能源紧缺及环境日益恶化的问题是21世纪全球共同面临的两大难题,已经对人类的日常生活造成不同程度的影响,寻求新的可再生能源和提高环境质量的任务迫在眉睫。微藻作为可再生能源的重要原材料,具有非常广阔的运用前景:它能有效固定吸收大气中二氧化碳、处理利用污水等排放废水中的营养物质进行生长,借助自身生物质积累,产生人类所需要的一系列高附加值产品,也可以通过微藻细胞的油脂积累功能生产生物柴油,并将其作为一种新型石油替代能源,缓解日益紧张的能源供给。但是,目前微藻在实现规模化应用上仍面临着诸多困境,如微藻培养与收获过程的成本高、操作程序复杂、回收效率较低,用于培养微藻的反应器系统生物质产率低、空间利用率差等,这些因素综合造成了微藻在实现产业化道路上步履维艰,很难得到规模化运用,因此,微藻培养及收获工艺的优化研究是推进微藻产业化发展的关键主题,解决微藻培养收获的发展瓶颈是放大其在能源替代、环境污染治理等方面功能的必要问题。为此,本论文以优化微藻培养与收获工艺为目的,研究微藻培养条件、反应器系统等方面对微藻絮凝及固定化培养的影响,具体内容包括:(1)研究一种低能耗的收获方式,它是通过添加一种有机碳源来促进微藻絮凝形成的。其机理是,微藻中分泌产生的胞外聚合物会对微藻的絮凝效果产生影响,这种聚合物分粘附性和松散性两种,其中,具有粘附性的胞外聚合物发挥主要作用。结果发现,当光照强度为250μmol m-2 s-1,混合时间为3天,甘氨酸浓度为0.1g/L时,可获得最大的回收生物质浓度百分比为2.1%,相应生物质回收率为71%,另外,该培养方式还可以通过回收悬浮培养液,实现培养液的高效利用,有效降低培养成本。(2)基于有机碳源的葡萄藻培养与收获的耦合研究。首先从葡萄糖、甘氨酸、甘油、乙酸盐四种不同类型的有机碳源中筛选出絮凝效果较优的一类有机碳源,其次,利用该有机碳源进一步研究培养周期、甘氨酸浓度、混合时间对胞外聚合物产量、生物质回收率以及回收生物质浓度百分比的影响。实验结果表明,粘附性胞外聚合物中不同成分对微藻的絮凝形成有不同的影响,当培养周期为16天,甘氨酸浓度为0.5g/L,混合时间为5天时,可以得到最大的回收悬浮生物质浓度含量为7.06%,对应的生物质回收效率为70.6%。(3)设计一款滚筒式旋转固定培养反应器并对其做相应优化改进,在此基础上做进一步优化培养。研究发现,采用棉布为吸附材料时,系统的吸附率可达34.7%,吸附产率为7.4g/m2/day。优化后的反应器的光稀释倍数可达16.4倍,同样采用棉布为吸附材料,当悬浮培养液中甘氨酸浓度为1g/L时,最大吸附率可达84.6%,对应吸附产率为27.5 g/m2/day。