生物反应器的发展动态

关键词： 蔬菜 种植 供给 反应

生物反应器的发展动态（精选8篇）

篇1：生物反应器的发展动态

自生动态膜生物反应器曝气方式的影响

摘要：自生动态膜生物反应器中侧下方曝气的主要作用是提供氧气和保证反应器内水流处于旋流状态,正下方曝气的作用是提供动态膜表面错流,阻止污染物在膜表面沉积,延缓动态膜的污染,提高运行稳定性.但正下方曝气也会造成对动态膜的`侧向挤压,使动态膜泥饼趋于致密,导致出水通量迅速下降.采用曝气强度为16m3/m2・h侧下方曝气,运行20min后追加1Om3/m2・h的正下方曝气,反应器处于最佳运行状态.作 者：梁娅 董滨 周增炎 屈计宁 LIANG Ya DONG Bin ZHOU Zeng-yan QU Ji-ning 作者单位：梁娅,董滨,周增炎,LIANG Ya,DONG Bin,ZHOU Zeng-yan(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)

屈计宁,QU Ji-ning(上海市环保局,上海,200003)

期 刊：水处理技术 ISTICPKU Journal：TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT年，卷(期)：,33(3)分类号：X703.3 TQ028.8关键词：自生动态膜 膜生物反应器(MBR) 曝气 水通量

篇2：生物反应器的发展动态

微网动态膜生物反应器的研究进展

对微网动态膜生物反应器进行了较为全面的综述,在简要介绍动态膜过滤技术的基础上,对DMBR处理生活污水的运行处理效果、生物动态膜特性、DMBR结构改进及其应用的扩展研究等方面做了介绍,分析了目前该工艺存在的生物动态膜机理研究不透彻、运行稳定性较差、对工业废水的处理研究较少等问题,展望了该工艺的.研究方向,即反应器结构的改进、生物动态膜地位与功能的解析、反应器优化控制研究等.

作 者：孔立志 邱宪锋 Kong Lizhi Qiu Xianfeng 作者单位：山东省环境保护科学研究设计院,山东,济南,250013刊 名：中国环境管理干部学院学报英文刊名：JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT COLLEGE OF CHINA年，卷(期)：18(3)分类号：X703关键词：微网动态膜生物反应器 废水处理 生物动态膜特性

篇3：生物反应器的发展动态

1 动态膜反应器的污水处理试验

动态的膜生物反应器是当今时代极为先进的一种膜生物水处理技术, 它完善了传统的反应器的膜材料昂贵以及污染严重的缺陷, 通过使用动态膜 (又称作次生膜或者是原位形成膜) 多孔的支撑表面对污水进行过滤, 是目前广受污水处理人员青睐的一项技术。动态膜反应器的所选用的膜组件具有较低的成本以及容易处理的污染问题, 而且其在工作中对于能量的消耗较少, 还能够极高地提升出水的水质及水量, 具有极大的污水处理优势。本文下面就选用尼龙网和无纺布两种材料来做一项动态膜反应器的运行实验:

首先, 工作人员要为试验设置两个如图1所示的尺寸为0.3乘以0.2乘以0.7米以及有效的容积为30升的平行反应器装置, 并且为每一个反应器配置两片分别以无纺布及尼龙网作为材料的平板式的动态膜, 同时将每一个单片膜的膜面积控制在0.072平方米。而且, 工作人员要为反应器设置水泵以及液位开关, 并将水头液位设定在0.4千帕, 保证进水以及自流出水工作能在液位差的推动下实现。此外, 工作人员还要将两组曝气头安置在反应器的下方, 以侧下方的曝气头保证反应器的供氧需求以及液体混合需求, 以正下方的曝气头发挥供氧以及反冲洗的作用, 并且将一挡板安置在反应器的中部位置, 保证反应器内循环的实现。同时, 工作人员还要为反应器设置一个内部加热棒, 将水温控制在25±1摄制度之间。而中试反应器则要具备1.2乘以1.0乘以2.9米的尺寸以及3.0立方米的有效容积, 还有4片具备1.8平方米单膜面积的膜, 其控制过程和小试一样。

其次, 工作人员要分别进行用水试验以及清水试验, 并确定研究的项目以及方法。一方面, 试验人员要人工配置具备6.3到8.5之间的酸碱值以及23到25摄制度之间水温, 还有336到637mg/L的COD值以及2.9到13.5mg/L的氨氮值的污水, 并将中试水的COD值控制在120到372mg/L之间, 氨氮值控制在13到35.7mg/L之间。同时, 用水实验还要准备MISS值为8000mg/L以及SV为百分之六十的接种污泥, 并将其培养训话7d之后接入到HRT为12个小时及具备0.1kgCOD/ (kgMLSS·d) 的有机负荷环境的反应器的膜组件中, 接着进行反复的冲水清污试验。另一方面, 工作人员还要做充氧效果以及流态研究的的清水实验, 将曝气量分别为0.1、0.25以及0.45与0.6立方米每小时的四种曝气器向混合溶液充氧, 测定出不同点的反应器对于不同时段充氧量的充氧能力以及充氧效率。同时, 工作人员还要实用脉冲的电导法来做反应器的流态实验, 并采用饱和的氯化钠融液作为示踪剂, 在反应器内注入清水之后, 不停地将示踪剂注入, 并且对出水进行相同时间间隔下的电导率检测。再一方面, 此试验除了应用HachHDO的荧光溶氧仪测定DO, 电导率仪测定电导率之外, 其他的研究项目都是使用国标法进行测定。

2 动态膜反应器试验的结论以及效果

本文下面主要是从不同曝气强度、曝气方式以及中试运行效果这三个方面来分析一下动态膜反应器的试验结论以及污水处理效果:

2.1 不同曝气方式的实验结论及除污效果

试验中主要采用了底部曝气以及侧下方曝气两种方式进行了曝气实验, 首先就底部曝气来讲, 由于其膜组件在反应器的正下方运行, 曝气套动作用会使动态膜变得结构松散且易脱落, 阻碍了动态膜对于污染物的堆积, 其应用的无纺布以及尼龙网的动态膜都在连续运行了23天之后才产生了TMP的急剧上升。而且, 出水的浑浊度以及SS一直都居于较高的数值, 无纺布还以较高的亲水性做出了一直都比尼龙网高的TMP值。其次, 就侧下方的曝气方式来讲, 它的膜面具有较低的错流速度, 污泥以及泥饼层都会快速沉积增多, 其TMP具有较快的增长速度而出水量则处于缩减状态。而且, 在侧下方曝气的运行初期, 由于膜面以及膜孔都较为清洁, 尼龙网和无纺布的运行效果没有太大差异, 而后则随着清洁度的转变产生运行差异。就曝气方式去除COD的效果来讲, 工作人员主要是在侧下方的曝气条件下进行了仔细考察, 无纺布以及尼龙网都具有较高的去除效果, 而无纺布则因为有更多微生物附着要高于尼龙网的效果。

2.2 不同曝气强度的实验结论及除污效果

从图2不同的曝气量对于充氧效率与充氧能力影响图来看, 充氧效率是随着曝气量的增强而逐渐降低的, 而充氧能力则与曝气量的增强成正比, 而且, 在曝气量不断增强时, 反应器的内流体混合的速度以及循环的速度都会逐渐加快, 在不同水头差的影响下这种流体也没有呈现太多的循环速度变化。可以说, 不同的水头差基本不会影响到内流体的循环速度, 整体的水流态势也一直维持着较好的状况。而从试验中可分析出, 曝气量在0.25立方米每小时的条件下, 反应器的充氧能力以及充氧效率还有流体的内循环效果都会达到最优状态。

2.3 中试运行试验的效果以及除污分析

中试运行试验最初选用的无纺布材料在运行一周之后即出现了破裂和漏泥的状况, 可见其膜强度需求还不能达到对于实际除污工作需求的满足, 试验人员随之换用了尼龙网作为试验膜材料。而就尼龙网材料的中试除污效果来讲, 一方面, 经下图3实验效果可知动态膜中的微生物是COD的主要去除者, 而动态膜的上清液的除COD效果则相对较弱。另一方面, 从下图4动态膜对于氨氮的去除效果来讲, 泥饼具备一定的除污能力但并不明显, 而上清液则优于泥饼。而且, 氨氮在被去除的过程中还主要是转化成了亚硝态氮以及硝态氮。

3 结语

通过试验可知, 城市污水处理人员实用动态膜进行污水处理工作, 应该采用侧下方的曝气方式以及尼龙网的膜材料来进行, 而污水处理工作中主要发挥作用的是微生物, 动态膜的除污效果则不甚明显。总之, 城市污水处理人员采用动态膜反应器来处理污水是十分有效的一种工作方式, 在今后的污水处理工作中, 工作中工作人员还要积极地加强对于动态膜反应器的研究及优化, 使其在污水处理工作中发挥更大的作用。

参考文献

[1]熊江磊.动态膜生物反应器在废水处理中的研究[J].中国市政工程, 2008 (06) .

[2]李天宁, 尤朝阳.动态膜生物反应器在城市生活污水处理中的应用探讨[J].科技信息, 2011 (16) .

篇4：生物反应器的发展动态

关键词：厨余垃圾；动态堆肥；反应器；设计；测评

中图分类号： X799.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0329-03

收稿日期：2013-05-22

基金项目：河海大学大学生创新创业训练计划（国家级）（编号：201205XCX014）。

作者简介：蔡旺炜（1991—），男，广西昭平人，从事城市生活垃圾“三化”处理技术研究。E-mail：caiwangwei2010@163.com。

通信作者：王为木，博士，副教授，主要从事农业生物环境领域研究。E-mail：wangwm@hhu.edu.cn。厨余是指食物残余和食品加工废料，是餐厨垃圾中的固体废弃物[1]，其主要理化特性有含水率、有机质、油脂和盐分含量高，含多种微量元素，易腐易臭，具有资源化利用的良好条件，但若不及时妥当处理，会对环境产生诸多负面影响[2]。据估计，2000年我国城市厨余垃圾年产量超过4 500万t，且长期以混合收集填埋为主要处理方式，餐饮业厨余垃圾则主要由城郊禽畜养殖场收集，直接用于禽畜养殖，目前已经暴露出较为严重的环境和食品安全问题，厨余垃圾无害化、资源化、减量化处理已日益为人们所关注[1，3]。家庭厨余垃圾的产生普遍具有量小、分散和持续性的特点，给城市生活垃圾的收集、运输和处理造成较大的困难。

动态好氧堆肥是指允许实时进料、出料的堆肥技术，具有周期较短、操作简单、产品品质较好等优点[2]，尤其可以满足及时处理原料的需要，避免原料的积累，在家庭或社区使用可以处理厨余垃圾，能够有效避免厨余垃圾的腐败，保护环境。动态堆肥要求尽可能减小反应器中处于不同转化阶段的物料相互之间彼此影响，这就使得反应器一般结构较复杂，且内部可调控程度要求较高，因而更适用于中小规模的堆肥处理。目前，国内有关厨余垃圾动态堆肥和动态堆肥反应器的研究报道较少。

好氧堆肥中，原料经一定预处理后进入不同的反应器系统中，虽然受堆肥规模、通风方式和反应器构造的影响，所经历的堆肥过程不完全相同，但是，都应达到堆肥基本的腐熟标准[4-9]。笔者根据“总体设计—模块设计（主体箱模块—搅拌模块—辅助箱模块—供排气模块）”的思路设计了一款处理能力为5 kg/d的小型厨余动态堆肥反应器，并进行了性能测评，以期为厨余垃圾动态堆肥试验研究提供一种实用的反应器系统。

1总体设计

1.1功能需求

設计一款用于实验室动态堆肥小试研究的微生物反应器，应具有完成堆肥全过程、物料自动转运、堆肥产品贮纳、方便取样测温、供气流量和搅拌频率可调控等功能特性，内部环境可视，结构可拆卸组装。

1.2约束条件

承重：以日投放5 kg原料，发酵周期16 d，贮纳4 d，且无减容计算，物料总重上限为100 kg。环境温度：小型反应器只能达到中温堆肥[4-7]，内环境最高温难以超过60 ℃，外环境取决于南京当地气温，最低以-5 ℃计算。

1.3原理方案

反应器原理方案示意图见图1。反应器系统分为主体箱、搅拌、辅助箱、供排气及支架等5个模块进行设计、制作和组装，在主体箱底部和辅助箱底部的隔层下分别设有供气布气层。主体箱的3个仓室同时进行间歇性搅拌；在辅助箱中进行深化腐熟，这是降温腐熟的延续和发展，有助于提高堆肥产品的品质；反应仓室间的物料转运是反应器运行后自动完成的。圆角框既表示堆肥阶段，也代表反应仓室，每个仓室都应允许进行取样测温；除标明了供、排气的箭头外，其余箭头均表示物料转运方向。

2模块设计

2.1主体箱

由于内环境可视化需求，保证结构刚度，应选用10 mm厚有机玻璃为主体箱材料，因堆肥需搅拌，故主体箱应为圆柱形。主体箱分为上、中、下3个仓室，物料在各仓室停留时间有所不同，且在仓室间可自动转运，因此隔层构件应具备调节物料转运速率的功能。上、中隔层设计为螺旋倾斜结构形式，开缺口，其开合度可调；下隔层为一侧倾斜，低处与辅助箱隔层相接。根据式（1）计算主体箱总有效容积应在62.5～150 L，各仓室有效容积为上15.7～37.5 L、中23.5～62.5 L、下23.3～50 L。

V=5/ρ×t/（1）

式中：V为有效容积，L；5指反应器处理能力，kg/d；ρ指物料密度，取0.8 g/cm3；t为停留时间，d；Φ指有机负荷率，为物料体积与有效容积比，对仓室堆肥，50%～80%较适宜。

根据所选材料和加工条件，确定主体箱内径为38 cm、高75 cm；螺旋倾斜隔层选用2 mm有机玻璃板，均匀分布开 1 mm 孔，以利于通气和渗沥液下滴，开30°扇形缺口，上隔层缺口外沿高度差设为5 cm，中隔层缺口外沿高度差设为 3 cm。下隔层高侧离箱底5 cm，低侧离箱底3 cm，底部为渗沥液收集层和供气布气层。搅拌轴外套筒外径为2.5 cm。搅拌叶体积忽略不计。根据以上数据，由式（2）验算主体箱总有效容积为77.9 L，满足式（1）计算结果。上、中、下仓室高度（从隔层最低处算起）根据原理图中物料停留时间大致分别确定为20、25、27 cm，根据高度分别算得各仓室实际有效容积为上21.6 L、中27 L、下29.2 L，均满足式（1）计算结果。

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V′=111 000[π14（d2-D2）h-112∑π14d2Δh-π14d2hh+hl12]（2）

式中：V′为实际有效容积，L；d、D分别为箱体内径和搅拌轴套筒外径，cm；Δh为螺旋隔层缺口高度差，cm；系数1/2是指每个螺旋隔层所占容积为高度Δh圆柱体体积的一半；hh、hl分别指下层高侧和低侧距箱底高度，cm。

上隔层最低处对应下隔层最高处，缺口对应箱壁处设置可移动扇形挡板以控制缺口开合度，隔层构件由箱体内壁支点和搅拌轴套筒支点共同支撑，可拆卸。在各仓室隔层高度适中位置对应的箱壁上开取样测温口，可开闭。箱体上置箱盖，通过法兰与箱体连接，箱盖上设进料口、排气口，排气口接尾气处理装置，箱盖中心设搅拌轴上轴承。当外环境温度较低时，箱体外壁可覆上保温材料。

2.2搅拌

对应于主体箱3个仓室，设置上、中、下3层搅拌叶，几何形状、尺寸均相同，为满足可拆卸要求，搅拌叶焊接在搅拌轴套筒上，套筒与搅拌轴对应位置均开孔，用长螺栓将套筒固定在搅拌轴上。每层搅拌部件均设计为倒“四”平面形状，左右各2个扇叶，呈中心对称，扇叶为圆柱面，经试验，该几何形状能较好满足物料得到翻动且在隔层移动较慢的堆肥要求。搅拌轴为实心合金钢棒，上下轴承分别固定在箱盖、箱底。

搅拌由250 W变频电机带动，可在3～20 r/min范围内调控，输出转矩120～790 N·m。搅拌频率 4～8 r/min，搅拌方向可变换。为实现自动间歇性搅拌，搅拌机通过定时插座与电源相接，由定时插座设定通电时刻、时长。

2.3辅助箱

根据式（1）计算辅助箱有效容积应为15.7～62.5 L，深化腐熟有机负荷率取80%计算。考虑到主体箱尺寸和结构特点，确定辅助箱长、宽、高分别为40、20、25 cm，其实际有效容积约为20 L，用10 mm有机玻璃板粘合成，通过法兰与主体箱连接，出料口采用滑槽提拉式闸门开合。箱内底部设置布气层，辅助箱不设排气口，空气由布气层进入堆体，离开堆体后经主-辅连接口进入主体箱，向上运动由排气口离开反应器，如此可保证主体箱上两层的供氧量。

2.4供-排气

堆肥过程中，通风有3个作用：供氧、散热和去除水分。完整的通风系统包括通风结构与装置。风源由风机提供，系统运行时需要确定风量和风速。另外，在风机选型时压力也是考虑因素之一。参考杨延梅[10]的计算方法，求得最大通风量为47 L/min，参考席北斗等[11]的计算，风压降估算为 800 Pa。正压强制通风的堆肥效果良好[12]，且结构和操作都较简单，故采用鼓风机进行正压强制通风，风机应满足最大供气量大于50 L/min，风压降1 000 Pa左右，供气量可调。用量程为100 L/min的玻璃转子流量计进行供气量监测。空气由管道进入布气层，为使出气均匀，布气层内气管的水平两侧开若干2 mm左右气孔，气管末端堵上。

堆肥会产生数10种挥发性物质，其中硫化氢、甲硫醇、1，3-二甲基苯和邻二甲苯与臭气浓度极显著相关[13]，堆肥氮素损失是必然存在的，产生的氨气也是尾气具有异味的重要原因[14]。因此，堆肥尾气不宜直接排放到空中，尾气通过反应器排气口后，可先通过盛装有活性炭的容器，利用活性炭的吸附特性进行初步处理，若仍有较明显异味，可先后通过碱液和酸液进行进一步处理。

2.5支架

支架的作用主要是承受堆肥时整个反应器的重量和固定电机，支架下还可放置风机。选用3.0号普通等边角钢焊接而成，电机通过螺旋固定在专设的1根槽钢上。

3性能测评

性能測评由空载测评、模拟负载测评和堆肥测评3个部分组成。空载测评为反应器组装完成后进行的开机试验，连续运行3 h，主要检测其机械性，包括结构稳定性、震动、噪声。模拟负载测评为以含水率与经预处理厨余垃圾相当的锯末为负载，进行容积负荷率分别为50%和80% 2次模拟负载开机试验，每次3 h，主要检测其可控性与稳定性，包括搅拌、通风和物料的自动转运。堆肥测评即进行1次周期为15 d的堆肥试验，2013年4月10日至4月25日于河海大学农业工程实验中心实验室内进行，前8 d投料4 kg/d左右，试验记录了堆体温度的变化，测定了堆肥前后物料的含水率、pH值、C/N比，根据堆肥腐熟标准进行反应器堆肥性能的评价。

3.1机械性能

空载试验时，搅拌构件与搅拌轴转动一致性较好，无相对错动及震动现象，搅拌轴能绕其轴心平稳转动。隔层构件与搅拌构件之间无直接接触，在后者套筒与前者之间的承接套筒的转动未造成隔层构件的明显震动。反应器箱体震动由电机运行引起，由于转速较小，故震动非常微弱，鼓风机不固定在支架上，其震动不影响箱体。噪声由鼓风机运行造成，在其附近环境噪声可达75 dB左右，超过人体安全值50 dB，考虑到使用中采用的是间歇性通风，且此次设计风机的选用需考虑后续研究应用，故其风压较大，因此噪声也较大，但对周边室内环境影响仍在可接受范围内，室外噪声在35 dB左右，而实际工程应用中，可换用风压和噪声较小的风机。进行模拟负载测评和堆肥测评时，也关注了上述指标，除隔层板受重力作用有些许弯曲外，其他均良好。综上，该反应器结构稳定性良好，震动微弱，噪声较大但对环境影响不大。

3.2可控性能

模拟负载测评以容积负荷率分50%和80%两级进行，主要是为避免一次负载过大可能造成的反应器不可逆损坏，开机试验表明其在容积负荷率为80%时仍运行良好，故根据80%一级的开机试验进行可控性与稳定性评价。搅拌频率最高可达15 r/min，搅拌方向变换由调速器接线方式转换实现，改变搅拌方向可明显改变物料在仓室内的移动速率。物料由上一仓室转运到下一仓室的速率主要由隔层板缺口的开合度决定，当小至一定程度时，物料将难以跌落至下一层。实际最大供气量为90 L/min，最高气压0.1 MPa，供气在可调范围内较稳定，在隔层缺口全关闭的情况下，仍能在排气口明显感觉到空气持续均匀排出，说明隔层板的透气性良好。综上，该反应器能实现搅拌和通风在需求范围内调控，搅拌和通风较稳定，物料转运速率可控。

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3.3堆肥效果

通过堆肥试验，测评该反应器对堆肥内环境的可控程度，从底物腐熟程度分析反应器堆肥性能。从河海大学研究生食堂一次性取原料，食物残余破碎，叶梗菜梆剪碎，添加锯末调节含水率和C/N比，投料前接种复合菌剂[2]。

堆体温度变化过程见图2。各仓室堆体的温度变化与原理方案存在差别，总体上，温度高低关系实际为上仓室<中仓室<下仓室<辅助箱，主要升温阶段为下仓室-辅助箱。原因有二，主要是堆肥规模小，未采取加温保温措施，散热较大，故每次投加的物料未能快速起反应；另外微生物对堆体环境的适应需要一定时间，且试验中物料在上、中仓室的停留时间仅为设计的最短时间。堆制6 d通风比率从0.5 L/（kg·min）调至2 L/（kg·min）进行间歇性供气，7 d时恢复，堆体温度发生明显下降，说明反应器对通风的调节是有效的。堆体温度在9 d时开始维持在25 ℃左右，较室温高5 ℃以上。因堆制9 d上、中仓室2仓室已基本无物料，测温只进行到堆制8 d。

烘干法测含水率、精密pH计测pH值、H2SO4-HClO4改进定氮法[15]测全氮、重铬酸钾容量法测有机碳[16]，堆肥前后物料的理化指标见表1。原料的pH值适中，故预处理主要进行含水率的调节，因厨余垃圾含水率较大，故添加了较多的锯末，导致C/N偏高。对比腐熟标志，底物的降解率和pH值均符合要求，C/N比不降反升的原因是叶梗菜梆和锯末的纤维素与木质素含量较高，而堆肥規模较小，且未采取加温保温措施，最高温偏低，故纤维素和木质素降解率较低，导致有机碳含量升高。基于底物减量率计算，堆肥过程反应器排出水分10 kg以上，底物有机碳减量0.86 kg，氮素减量0.033 kg。反应器内基本完整实现了底物腐熟的全过程，调节搅拌频率对物料转运量影响不大，转运量主要由隔层缺口开合度决定。试验期间，室内无明显异味，尾气处理装置中活性炭的湿度和气味产生明显变化。表1堆肥前后物料的主要理化指标比较

腐殖质115.5169.6419.05153.2510.77169腐熟标志1降解率>38%118～911115～20

综上，该反应器内可基本实现堆肥腐熟的全过程，通风调节堆肥过程性能良好，搅拌频率可调，物料转运量可控，主要不足在于保温性能欠佳，可由箱体外覆保温材料和加热供气弥补。

4结论

堆肥反应器内，物料基本完成了腐熟的全过程，堆肥过程内部状况可视，可取样测温，供气、搅拌和物料转运可调控，反应器系统运行机械性良好，自动运行性能满足需求，环境影响较小，总体上较好地满足了设计需求，适用于厨余垃圾动态堆肥基础试验研究，具有一定工程应用基础。

通过控制物料转运可在不同程度上分隔处于不同转化阶段的物料，供气和搅拌的同一性保证了不同仓室堆体受外源干扰的一致性。因此，对动态堆肥而言，该反应器既能有效区分进料的先后，同时提供对比性较好的内环境，在此基础上，可进行动态堆肥过程的相关研究，以加深对动态堆肥机制的认识。另外，还可利用该反应器研究原料组成、配比及预处理对堆肥过程和结果的影响，研究供气与搅拌及外环境对堆肥的影响。

该反应器选用的材料、器件和加工方式均为工程上常用的，故该反应器具有工程应用的良好物质基础。基于动态堆肥理论进行结构优化并利用控制面板进行调控，将具有良好

的工程利用前景，若得以推广，将有助于改善城市厨余垃圾因具有量小、分散和持续性的产生特点而造成的收集、运输和处理难题，为城市的良好运行提供保障。

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篇5：生物反应器的发展动态

两段式生物膜-膜生物反应器的试验研究

试验对传统两段式生物反应器(TSBR)进行了改进,二段采用生物膜-膜生物反应器(BMBR);在一段HRT=SRT=2.82～4.23 h,二段HRT=6.44～9.66 h、SRT→∞,每日空曝气8 h的运行条件下,对该工艺进行了试验研究.结果表明,系统稳定后,出水水质稳定,CODcr、NH+4-N和TP的去除效率分别为95%、80%和60%以上,膜污染得到了有效控制.

作 者：刘琳 宋碧玉 Liu Lin Song Biyu  作者单位：武汉大学资源与环境科学学院,湖北,武汉,430079 刊 名：环境污染与防治  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 27(3) 分类号：X5 关键词：两段式生物反应器   生物膜-膜生物反应器   生物膜  

篇6：生物反应器的发展动态

摘要：使用透水混凝土生态膜作填料,利用渠式生物膜反应器,对生活污水进行处理.结合实验数据,对新型反应器中填料上生物膜的活性进行了分析.实验表明,其活性(以耗氧速率SOUR表示)在3.23～6.25 mgO2/g・h之间,其生物膜量在3.16～1 0.72mg/cm2之间,生物膜量的变化趋势是沿程下降,而SOUR却是上升的.作 者：邹长伟 金腊华 万雨龙 袁杰 ZOU Chang-wei JIN La-hua WAN Yu-long YUAN Jie 作者单位：邹长伟,ZOU Chang-wei(南昌大学环境科学与工程学院,江西,南昌,330029)

金腊华,万雨龙,袁杰,JIN La-hua,WAN Yu-long,YUAN Jie(暨南大学环境工程系,广东,广州,510632)

期 刊：水处理技术 ISTICPKU Journal：TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT年，卷(期)：,32(11)分类号：X703.1关键词：渠式生物膜反应器 生物膜量 微生物活性

篇7：生物反应器的发展动态

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生物反应器的应用状况与前景

摘要：生物反应器是指用于生物反应过程的容器总称。包括酶反应器、固定细胞反应器、各种细胞培养器和发酵罐等。本文阐述了生物反应器的应用现状及前景。关键词：生物反应器 应用 前景

生物反应工程学科是随着生物技术的发展逐步形成的，生物反应工程是一门以生物学，工程学，计算机与信息技术等多学科为基础研究生物反应过程中带有共性工程技术问题的交叉学科，生物反应工程以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物过程方面的知识相结合，进行生物反应过程的分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。

自然界中的生物现象可以说是无处不在，这些现象中的核心是生物微化反应，或者说是生物的生长、繁殖、形成产物、某些物质的减少或增加过程。一般生物反应过程可以分为三个阶段：第一阶段指原料处理和培养基制备；第二阶段是利用生物反应器通过生物反应产生目的产物的过程；第三阶段指目的产物的提取与精制。

随着生物技术的发展，利用数学、化学工程学、化学工程原理和计算机技术等进行生物反应过程研究，使培养操作过程控制更为合理，新的生物反应器不断出现。现今，生物反应器在许多领域都有应用：

一． 动物培养用生物反应器

动物细胞体外培养时，生物反应器是整个培养过程的关键设备，为细胞提供了一个适宜的生长环境，使之快速增殖并形成所需的生物组织制品。由于动物细胞在其形态结构、培养方法以及所需的力学环境等方面均不同于微生物细胞，因而传统的微生物反应器显然已不适用于动物细胞大规模培养，特别是组织工程的需要，促使新型生物反应器的研究与开发。生物反应器的分类及结构特点：

1、搅拌式生物反应器

搅拌式反应器靠搅拌桨提供液相搅拌的动力，它有较大的操作范围、良好的混合性和浓度均匀性，因此在生物反应中被广泛使用。但由于动物细胞没有细胞壁的保护，因此对剪切作用十分敏感，直接的机械搅拌很容易对其造成损害，传统的用于微生物的搅拌反应器用作动物细胞的培养显然是不合适的。所以，动物细胞培养中的搅拌式反应器都是经过改进的，包括改进供氧方式、搅拌桨的形式及在反应器内加装辅件等。（1）供氧方式的改进

一般情况下搅拌式反应器还常伴有鼓泡，为细胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪切也很敏感，所以人们在供氧方式的改进上做了许多工作。笼式供氧是搅拌式动物细胞反应器供氧方式的一种，即气泡用丝网隔开，不与细胞直接接触。反应器既能保证混合效果又有尽可能小的剪切力，以满足细胞生长的要求。北野昭一报道了一个经过改进的搅拌式动物细胞反应器，整体呈梨形，搅拌置于反应器底部，在搅拌轴外装了一个锥形不锈钢丝网

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与搅拌轴一起转动。轴心处的鼓泡管在丝网内侧鼓泡，丝网外侧的细胞不与气泡直接接触。

（2）搅拌桨的改进

搅拌桨的形式对细胞生长的影响非常大，这方面的改进主要考虑如何减小细胞所受的剪切力。有人对搅拌桨的形式作了改进，并在反应器内加装了辅件，实验证明改进后的反应器适用于对剪切力敏感的细胞进行高密度培养。

2、非搅拌式生物反应器

搅拌式生物反应器用于动物细胞培养存在的最大缺点是剪切力大，容易损伤细胞，虽然经过各种改进，这个问题仍很难避免。相比之下，非搅拌式反应器产生的剪切力较小，在动物细胞培养中表现出了较强的优势。

（1）填充床反应器填充是在反应器中填充一定材质的填充物，供细胞贴壁生长。营养液通过循环灌流的方式提供，并可在循环过程中不断补充。细胞生长所需的氧分也可以在反应器外通过循环的营养液携带，因而不会有气泡伤及细胞。这类反应器剪切力小，适合细胞高密度生长。

（2）中空纤维反应器中空纤维反应器由于剪切力小而广泛用于动物细胞的培养。

（3）气升式生物反应器气升式生物反应器(airliftbioreactor)也是实现动物细胞高密度培养的常用设备之一，其特点是结构简单，操作方便。有人在气升式反应器中利用微载体培养技术，研究了Vero细胞高密度培养的工艺条件。

传统的生物反应器速率较慢；体积反应速率不高；反应器体积大；产物浓度低，因此要求性能更高的生物反应器。

根据动物细胞无细胞壁，对剪切极端敏感，在细胞生长控制上，要防止细胞分化和细胞凋亡，有时还要考虑对产品糖基化质量的要求。所以反应器要具备低剪切效应，混合性能好等特点，要提供细胞形态在线观察和活细胞数量的传感技术，严格控制反应器的操作条件以及有关防污染的灌注系统、取样系统等都需要研究解决。用于细胞过程生理特性和过程传递特性研究的生物反应器研制，其中主要解决用于过程分析的各种传感器选型研制和数据处理软件包的研制。特别是近年来随着微生物基因组测序和系统生物学研究工作的深入展开，发酵过程检测与控测已经从基于参数传感技术的反馈控制发展为以信息处理为基础的生物过程检测与分析。各种谱分析与生物反应器实验数据关联起来，提供各种表型数据具有重要意义。因而对反应器设计提出了新的要求。随着生物技术在各领域的推广应用，用于海洋藻类、微生物肥料、微生态饲料、环境污染处理等大规模细胞培养需要高强度低造价的生物反应器。特别是近年来利用生物质生产燃料乙醇等能源物质的战略部署，需要应用大型高效节能生物反应器降低生产成本。发展趋势

1、以代谢流分析为核心的生物反应器

长期来发酵过程优化与放大所依据的基本思想和方法是采用经典动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，实质上这只是化学工程宏观动力学概念在发酵工程上的延伸。随着过程传感技术和计算机技术的发展，国家生化工程技术研究中心（上海）设计了一种用于生物过程多尺度研究的新概念发酵装置（已由上海国强

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生化工程装备有限公司组织生产，定型为FUS-50L（A）），该装置以生物反应器中物料流检测的观点，具有十四个以上在线参数检测或控制，并集中力量开发了一个适应多种反应器特点，融合多种过程理论和控制理论，便于发酵过程工艺分析和优化操作的软件包。在鸟苷发酵过程中，从反应器测量参数上发现了细胞代谢流迁移，由此实现了过程优化。该产品先后成功地在青霉素、红霉素、饲料金霉素、链霉素、黄霉素、泰乐霉素、棒酸、鸟苷、肌苷、基因工程白蛋白、基因工程疟疾疫苗、基因工程植酸酶、胰岛素原（PIP）、基因工程必特螺旋霉素等多种产品上发酵优化应用取得了大幅提高发酵单位能力，其优化结果一般可由几十升发酵罐直接放大到上百立方的工业生产发酵罐。

2、动物细胞大规模培养生物反应器

研制由于细菌等原核细胞表达系统在转录及修饰方面的缺陷，许多重要价值的蛋白质，特别是基因工程药物、疫苗、抗体等糖基化的需要，使哺乳类动物细胞表达系统成了一个更合适的工具，因此，哺乳类动物细胞表达系统引起了大家重视。以哺乳动物大规模培养技术为基础的生物制药产业在美国等西方国家得到了迅速发展，数十种产品已进入市场，取得了巨大的经济和社会效益。国外用于生产的动物细胞生物反应器已趋于大型化（最大到吨级规模）、多参数与高度自动化的计算机控制系统、以及适应动物细胞对大型环境因子高敏感性的反应器精巧设计制造，并形成商品化供应用户。中国自“七五”至“八五”攻关期间立题开展有关动物细胞生物反应器研究，取得了较大进展，但哺乳类细胞培养技术要求高，技术壁垒大，有关公司在未能掌握核心技术的情况下，单凭模拟很难开展工作。抗体等其他细胞表达产品，装药量大，中国科研单位已经掌握的早期生物药开发技术很难应用到新型药物生产工艺上，需要重新摸索；由于细胞株等上游配套技术的落后、反应器研制技术的差距、以及有关缺乏生化工程的研究等原因，因而缺乏必要的条件去掌握高表达细胞株构建和大规模细胞培养技术，难以突破技术瓶颈，中国有关动物细胞生物反应器产业仍近乎空白。

3、带pH测量与补料控制的摇床──摇床应用技术的发展

20世纪三十年代摇床问世以来，摇床就作为生物反应过程中必备的一种专用设备，用于微生物、动植物细胞菌种筛选、种子扩大培养等。由于摇床设备的特点，不能实时测量培养过程中的有关参数以及过程补料控制，因此长期以来一直以摇床的放瓶结果作为实验数据。当用来作为诸如菌种生理特性变化、培养基成分的作用以及温度、pH等环境条件变化等研究的依据时,实际上是一种缺乏过程研究的静态分析方法。这种方法的局限性是很显然的，例如以这种方法作为菌种选育后技术时，传统摇瓶筛选方法往往缺乏补料或供氧不足，并不一定处于代谢流分配最合理的状态，由此将出现严重的高产菌株漏筛现象。因此，国内外有关公司己注意开发带pH测量的摇床，并形成产品。

4、生物反应器中试系统设计

对于生产量大的传统生物技术产品，为了对已经通过前期研究（实验室研究和市场分析）的产品进行过程优化研究，在中试规模上达到高生产水平或质量，并进而为车间生产提供工艺放大依据和设备设计依据，必要时还可进行小批量生产，提供应用

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试验样品、或供市场销售的部分产品。为此，近年来许多有关发酵产品生产的企业迫切需要建立一个多功能的中试发酵车间。

5、大型生物反应器设计与制造技术研究

几十年来随着发酵工业的快速发展，发酵工程趋向设备大型化、高效和自动化。以传统生物技术产品来说，一些氨基酸、抗生素或发酵轻化工产品都在几十到几百M3以上发展，一些原来是小规模发酵罐的老厂搬迁新厂区，发酵罐的规模也普遍要求放大。基因工程产品一般附加值高，不需要大型生物反应器，但近年来随着基因工程酶生产技术的发展，如基因工程植酸酶的研究成功，又由于饲料添加剂的需求量大，用于基因工程高密度高表达的大型生物反应器研制已势在必行。二．植物培养用生物反应器

由于植物细胞与微生物细胞形态结构不同，植物细胞较微生物细胞大，对剪切力耐受性差，而且对氧的要求相对微生物要低得多，因此微生物反应器并不完全适合于植物细胞生长与生产。出现了许多有别于传统微生物反应器的植物细胞培养反应器并在不断完善。用于植物细胞培养的反应器主要有搅拌式、非搅拌式及其改进型反应器，另外还有植物细胞固定化反应器和膜反应器等。生物反应器的类型及其特点：

植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能力弱、易团聚等特点。同时，植物细胞规模培养的目的是生产天然产物，而这些天然产物均为细胞此生代谢物。所以，植物细胞培养反应器的设计，不仅要考虑有利于细胞生长，同时还要考虑有利于产物的积累和分离。总体上讲，适合植物细胞的反应器应该具有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪切力。根据不同植物细胞生长和代谢产物积累的特点，目前已研究设计出多种类型的反应器用于植物细胞培养。

反应器的选择取决于生产细胞的浓度、通气量以及所提供的营养成分的分散程度。根据通气和搅拌系统的类型可将生物反应器分为以下几类： 1 机械搅拌式生物反应器

机械搅拌式生物反应器有较大的操作范围，混合程度高，适应性广，在大规模生产中广泛使用。搅拌罐中产生的剪切力大，容易损伤细胞，直接影响细胞的生长和代谢，特别对于次级产物生成影响极大。搅拌转速越高，产生剪切力越大，对植物细胞伤害越大。对于有些对剪切力敏感的细胞，传统的机械搅拌罐不适用。为此，对搅拌罐进行了改进，包括改变搅拌形式、叶轮结构与类型、空气分布器等，力求减少产生的剪切力，同时满足供氧与混合的要求。非搅拌式生物反应器

相对于传统搅拌式反应器，非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单，因此被认为适合植物细胞培养，其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器和转鼓式反应器等。

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通过对培养紫苏细胞的生物反应器比较发现鼓泡式反应器优于机械搅拌式反应器。但由于鼓泡式反应器对氧的利用率较低，如果用较大通气量，则产生的剪切力会损伤细胞。研究表明，喷大气泡时，湍流剪切力是抑制细胞生长和损害细胞的重要原因。较大气泡或较高气速导致较高剪切力，从而对植物细胞有害。

气升式反应器广泛应用于植物细胞培养的研究和生产。通过胡萝卜细胞培养研究发现，比较搅拌罐、气体喷射罐和带通气管的气升式反应器，最高细胞浓度和最短倍增时间可从气升罐中得到。气升式反应器用于多种植物细胞悬浮培养或固定化细胞培养，但其操作弹性较小，低气速时，尤其H/D大，高密度培养时，混合性能欠佳。过量供气，过高的氧浓度反而会影响细胞的生长和次生代谢产物的合成。将气升式发酵罐与慢速搅拌结合使用可弥补低气速时混合性差的弱点，采用分段的气升管，也有利于氧的利用与混合。

转鼓式反应器用于烟草细胞悬浮培养的研究发现，与有一个通风管的气升式反应器相比，相同条件下转鼓式反应器中生长速率高，其氧的传递及剪切力对细胞的伤害水平方面均优于气升式反应器。3 光生物反应器

许多植物细胞培养过程中需要光照，往往考虑在普通反应器基础上增加光照系统，但在实际中存在很多问题，如光源的安装、保护，光的传递，还有光照系统对反应器供气、混合的影响等。小规模实验往往采用外部光照，反应器表面有透明的照明区，光源固定在反应器外部周围。但大规模生产时透光窗的设置，内部培养物对光的均匀接受等问题难以解决，因此许多人对采用内部光源的反应器进行了研究。其他新型反应器

根据植物细胞的特性，许多有别于传统微生物反应器的新型反应器正用于植物细胞的研究生产，如各种固定化植物细胞反应器和膜反应器等。Dubuis等用新型环回式流化床反应器(loopfluidizedbedreactor)进行coffeaarabica培养，测定了生长和产物合成的动力学参数，认为该反应器操作方便，消除了气体直接喷射引起的剪切力，易于测定放大所需的参数，适合中试和工业化生产。Nagai等用固定床反应器培养固定化烟草细胞，生长速率与摇瓶相同，胞内合成与摇瓶无明显区别。分类

一、悬浮培养生物反应器 １机械搅拌生物反应器

尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓度较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅拌造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤，对次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带来染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力的细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是搅拌桨的结构和类型

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载 的改进，使其具有缓和、充分的搅拌效果。

2非机械搅拌式反应器

植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生物反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。气体搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很大程度上减少了剪切力，并能在长期操作中保持无菌。气体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式反应器等。气体搅拌生物反应器结构较简单，氧传递效率高，剪切力低，对细胞的损伤小，容易实现长期无菌培养，较适用于植物细胞培养。

缺点：操作弹性小，低气速时尤其在培养后期细胞密度较高时，混合效果较差。如果提高通气量，又会产生大量泡沫，也易于驱除培养液中的二氧化碳和乙烯，对细胞生长有阻碍作用。过高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。

二、固定化细胞生物反应器 1填充床生物反应器

细胞可以位于支撑物表面，也可包埋于支撑物之中，培养液流经支撑物颗粒，不断被细胞利用。优点：单位体积固定细胞量大。缺点：混合效果低，对必要的氧传递、pH、温度控制和气体产物的排除造成困难，影响细胞的培养。2流化床生物反应器

利用液体的能量来悬浮颗粒。颗粒呈流化状态所需的能量与颗粒大小成正比，因此常采用小固定化颗粒，这些小颗粒良好的传质特性是流化床反应器的优点，缺点：剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞。3膜生物反应器

采用具有一定孔径和选择透性的膜固定植物细胞。营养物质通过膜渗透到细胞中，细胞产生的次级代谢产物通过膜释放到培养液中。主要有：中空纤维反应器和螺线式卷绕反应器，优点：可以重复使用。

传统的生物反应器速率较慢；体积反应速率不高；反应器体积大；产物浓度低，因此要求性能更高的生物反应器。

随着生物技术在各领域的推广应用，用于海洋藻类、微生物肥料、微生态饲料、环境污染处理等大规模细胞培养需要高强度低造价的生物反应器。特别是近年来利用生物质生产燃料乙醇等能源物质的战略部署，需要应用大型高效节能生物反应器降低生产成本。

许多实验证明，在植物细胞培养过程中，抑制细胞生长和损伤细胞的主要是剪切力，而不是氧供应不足，相反，过高的氧浓度往往抑制细胞生长和产物合成。提高混合程度，减低剪切力，是目前设计适于植物细胞培养反应器的主要原则，但如果能提高植物细胞对剪切力的耐受程度，将大大简化反应器的选择和设计问题。很多情况下，剪切力抑制产物的合成，但对生长影响不大，探讨其机理有助于采取相应措施解决。对于需要光照的细胞，还要考虑光源的设置、光传递及光的产热问题。不同植物细胞的特性，如对剪切力的耐受性、结团情况、倍增时间、对氧和光的需求等各不相同，没有哪种反应器能满足所有植物细胞的要求，实验中应根据细胞特性采用合适的反应器，进一步研究各种植物细胞和不同反应器中流体力学的性质，可为选择和设计植物细胞培养反应器提供可靠的依据。

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三．微藻培养用生物反应器

根据微藻自身的营养特点，可通过光能自养和化能异养两种方式来培养微藻。

微藻培养用生物反应器分类

1.封闭式光生物反应器 2.敞开式光生物反应器 比较

封闭式光生物反应器比敞开式培养系统有以下优点

1、培养密度高，收获效率也显著提高；

2、培养条件易于控制，易于实现高密度培养，对代谢产物积累有利；

3、无污染，可实现纯种培养；

4、不受地域环境限制，生产期长，可终年生产；

5、适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于微藻代谢产物产品的生产。四．医学

组织工程是生物医学工程领域中一个快速发展的分支，它融合了细胞生物学和工程学的原理，目的在开发具生物活性的组织替代物，期能修复受损组织或是再生。由于组织工程对象是人体组织，细胞和组织块之体外培养条件必须仿生地接近人体内环境，因此生物反应器即为良好的应用工具，除在种子细胞增殖、组织块建构培养扮演重要角色外，生物反应器尚能控制pH、溶氧、机械应力、营养供给及代谢物移除等条件，为细胞的生长、分化和发育分化提供最适宜的环境。

如在旋转生物反应器内，应用微载体技术快速扩增并向软骨分化人脂肪干细胞。将人脂肪干细胞结合Cytodex3微载体在旋转的生物反应器（RCSS）内进行动态培养，应用倒置显微镜和扫描电镜对微载体表面的脂肪干细胞进行动态观察，并对收获的脂肪干细胞进行SafraninO、toluidine blue染色等组织化学染色及Ⅱ型胶原的免疫化学染色分析。脂肪干细胞于24 h内贴附于Cytodex3微载体表面，细胞形态为短梭形，随时间的延长，贴附于微载体的细胞逐渐增多，到培养后期，细胞密度可达最初接种的19倍左右，在微载体上收获的细胞进行番红花O、阿利新蓝染色呈阳性，Ⅱ型胶原染色阳性，均强于对照组。利用微载体细胞培养技术可简便快速地在体外扩增脂肪干细胞，并成功实现向软骨细胞分化。因此，本研究利用生物反应器技术结合微载体对ADSCs进行快速扩增同时向软骨细胞方向诱导，旨在观察ADSCs在微载体上增殖分化情况，探讨其未来临床应用的可行性。

生物反应器的商业应用前景

在过去15年里，生物技术工业不仅诞生了百亿美元级的公司，而且也成为当今世界商业活动中增长最快的领域之一。生物技术产品的市场非常大，包括了医药、农业、渔业、造纸业和其他许多产业。据统计，从上世纪80年代至今，通过DNA重组技术所生产的生物医药年销售额已超过100亿美元。由于生物医药产业被许多国家视为强劲的经济增长点而加以重点扶持，生物医药的年销售规模将从1996年的101亿美元扩大到2006年的320亿美元，平均年增长率将达12%以上，其中治疗药物年平均增长16%，诊断试剂年平均增长9%。

美国是现代生物技术发展较早和较快的国家，1994年，美国生物技术药品年销售额为50多亿美元，至2001年，美国生物技术产品在全球市场上的销售额达200亿美元，占到全球总市场的约90%以上。此外，美国还拥有世界上约一半的生物技术公司和一半的生物技术专利。迄今为止，获得美国FDA批准上市的治疗类生物技术药品共16种，另外约有400多种生物诊断试剂在临床中应用。

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参考文献：

1.张元兴，许学书.生物反应器工程.上海：华东理工大学出版社，2001

2.戚以政，汪叔雄编著，<<生化反应动力学与反应器>>第一版，化学工业出版社，1996 3.俞俊棠等主编，<<生物工艺学>>上下册，第一版，华东化工学院出版社，1992年 4徐小增、于国祥(1996).实用新型细胞培养生物反应器.CN 2236493Y[专利].5、陈坚，李寅.发酵过程优化原理与实践.化学工业出版社.2002

6、储炬，李友荣.现代工业发酵调控学.化学工业出版社.2002

7、张元兴，许学书.生物反应器工程.华东理工大学出版社.2001

8、王树青，元英进.生化过程自动化技术.化学工业出版社.1999

9、李津，俞詠霆等.生物制药设备和分离纯化技术.化学工业出版社.2003

10、朱宝泉.生物制药技术.化学工业出版社.2004

11、戚以政，汪叔雄.生化反应动力学与反应器.化学工业出版社.1999

12、陈石根，周润琦.酶学（修订版）.复旦大学出版社.2001

13、张嗣良，储炬编著.多尺度微生物过程优化.化学工业出版社.2003

14、俞俊棠，唐孝宣等.新编生物工艺学.化学工业出版社.2003

15、白秀峰，何建勇等.发酵工艺学.中国医药科技出版社.2003

篇8：生物反应器的发展动态

根据反应器需氧与否, 将膜生物反应器 (MBR) 分为好氧MBR和厌氧MBR简称An MBR。世界能源形式的日益严峻以及污水负荷的急剧增长等等都在要求我们找到一种能处理高负荷, 能源消耗低, 投资低, 能够回收能源, 产生剩余污泥较少的新型处理工艺。在这样的时代背景下, 厌氧MBR应运而生。

相对于好氧技术, 厌氧生物处理技术最大的特点是具有将污水中的有机物变废为宝转化为甲烷这种可回收利用的能源气体这一优势, 同时已经发表的大部分研究表明厌氧生物处理技术的优点大于它的不足, 厌氧生物处理技术具有产泥少、工艺相对稳定、基建费用较低、运行费用低廉、二次污染较少等生态、经济、技术优势, 另外厌氧处理技术还可以处理季节性污水, 降低废水中氯化有机物毒性的同时厌氧MBR还被广泛应用于高浓度有机废水的处理, 其对于常见有毒物质和工业污水的处理能力也被专家学者普遍认同。

在厌氧MBR中, 传统活性污泥中的沉淀池被膜过滤的膜组件所代替, 由于膜组件具有过滤作用, 因此, 不但污染物可以被截留在反应器中, 而且大分子的有机物也被截留下来, 彻底实现污泥龄和HRT的分离, 因此厌氧MBR中不存在活性污泥膨胀的问题, 相比较好氧污泥膨胀这是一个明显的优势, 同时因为厌氧MBR具有较高的有机物去除率, 而且膜组件对微生物有很强的截留能力, 所以对有毒化合物和物质具有较强的去除能力。由于厌氧MBR采用膜组件系统, 水力状态较好, 不易堵塞, 此外还有出水水质稳定, 操作简单, 易于自动化管理等优点。厌氧MBR是将厌氧处理工艺和膜分离技术结合的产物, 克服了单纯的厌氧处理工艺的不足。以前影响MBR发展的主要限制因素是高昂的膜材料价格, 但由于近年来膜材料技术迅猛发展, 膜材料价格也迅速降低, 同时性能也变得越来越好, 可以实现膜组件的经济更换, 运行费用大大降低。所以在满足达标要求下, MBR是一种经济、环保、有效的处理技术。

2 厌氧膜生物反应器的发展及国内外研究现状

近年来厌氧膜生物工艺越来越多地被应用到有机高浓度废水处理中, 其在国外已经成为诸如水环境研究基金会等基金、协会研究的重点课题之一, 但是在我国, 此项技术的研究才刚刚起步。

An MBR这一工艺是于上世纪70年代首次被提出的, Grethlein等人最早在厌氧处理工艺中引入膜组件, 他们利用外置的膜装置处理桶来装有机污水, 意外的发现这一处理方法可以达到较好的出水有机物和硝酸盐的处理效果, 自此第一次引入了An MBR概念。由于其相对好氧MBR的独特优势, 自从诞生之日开始就受到了各国专家学者的普遍关注, 围绕An MBR的研究也相当普遍。上世纪80年代, 美国Dorr-Oliver开发出名为MARS的厌氧MBR处理工艺, 此项技术应用于处理高浓度乳制品污水, 处理效果良好。80年代日本联合日本多家公司发起了水再生计划, 在日本此计划推动了厌氧MBR在生活废水和工业废水的规模应用, 由此推动了日本An MBR的发展。在同时期的南非名为厌氧消化过滤 (ADUF) 的用来处理高浓度的有机工业废水的一套厌氧处理系统建成投产。COD处理效果相当好, 这些成功工程案例充分说明了厌氧处理技术和膜分离技术二者结合的价值, 但是由于当时材料科学还不发达, 膜组件价格相当昂贵, 另外膜过滤技术也不成熟, 所以An MBR发展相对来说较为缓慢, 工程实际案例很少, 大部分还都处于实验室研究, 并且大多数都是采用外置式厌氧MBR。进入21世纪, 随着膜科学的迅猛发展, 膜组件的价格也变得相对低廉, 而且得益于好氧MBR的快速发展, An MBR也步入快速发展阶段, 成为了国内外专家学者的重点研究对象。

MBR反应器应用最广泛的国家是日本, 占世界上总膜生物反应器的66%, 其余34%主要分布在欧美地区, 2005年, 全球MBR市场规模接近2.17亿美元, 而且该规模以接近每年11%的速度迅速增长, 发展速度远超其他污水处理技术, 上世纪90年代中期我国膜生物反应器才开始进入商业化运营, 我国第一座市政污水项目MBR商业化项目是在2006年投产, 目前世界范围内有8家较大型的MBR生产厂家, 大部分厂商是欧美和日本的, 不过也包括我国的碧水源这家企业。在所有膜生物反应器中大约超过98%的反应器都是好氧MBR, 仅仅有不到2%的反应器是厌氧的。目前, 厌氧MBR主要应用于处理垃圾渗滤液和工业污水, 很少应用于生活污水的处理。

3 厌氧膜生物反应器存在的问题及发展前景

厌氧MBR在水处理领域应用的过程中主要存在以下问题:

(1) 去除有机物效率不完全, 有待提高, 也不能够完全去除进水中的N、P等污染物; (2) 前期反应器启动所需时间太长; (3) 容易引发膜污染; (4) 由于要求完全厌氧, 对反应器等处理构筑物密封要求很高, 一般反应器不能够达到完全密封, 还可能因为臭气的溢出造成二次污染; (5) 反应器的能耗问题, 这个问题主要针对外置式的, 一体式的很少, 这就需要额外的能量来进行反应器内液体的循环来改善膜污染情况; (6) 理论和实际运行参数都相对缺乏。目前世界上运行的膜生物反应器绝大多数都是好氧的, 只有少许一部分是厌氧的, 这就造成了各种经验参数的缺乏, 此外实验室规模的反应器的运行参数也比较缺乏, 尤其是污泥负荷, HRT等方面的。

针对这些问题厌氧MBR的研究和发展方向会朝以下几个方面来进行:

(1) 加强厌氧MBR在高浓度有机污水领域的工程应用, 并注意积累大量的工程运行经验参数, 积极探索各种经济合理的操作条件; (2) 注重实验室研究, 积累实验室运行参数, 特别加强对膜污染的各种积累的研究, 完善膜污染理论, 提出有效解决膜污染问题的办法; (3) 继续加强膜技术和膜科学方面的研究, 开发出性能更好, 价格更低廉的膜组件, 积极将最新的膜科学技术理论结合实际应用到我们的厌氧膜生物反应器污水处理实践中, 促进各种膜滤系统和高效厌氧MBR的有效结合, 使得厌氧MBR得到更广泛的应用; (4) 加强对厌氧膜生物反应器结构的研究, 使一体式反应器更多应用到生产实践中, 解决高能耗问题; (5) 加强常温下厌氧MBR污水处理技术的研究, 降低能耗节能减排。

摘要：厌氧膜生物反应器将厌氧工艺与膜过滤工艺有效地结合在一起, 可以克服传统厌氧工艺存在的缺点, 具有污泥停留时间长, 抗冲击负荷能力强等特点, 在工业废水和生活污水处理领域应用十分广泛。文章介绍了厌氧膜生物反应器的主要技术特点, 并总结了该工艺在国内外的研究及应用现状, 为厌氧膜生物反应器工艺的发展提供一定的理论支持。

关键词：厌氧膜生物反应器,技术特点,研究应用,现状

参考文献