1.4指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算方法
生物量質(zhì)量濃度：通過已知干質(zhì)量鈍頂螺旋藻液在560 nm下的光密度值，做生物量質(zhì)量濃度與OD560的相關(guān)性曲線，通過每天測(cè)定螺旋藻液OD560，計(jì)算生物量質(zhì)量濃度[17]。
pH值：使用Delta 320型數(shù)字式酸度計(jì)（Mettler-Toledo，德國(guó)）測(cè)定。
硝態(tài)氮質(zhì)量濃度：采用紫外分光光度法測(cè)定。
磷酸鹽質(zhì)量濃度：采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定。
表4不同稀釋率下MPBR中每天采收藻液、獲得過濾液，藻產(chǎn)品體積和補(bǔ)加去離子水的體積
溶解性無(wú)機(jī)碳濃度：采用酸堿指示劑滴定法。
稀釋率：每天加入至反應(yīng)器中Zarrouk培養(yǎng)基的體積與反應(yīng)器中培養(yǎng)基總體積之比即為稀釋率（dilution rate，D），計(jì)算公式：
式中：D為稀釋率（d-1）；Vin為PBR中每天加入新鮮Zarrouk培養(yǎng)基的體積（L/d）；V為PBR中培養(yǎng)基總體積（7.4 L）。
膜通量：
式中：J為膜通量（L/（m2·min））；Q為流量（L/min）；A為膜表面積（m2）。
體積濃縮系數(shù)：
式中：υ為體積濃縮系數(shù)；Fin為加入至過濾槽中藻液體積（L）；Fretentate為過濾槽中剩余藻液體積（L）。
2結(jié)果與分析
2.1 PBR中鈍頂螺旋藻的生長(zhǎng)情況
考察鈍頂螺旋藻在PBR中的生物量變化，結(jié)果見圖3（a）。隨著培養(yǎng)時(shí)間的進(jìn)行，藻密度逐漸增大，第1～10天螺旋藻生長(zhǎng)較快，生物量達(dá)到1.837 g/L；培養(yǎng)至第16天，生物量穩(wěn)定在2.122 g/L左右；從3（b）中可以看出，隨著螺旋藻的生長(zhǎng)，pH值從初始9.14升高至9.88，在螺旋藻生長(zhǎng)的適合范圍內(nèi)。為維持PBR中適宜的藻濃度，保證較高生物量質(zhì)量濃度下螺旋藻的快速生長(zhǎng)，提高生物量產(chǎn)率，同時(shí)避免PBR中藻質(zhì)量濃度太高而產(chǎn)生光遮蔽現(xiàn)象，根據(jù)生長(zhǎng)曲線知，螺旋藻在第7～10天生長(zhǎng)較快，生物量較高，所以選擇螺旋藻生物量質(zhì)量濃度在1.5～1.8 g/L范圍內(nèi)進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
圖3鈍頂螺旋藻在PBR中生物量和pH變化
分析培養(yǎng)始末培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，結(jié)果見表5。經(jīng)過16 d的培養(yǎng)，HCO3-和NO3--N濃度明顯減小，分別減少了83.13 mmol/L和124.34 mg/L，表明藻類利用HCO3-和NO3--N作為生長(zhǎng)的碳源和氮源；CO32-濃度從初始30.60 mmol/L升高至77.75 mmol/L；培養(yǎng)過程中HCO3-濃度減少，CO32-濃度升高的原因是在水溶液中無(wú)機(jī)碳以CO2、HCO3-、CO32-這3種碳源形式存在，三者存在相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡：
Zarrouk培養(yǎng)基中采用碳酸氫鈉作為無(wú)機(jī)碳源，主要以HCO3-形式存在，此時(shí)微藻同化來(lái)自HCO3-中的CO2，當(dāng)CO2被利用后，再不斷從HCO3-中重新釋出CO2，使得上述平衡向左移動(dòng)。PO43--P濃度變化不大，分析磷源利用較少的原因可能是需要磷元素參與合成的核酸，ATP等含磷化合物在藻細(xì)胞中的含量較低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)結(jié)束時(shí)培養(yǎng)液中仍有一定濃度的HCO3-，NO3--N以及PO43--P剩余，表明初始添加量完全可以滿足藻體的生長(zhǎng)需要，因此基于成本考慮，可適當(dāng)減少Zarrouk培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。
2.2 PBR中不同稀釋率和生物量質(zhì)量濃度對(duì)鈍頂螺旋藻生長(zhǎng)和采收的影響
當(dāng)PBR中螺旋藻生物量質(zhì)量濃度達(dá)到1.540 g/L時(shí)，進(jìn)行不同稀釋率對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)和采收的影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖4。當(dāng)D＝0.05 d-1和D＝0.08 d-1時(shí)，PBR中螺旋藻生物量能夠保持穩(wěn)定，即采收一定藻液后，一天時(shí)間內(nèi)PBR中螺旋藻生物量質(zhì)量濃度能夠恢復(fù)到初始值1.540 g/L左右；當(dāng)稀釋率增大到0.10 d-1時(shí)，PBR中生物量質(zhì)量濃度開始出現(xiàn)下降；當(dāng)D＝0.13 d-1時(shí)，藻產(chǎn)品生物量質(zhì)量濃度明顯下降，至1.270 g/L，PBR中出現(xiàn)明顯的沖刷現(xiàn)象，表明在一定時(shí)間內(nèi)，采收的生物量大于反應(yīng)器中微藻的增殖量，導(dǎo)致反應(yīng)器中生物量質(zhì)量濃度不斷降低，無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)此得到螺旋藻初始生物量質(zhì)量濃度為1.540 g/L，最佳稀釋率為0.08 d-1。
表5培養(yǎng)初始和結(jié)束時(shí)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化
為進(jìn)一步增加螺旋藻的生物量產(chǎn)率，考察PBR中螺旋藻生物量質(zhì)量濃度為1.802 g/L時(shí)稀釋率為D＝0.05、0.08、0.10、0.13 d-1時(shí)的螺旋藻的生長(zhǎng)情況，結(jié)果見圖4。當(dāng)D＝0.05 d-1和D＝0.08 d-1時(shí)，PBR中螺旋藻的生物量質(zhì)量濃度能夠穩(wěn)定在1.8 g/L左右，表明此時(shí)較高的藻質(zhì)量濃度下，并未產(chǎn)生明顯的光遮蔽而影響螺旋藻生長(zhǎng)速率；當(dāng)D增大到0.10 d-1和0.13 d-1時(shí)，PBR中生物量質(zhì)量濃度逐漸下降，出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，導(dǎo)致反應(yīng)器中生物量質(zhì)量濃度不斷降低。因此，螺旋藻初始生物量質(zhì)量濃度為1.802 g/L時(shí)，PBR的最佳稀釋率為0.08 d-1。為提高螺旋藻的采收量，選擇螺旋藻初始生物量質(zhì)量濃度為1.8 g/L左右進(jìn)行后續(xù)MPBR的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
2.3 MPBR中培養(yǎng)和預(yù)采收鈍頂螺旋藻
2.3.1體積濃縮系數(shù)的確定
MPBR中利用膜組件對(duì)藻液進(jìn)行過濾，濃縮時(shí)，增大藻液的體積濃縮系數(shù)可提高藻產(chǎn)品生物量濃度，但體積濃縮系數(shù)太高會(huì)加重膜污染，因此需選擇合適的體積濃縮系數(shù)。藻液質(zhì)量濃度為1.855 g/L時(shí)，于過濾槽中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖5。隨著體積濃縮系數(shù)的增大，藻液質(zhì)量濃度變大，膜通量逐漸降低；第30分鐘時(shí)藻液體積濃縮系數(shù)達(dá)到2.082，此時(shí)膜通量由初始值3.803 L/（m2·min）下降至2.970 L/（m2·min），下降了21.92%。在膜組件使用過程中，為保持較高的膜通量水平，提高膜的使用壽命，防止膜污染加重對(duì)膜造成損壞以及增加運(yùn)行成本，在一定壓力下，當(dāng)膜通量下降20%左右時(shí)，需進(jìn)行膜清洗。因此，利用PVDF膜組件過濾，濃縮生物量質(zhì)量濃度約為1.8 g/L的藻液時(shí)，體積濃縮系數(shù)最大為2，可最大程度濃縮藻液。
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