一种促进螺旋藻固定煤化工厂烟气CO₂速率的编制网曝气器

郭王彪¹，刘书政¹，程军¹，乔占山²，苏勇宁³，郭彩凤²，刘海军²，李玉国³

(1. 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州，310027；

2. 鄂尔多斯市加力螺旋藻业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯，016199；

3. 内蒙古再回首生物工程有限公司，内蒙古 鄂尔多斯，016199)

摘要：在“碳中和”国家战略背景下，微藻减排烟气CO₂技术以其经济可持续的特点广受关注。微藻减排烟气CO₂高效、低成本和规模化发展过程中，为了提高螺旋藻过滤采收后循环液中NaHCO₃质量浓度，提高螺旋藻固定煤化工厂烟气CO₂速率，研制一种编制网式曝气器产生微米级CO₂气泡，延长烟气CO₂与循环液中Na₂CO₃的反应时间，促进高效生成NaHCO₃；通过双指示剂法测试藻液中Na₂CO₃和NaHCO₃质量浓度，通过显微镜测试了螺旋藻生长过程中藻丝螺距和长度变化规律，通过植物效率分析仪测试螺旋藻细胞的叶绿素OJIP荧光诱导动力学曲线。研究结果表明：烟气CO₂通过编制网式曝气器反应后，跑道池中藻液的NaHCO₃质量浓度比相同条件下通过传统曝气条的NaHCO₃质量浓度提高43%；采用该循环液作为新鲜培养基，在跑道池中培养螺旋藻72 h后，螺旋藻的藻丝螺距和长度分别提高16%和12%，螺旋藻细胞暗适应下PSII最大量子产率和单位反应中心吸收光能分别提高21%和28%，最终导致螺旋藻生物质密度比未补充烟气CO₂前提高15%。烟气CO₂通过编制网式曝气器可转化为更多NaHCO₃，从而促进了螺旋藻的生长固碳速率，为微藻固碳技术的高效、低成本规模化应用提供了技术设备选择。

关键词：曝气器；跑道池；螺旋藻；NaHCO₃；煤化工厂烟气；CO₂

中图分类号：X7              文献标志码：A               开放科学(资源服务)标识码(OSID)

文章编号：1672-7207（2021）06-1944-09

A staggered woven mesh aerator to improve CO₂ fixation rate by Spirulina. sp from coal chemical plant flue gas

GUO　Wangbiao¹, LIU　Shuzheng¹, CHENG　Jun¹, QIAO　Zhanshan², SU　Yongning³,

GUO　Caifeng², LIU　Haijun², LI　Yuguo³

(1. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;

2. Ordos Jiali Spirulina Co. Ltd, Ordos 016199, China;

3. Inner Mongolia Rejuve Biotech Co. Ltd, Ordos 016199, China)

Abstract: In the context of national strategy of "carbon neutrality", the technology of CO₂ fixation by microalgae receives much attention for its economic and sustainable characteristics. In order to increase the NaHCO₃ mass concentration in the circulatory solution for improving the flue gas CO₂ fixation rate from coal chemical plant by Spirulina biomass, a staggered woven mesh aerator was proposed. The circulatory solution was the residual solution after filtering and harvesting of Spirulina biomass solution. The staggered woven mesh aerator was used to produce the CO₂ bubble with micrometer-grade bubble diameter, which can prolong the reaction time of CO₂ bubble with Na₂CO₃ in the circulatory solution and produce higher NaHCO₃ mass concentration. The mass concentrations of Na₂CO₃ and NaHCO₃ in the microalgal solution were tested by the double indicator method, the changes of microalgal filament pitch and length during the growth of Spirulina were tested by microscopy, and the chlorophyll OJIP fluorescence-induced kinetic curves of Spirulina were tested by the Handy PEA. The results show that NaHCO₃ mass concentration aerated to the staggered woven mesh aerator increases by 43% compared with that of the traditional rubber aerator. Taking this circulatory solution with higher NaHCO₃ mass concentration generated at staggered woven mesh aerator as new culture medium and cultivating Spirulina biomass for 72 h, the trichome pitch and length of Spirulina increases by 16% and 12%, respectively. The maximum PSII quantum yield after dark adaption and the light absorption in the unit reaction center of Spirulina cells increases by 21% and 28%, respectively, which result in the increase of Spirulina biomass density by 15% compared with that before aerating coal chemical plant CO₂ flue gas. Flue gas CO₂ can be efficiently converted into NaHCO₃ by compiling the staggered woven mesh aerator, thus promoting the CO₂ fixation rate by Spirulina. It provides a technical equipment option for efficient and low-cost large-scale application of CO₂ fixation by microalgae technology.

Key words: aerator; raceway pond; Spirulina; NaHCO₃; coal chemical plant flue gas; CO₂

2020年习近平总书记在联合国大会讲话指出：“中国CO₂排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。我国CO₂排放主要来源于燃煤电厂和煤化工厂烟气，其中，燃煤电厂烟气富含体积分数为10%~15%的CO₂，煤化工厂烟气富含体积分数为99%的CO₂^[1-5]。

螺旋藻相较于其他微藻种类(例如小球藻和微拟球藻等)具有生长速率极快^[6-7]，采收周期短^[8-9]以及主要利用碳酸氢根作为外加碳源的特点。而螺旋藻培养过程中会不断产生氢氧根到培养液中^[8]，因此，螺旋藻培养液中CO₃^2-质量浓度会逐渐增高。若将含体积分数为99%的CO₂的煤化工厂烟气通入螺旋藻培养液中，则可直接产生高质量浓度，用于螺旋藻的培养^[10-12]。进一步地，将煤化工厂烟气CO₂净化提纯至食品级CO₂，则可生产出食品级螺旋藻藻粉，从而产生巨大经济效益。在煤化工厂烟气CO₂与螺旋藻培养液反应过程中，如何延长CO₂与螺旋藻培养液的反应时间，提高CO₂利用效率，避免CO₂回流至大气中是关键问题。

在实际应用中，通常采用曝气器在跑道池中直接曝气的方式为跑道池补充CO₂^[13-14]，然而，该方法产生的CO₂气泡的生成直径大(通常为毫米级)，在藻液中的溶解与反应过程的时间短(通常为毫秒级)，反应压力小(通常为常压)，造成CO₂利用效率低，多数CO₂分子再次回流至大气中。若在进入跑道池前的循环液中通入CO₂，利用循环液与CO₂储罐的巨大压力(通常为0.2～0.5 MPa)，辅助以微米级曝气器产生CO₂微小气泡延长反应时间^[15]，则可显著提高CO₂与Na₂CO₃的反应效率，将气态的碳转化为液态的碳储存于藻循环液中用于螺旋藻细胞生长，解决CO₂气泡在培养液中停留时间与螺旋藻细胞CO₂利用时间不匹配的难题^[10]。

本文研制一种编制网式曝气器，应用于煤化工厂烟气CO₂与螺旋藻循环液的反应，促进螺旋藻的规模化培养，对比煤化工厂烟气CO₂补充前、传统曝气条式曝气器和编制网式曝气器反应前后的Na₂CO₃质量浓度、NaHCO₃质量浓度、螺旋藻藻丝螺距和长度以及螺旋藻细胞光合反应效率等参数，证实了编制网式曝气器对于螺旋藻生物质密度具有显著提升作用。

1  材料与方法

1.1　微藻固定煤化工厂烟气CO₂工艺流程

实验在内蒙古鄂尔多斯螺旋藻产业园开展，测试区域内布置有92个相同的跑道池，跑道池长度为110 m，宽度为6 m，平均液位深度为31.2 cm。跑道池依靠单浆轮驱动，每2个跑道池安装1个电机驱动浆轮，电机功率为1.5 kW，浆轮转速为40 r/min。浆轮每天7:00开，22:00关。为避免外界污染，在跑道池上方建有塑料大棚。

本文所用食品级CO₂来源于低温甲醇洗脱碳装置回收的二氧化碳工业废气(体积分数为98%)，经过预脱硫、气体压缩、有机硫水解、精脱硫、冷却除湿、分子筛吸附干燥、吸附脱醇、低温液化、低温精馏提纯和成品储存等工序流程及氨制冷等辅助工序，生产得到质量符合GB 10621—2006“食品添加剂液体二氧化碳”的食品级二氧化碳产品，所产生的CO₂纯度达到99.99%，然后经罐车运输储存至螺旋藻产业园内的CO₂液体储罐中。

图1所示为螺旋藻在跑道池反应器内培养、CO₂利用、藻液过滤吸收和藻粉烘干收获运行模式图。由图1可见：

图1　螺旋藻在跑道池内固碳培养运行模式和CO₂利用图

Fig. 1　Schematic diagram of Spirulina biomass cultivation and CO₂ gas utilization at raceway ponds

1) 跑道池中螺旋藻藻液在第4 d培养期，将跑道池中一半体积的藻液经过静置除沙池沉降净化，然后通过过滤筛绢(孔径约40 μm)进行过滤收获，在该阶段的螺旋藻细胞密度较高，NaHCO₃质量浓度较低；

2) 过滤后的(低藻细胞密度、低NaHCO₃质量浓度)藻液通过管道与气化后的CO₂气体在曝气器中混合反应，气化后的CO₂气体具有0.2～0.3 MPa的压力，曝气器上布满微孔可降低CO₂气泡直径，从而促进CO₂气体与Na₂CO₃反应产生NaHCO₃；

3) 反应后的(低藻细胞密度、高NaHCO₃质量浓度)微藻循环液作为新鲜培养基进入下一轮培养周期；

4) 经筛绢过滤后的藻液通过喷雾干燥机和封装机烘干封装，得到食品级螺旋藻粉产品。

1.2　编制网式曝气器研制

为提高CO₂气体与循环液中高质量浓度Na₂CO₃在短时间内(通常为几毫秒)的反应速率，在CO₂气体与循环液混合区域布置微米曝气器产生微气泡是一种经济高效的方式。目前在螺旋藻产业园中最流行的曝气器形式是曝气条式曝气器，该曝气器为橡胶条材质，通过机械打孔控制孔径为0.7～1.0 mm。

本文研制了一种编制网式曝气器以降低CO₂气泡生成直径，提高CO₂吸收速率。该编制网式曝气器为不锈钢3层变孔编制网结构，其中，第1层为横向矩形编织网(孔径为300～500 μm)，第2层为纵向矩形编织网(孔径为100～150 μm)，第3层为圆孔曝气层(孔径为10～20 μm)。通过法兰与曝气器布置区域两侧连接。实际运行时，所有过滤后的循环液均需通过曝气器与CO₂气体反应后再次回流至跑道池中。

2  藻液中无机碳浓度及螺旋藻光化学效率测试

2.1　藻液中无机碳浓度测试

藻液中Na₂CO₃和NaHCO₃质量浓度采用双指示剂法进行测试^[16-17]。测试时，吸取10 mL过滤的藻液于100 mL锥形瓶中加1滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L的H₂SO₄标液滴定至无色，记此时消耗的H₂SO₄标液的体积为V₁(+H⁺→)。再加2滴甲基橙指示剂用0.1 mol/L的H₂SO₄标液滴定由黄变为橙色，记此时消耗的H₂SO₄标液的体积为V₂ (+H⁺→CO₂+H₂O)。则藻液中Na₂CO₃和NaHCO₃质量浓度为

ρ(Na₂CO₃)=c×V₁×w/10，

ρ(NaHCO₃)=c×(V₂-V₁)×w/10。

式中：ρ为质量浓度，g/L；c为H⁺浓度，即0.2 mol/L；w为质量分数，每次测试至少重复2次。

2.2　藻丝螺距和藻丝长度测试

实验过程中藻丝形态、藻丝螺距和藻丝长度通过显微镜(XSP-8CA，中国)观察。藻丝长度为螺旋藻藻丝的总长度，螺旋藻藻丝为波浪形状，具有典型的波峰波谷，藻丝螺距为相邻波峰(波谷)之间的距离。测试前通过目微尺(C1)标定显微镜的实际刻度，通过ISCaptue软件进行测试，样品选取尽可能保持大小均匀，藻丝无坏死现象，为保证数据的准确性，每组数据至少重复100次。

2.3　螺旋藻光化学效率测试

采用螺旋藻细胞暗适应下PSII的最大量子产额和单位反应中心吸收的光能表征螺旋藻细胞生长过程中光化学效率^[18]。本文使用植物效率分析仪(Handy PEA，Hansatech，英国)测试螺旋藻细胞的叶绿素OJIP荧光诱导动力学曲线，每秒连续记录10万次荧光踪迹数据。根据OJIP荧光曲线可直接读出最大量子产额和单位反应中心吸收光能。测试前将螺旋藻细胞暗适应10~15 min，然后在黑暗条件下快速测试，对每个样品每种状况至少重复2次。

螺旋藻细胞生物质干重采用过滤法测试^[1]。测试时，取1 L藻液用39 μm孔径筛绢过滤，用去离子水清洗3遍，于90 ℃烘干24 h至恒质量，称质量计算得到生物质质量浓度，每组测试重复2次。

3  结果与讨论

3.1　编制网曝气器提高藻循环液NaHCO₃质量浓度

曝气器内所发生的反应主要为Na₂CO₃+CO₂+H₂O→2NaHCO₃，该反应与反应压力、CO₂气泡直径和反应时间等有直接关系。反应压力受CO₂储罐罐体压力所控制，反应压力越大，反应速率越快。然而，过大反应压力会造成管道连接不稳定，因此，为提高循环液中NaHCO₃质量浓度促进螺旋藻细胞生长，降低CO₂气泡生成直径、延长反应时间是最经济、可行且高效的方式。本文研制的编制网式曝气器通过不锈钢三层变孔编织，使得曝气器孔径降低至10～20 μm，从而提高了循环液中NaHCO₃质量浓度。

图2所示为跑道池内循环液与CO₂气体在编制网曝气器和曝气条中反应后NaHCO₃质量浓度，由图2可见：采用曝气条式曝气器反应后NaHCO₃质量浓度从2.7 g/L升高至3.4 g/L，Na₂CO₃质量浓度从9.4 g/L降低至9.3 g/L，而采用编制网曝气器反应后NaHCO₃质量浓度从2.7 g/L升高至3.7 g/L，Na₂CO₃质量浓度从9.4 g/L降低至9.2 g/L。相较于曝气条式曝气器，在编制网曝气器内NaHCO₃质量浓度从0.7 g/L提高至1.0 g/L，提升了43%，而Na₂CO₃质量浓度从0.1 g/L提高至0.2 g/L。由此可见，编制网曝气器可有效促进CO₂气体与Na₂CO₃的反应。其主要原因在于编制网曝气器的微小孔径大幅度降低了CO₂气泡的直径(第1层提供横向剪切力，第2层提供纵向剪切力，最后圆孔曝气层提供气泡剪切作用)，从而增加了CO₂分子与离子的接触时间，延长了反应时间，进而增大了反应效率。而反应后的高NaHCO₃质量浓度循环液在跑道池中充分混合后，由于跑道池中仍有一半体积藻液，因此，NaHCO₃质量浓度会有所下降，Na₂CO₃质量浓度会有所上升。

图2　跑道池内循环液与CO₂气体在编制网曝气器和曝气条中反应后NaHCO₃质量浓度

Fig. 2　NaHCO₃ mass concentration after reaction of circulatory solution with CO₂ gas at staggered woven mesh and rubber aerator

3.2　编制网曝气器对藻液NaHCO₃质量浓度的影响

反应后的循环液与跑道池中保有的藻种体积的一半充分混合后开启下一周期的螺旋藻培养。在自然界的长期进化过程中，由于空气中CO₂含量较低，无法满足细胞机体对碳的需求量，螺旋藻等微藻细胞体内进化出“碳浓缩机制(CCM)”^[19-24]，即利用细胞体外的NaHCO₃或Na₂CO₃作为补充碳源以满足机体生长所需碳源。螺旋藻细胞通过膜上碳酸酐酶(CA)将转运至细胞内，然后穿过类囊体膜转化为CO₂分子，最后被羧酶体(carboxysomes)^[23]中的Rubisco酶^[22-24]固定参与到卡尔文循环中。在这一过程中，螺旋藻培养液中的被源源不断吸收，同时释放出OH^-(其具体机制尚有待考究)，产生的OH^-导致藻液中的质量浓度逐渐增大，其主要反应式为+OH^-→+H₂O。

图3(a)所示为螺旋藻细胞接种后，跑道池培养过程中，藻液NaHCO₃和Na₂CO₃质量浓度变化。由图3(a)可见：螺旋藻细胞在跑道池中培养过程中，藻液中NaHCO₃质量浓度逐渐降低，而Na₂CO₃质量浓度逐渐升高。特别注意的是，在72 h培养周期内，在未补充CO₂以前，NaHCO₃质量浓度从2.4 g/L降低至1.7 g/L，采用曝气条曝气器补充CO₂以后，NaHCO₃质量浓度从2.8 g/L降低至2.1 g/L，而采用编制网曝气器补充CO₂以后，NaHCO₃质量浓度从3.1 g/L降低至2.0 g/L。相应地，在未补充CO₂以前，Na₂CO₃质量浓度从9.6 g/L升高至10.2 g/L，采用曝气条曝气器补充CO₂以后，Na₂CO₃质量浓度从9.4 g/L升高至9.8 g/L，而采用编制网曝气器补充CO₂以后，Na₂CO₃质量浓度从9.3 g/L升高至9.6 g/L。这与图2所示结果相吻合，补充CO₂以后，藻液中初始NaHCO₃质量浓度上升，而更小孔径的微米级编制网曝气器有利于微米级CO₂气泡的产生，从而提高接种后藻液中的初始NaHCO₃质量浓度。较高的初始NaHCO₃质量浓度导致螺旋藻细胞生长速率加快，进而导致藻液中NaHCO₃质量浓度消耗速率加快，因而，编制网曝气器跑道池内初始NaHCO₃质量浓度最高，同时，NaHCO₃消耗速率也最快。

图3　跑道池内培养螺旋藻过程中藻丝生长的光合作用及营养盐消耗变化规律

Fig. 3　Law variation of photosynthesis of microalgal trichome and nutrients consumption in the Spirulina cultivation at the raceway ponds

3.3　编制网曝气器对藻丝螺距和藻丝长度的影响

螺旋藻细胞在跑道池培养过程中，编织网曝气器造成培养液中初始NaHCO₃和Na₂CO₃质量浓度不同，从而对螺旋藻藻丝螺距和长度产生影响^[25-26]，如图3(b)所示。螺旋藻细胞在跑道池内培养过程中，螺旋藻藻丝螺距和藻丝长度均逐渐增大，在72 h培养周期内，在未补充CO₂以前，藻丝螺距从71 μm提高至89 μm，藻丝长度从703 μm提高至875 μm。采用曝气条曝气器补充CO₂以后，藻丝螺距和长度分别提高至92 μm和876 μm。而采用编制网曝气器补充CO₂以后，藻丝螺距和长度分别提高至107 μm和983 μm。由此可见，相较于曝气条曝气器，采用编制网曝气器补充CO₂后在跑道池中培养的螺旋藻藻丝螺距和长度在培养72 h后分别提高了16%和12%。

如前所述，编制网曝气器的微米级孔径导致CO₂气泡直径减小，从而促进了CO₂与Na₂CO₃的反应，导致藻液中初始NaHCO₃质量浓度升高。充分供应碳源促进了螺旋藻细胞的暗反应，导致细胞内积累了更多的营养物质，进而加速细胞分裂，导致螺旋藻藻丝长度增加，而光合暗反应的促进引起藻细胞对于ATP和NADPH的需求增加，进而导致光反应速率增加。通过增加藻丝螺距，增大藻细胞内类囊体膜与光量子的接触面积，进而促进光反应^[27]。因此，采用编制网曝气器补充CO₂后，相较于曝气条曝气器，藻丝螺距和长度均有所增加。

3.4　编制网曝气器对螺旋藻细胞光合速率的影响

编制网曝气器和曝气条曝气器造成跑道池内藻液的初始NaHCO₃质量浓度提升，从而提高了螺旋藻细胞光合作用能力。由如图3(c)可见：在72 h培养周期内，在未补充CO₂以前，螺旋藻细胞暗适应下PSII最大量子产率从0.32增加至0.51，单位反应中心吸收光能从4.4增加至5.1。采用曝气条曝气器补充CO₂以后，暗适应下PSII最大量子产率从0.36增加至0.52，单位反应中心吸收光能从5.8增加至8.2。采用编制网曝气器补充CO₂后暗适应下PSII最大量子产率从0.48增加至0.63，单位反应中心吸收光能从5.3增加至10.5。相较于曝气条曝气器，采用编制网曝气器补充CO₂后的循环液在跑道池中培养的螺旋藻细胞，在培养72 h后，暗适应下PSII最大量子产率和单位反应中心吸收光能分别提高了21%和28%。

最大量子产率亦称为最大PSII光能转换效率，增加藻丝螺距导致螺旋藻细胞内天线色素的受光面积增加^[28-29]，从而可能导致螺旋藻细胞的单位反应中心吸收光能和最大PSII光能转换效率增加。另一方面，供应充足的NaHCO₃碳源导致螺旋藻细胞的卡尔文循环反应速率增加，对ATP的需求量增大，从而导致光合光反应速率增加，使单位反应中心吸收光能和最大PSII光能转换效率增加。

3.5　编制网式曝气器对螺旋藻生长速率的影响

在螺旋藻循环液中添加CO₂与循环液中高质量浓度Na₂CO₃反应产生NaHCO₃用于螺旋藻培养是一种行之有效的提高螺旋藻生长固碳速率的方式。采用编制网式微米级曝气器可进一步提高螺旋藻生长固碳速率。如图3(d)所示，在72 h培养周期内，在未补充CO₂以前，螺旋藻生物质质量浓度从0.15 g/L增加至0.39 g/L，而采用曝气条曝气器和编制网曝气器补充CO₂以后，螺旋藻生物质质量浓度分别增加至0.41 g/L和0.45 g/L，分别提高了5%和15%。这是由于曝气器产生的微气泡可提高CO₂与Na₂CO₃的反应时间，从而产生更多的NaHCO₃，进而提高了跑道池中接种液的碳源质量浓度，由于微藻细胞的碳浓缩机制，螺旋藻细胞可优先利用离子，高质量浓度NaHCO₃藻液促进了螺旋藻细胞的卡尔文循环，为满足光合暗反应所需的光能，螺旋藻藻丝的藻丝螺距和藻丝长度增加，螺旋藻细胞的单位反应中心吸收光能和最大PSII光能转换效率增加，从而导致螺旋藻生物质密度增加。

藻液pH随着螺旋藻生物质质量浓度增加而升高，这主要是螺旋藻细胞生长过程中产生的OH^-引起的。编制网式微米级曝气器反应后的螺旋藻液pH相较于未补充CO₂前普遍偏低，这与NaHCO₃质量浓度有关，NaHCO₃质量浓度越大，藻液pH越低(纯NaHCO₃溶液pH为8.4)。

4  应用前景展望

该编制网式曝气器在螺旋藻的规模化培养中具有广阔的应用前景。相较于通过曝气器在跑道池中直接曝气补充CO₂形式，在进入跑道池前的循环液中通入CO₂与Na₂CO₃反应，将气态的碳转化为液态的碳用于螺旋藻细胞的生长，无论从反应效率上还是从CO₂利用率上均有较大提高。而传统的曝气条式曝气器受作业方式的限制，孔径最小可达0.7 mm，所产生的CO₂气泡通常为1.0 mm以上，不利于CO₂与Na₂CO₃反应。编制网式曝气器通过不锈钢钢丝的3层编制，出口孔径为10~20 μm，可使得CO₂气泡受到多层剪切，大幅延长了CO₂与Na₂CO₃的反应时间，从而提高了螺旋藻的生物质质量浓度。从实际应用看，编制网式曝气器安装简单，不易塞孔，具有广阔的应用前景。

5  结论

1) 研制了一种编制网式曝气器产生微米级CO₂气泡，编制网曝气器的微小孔径大幅度降低了CO₂气泡的生成直径(第1层提供横向剪切力，第2层提供纵向剪切力，最后圆孔曝气层提供气泡剪切作用)，从而增加了CO₂分子与离子的反应时间，导致螺旋藻过滤采收后循环液中NaHCO₃质量浓度提升，相较于传统曝气提高了43%，进而提高了螺旋藻的生长固碳速率。

2) 采用在编制网曝气器补充CO₂后的循环液作为新鲜培养液培养螺旋藻72 h，由于藻液中初始NaHCO₃质量浓度升高，充分供应碳源促进了螺旋藻细胞的暗反应，导致细胞内积累了更多的营养物质，进而加速了细胞分裂，螺旋藻藻丝长度增加，而光合暗反应引起藻细胞对于ATP和NADPH的需求增加，进而导致光反应速率增加，从而使得螺旋藻藻丝螺距和长度分别提高了16%和12%。

3) 采用编制网曝气器补充CO₂后，供应充足的NaHCO₃碳源导致藻细胞的卡尔文循环反应速率增加，对ATP的需求量增大，从而导致光合光反应速率增加，螺旋藻藻细胞单位反应中心吸收光能提高了28%，螺旋藻生物质质量浓度相较于未补充CO₂提高了15%。

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(编辑  秦明阳)

收稿日期： 2020 -11 -20； 修回日期： 2021 -01 -25

基金项目(Foundation item)：国家重点研发项目(2016YFB0601003)；浙江省重点研发项目(2020C04006) (Project (2016YFB0601003) supported by the National Key Research and Development Program; Project(2020C04006) supported by the Key Research and Development Program of Zhejiang Province)

通信作者：程军，博士，教授，从事CO₂生物能源转化制合成燃料研究；E-mail：juncheng@zju.edu.cn

DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.06.024

引用格式：郭王彪, 刘书政, 程军, 等. 一种促进螺旋藻固定煤化工厂烟气CO₂速率的编制网曝气器[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2021, 52(6): 1944-1952.

Citation:GUO Wangbiao, LIU Shuzheng, CHENG Jun, et al. A staggered woven mesh aerator to improve CO₂ fixation rate by Spirulina. sp from coal chemical plant flue gas[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2021, 52(6): 1944-1952.