将微藻培养和烟道气碳减排综合利用起来不仅可以大大降低微藻的生产成本，而且可以固碳减排，降低温室效应。然而，在烟道气的利用过程中，可能会存在对微藻生长产生抑制的问题。对此，本课题以栅藻为模式产油藻，首先研究了模拟烟道气在溶液中的吸收动力学，然后系统考察了烟道气中各个组成对微藻生长的影响，最后提出了四种技术途径尝试解决烟道气对微藻生长的抑制。

对于烟道气在溶液中的吸收动力学，在模拟烟道气的通气条件下（CO2：15%；SO2：400 ppm；NO：300 ppm；air balance），溶液pH会在一天之内下降到2左右；溶液中SO32−/HSO3−浓度在1天之后达到最高的累积量（235.7 mg/L）；溶液中的硫酸盐浓度在通气3天后高达约500 mg/L，而氮浓度增加的量约为15 mg/L。

然后考察了烟道气中各个因素对微藻生长的影响，包括CO2、NO、SO2、HSO3−、SO32−、NO2−及pH对栅藻生长的影响，结果表明：（1）栅藻在2−20% CO2条件下具有良好的生长，其中最大生物量和总脂含量均在2% CO2条件下取得，分别为6.38 g L−1和39.9%；而在10−20% CO2条件下仍然能够获得较佳的生物量和油脂含量，分别可以达到3.69−5.41 g L−1和29.4−35.1%。（2）栅藻能耐受高达500 ppm的NO浓度，而能耐受的最高SO2浓度是100 ppm。（3）栅藻能够耐受较高浓度的SO32−（达60 mM），能耐受的HSO3−和NO2−浓度分别为1.0 mM、15 mM。（4）栅藻具有很宽的pH耐受范围（pH 3.0-11.5）,能耐受的最低pH为3.0。以上结果表明，在利用烟道气培养微藻时，pH的剧烈下降和SO32−/HSO3−的积累可能是抑制微藻生长的重要原因。

针对烟道气对微藻生长的抑制因素，本论文提出了四种解决途径：酸性诱导提高藻的耐酸性、烟道气稀释法、碱性物质（NaOH、CaCO3）控制pH法及pH反馈控制法。实验结果表明：（1）酸性诱导机制可以在一定程度上提高栅藻对酸性环境的耐受性，缩短栅藻在低pH（3.0或2.5）下的延滞期，但尚不能完全克服烟道气对微藻生长的毒害作用。（2）当烟道气稀释后组成为5% CO2，100 ppm SO2，200 ppm NO，air balance时，藻液pH能够维持在pH 6以上，培养7天的生物量达3.13 g L−1，是对照组5% CO2通气生物量的83.8%。（3）通模拟烟道气时，每天1 L藻液流加3−4 mL 1 mmol/L NaOH溶液使pH维持在6左右，栅藻能够生长良好，7天的生物量达到2.40 g L−1。添加CaCO3的方法相比NaOH法更简便有效，在10% CO2，200 ppm SO2，100 ppm NO的通气条件下，添加碳酸钙后的生物量比10% CO2通气的生物量高22.5%，分别是3.32 g L−1和2.71 g L−1。（4）通过pH反馈机制间歇地通入烟道气能够促进微藻的生长，且大大提高了CO2的利用率。最高生物量和固碳效率均在pH 8.0−8.5条件下得到，为3.87 g L−1和75.6%，分别是对照15% CO2的生物量和固碳效率的1.3倍和47.3倍。

以上四条解决方案中，烟道气稀释法、添加碳酸钙法及pH反馈控制法的效果突出，且操作简便。但是，三种方法也各有优劣。对于烟道气稀释法，应随时监控气体中SOX/NOX含量，保证各组分浓度在微藻能耐受的浓度范围内。对于碳酸钙法，加入适量的碳酸钙能很好解除烟道气对微藻生长的毒害作用，但是后续分离碳酸钙/硫酸钙沉淀较为麻烦。对于pH反馈控制法，由于pH是局部测定，所以培养体系应混合均匀。因此，在利用实际烟道气培养微藻时，应根据实际情况选用合适的方案。

Coupling the cultivation of microalgae with the biofixation of CO2 in flue gas has the potential not only to greatly reduce the cost of microalgae production on an industrial scale but also to offset carbon emissions and alleviate greenhouse effect. However, flue gas may impose threat on microalgal growth in practical applications. In this study, with Scenedesmus dimorphus as the model oleaginous microalgae, we firstly study the absorption kinetics of simulated flue gas; then investigated the effects of the components in flue gas on microalgal growth; at last, four strategies have been proposed to overcome the inhibitory effects of flue gas on microalgae. 

In the research of absorption kinetics of simulated flue gas, the results showed that: under the simulated aeration condition (CO2: 15%; SO2: 400 ppm; NO: 300 ppm; air balance), the solution pH would sharply decrease to pH 2 within one day; the SO32−/HSO3− concentration reached the highest accumulation (235.7 mg/L) after one day’s aeration; the sulfate concentration was up to 500 mg/L after 3 days’ aeration, while the N concentration did not increase much, which was about 15 mg/L.

Then the effects of components in flue gas on microalgae were investigated, including CO2, NO, SO2, HSO3−, SO32−, NO2− and pH. The results showed that: (1) S. dimorphus showed good growth under 2-20% CO2 concentrations, and the best biomass concentration and total lipid content were achived at 2% CO2 concentration, which were 6.38 g L−1 and 39.9%, respectively. The biomass and lipid accumulation under 10−20% CO2 were slightly inhibited but still competitive, which were 3.69−5.41 g L−1 and 29.4−35.1%, respectively. (2) The maximum NO concentration S. dimorphus could tolerant was up to 500 ppm NO, while the SO2 concentration was 100 ppm. (3) The maximum HSO3− and NO2− concentration S. dimorphus could tolerant were 1.0 mM and 15 mM, respectively. (4) S. dimorphus could grow over a wide pH range (pH 3.0-11.5), and the lowest tolerance limit was pH 3.0. It can be concluded that, in the utilization of flue gas for microalgae cultivation, the dramatic decline of solution pH and the accumulation of SO32−/HSO3− were two important reasons for algal growth inhibition. 

In view of the inhibitory factors of flue gas on microalgae, four solutions were proposed: enhancing the acid resistance of microalgae by acid adaptation, diluting the flue gas by compressed air, controlling the pH by alkaline reagents ( NaOH, CaCO3 ) and pH feedback control system. The results were as follows: (1) The approach of acid adaptation could enhance the acid resistance of S. dimorphus to some extent and shorten the lag phase of cells at low pH conditions (pH 2.5 or 3.0). However, the toxic effect of flue gas could not be completely eliminated. (2) When the final flue gas composition was 5% CO2, 100 ppm SO2, 200 ppm NO and balance air, the solution pH could be maintained at above 6, and the biomass concentration after 7 d cultivation was 3.13 g L−1. Which was 83.8% of control biomass with 5% CO2 aeration (3) The solution pH could maintained at around 6 with flue gas aeration when 3−4 mL 1 mol/L NaOH was added into 1 L culture medium every day. The algal cells grew well and the biomass concentration after 7 d cultivation was 2.40 g/L. The method of adding CaCO3 was even better and more convenient than adding NaOH. With the gas supply of 10% CO2, 200 ppm SO2, 100 ppm NO, balance air, the biomass was 22.5% higher than that of control culture with 10% CO2 aeration, which were 3.32, 2.71 g L−1, respectively. (4) The toxic effect of flue gas on microalgae could be well eliminated by pH feedback control, with the carbon fixation efficiency greatly improved. The maximum biomass concentration and carbon fixation efficiency were achieved at pH 8.0−8.5 control condition, which were 3.87 g L−1 and 75.6%, respectively.

Among the four strategies, the methods of flue gas dilution, CaCO3 addition and pH feedback control have the advantages of prominent effects and being easy to operate. However, all three methods have advantages and disadvantages. As for the dilution method, the concentration of SOX/NOX should be monitored all the time to guarantee the toxic compounds within the tolerance limits of microalgae. As for the CaCO3 addition method, the toxic effects of flue gas on microalgae could be well eliminated by adding small amount CaCO3, but the subsequent separation of precipitates of CaCO3/CaSO4 is troublesome. As for pH feedback control system, because the pH is locally detected, the culture system should be mixed well. Consequently, in the practical utilization of flue gas for microalgae cultivation, the appropriate option should be selected according to the actual situation.