《表4 曝气器的形式：燃煤烟气微藻固碳减排技术现状与展望》

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《燃煤烟气微藻固碳减排技术现状与展望》

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烟气中CO2在水中的扩散速率很低，仅为在大气中的万分之一[25]。为了提高微藻烟气固碳减排的效率，需要增强CO2和藻液的气液传质。根据双膜理论，气泡中CO2向藻液的传递过程分为2个阶段，CO2分子由气泡中的气相主流区传递到气液界面附近的薄气膜区，然后再经过气液界面扩散到气液界面附近的薄液膜区，最后从薄液膜区传递到液相主流区，再通过藻细胞膜上的无机碳泵传递到细胞内，为微藻光合作用提供所需碳源。CO2向藻液的传递过程中CO2分子需要跨过薄气膜和薄液膜两层膜，其传质阻力主要为薄气膜和薄液膜区之间的传递阻力[66]。另外，CO2的传质速率还与传质系数、有效传质面积和气体成分浓度梯度等有关。为了强化传质速率，可采用机械搅拌、减小气泡直径及增大传质气体浓度梯度等方法。其中，曝气器的应用既可以改变气泡直径的大小，增加气液传质比表面积，又能够实现藻液的搅拌混合，减小气液膜间的传质阻力。在光生物反应器中，曝气器的结构和曝气方式是微藻固碳效率的影响因素[67]。曝气器的作用是产生含有烟气混合气体的气泡，为微藻生长提供碳源或氮源，并通过气泡的运动上升过程使藻液得到搅拌混合，加强了微藻的闪光效应。改变曝气器的结构，可以改变气泡的生成时间、生成直径、上升速度、气泡分布、混合时间等，而小气泡的生成可以增大气液接触的比表面积，减小上升速度和混合时间，延长气体停留时间，从而强化气液传质过程。曝气器的形式见表4，Yang等[68]为了提高跑道池中的气液传质系数和微藻的生长速率，研发了一种新型的摇摆式曝气器以产生小气泡，使气泡生成时间减少21%，混合时间减小，气液传质系数增大，生物质产量增加18%。Hu等[69]设计了一种条式曝气器，研究了孔径、孔间距、通气速率等对气液传质系数的影响，发现曝气器孔径0.3～1.0 mm条件下，气泡直径为1.38～3.11 mm，曝气压降低于7 kPa，传质系数达3.05～14.57 h-1，对微藻的生长固碳具有很好的促进作用。Zimmerman等[70]通过在反应器中使用新型的流体振荡器来驱动微泡的生成，从而降低气泡直径，避免气泡聚并，增加气泡停留时间，实现了高传质速率。烟气中难溶气体成分NO也能通过曝气器的作用增加气液接触面积，延长气泡停留时间，增强传质。此外，曝气器生成的气泡在藻液中产生的剪切力较小，不易损伤藻细胞。故曝气器结构的设计和优化有利于微藻烟气固碳减排效率的提高。