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关键词： 白酒生产废水   两级AO膜生物反应器   建议  

摘要： 白酒生产废水由于进水水质波动大、有机物含量高，难以得到有效处理。两级AO膜生物反应器法作为一项新技术，具有处理效果好、能适应水质波动的优点。文章首先介绍了两级AO膜生物反应器法的原理和特点；其次通过实际应用案例分析，发现利用两级AO膜生物反应器法可以有效处理白酒生产废水，使其达到排水水质标准；最后展望了两级AO膜生物反应器法在白酒生产废水处理中的进一步应用。

关键词： 藻菌共生系统   含盐废水   丝状藻菌核   除污性能   光生物反应器  

摘要： 人口增长、工业化及化肥农药的大量使用导致水中含盐量增加,对水体环境、土壤环境和人类健康造成不利影响。藻菌共生系统作为一种新兴的生物法处理工艺,结合了微藻和细菌在污水处理中的优势,有节能降耗及环境友好等特点,为含盐废水的治理提供了一个新的思路。但微生物面对盐度冲击时,存在建立耐受时间长、耐受能力弱的问题,严重影响了藻菌共生系统的处理效果。因此本研究通过低营养负荷培养出丝状藻菌体,以其为核与藻菌颗粒进行结合,考察不同粒径的丝状藻菌核对微藻、细菌结合的影响,并通过对比普通藻菌颗粒污泥对含盐废水的处理效能,对比分析以丝状藻菌为核的结合藻菌在处理含盐废水中的优势,以缩短藻菌颗粒盐度耐受建立时间和增强耐受强度。 本研究通过设置碳氮比为2.75:1的低营养负荷条件下,在30天内能够成功培育出稳定的丝状藻菌核。无论丝状藻菌核的粒径大小,均能在一周内与目标藻菌颗粒顺利结合,形成结合藻菌,迅速完成丝状藻核藻菌系统的构建,且1.0-1.7 mm范围的丝状藻菌核内所形成的结合藻菌表现最优。 本研究考察了普通藻菌颗粒(R1)、耐盐藻菌颗粒和丝状藻菌核形成的结合藻菌(R2)、普通藻菌颗粒和丝状藻菌核形成的结合藻菌(R3)在盐度胁迫下藻菌的颗粒性能。通过对比各反应组叶绿素、颗粒完整性系数、MLSS、SVI、胞外聚合物、油脂和抗氧化酶活可知,结合藻菌对盐度胁迫的抵抗能力优于普通藻菌颗粒。 本研究分析了R1、R2、R3三组对营养物质的去除能力和宏基因组测序结果。结果表明,以丝状藻菌为核的结合藻菌颗粒在含盐条件下建立耐受的时间更短,并极大地提升了对含盐废水中污染物的去除效果。丝状藻菌核的引入使藻菌体系中Cyanobacteria(蓝藻纲)的丰度大大提升,说明群落结构发生了变化。

关键词： 低负荷膜生物反应器   膜污染   滤饼层   空间分布  

摘要： 膜污染是限制膜生物反应器推广应用的关键难题,促使研究学者投身于探究其形成的机制或发展改进现有技术。膜污染本质上是絮体颗粒、微生物及其代谢物质在膜表面积累的过程,滤饼层便在该过程中形成并强烈影响膜的过滤效果。于是滤饼层的形成及其内在性质也发展成为研究的一大方向。随着理论体系的完善,滤饼层开始被深入了解,根据膜组件的特性和废水组分的不同,滤饼层同样存在形态结构上的明显差异,这些差异很有可能是导致膜污染恶化的重要原因。 本研究以实际生产规模食品废水经生物预处理后的低负荷污泥混合液为处理对象,以浸没式好氧膜生物反应器为处理工艺,处理系统定义为低负荷膜生物反应器（Low load-membrane bioreactor,LL-MBR）。通过稳定运行的120天时期内的观测,量化了LL-MBR系统可持续性运行的污染特征及污染物去除效果。在对膜污染过程进行分析时惊喜发现,膜表面自然分布有三层不同的滤饼层,为明确不同空间位置分布的差异性,本研究采用对比实验,以扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）、三维荧光光谱（3D-EEM）、傅里叶红外光谱（Fourier-transform infrared,FTIR）、（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek,XDLVO）和高通量测序技术,分别探究了混合液污泥（Bulk sludge）和不同空间位置的滤饼层（Cake-O、Cake-C和Cake-I）的表观形貌、组成成分、粒径分布、化学结构、相互作用能和微生物群落间的内在规律,以揭示不同位置分布的滤饼层之间的联系。 在实验期间,LL-MBR中观测到的跨膜压差（TMP）表明,膜污染周期较短,清洗频繁,膜污染程度较为严重。但系统仍能保持高效的有机物去除效果,COD出水浓度稳定在26.1 mg L-1,去除率平均为74.3%。从可生化性角度来看,系统内进出水的B/C处于较低的0.24～0.34之间,表明了难降解有机物占大多数,这可能会对微生物活性产生影响。由于处于低负荷水平,系统内污泥沉降性较差,丝状菌大量繁殖。一系列结果都指向低负荷状态下,微生物活性受到抑制,但与膜污染之间存在何种必然联系仍需进一步分析。 对混合液污泥和不同空间位置分布的滤饼层进行了详细的特性分析。通过SEM和含水率的测定,显示混合液污泥和Cake-O呈含水率高的多孔结构,表面分布着大量的丝状菌,细菌的活动促进了孔隙的形成并有利于进行物质交换,而Cake-C和Cake-I表面丝状菌活动较少,结构紧密,含水率低。低负荷条件促进了丝状菌的生长,并提高了胞外聚合物（Extracellular polymeric substance,EPS）的分泌。EPS的主要成分蛋白质具有粘性和疏水性,这导致了颗粒大小的变化（Cake-I=566μm>Cake-C=283μm>Cake-O=92.2μm>Bulk sludge=59.7μm）和总相互作用能的差异（Cake-I=-216.39×10～4KT>Cake-C=-68.35×10～4 KT>Cake-O=-30.42×10～4 KT>Bulk sludge=-30.08×10～4KT）。蛋白质的二级结构分析表明,α-helix/（β-sheet+Random coil）的值在各样品的大小分别为Bulk sludge（0.63）>Cake-O（0.62）>Cake-C（0.61）>Cake-I（0.58）,该值越小,表明蛋白质疏水性越强,这可能是导致Cake-I在膜表面具有强黏附性的根本原因。 生物信息学分析表明,滤饼层中的微生物群落从混合液污泥中发展而来,随即形成局部特定的群落结构。各种与EPS分泌相关的门、属细菌在系统内广泛存在,如Proteobacteria的丰度存在明显差异,Bulk sludge（36.14%）明显高于Cake-O（27.58%）、Cake-C（20.21%）和Cake-I（23.10%）,Proteobacteria生长受到抑制,这是膜污染加重的原因之一。Unclassified＿Rhodocyclaceae和Unclassified＿Gemmatimonadaceae属类均与EPS的分泌有关。网络模块分析表明,大多数微生物处于系统代谢的边缘,Polyangia和Verrucomicrobiae被检测到对膜堵塞有显著影响,与膜堵塞过程（如多糖合成、表面附着和氨基酸降解）相关的基因在滤饼层内得到上调,而能量代谢相关的基因在滤饼层中明显受到抑制。 综上所述,Bulk sludge、Cake-O、Cake-C和Cake-I之间存在明显的差异性,但依然包含紧密的联系,这些关于实际生产规模膜生物反应器的滤饼层空间分布的新见解,将有助于为开发膜堵塞控制技术以及采取膜清洁

关键词： 生物反应器技术   生态农业   应用   创新  

摘要： 随着科技的不断进步，生物反应器技术在生态农业中的应用也越来越广泛。它不仅可以应用于传统的种植业和畜牧业，还可以在海洋养殖、有机农业、环保农业等领域发挥重要作用。本文通过利用生物反应器技术，更好地了解植物或微生物的生长和代谢过程，从而实现对农业生产过程的精准调控，提高农产品的产量和质量。

关键词： 生物反应器   高通量   Ambr250   灌流培养  

摘要： Ambr250灌流平台作为依托反应器的灌流培养的高通量平台,相比于目前存在的几种简易的灌流高通量培养模式,如摇管模型、微孔板模型和Ambr15模型,具有更好的模型代表性,同时相比于传统的台式反应器灌流平台,可以实现取样、检测、补料自动化,使用一次性技术可以显著降低罐体、管路准备等工作,从而大幅度提高通量、降低人员成本,是对整个灌流培养工艺开发平台的一个很好的补充,兼顾模型代表性和高通量的优势。目前国内外对Ambr250灌流培养设备的应用还未见报道,本文对Ambr250灌流平台进行了开发并将其应用于一个单克隆抗体的灌流培养工艺开发。 本文首先对比了Ambr250灌流反应器和3 L灌流反应器的设备参数,通过参数调整使得Ambr250灌流反应器在Flux和单根中空纤维柱内液体流速等关键灌流参数上与3 L反应器相当。通过KLa测定获得了设备的KLa曲线,该设备可以达到20 h-1左右的KLa。从设备性能参数上评估Ambr250灌流反应器具有实际应用于本平台的可行性。 随后,为了验证Ambr250灌流设备在实际运行灌流工艺时的表现,使用单克隆抗体分子A,在Ambr250灌流设备中运行了CFB和IPC两种灌流培养模式,结果显示CFB和IPC两种灌流培养模式在Ambr250灌流设备中分别运行了20天和18天,细胞密度最高达到92.90×10～6 vc/ml,产量在CFB和IPC模型中分别达到了22.9 g/L和12.8 g/L。但同时也发现该平台在液位控制、尾气、VVD上限等几个方面存在问题,需要进一步优化改进。 为了解决液位控制不准、尾气滤器易堵塞、VVD上限只能到1.5的问题,分别对此进行了分析并提出了优化和解决方案:通过设计刻度贴纸以及程序优化解决了罐内液位控制不准的问题;通过设计新的尾气滤器装置解决了尾气滤器容易堵塞的问题;通过优化收获端泵的液体流体类型解决了VVD限制问题,将最高VVD提高至4.0。 最后,将优化后的Ambr250灌流设备实际应用于一种单克隆抗体的IPC工艺开发,并将工艺放大到3 L反应器。结果显示,使用Ambr250灌流反应器开发的工艺在3 L规模获得了基本一致的工艺表现（细胞生长、细胞代谢、蛋白产量和蛋白质量）,仅仅是细胞活率和i CIEF上存在一些差异,蛋白表达量在Ambr250灌流设备和3 L反应器中分别为37.02g/L和35.91g/L。该实验证明优化后的Ambr250灌流反应器平台是一个对于大规模灌流培养有代表性的高通量平台,可以应用于灌流培养工艺的开发。

关键词： 免疫缺陷猪   人源化动物模型   再生医学   造血干细胞移植   生物反应器  

摘要： 研究背景与目的: 动物模型在现代生物医学的发展过程中发挥着不可替代的作用。然而,回顾性研究显示,由于动物与人类的免疫及代谢差异,在动物实验有效的药物,超过90%在临床试验失败。因此,科学家们在过去的30年里开发了新的动物模型,以更好地反映人类的生理和病理特征。其中,人源化猪模型是最有前途的,尽管它仍处于探索阶段。然而,人源化小鼠模型已被成功重建并广泛应用于生物医学研究。 人源化小鼠模型构建的基础是使用合适的免疫缺陷小鼠。免疫缺陷小鼠是评价正常人类造血干/祖细胞功能和研究异常人类造血细胞(如白血病细胞)特征的最佳动物模型。人造血干/祖细胞移植到NOD/SCID Il2rg-/-等免疫缺陷小鼠体内可分化为几乎所有类型的人造血免疫细胞,联合人胸腺移植可进一步增强人源化小鼠中的人免疫系统功能。人源化小鼠模型已广泛的应用于人类干细胞再生、微生物感染、肿瘤、移植以及自身免疫病等领域,有效地促进了这些领域生物医学的进步。 尽管人源化小鼠功能完备,但是因为小鼠存在寿命较短(2～3年),与人类器官大小及功能差异显著,以及在扩大器官移植规模、药物评估和生产临床相关人类细胞产品方面存在挑战等缺陷,阻碍了其更广泛的应用。在过去的十年里,这些限制激发了人们对开发人源化大动物模型的兴趣。 相较于小鼠,猪具有寿命长(15～20年),与人器官大小及功能接近,是理想的异种器官供体等优势,因此猪被公认为是构建人源化大动物模型的理想受体。尽管人源化小鼠模型为人源化猪模型的开发提供了宝贵的见解,但进展缓慢,人源细胞的最高嵌合率仅为0.58%。关键的挑战主要在于:1)设计适合人类造血免疫系统移植的基因编辑免疫缺陷猪;2)实现基因编辑重症免疫缺陷猪的长期存活(目前国际记录仅为34天);3)人造血干/祖细胞在免疫缺陷猪体内的高效植入和重建;4)确定人源化猪体内分化的人免疫细胞的功能。 因此,本人的博士研究旨在解决这些瓶颈问题。主要研究内容包括:1)利用CRISPR-Cas9和体细胞核移植技术,制备T、B和NK细胞联合缺陷且巨噬细胞对人源细胞耐受的免疫缺陷猪;2)通过无菌剖宫产和在无病原体屏障系统中基于隔离器的人工饲养,实现这些猪的长期存活;3)优化在免疫缺陷猪体内高效植入人造血干/祖细胞的预处理及移植方案;和4)系统分析人源化猪体内分化的人类造血免疫细胞的组成、表型、分布以及功能特征。 研究方法: (1)采用CRISPR-Cas9技术对巴马猪成纤维细胞进行基因编辑,再通过体细胞核移植和胚胎移植技术制备RAG1-/-IL2RG-/Y(RG)和RAG1-/-IL2RG-/Y CD47-/-(RGD)免疫缺陷猪。 (2)在代孕母猪妊娠112天时,通过剖宫产在无菌条件剥离仔猪,并转至屏障系统内隔离器中进行人工饲养。 (3)利用硬X射线辐照或化疗药注射等方案进行预处理,联合骨髓腔内人造血干/祖细胞移植探索造血免疫系统人源化猪模型的理想构建方案。 (4)利用流式细胞术追踪外周血中人造血免疫细胞的动态变化;利用H&E染色、免疫组化及单细胞RNA测序技术评价人源化猪免疫细胞的分化和功能。 (5)通过将人造血干细胞再移植给NOD/SCID Il2rg-/-小鼠和体外免疫功能测定,包括抗体分泌和肿瘤杀伤实验,进行人免疫细胞的功能评估。 研究结果: (1)RG及RGD免疫缺陷猪外周血和脾脏表现为T、B和NK细胞完全缺失;RGD猪不表达CD47;RG及RGD猪的胸腺严重萎缩,未见典型皮髓质结构,脾脏未见白髓结构。 (2)RG及RGD猪,在DPF屏障系统隔离器中可高比例、长期生存(最长超过500天)。 (3)5/7的RG猪在全身辐照后于4周内死亡,在此基础上探索出相对安全的6 mg/kg白舒非预处理方案。 (4)巴马猪巨噬细胞SIRPα与人CD47无交叉反应,猪巨噬细胞可快速清除人红细胞。 (5)RG人源化猪骨髓中存在11.1%～45.1%的人CD45+细胞嵌合,且检测到人造血干/祖、髓系-巨核前体、红系前体及B细胞等的分化发育,但是在外周血及脾脏中几乎检测不到人造血免疫细胞。 (6)造血免疫系统人源化重建水平最高的RGD猪,在人源化6周时,外周血中即可检测到77.6%的人CD45+细胞嵌合,此后长期稳定在90%以上;胸腺发育出经典的皮髓质结构,人CD45+细胞占93.4%,其中CD3为弥散性表达,CD4+CD8+双阳性T细胞占67.0%;脾脏重现白髓样结构。 (7)单细胞测序分析人造血免疫分化: 1)骨髓、胸腺及脾脏等淋巴器官,都检测到人B细胞和NK细胞等多系人免疫细胞发育; 2)RGD人源化猪胸腺和脾脏中检测到人TCR α和β基因座的广泛V(D)J重排元件,猪胸腺中87%以上的T细胞是单克隆; 3)RGD人源化猪骨髓和脾脏中检测到广泛的免疫球蛋白(I

关键词： 活性污泥法   含盐废水   动态膜生物反应器   动态膜载体   膜污染  

摘要： 生物处理技术作为处理高浓度含盐废水的常用手段,具备运行成本低廉、适用范围广泛等优势,然而,传统生物处理技术在应用过程中仍暴露一定的缺点。本课题深入探究了动态膜生物反应器（Dynamic Membrane Bioreactor,DMBR）技术在废水处理中的可行性,首先通过处理模拟生活污水来探究载体等关键因素对处理效果的影响,随后将DMBR技术应用于高浓度含盐废水的处理,详细考察了盐浓度对DMBR运行效果的影响,为高浓度含盐废水的处理提供更为经济高效的技术支持和理论依据。 采用150目尼龙网、200目尼龙网以及活性炭海绵作为实验载体,人工模拟实验进水,通过DMBR对进水中的污染物进行处理,测定不同载体下的污染物去除率据此判断载体对实验结果的影响;调整曝气方式,分别使用底部侧流曝气、底部中心曝气和顶部曝气为反应器供氧,据此分析不同曝气方式对实验的影响;实验结束采用不同清洗方式对载体进行清洗以确定最佳清洗方式。实验结果表明,不同载体下的反应器对污染物的平均去除率均超过90%,出水浊度显著降低至1.87 NTU以下,且动态膜能在24 h内形成。与之相比,活性炭海绵作为载体时显示出卓越的截留效果,动态膜的形成时间缩短至90 min,通过活性炭海绵反应器的平均出水粒径仅为771 nm,这与其特殊结构有关。实验结果证明了DMBR处理常规污水的可行性,在相同材料下,载体的孔径越小动态膜的形成时间越短,截留效果越好;此外,不同曝气方式对动态膜后期的过滤效果影响较小,但对前期动态膜的形成具有显著影响;动态膜形成后,对载体的清洗越彻底,通量恢复得越多。而动态膜层中存在较多的金属阳离子,这些阳离子以及多糖等亲水性物质的富集和残留也是导致膜污染的重要因素之一。 而后,实验探究了DMBR在处理含盐废水方面的能力,以活性炭海绵作为载体,在原有模拟废水的污染物浓度下引入Na Cl和Na2SO4作为含盐条件,改变其盐浓度,通过测定不同盐浓度下的污染物去除率以评估DMBR在不同盐度环境中的运行效果。实验结果表明,DMBR在含盐条件下去除有机物和悬浮物方面依然表现出色,平均去除率分别达到97.53%和97.40%,出水浊度分别降至1.74 NTU和2.41 NTU。此外,随着盐浓度的增加,氮磷的去除率进一步降低,主要是由于DMBR的运行环境以及全好氧条件下对氮磷去除的限制。EPS测定结果表明,随着盐浓度的提高,EPS浓度也相应增加,主要起到抵抗盐浓度胁迫的作用。TMP等数据表明实验在大约15 d后会出现膜污染现象,膜污染分析结果表明,引起膜污染的主要物质为悬浮颗粒物以及蛋白、多糖等以及有机物等物质。FTIR分析结果显示,不同盐度下的红外基团并没有明显差别。这表明盐浓度的变化并没有显著改变膜层或污染物的化学结构,但可能影响了它们的相互作用和分布。 综上所述,DMBR技术在处理模拟生活污水和含盐废水中的有机物和悬浮物质方面表现出色,与其他处理技术连用具有广阔的应用前景。通过不断创新和优化技术组合,可以为水处理领域提供更加高效、环保的解决方案。