物量質量濃度[17]。
pH值：使用Delta 320型數(shù)字式酸度計（Mettler-Toledo，德國）測定。
硝態(tài)氮質量濃度：采用紫外分光光度法測定。
磷酸鹽質量濃度：采用鉬銻抗分光光度法測定。
表4不同稀釋率下MPBR中每天采收藻液、獲得過濾液，藻產品體積和補加去離子水的體積
溶解性無機碳濃度：采用酸堿指示劑滴定法。
稀釋率：每天加入至反應器中Zarrouk培養(yǎng)基的體積與反應器中培養(yǎng)基總體積之比即為稀釋率（dilution rate，D），計算公式：
式中：D為稀釋率（d-1）；Vin為PBR中每天加入新鮮Zarrouk培養(yǎng)基的體積（L/d）；V為PBR中培養(yǎng)基總體積（7.4 L）。
膜通量：
式中：J為膜通量（L/（m2·min））；Q為流量（L/min）；A為膜表面積（m2）。
體積濃縮系數(shù)：
式中：υ為體積濃縮系數(shù)；Fin為加入至過濾槽中藻液體積（L）；Fretentate為過濾槽中剩余藻液體積（L）。
2結果與分析
2.1 PBR中鈍頂螺旋藻的生長情況
考察鈍頂螺旋藻在PBR中的生物量變化，結果見圖3（a）。隨著培養(yǎng)時間的進行，藻密度逐漸增大，第1～10天螺旋藻生長較快，生物量達到1.837 g/L；培養(yǎng)至第16天，生物量穩(wěn)定在2.122 g/L左右；從3（b）中可以看出，隨著螺旋藻的生長，pH值從初始9.14升高至9.88，在螺旋藻生長的適合范圍內。為維持PBR中適宜的藻濃度，保證較高生物量質量濃度下螺旋藻的快速生長，提高生物量產率，同時避免PBR中藻質量濃度太高而產生光遮蔽現(xiàn)象，根據(jù)生長曲線知，螺旋藻在第7～10天生長較快，生物量較高，所以選擇螺旋藻生物量質量濃度在1.5～1.8 g/L范圍內進行后續(xù)實驗。
圖3鈍頂螺旋藻在PBR中生物量和pH變化
分析培養(yǎng)始末培養(yǎng)液的營養(yǎng)鹽濃度，結果見表5。經(jīng)過16 d的培養(yǎng)，HCO3-和NO3--N濃度明顯減小，分別減少了83.13 mmol/L和124.34 mg/L，表明藻類利用HCO3-和NO3--N作為生長的碳源和氮源；CO32-濃度從初始30.60 mmol/L升高至77.75 mmol/L；培養(yǎng)過程中HCO3-濃度減少，CO32-濃度升高的原因是在水溶液中無機碳以CO2、HCO3-、CO32-這3種碳源形式存在，三者存在相互轉化的動態(tài)平衡：
Zarrouk培養(yǎng)基中采用碳酸氫鈉作為無機碳源，主要以HCO3-形式存在，此時微藻同化來自HCO3-中的CO2，當CO2被利用后，再不斷從HCO3-中重新釋出CO2，使得上述平衡向左移動。PO43--P濃度變化不大，分析磷源利用較少的原因可能是需要磷元素參與合成的核酸，ATP等含磷化合物在藻細胞中的含量較低。同時發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)結束時培養(yǎng)液中仍有一定濃度的HCO3-，NO3--N以及PO43--P剩余，表明初始添加量完全可以滿足藻體的生長需要，因此基于成本考慮，可適當減少Zarrouk培養(yǎng)基中營養(yǎng)鹽濃度。
2.2 PBR中不同稀釋率和生物量質量濃度對鈍頂螺旋藻生長和采收的影響
當PBR中螺旋藻生物量質量濃度達到1.540 g/L時，進行不同稀釋率對螺旋藻生長和采收的影響實驗，結果見圖4。當D＝0.05 d-1和D＝0.08 d-1時，PBR中螺旋藻生物量能夠保持穩(wěn)定，即采收一定藻液后，一天時間內PBR中螺旋藻生物量質量濃度能夠恢復到初始值1.540 g/L左右；當稀釋率增大到0.10 d-1時，PBR中生物量質量濃度開始出現(xiàn)下降；當D＝0.13 d-1時，藻產品生物量質量濃度明顯下降，至1.270 g/L，PBR中出現(xiàn)明顯的沖刷現(xiàn)象，表明在一定時間內，采收的生物量大于反應器中微藻的增殖量，導致反應器中生物量質量濃度不斷降低，無法穩(wěn)定運行。據(jù)此得到螺旋藻初始生物量質量濃度為1.540 g/L，最佳稀釋率為0.08 d-1。
表5培養(yǎng)初始和結束時營養(yǎng)鹽濃度變化
為進一步增加螺旋藻的生物量產率，考察PBR中螺旋藻生物量質量濃度為1.802 g/L時稀釋率為D＝0.05、0.08、0.10、0.13 d-1時的螺旋藻的生長情況，結果見圖4。當D＝0.05 d-1和D＝0.08 d-1時，PBR中螺旋藻的生物量質量濃度能夠穩(wěn)定在1.8 g/L左右，表明此時較高的藻質量濃度下，并未產生明顯的光遮蔽而影響螺旋藻生長速率；當D增大到0.10 d-1和0.13 d-1時，PBR中生物量質量濃度逐漸下降，出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，導致反應器中生物量質量濃度不斷降低。因此，螺旋藻初始生物量質量濃度為1.802 g/L時，PBR的最佳稀釋率為0.08 d-1。為提高螺旋藻的采收量，選擇螺旋藻初始生物量質量濃度為1.8 g/L左右進行后續(xù)MPBR的相關實驗。
2.3 MPBR中培養(yǎng)和預采收鈍頂螺旋藻
2.3.1體積濃縮系數(shù)的確定
MPBR中利用膜組件對藻液進行過濾，濃縮時，增大藻液的體積濃縮系數(shù)可提高藻產品生物量濃度，但體積濃縮系數(shù)太高會加重膜污染，因此需選擇合適的體積濃縮系數(shù)。藻液質量濃度為1.855 g/L時，于過濾槽中進行實驗，結果見圖5。隨著體積濃縮系數(shù)的增大，藻液質量濃度變大，膜通量逐漸降低；第30分鐘時藻液體積濃縮系數(shù)達到2.082，此時膜通量由初始值3.803 L/（m2·min）下降至2.970 L/（m2·min），下降了21.92%。在膜組件使用過程中，為保持較高的膜通量水平，提高膜的使用壽命，防止膜污染加重對膜造成損壞以及增加運行成本，在一定壓力下，當膜通量下降20%左右時，需進行膜清洗。因此，利用PVDF膜組件過濾，濃縮生物量質量濃度約為1.8 g/L的藻液時，體積濃縮系數(shù)最大為2，可最大程度濃縮藻液。
相關新聞推薦
1、納米ZnO-Ag復合材料對小麥根腐菌菌絲生長、種子萌發(fā)和幼苗生長影響（一）
3、新疆石河子驢源馬鏈球菌不同培養(yǎng)條件下的生長特性及消毒劑敏感性研究（一）