利用纸浆厂废水增强气态分散与通气条件下蓝藻（Cyanobacterium aponinum）的碳吸收与代谢通量研究

本文系统探讨了在气态分散与通气条件下，利用纸浆厂废水提升蓝藻（Cyanobacterium aponinum）碳吸收效率与代谢通量的机制。研究通过动力学模型与无量纲分析揭示CO2传质（kD）与代谢反应（kr）的调控作用，为微藻生物技术应用于碳捕获与高值产物合成提供了关键设计策略。

　　

Highlight

化学品与材料

分析用化学品和试剂购自美国Sigma-Aldrich，除非另有说明。磷酸钠和磷酸二氢钠购自日本Showa?。人工海水盐购自美国Fluval Aquatics。商业肥料（CF）的氮-磷-钾（NPK）比例为24:5:20，由瑞士Hyponex提供。雾化器可在本地水族馆商店购买。

培养介质与装置

BG11培养基包含0.5 g/L NaNO₃、0.04 g/L K₂HPO₄、0.075 g/L MgSO₄·7H₂O、0.036 g/L CaCl₂·2H₂O等成分，pH调至8.5。

气体分散对细胞生长与代谢组成的影响

为评估气体分散对生物量生产的影响，在BG11和CF培养基中采用不同气流速率进行培养，分别设置使用（+）与未使用（?）雾化辅助通气的条件。如图1所示，所有条件下生物量产量均随气流增加而提高，但使用雾化器的培养组始终表现出更高的生长速率。在BG11中，1.5 vvm气流下雾化辅助培养达到4.43 g/L，而CF培养基在相同条件下峰值达5.79 g/L，证实CF在营养供给方面的优越性。

结论

本研究证明气体分散效率是蓝藻培养中CO₂吸收、生物量产量和代谢物组成的关键决定因素。雾化辅助通气在BG11和CF培养基中均增强了生物量积累，其中CF因营养可利用性更高而支持更优产量。动力学模型证实这些增益主要受改善的传质动力学调控，k_r持续超过k_D，表明其为扩散限制系统。