中文摘要：

通过生物方法将二氧化碳(CO2)固定纳入到生物圈循环，才能够从根本上实现CO2减排，解决CO2造成的温室效应。微藻具有生物量积累速度快的优势，有望充分利用集中排放烟道气中的CO2进行规模培养，是目前最具发展潜力的固定烟道气CO2技术之一。CO2固定效率是决定微藻固碳可行性的根本，生物量的快速积累和固碳效率的提高之间的矛盾决定在以固碳为目标的微藻培养过程中CO2通入量不充足，在该条件下微藻固碳动力学模型和机理研究相对较少。本研究拟对CO2向溶液扩散，经细胞质和叶绿体到达固碳酶(Rubsico)的不同阶段进行详细分析，通过在高浓度不足量CO2下建立微藻固碳数学模型,系统分析微藻固定CO2的主要限制因素。结合现有的光、水动力学等相关模型，在中试规模微藻培养系统中对微藻固碳数学模型进行验证，丰富和发展现有CO2减排及资源化利用技术，并为规模化培过程中提高固碳效率提供理论基础。

结论摘要：

以CO2作为碳源培养微藻过程中，作为气态补充的CO2逸出培养液后无法再被微藻利用，导致CO2实际利用效率低下。如果将CO2的储、运、增压成本计算在内，碳源在微藻培养过程中的成本约占微藻培养成本的30%左右，因此，提高CO2的利用效率对微藻能源化利用具有很重要的作用。本研究以淡水小球藻为模式藻株进行研究，通过实验进行了微藻生长过程中培养液中溶解CO2的阈值的确定。结合碳酸酐酶活性测定以及微藻培养过程中生物质的积累，当溶解CO2浓度在1.07*10-4~1.5*10-3mol/L范围内时，CO2 的存在能够满足微藻的正常生长。通过在封闭式跑道池内微藻培养试验，对CO2 在时间和空间上的分布进行了监测，研究CO2传质动力学和微藻培养过程中CO2固定动力学。培养液中CO2随时间和空间变化的规律与微藻生长阶段密切相关，通过CO2 随时空变化的规律，得出了CO2的溶解动力学和微藻培养过程中CO2固定动力学，依此提出了间歇式补碳工艺，使得CO2的利用效率达到了95%以上。而在平板式光生物反应器和柱状光生物反应器内，通过动力学模型得出其最高的CO2力用效率与气泡在培养液中的停留时间以及气液接触面积相关，针对实验室的平板式光生物反应器CO2 的利用率为76.4%，与动力学模型符合。通过CO2 溶解动力学模型，设计了常压水洗沼气脱碳的工艺，能够实现低成本的沼气提纯制备生物天然气。并且依据该模型进行了沼气脱碳和微藻培养相结合的实验研究，通过微藻培养能够利用沼气中的CO2作为碳源。