[发明专利]一种基于响应曲面法的微藻絮凝采收参数优化方法

说明书

本发明涉及一种基于响应曲面法的微藻絮凝采收工艺参数优化方法及实施方案，优化方法包括①通过单因素变量实验确定絮凝剂投加量、培养基pH和微藻生物量参数取值范围；②采用响应曲面法中Box‑Behnken方法设计参数优化实验；③开展微藻采收实验；④多元回归拟合数据，建立回归方程；⑤方差和相关性分析；⑥验证实验检验模型有效性；⑦确定工艺参数。实施方案：①培养微藻使其生物量达到最优浓度；②调节微藻培养基pH至最优值；③投加絮凝剂使其浓度达到最优，絮凝搅拌；④沉降；⑤收集反应器底部藻泥进行脱水干燥。本发明具有实验效率高，预测精度好，可操作性强等优点，在保证微藻高效采收的同时有效降低了成本，适用于微藻絮凝采收工艺参数的优化与实施。

技术领域

本发明是一种基于响应曲面法的微藻絮凝采收参数优化方法及实施方案，属于生物质能源技术领域。

背景技术

微藻是一类单细胞或多细胞、形体微小的藻类总称，其可以将太阳能直接转化为化学能，是地球上最古老的生命形式之一。微藻个体小，结构简单，具有种类多样，分布广泛，适应能力强等特点。

微藻是一种经济、高效的生物质能源，相对其他高等油料作物，微藻具有不占用耕地、生长效率高、生长周期短和油脂含量高等优势，是一种重要的可再生能源。但目前通过微藻获取生物柴油的生产成本很高，这也是制约其大规模推广应用的瓶颈问题之一。以微藻为生物质能源制备生物柴油的工艺之中，微藻采收作为关键步骤，其成本至少占总成本的20% ~ 30%。这主要是由于微藻体积小（3-50 μm）、浓度低（0.1-5 g/L），同时微藻表面的负电荷会导致其在培养基中呈稳定悬浮状态。目前包括离心法、过滤法、重力沉降法和絮凝法在内的多种方法已被应用于微藻的采收，其中絮凝法凭借其在经济性和技术可行性方面的优势，成为应用最广泛的微藻采收方法之一。

絮凝法中微藻采收工艺参数如絮凝剂投加量、培养基pH和微藻生物量的确定对于降低采收成本，提高采收效率具有重要意义，优化工艺条件以获得最优采收工艺参数是实现微藻高效采收的重要前提。传统絮凝采收实验往往使用单因素变量法和正交实验法两种方法来优化絮凝工艺参数。单因素变量法是一种研究单一变量在不受其他变量影响时对微藻采收效果影响的方法，其可以确定单一因素在不同取值下对采收效果的影响，然而实际应用中微藻采收效果往往受多种因素同时影响，因此单因素变量法难以准确反映实际采收过程。正交实验法是一种使用线性数学模型进行设计的方法，虽然可以考察多种因素交互作用对采收效果的影响，并可以找出多个因素水平的最佳组合，但正交设计只能分析离散型数据，存在精度不高，预测性不佳的问题。因此，有必要寻找一种精度高、预测性好、可反映多因素交互作用对微藻采收效果影响的模型方法。

响应曲面法采用多元二次回归方程来拟合工艺参数（自变量）与响应值（因变量）之间的函数关系，通过分析函数的响应面研究各因子两两之间、各因子与响应值之间的相互关系，通过分析回归方程来寻求最优工艺参数。响应曲面法可以得出连续的函数关系式，是解决多变量问题的一种常用统计方法。响应曲面法被广泛用于污染物去除的工艺参数优化，但是目前很少有响应曲面法优化微藻采收过程的相关报道。

发明内容

本发明提供一种基于响应曲面法的絮凝剂投加量、培养液pH和微藻生物量等微藻采收工艺参数的优化方法及实施方案，旨在解决传统微藻采收工艺参数优化方法中实验量大、精度不高和预测性不佳等缺点，实现微藻的高效采收。本发明具有实验效率高、预测精度好、可操作性强等优点，适用于微藻絮凝采收工艺参数的优化与实施。

本发明的技术解决方案：一种基于响应曲面法的微藻絮凝采收参数优化方法，包括以下步骤：（A）单因素变量实验：选取变量开展单因素变量实验；

（B）响应曲面法优化实验：根据单因素变量实验获得的最优范围作为实验水平的选择依据，运用响应曲面法建立响应曲面模型，优化工艺条件并确定模型最优工艺参数。