课程文献中心 更多>>

关键词： 转基因猪   转基因牛   转基因羊   生物反应器   抗病转基因  

摘要： 转基因家畜研究始于20世纪80年代,在2010年以后出现爆发式发展,尤其是中国科学家在转基因猪、牛和羊研究中取得了若干突破性进展.分别在提高繁殖力、提高抗病能力、促进肌肉生长、改良肉质与奶质、建立人类疾病模型、构建乳腺生物反应器及提高羊毛或羊绒质量等方面,取得了国际先进水平的研究成果.本文就上述成果进行简要综述,旨在为深入开展转基因家畜研究提供借鉴.

关键词： MBR反应器   初期雨水   膜通量   化学清洗   膜污染  

摘要： 随着城市面源污染问题的日益突出,其带来的危害已经深深的影响到人们的生活。降雨是造成面源污染的一种主要途径,对初期雨水进行有效的处理,对于减轻降雨带来的面源污染问题具有非常高的社会价值。本研究采用混凝沉淀+A/O-MBR工艺对雨水径流进行处理,主要研究结论如下:(1)研究期间在某校园内设置了屋面以及路面两个雨水采样点,经分析测定发现,降雨过程中存在明显的初期冲刷现象,初期雨水水质污染较为严重,随着降雨历时的延长,雨水水质基本稳定在一定范围内;屋面雨水径流中的CODcr和NH4+-N较高,路面雨水径流中的浊度和TP相对较高。经相关性数据分析,发现雨水径流中的浊度、CODcr和TP具有明显的相关性。(2)混凝沉淀实验主要开展了 L16(45)的正交实验,利用SPSS对实验结果进行分析,得出5个因素对混凝效果的影响程度大小顺序依次为混凝剂投加量>搅拌速度>混凝剂种类>PAM投加量>搅拌时间。得出本实验的最佳实验方案:混凝剂采用PAC,PAC投加量为30mg/L,PAM投加量为0.2mg/L,搅拌速度为30r/min,搅拌时间为1Omin。(3)A/O-MBR实验发现,0.75L/min曝气量下的膜通量及膜压差变化速率高于1.5L/min曝气量下的变化速率,随着曝气强度的增强,膜污染速率逐渐降低;抽8min停2min运行模式下的膜污染速率小于抽9min停1min运行模式下的污染速率,随着出水效率的增加,膜污染速率会随之加快;在三个初始通量下,初始通量为22L/m2·h时的膜污染速率较低,随着初始膜通量的增加,其污染速率逐渐加快。(4)通过对膜压差以及膜通量的数据进行分析,发现其主要的污染阻力为浓差极化和膜内部的污染阻力,其分别占总阻力值的54.75%和25.14%。在膜组件的清洗研究中发现,采用物理清洗可以使通量恢复80%以上;采用酸洗则可恢复至90%;而采用次氯酸钠清洗时,通量可以恢复95%以上。在实验周期大于2个月的实验研究中,建议采用运行8min停1.5min气反洗0.5min的模式下进行实验。

关键词： 农业废水   微藻   光生物反应器   生物质   普通型小球藻  

摘要： 论文具体介绍了 5种作者自主开发设计并具知识产权的农业废水处理微藻光生物反应装置。其中包括:可促进微藻生长的农业废水处理装置、一种微藻循环处理农业废水装置、一种菌藻两步处理农业废水装置、一种微藻处理农业废水收集装置和微藻处理农业废水采收培养装置等。为了研究了 2种不同微藻即普通型小球藻(Chlorella vulgaris)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reindhardtii)混合处理养猪场废水的效果,分析了不同水温(15 ℃和25 ℃)条件下和不同起始氨氮浓度(NH4+浓度分别为100mgL-1和250 mgL-1)下养猪场废水处理后的COD去除量和微藻生物质累积量。结果表明,混合微藻系统在养猪场废水起始氨氮浓度为250mgL-1和水温25 ℃条件下具有较高效率的COD去除能力和较高的生物质累积能力。本研究以稀释1倍的养猪场废水为底物,分析了普通型小球藻在最佳生长条件(环境温度30-32 ℃)下对养猪场废水的净化能力、生物质量和生物质组成成分。研究结果显示,普通型小球藻在养猪场废水中生长16天后,微藻细胞浓度达到6×107细胞/mL,废水中BOD5、COD、TN、TP分别下降95%、89%、87%和93%。普通型小球藻生物质约含33%粗蛋白和28%粗脂肪,其生物质油脂脂肪酸中主要含棕榈酸、顺式-7,10-十六碳烯酸,亚油酸、αα-亚麻酸。养猪场废水培养降低了普通型小球藻脂肪酸的不饱和指数。本研究结果表明,普通型小球藻具有净化养猪场废水、藻类生物质生产和进一步用于生物柴油生产的潜力。

关键词： 光生物反应器   太阳能   光合成   流体动力学   闪光效应  

摘要： 光合微生物是生产环境友好的目标产品的重要生物资源,光生物反应器是实现这些过程的重要工具。目前,用于光催化的光生物反应器的设计具有挑战性,大多数光反应器仍然采用半经验的方法进行设计和放大。即使对于高效的光生物反应器,由于缺乏对光的传播、流体动力学、传质、细胞生长之间耦合作用的深刻了解,依靠半经验方法设计的反应器具有投资和运行成本高、使用寿命短的缺点,因此迄今为止尚没有一款合适的光生物反应器可用于光合微生物的大规模培养。首先,本文概述了影响光生物反应器性能的关键参数包括光、混合、传质、温度、p H值、投资和运行成本等,强调了在商业化培养中光生物反应器的寿命、清洁成本和温度控制的重要性。然后,推荐了四种(即管式光生物反应器、塑料袋式光生物反应器、柱状气升环流式光生物反应器和平板气升环流式光反应器)可进行光合微生物大规模培养的光生物反应器。最后,阐述了采用计算流体力学这一有力工具进行光生物反应器建模从而实现光生物反应器的理性设计,并分析了当今数学建模的难点,展示了基于机理模型设计光生物反应器的发展前景。

摘要： Airlift bioreactors are widely used in industrial applications such as wastewater treatment, gas decontamination and other biochemical processes, and such systems have generated increasing academic and industrial interest. Many bioprocesses occurring in airlift bioreactors are limited by the gas-liquid mass transfer, which is determined by the hydrodynamics of the multiphase flow. The hydrodynamics of multiphase flow in airlift bioreactors is complex and involves a large number of interrelated hydrodynamic parameters that are influenced by factors such as aeration mode, liquid physical properties and reactor scale. In study of bioreactor performance, detailed numerical data on local hydrodynamics, which is crucial for design of multiphase reactors and optimization of operating conditions, is often limited by available measurement techniques. Furthermore, while many simulation studies of airlift reactors have been reported for Newtonian fluids, there is a lack of numerical simulation study of airlift bioreactors incorporating the non- Newtonian fluid rheology commonly encountered in bioprocesses. The aim of this thesis is to improve understanding of the hydrodynamic and mass transfer performance of airlift bioreactors and thereby contribute to their improved application, design and scale-up, as well as optimization of aeration. Both experimental and numerical simulation approaches are used in the research work. In the thesis work, novel and advanced measurement techniques – three-dimensional electrical impedance tomography and particle image velocimetry – were applied in the experimental studies, together with conventional methods. The experimental results bring better understanding of the hydrodynamics of industrial airlift bioreactors. Detailed quantitative analysis of local hydrodynamics and mass transfer characteristics of center- and annulus-rising airlift bioreactors was performed, which provided important insights into the effect of the aeration mode on airlif

关键词： 微压内循环生物反应器   流场   试验研究   数值模拟   气液两相流  

摘要： 微压内循环生物反应器(Micro-Pressure Inner-Loop Bioreactor,MPR)是一种新型的偏心进气式曝气池,内部无运动部件、结构简单,主要应用于城镇污水和工业废水的生物处理过程。反应器底部单侧曝气使活性污泥混合液形成外围流速高,向中心流速逐渐降低的竖向循环流场。在曝气增氧和微生物耗氧的共同作用下,流场外围区域表现为好氧段特性,中心区域具有一定的低氧区,好氧、缺氧和厌氧多种功能菌群分区共存、协同作用。采用穿孔曝气管提供气源和流体流动的唯一动力驱动,曝气端气液固三相相互作用,远离曝气端的出水排气端气体聚并集中排出,对附近的混合液产生明显的脉动性冲击影响,中间和中心区域循环流动比较平缓。反应器流场各区域流体力学行为不均一,较为复杂。由于污水生物处理试验的活性污泥和气泡并存,采用单一的实验研究难以获得理想的研究结果。近年来,计算流体力学和物理模型研究快速发展,广泛而深入应用于各类污水处理反应器的流体力学行为和结构优化研究。本文利用实验研究方法和数值模拟方法深入研究反应器的流场特性,并提出反应器结构优化方案,指导反应器生物处理试验研究的运行控制,并为反应器结构优化设计提供依据,加速反应器推广应用。1)根据常规微压内循环生物反应器污水处理实验的流态分析改进反应器结构,本文进行了改进反应器污水处理溶解氧分布试验研究和清水充氧试验研究,分别进行了清水条件下常规和改进反应器流速分布试验研究。污水生物处理过程溶解氧浓度分布实验实测结果表明:反应器中心溶解氧浓度为外围溶解氧浓度11.88%,中间区域平均溶解氧浓度为外围溶解氧浓度34.65%,具有较大的梯度分布特征,已形成明确的氧分区。流速分布试验结果表明,流速同样有较大的梯度分布。在实验研究过程中,研究开发了适合本文微压内循环生物反应器的数码影像流速测试法和非介入式溶解氧浓度测试法。2)采用计算力体力学软件Fluent 15.0构建数值模型及数值模拟,利用流速分布实验数据验证数值模拟结果的正确性;通过数值模拟对比不同曝气强度下气液两相流流场特性,提出最佳曝气强度优化运行控制条件。结果表明:对于固定外形尺寸反应器,曝气强度是影响其流场特性的主要因素。单从曝气强度角度分析,曝气强度越大,反应器内总体流速越高。曝气强度过大,反应器内总体流速提高的同时流速分布梯度减小,同时由于对流强烈加强了传质,反应器内的溶解氧浓度增高,并趋向于均一化,溶解氧浓度梯度也相应减小,反应器内流速分区和氧分区模糊,综合表现接近于完全混合式曝气池;曝气强度过小,池内流速和溶解氧浓度也随之整体降低,也未形成良好的分区,反应器底部水平流速下降,易造成底部积泥和边角处形成死区。3)利用数值模拟方法进一步优化反应器结构,结果表明:常规型反应器在加设倒角和内部导板后,减弱了反应器四角处水流的反射,减少了流体循环流动中的能量损失,在相同的曝气强度下,提高了水流的运动速度,气流提供了更大的推动力,提高了混合悬浮的能力,更加有利于反应器活性污泥的悬浮,最终选定结构优化反应器较常规型反应器外围流速提高,反应器底部水平流速提高,流场更加稳定,可通过改变反应器倒角和内部导板来控制各区流体交换量,控制各区域容积比例,除了通过调节曝气量和增减曝气管数量、调整曝气管位置等改变反应器运行控制条件的基本方法外,提供了新的控制和设计思路与方法,提高了反应器的可操控性。将进水管由近排气端边壁处调至主反应器几何中心,使污水进水在反应器中心区厌氧段,可进一步促进中心厌氧区的形成,有利于污水生物处理过程,由于中心区域流速接近于0.0m/s,流体绕流阻力增加不明显,对反应器流场未产生较大影响,反应器后续研究中采用优化结构和中心进水方式,可增大各氧分区的溶解氧浓度梯度,进一步提高污水生物处理效率;同时良好的反应器结构可降低混合悬浮所需的能量消耗,在满足污水处理反应器内生物的耗氧需求的前提下,可降低曝气量,达到节能降耗的目的。综上所述,本文针对微压内循环生物反应器的流场开展的实验研究和数值模拟分析,明确了反应器内流体的流速分布规律和人工增氧过程的氧补充规律。数值模拟过程中比较分析了反应器结构和进水点位进一步优化的几种方案,提出优化建议。本文的数值模拟结果与实验结果吻合较好,表明通过数值模拟方法指导污水处理反应器的结构优化设计具有可行性。

摘要： 1 项目背景通过资料了解到,污水处理二级出水中或不达标排放的污(废)水仍含有一定量的氮、磷等植物营养物质,会造成受纳水体的富营养化.所以从废水中去除氮磷元素,减少和避免富营养化具有重要的现实意义.

关键词： 搅拌式一次性生物反应器   副干酪乳杆菌   发酵   控制系统   PLC  

摘要： 生物科技作为一种新兴的技术,已经展现出巨大的经济价值和社会价值,包括发酵工程、蛋白质工程等在内的工程技术多涉及到细胞培养。传统的机械搅拌式生物反应器虽然在动物细胞的大规模培养领域得到了广泛应用,但其设备建设周期长、水资源浪费严重,不利于生物新品的快速投产,使企业难以在激烈的市场竞争中占据优势。近年来,随着一次性使用技术的发展,一次性生物反应器因其优越的性能开始在生物科技领域得到认可和应用。目前,搅拌式一次性生物反应器在西方发达国家中应用研究较多,而国内在搅拌式一次性生物反应器这一领域的开发和应用大多还处于起步阶段,因此,本课题组欲研发设计一套搅拌式一次性生物反应器系统,并对其在微生物发酵领域中的应用展开研究。主要内容包括:(1)自主研发设计了搅拌式一次性生物反应器的系统,包括控制系统的研发设计和乳酸发酵小试实验平台的搭建。(2)利用自主研发设计的控制系统和乳酸发酵小试实验平台,完成了副干酪乳杆菌在四种操作工况(静置、静置通风、搅拌、搅拌通风)条件下的乳酸发酵实验,并设置了副干酪乳杆菌在传统搅拌式生物反应器同等操作工况条件下的乳酸发酵对比实验,探索了溶氧和搅拌两个参数对副干酪乳杆菌乳酸发酵生长曲线和乳酸产率的影响,对比分析了一次性搅拌式生物反应器相比传统搅拌式生物反应器用于微生物发酵的优缺点,为中试规模的搅拌式一次性生物反应器的开发设计提供优化的工艺条件。通过扫描电镜分析方法,对不同生长阶段的副干酪乳杆菌的微观结构特征进行分析。结果表明,所设计的控制系统可以成功用于微生物的发酵实验;溶氧浓度对处于对数期的副干酪乳杆菌的生长有一定的促进作用,对于稳定生长期的副干酪乳杆菌的产酸具有抑制作用,适度的搅拌可以提高菌体的产酸速率;一次性生物反应器用于微生物发酵时,可达到与传统生物反应器相接近的产率;相比于传统生物反应器,由于一次性生物反应器省去了 SIP和CIP环节,减少水资源等的浪费,缩短了实验的准备时间,使其更加适用于高附加值发酵产品的生产和动物细胞的培养等领域;副干酪乳杆菌生长过程中会发生自溶,揭示了其变短的机理。(3)在实验室规模的一次性搅拌式生物反应器的实验基础上,开发设计了中试规模的搅拌式—次性生物反应器系统,包括探讨了—次性生物反应器系统的设计准则,设计了多种规格的生物反应器的本体结构及一次性生物反应袋,给出了生物反应袋的具体配置方案,系统介绍了夹套控温装置的组成及其工作原理,给出了一种多组分动态配气系统方案。

关键词： 填料床   反硝化菌群   硝酸盐   微生物群落   氧化亚氮  

摘要： 随着人类城市化进程的不断扩张以及工农业的快速发展,大量硝酸盐污染物进入水体后造成水环境污染并给人类健康带来严重威胁。相比于物理化学方法,生物脱氮法对环境污染小且最为经济。在生物脱氮工艺中,探究生物群落与硝酸盐关系的机制可为加快脱氮反应的研究提供基础。生物反硝化过程中释放的中间产物NO是一种温室气体,若能实现污水处理过程中NO减量化对于减缓温室效应具有重要的意义。本研究针对污水处理中生物过滤脱氮过程中存在和需要解决的问题,基于课题组前期的研究基础,对首次构建的新型填料反应器脱除硝酸盐的性能与机制进行了深入的研究。使用新型水草型填料构建新型填料反应器接种好氧反硝化菌:铜绿假单胞菌CP1,进行启动挂膜,研究了在长期运行的条件下,反应器脱除硝酸盐的性能、影响因素以及生物膜内种群结构演化和多样性动态变化,并利用序批式反应器探究反硝化菌群在脱氮过程中产NO的规律。试验采用悬浮式水草填料为载体构建的新型填料反应器,接种好氧反硝化细菌Pseudomonas aeruginosa CP1可在4d左右迅速启动,大大缩短了填料床挂膜启动时间。反应器启动后对6个不同的NO-N污染负荷及4种不同碳源进行了为期86d的稳定运行。阶段Ⅰ(1-45d)进水NO-N污染负荷为76.31-1152.12mg/L,反应器NO-N去除效果良好,出水无NO-N累积;阶段Ⅱ(46-86d)在以丁二酸钠、甘油、甲醇为碳源运行时,反应器反硝化效果良好,但以淀粉为碳源反硝化效果下降。对填料床反应器反冲洗并重新挂膜后,探究不同因素对脱氮效果影响。发现C/N低(6和8)时,反应电子供体不足导致反硝化效率低,C/N提高后(10、12和14)填料床反应器运行效果良好,因此确定系统最适C/N为10。当反应器内环境偏酸(pH=6)或偏碱(=9)时,系统脱氮效果下降,确定系统中反硝化菌群适合的pH为中性(pH=7-8)。以温度为影响因素时发现,本试验中的反硝化菌群在26-40℃时具有很好的适用性。在考察SO冲击负荷的影响时发现,低于450mg/L浓度SO不会对菌群脱氮效果造成影响,当SO浓度高达900mg/L时,脱氮效果下降。采用高通量测序技术对反应器生物膜内各阶段样品进行分析发现,生物膜中主要存在5种菌门,其中以变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门为优势菌门。在微生物纲门分类水平上,γ-变形菌纲和黄杆菌纲在前期生物膜样品A中占主导地位;在中期样品B中,α-变形菌纲、梭状芽孢杆菌纲和β-变形菌纲成为优势菌;在后期样品C中,γ-变形菌纲和α-变形菌纲为优势菌。在属分类水平上,微生物种类更为丰富。生物膜中主要以假单胞菌、Fluviicola属、Sedimentibacter属为脱氮功能菌;生物膜内以好氧菌为主,同时存在少数厌氧菌,此外还存在具备纤维素降解功能、耐盐、寄生性的菌属。将填料床反应器中反硝化菌群接种至序批式生物反应器探究菌群产NO特性,发现不同因素对反硝化中间产物NO释放产生不同影响。随着反应器C/N逐步增加(3,6,10,14),NO释放量呈现先减少后增加的趋势,C/N=10时,NO释放量最少,脱氮效果最好,因而确定C/N=10为本试验反硝化菌群最适比例。改变进水NO-N浓度时,对NO-N去除率没有影响,但NO-N浓度越高,NO产量越高。以NO-N单独氮源时,反硝化菌群可正常进行反硝化反应,当进水NO-N浓度约为120mg/L,反硝化受到抑制;随着NO-N浓度,NO产量增加;认为NO-N的累积会对氧化亚氮还原酶产生抑制作用。