大数据-算法-光生物反应器敏感性参数及小球藻异稀释光诱导串联培养工艺中试研究.pdf

这篇博士学位论文主要探讨了光生物反应器在微藻培养中的应用，特别是在能源、食品、饲料、环保和医药领域的潜力。光生物反应器是微藻培养的关键设备，优化和放大光生物反应器的需求随着微藻能源研究的热潮日益增长。然而，当前的研究大多依赖于经验或者传统的实验方法，缺乏系统性和普适性的优化放大策略。 论文首先提到了光生物反应器的优化问题，指出当前的优化手段主要基于实验和经验，缺乏理论基础和验证。为了改进这一状况，作者采用计算流体力学（CFD）技术和小球藻光诱导实验相结合的方法，通过相关性分析寻找影响光生物反应器性能的敏感性参数。论文的重点之一是建立和完善了蛋白核小球藻的光衰减模型，提出了M-Hyperbolic模型，该模型在一定藻细胞浓度范围内能更准确地描述光衰减过程。同时，研究发现藻细胞的色素含量对光衰减有显著影响，但当浓度较高时，这种影响会减弱。 接着，论文深入研究了入射光强、藻细胞浓度和通气量等因素对平板式光生物反应器中混合和藻细胞受光特性的影响。通过理论分析，得出比光照速率（q）和体积平均光强（Iav）随藻细胞浓度增加而下降，随入射光强增加而上升，而通气量增加会改善混合效果。论文还比较了不同放大准则下反应器性能的变化，发现以laJ和qi相等为准则的放大可能导致藻细胞浓度和外部光强的显著差异。 在第三部分，论文将室内和室外不同规模的光生物反应器的光诱导结果与混合和受光特性参数进行关联，指出Iav、laJ和qi是影响藻细胞光诱导效果的主要参数。在相同外部光强下，光程和混合效果是决定培养系统性能的关键因素。 论文设计了一种新型内部构件的15 L平板式光生物反应器，通过强化光照方向的混合来提高性能。研究发现流体在光照方向的速率（Ul）和藻细胞的光暗循环周期（LDCT）是主要的敏感性参数。进一步的验证表明，隔板式（Split）平板光生物反应器在性能上优于气升式（Airlift），而鼓泡式（Bubble）反应器表现最差。 这篇论文为光生物反应器的优化和放大提供了新的理论依据和实践指导，特别是在小球藻的光诱导培养工艺中，为未来微藻产业的发展提供了有价值的研究成果。