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系統識別號 U0002-1009201011180900
中文論文名稱 以模擬生活污水培養小球藻探討生長特性之研究
英文論文名稱 A study on the growth characteristics of microalgae cultivated in the synthesized domestic wastewater
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 蘇郁雅
研究生英文姓名 Yu-Ya Su
學號 697481009
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-20
論文頁數 80頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-吳俊宗
委員-詹益臨
中文關鍵字 Chlorella sp.  模擬生活污水  食微比  比生長速率  碳及氮去除 
英文關鍵字 Chlorella sp.  synthesized domestic wastewater  Food:Microorganism ratio  specific growth rate  removal carbonand nitrogen 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 台灣不斷積極實行全國污水下水道化,集中處理生活污水,減少污水排放至河川的總量。而一般污水處理系統中,提供適合環境及足夠營養源的生物淨化操作方式與培養微藻的方式相同,故改以培養微藻來處理生活污水,不僅處理污水也改善傳統處理程序污泥產生的問題,同時生產的藻體可製成生質能源、飼料等環保及經濟效益。
本研究以模擬生活污水作為培養小球藻(Chlorella sp.)之基質,以批式培養,培養環境固定於25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為12 h light/12 h dark,通氣空氣流速固定為1 L.min-1,以探討Chlorella sp.培養於模擬生活污水的生長特性和生長因子,並以以活性污泥法控制指標-食微比的概念,來探討模擬生活污水與小球藻生物質量之比值(F/M = TOC / Biomass)範圍。
實驗結果顯示,利用尿素作為培養Chlorella sp.的唯一氮源時,培養期間的pH值較為穩定。而以固定pH 7.5相較其他pH 4、6更利於Chlorella sp.生長,且去除營養源效率較高。並且發現食微比 (F/M) = 0.05和4已達極限值,低於或高於此數質皆不適合Chlorella sp.持續生長,而較適合Chlorella sp.於模擬生活污水的F/M範圍為0.5~2。本研究規劃以去除營養源為主、藻體產量為輔,則以F/M=0.5為最佳,除碳、氮的效率分別為528.44 TOC mg/g-algae和64.98 NH4+-N mg /g-algae,若以藻體產量(比生長速率較高者)為主、去除率為輔,則以F/M=1為最佳,其比生長速率為1.52d-1,而除碳、氮的效率分別為398.0 TOC mg/g-algae和47.17 NH4+-N mg /g-algae。
英文摘要 Taiwan has been actively implementing the national sewage-based system, centralized sewage, reducing the amount of sewage discharged to rivers.It is the same way to cultivation of microalgae and sewage treatment system to provide a suitable environment and adequate nutrition source of biological purification mode of operation. It is replaced by cultivating microalgae to deal with sewage treatment, and it is not only improved the traditional sludge processing issue , producting algae can also made biofuel, feed and also other environmental and economical benefits.
In this study, microalgae (Chlorella sp.) cultivated in synthesized domestic wastewater as the matrix,in a batch culture, culture environment is fixed at 25 ℃, light intensity was 90 μmol.m-2.s-1, photoperiod L:D=12:12 (h), ventilation air flow rate is fixed at 1 L.min-1. It is to explore Chlorella sp. cultivated in synthesized domestic wastewater growth characteristics and growth factors. And use the concept of controling activated sludge process ─ food:microorganism ratio(F/M) in order to explore the ratio of synthesized domestic wastewater and biomass of Chlorella sp. (F/M=TOC/ Biomass) range.
The results showed that,the pH was relatively stable while using urea as the only nitrogen source to culture Chlorella sp.. Environment fix at pH 7.5 compared to pH 4 and pH 6 is good for the Chlorella sp. growth . And it is more efficient to removal nutrition. The F/M =0.05 and F/M= 4 are reached the limit,because lower or higher are not suitable for Chlorella sp.The F/M range of 0.5~2 cultivated in the synthesized domestic wastewater is more suitable.In this research, The main was to remove nutrition and the supplement by algae production. The best result was F/M=0.5,and the removal efficiency of carbon and nitrogen were 528.44 TOC mg / g-algae and 64.98 NH4-N mg/g-algae respectively, Algae production mainly supply by removing nutrition, the best result is F/M=1, the specific growth rate of 1.52d-1, and the removal efficiency of carbon and nitrogen is 398.0 TOC mg/g-algae and 47.17 NH4-N mg/g-algae respectively.
論文目次 第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 微藻應用之簡介 3
2-2 都市生活污水處理 6
2-3 微藻培養方法介紹 10
2-4 微藻─小球藻(Chlorella sp.) 14
2-5 小球藻的生殖方式 15
2-6 生長曲線及測定 16
2-7 光合作用 17
2-8 影響微藻生長因子 20
2-8-1光照強度和週期影響 20
2-8-2溫度的影響 21
2-8-3 pH值的影響 22
2-8-4營養源-碳的影響 23
2-8-5營養源-氮的影響 23
第三章 實驗材料與方法 25
3-1 實驗方法 25
3-2 實驗材料 26
3-2-1 藻種來源 26
3-2-2 培養基和模擬生活污水 26
3-3 實驗流程 28
3-4 實驗步驟 29
3-4-1 Chlorella sp.的前期培養 29
3-4-2 Chlorella sp.於不同氮源之培養實驗 29
3-4-3 Chlorella sp.長期培養於模擬生活污水 30
3-4-4 Chlorella sp.於固定pH值之培養實驗 31
3-4-5 Chlorella sp.於不同食微比之培養實驗 33
3-4-6 評估與討論 34
3-5 分析方法 35
3-5-1 藻體生長濃度(OD660值)測定 35
3-5-2 藻體生物質量(Biomass)測定 35
3-5-3 光照強度測定 35
3-5-4 pH值測定 35
3-5-5 NH4+-N濃度測定 (水質檢測方法NIEA W448.51B) 35
3-5-6 NO3--N濃度測定 36
3-5-7 藻體比生長速率之計算 36
3-5-8 實驗數據比例值之算法 36
3-6 實驗設備 37
第四章 結果與討論 38
4-1 Chlorella sp.於不同氮源之培養實驗 38
4-2 Chlorella sp.長期培養於模擬生活污水 41
4-3 Chlorella sp.於固定pH之模擬生活污水培養實驗 44
4.3.1固定不同pH之模擬生活污水培養實驗 44
4-3-2 固定pH7之模擬生活污水培養實驗 50
4-4 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗 54
4-4-1不同食微比的藻體生長濃度之趨勢 54
4-4-2 不同食微比的藻體生物質量之趨勢 57
4-4-3 不同食微比的pH值變化 59
4-4-4 不同食微比的碳消耗 61
4-4-5不同食微比的氮消耗 64
4-4-6 不同食微比中Chlorella sp.之比生長速率 69
第五章 結論與建議 73
5-1 結論 73
5-2建議 75
第六章 參考文獻 76

圖目錄

圖.2–1 活性污泥處理流程圖。 9
圖.2–2左為實驗中的小球藻,右為小球藻細胞剖析圖。 15
圖.2–3 Chlorella sp.的生長繁殖步驟。 16
圖.2–4 綠藻之生長曲線。 17
圖.2–5 光合作用的光反應流程(Dieter,1984)。 18
圖.2–6 光合作用的暗反應流程(Dieter,1984)。 19
圖. 3–7 NH4+-N水溶液的pC-pH圖。 22
圖.3–1 實驗流程圖 28
圖.4–1 Chlorella sp.培養於不同氮源之培養基培養實驗,(A)為藻體生長濃度趨勢圖;(B)為藻體生長相對濃度趨勢圖。培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 40
圖. 4–2 Chlorella sp.培養於不同氮源之培養基培養實驗的pH值變化圖。培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 41
圖.4–3 Chlorella sp.長期培養於模擬生活污水之藻體生長濃度趨勢圖。此培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 43
圖.4–4 Chlorella sp.長期培養於模擬生活污水之pH變化圖。培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 43
圖.4–5 Chlorella sp.長期培養於模擬污水與前期培養相比較的藻體生長相對濃度圖。培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 44
圖.4–6 Chlorella sp.於分別固定pH 4、6、7.5之模擬生活污水培養實驗,其調整前的pH變化圖。培養溫度為25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 48
圖. 4–7 Chlorella sp.於分別固定pH 4、6、7.5之模擬生活污水培養實驗,其NH4+-N相對濃度變化圖。此為批式培養環境固定指定的pH值且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 49
圖.4–8 Chlorella sp.於固定pH7之模擬生活污水培養實驗,其藻體生長濃度變化圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 52
圖.4–9 Chlorella sp. 於固定pH7之模擬生活污水培養實驗,其調整前的pH值變化圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 52
圖.4–10 Chlorella sp. 於固定pH7之模擬生活污水培養實驗,(A)為NH4+-N濃度變化與空白實驗的比較圖;(B)為NH4+-N相對濃度變化與空白實驗的比較圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 53
圖.4–11 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,(A)為藻體生長濃度趨勢圖;(B)為藻體生長相對濃度圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 56
圖.4–12 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,(A)為藻體生物質量趨勢圖,(B)為藻體生物質量相對變化趨勢圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 58
圖.4–13 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,其調整前的pH值變化圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 61
圖.4–14 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,(A)為模擬生活污水中TOC濃度消耗趨勢圖,(B)為模擬生活污水中TOC相對濃度消耗趨勢圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 63
圖.4–15 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,(A)為其模擬生活污水中NO3-濃度消耗趨勢圖,(B)為模擬生活污水中NO3-相對濃度消耗趨勢圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 67
圖.4–16 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,(A)為其模擬生活污水中NH4+消耗趨勢圖,(B)為模擬生活污水中NH4+相對濃度消耗趨勢圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 68
圖.4–17 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,在48小時內的比生長速率長條圖。培養環境固定pH7且在25℃,光照強度為90 μmol.m-2.s-1,光照週期為L:D=12:12 (h)。 71
圖.4–18 Chlorella sp.於不同食微比之模擬生活污水培養實驗,每隔8小時的比生長速率趨勢圖 72

表目錄

表2–1 商業化應用的藻類產品 (Becker,1994) 6
表2–2 環工水處理與微藻培養相關技術之比較表 10
表2–3 光合作用反應簡表 20
表3–1 培養基成分表(資料來源:屏東縣農委會水產所) 27
表3–2 模擬生活污水之成分表,pH = 7 (陳,2002)。 27
表3–3實驗儀器設備表 37
表4–1 不同食微比之模擬生活污水培養實驗,48小時內模擬生活污水中碳(TOC)的消耗率對照表。 64
表4–2 不同食微比之模擬生活污水培養實驗,模擬生活污水中NH4+-N消耗率對照表 69

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