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关键词： 滤袋式膜生物反应器   二甲苯   去除能力   低温  

摘要： 采用模拟膜生物反应器构建的滤袋式膜生物反应器处理二甲苯废气,并初步探讨了其净化性能。实验结果表明：在4~9℃的低温条件下,二甲苯的去除能力随着停留时间、进气负荷的增大而提高,最大去除能力可达到74.3 g/（m3·h）,与一般生物滴滤塔的运行性能相当。微生物主要附着在滤袋表面,且生长良好。根据本实验中滤袋式膜生物反应器的结构特点,可进一步增加滤袋比表面积以提高其去除能力。

关键词： 高浓度有机废水   厌氧膜生物反应器   产气速率   生态环境  

摘要： 2015年发布的《“十三五”规划纲要》和《水污染防治行动计划》明确指出专项整治造纸、农副产品加工等十大重点行业，实现工业污染源全面达标排放，这表明高浓度有机废水达标排放已成为当前污水处理的重大挑战和机遇。因此，本文从厌氧膜生物反应器构建、在线控制模式、酸碱缓冲体系、微量元素投加策略及其微生物机理等入手，通过实验室小试研究—现场中试—示范工程应用，研发适用于高浓度有机废水高负荷处理的短流程AnMBR技术，以期为高浓度有机废水的高效达标处理提供科技支撑。\n 针对农副食品加工业废水水质波动大、浓度高和达标率低的特点，构建了两相厌氧管式膜生物反应器(Anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)，研发了基于气液联合监控和动力学阈值的Biogas-pH控制模式。根据挥发性有机酸滴定pH曲线，选择高负荷反应起点;根据产气Biogas动力学曲线，选择稳定达标反应终点。小试结果表明，与稳定负荷操作模式相比，该模式将AnMBR的负荷提高了一倍，达到了11.81±0.31 kgCOD·kgVSS-1·d-1;出水COD浓度降低了近一半，从402.12±148.70mg· L-1降到253.4±43.70mg· L-1，稳定达到《淀粉工业水污染物排放标准(GB25461-2010)》，实现了高浓度有机废水短流程达标处理。\n 针对AnMBR高负荷厌氧消化过程发生酸化的关键风险，所研发的Biogas-pH控制模式可使氨氮、碳酸盐/碳酸氢盐和挥发性有机酸(TAN-BA-VFAs)在产甲烷相构成“三元pH自缓冲体系”。该缓冲体系可使产甲烷相pH在7.4～8.0范围内周期波动，并利用氨氮抑制的滞后性实现了缓解FAN抑制和VFA积累的风险，通过提高pH增强了CO2捕集，实现了无需加碱的高负荷稳定运行。在该控制模式下，主要产甲烷功能菌从Methanoculleus和Methanomethylophius逐渐演替为高效产甲烷菌Methanosaeta和Methanosarcina。\n 针对厌氧消化处理农副食品加工废水存在的产甲烷限速问题，采用批量试验综合考察了不同微量元素投加策略对该AnMBR产甲烷相的多重效应，优化了COD去除（22.4±5.6％）、累积甲烷产量（7.5±0.6％）、比产甲烷活性（43.1±12.5％）和微生物增殖（13.9±3.7％）四种效应的微量元素投加策略，表明了促进累积甲烷产量并不是微量元素投加最突出的效应;阐明了提高甲烷活性的三种主要产甲烷菌增殖机理:微生物总量增长、产甲烷古菌相对丰度提高和产甲烷古菌尺寸增大。基于多重效应优选的Fe和Cu浓度范围，建立了Fe和Cu投加对理论甲烷产量的剂量—效应非线性关系，优选了长期投加剂量，使AnMBR在达标条件下的负荷和产气速率提高到12.36±0.41 kgCOD·kgVSS-1·d-1和632±397 Nml·h-1。\n 所研发的厌氧膜生物反应器技术已成功应用于我国载人航天“绿航星际”废水处理系统和经济日报等印刷废水处理，取得了良好社会经济效益和生态环境效益，为厌氧膜生物反应器在我国的应用推广提供了科技支撑和工程示范。

关键词： 植物生物反应器   分子医药农业   外源蛋白   受体系统  

摘要： 植物生物反应器作为分子医药农业的核心内容,与动物反应器和微生物反应器相比具有操作简便、成本低、规模化、周期短等优势,越来越多地被人们认识和应用。阐述了植物生物反应器转化载体构建和基因优化的方法、常用的植物受体种类,以及植物表达系统类型三个方面的研究进展。随着药用蛋白需求量的大幅度增加,植物生物反应器以其低成本的优势将显示出广阔的应用前景。

关键词： 组织工程   软骨   支架   组织构建   软骨组织工程   生物反应器   软骨支架   再生医学   力学刺激   弹性模量   蛋白多糖   仿生  

摘要： 背景:软骨组织工程已被广泛用来实现体外软骨组织再生,并用来修复软骨缺损。软骨组织工程主要由软骨细胞、软骨支架和体外培养环境3部分组成。目的:实验通过体外模拟体内关节软骨生长环境,为进一步提高组织工程软骨的仿生性及更好地修复损伤软骨提供理论依据。方法:2月龄新西兰大白兔,用于分离培养膝关节软骨细胞,取第2代细胞以1×106 L-1细胞浓度接种于去细胞软骨基质支架上制备细胞-支架复合物。实验分为实验组和对照组,对照组单纯细胞支架复合静态培养1 d,实验组于Instron生物反应器中培养,加以力学刺激(力学加载参数为3 h/d,1 Hz,压缩量为10%)7,14,21,28 d。结果与结论:(1)随着培养时间的延长,实验组细胞-支架复合物厚度、弹性模量及最大负荷均显著高于对照组(P<0.05)。(2)实验组组织切片苏木精-伊红染色均可见软骨细胞增殖及软骨陷窝形成,番红"O"染色见细胞-支架复合物的细胞外基质中有大量蛋白聚糖形成,随力学刺激时间延长而逐渐增加,并与蛋白聚糖试剂盒检测结果相符。(3)实时荧光定量PCR检测示,实验组Ⅰ,Ⅱ型胶原表达均高于对照组(P<0.05),实验组中力学刺激21 d时Ⅰ型胶原表达最高(P<0.05);Ⅱ型胶原在力学刺激28 d表达最高(P<0.05)。(4)结果证实细胞-支架复合物通过生物反应器的力学加载,可以产生更多的胶原和蛋白聚糖等细胞外基质成分,并增强其力学特性,使其更加复合人体软骨生长环境,并提高其与正常软骨的仿生性,从而使细胞支架复合物能更好的修复损伤软骨。

关键词： 聚己內酯血管支架   脂肪幹細胞   內皮化   高濃度血小板纖維蛋白   生物反應器  

摘要： 据国际卫生组织统计，心血管疾病占全球死亡率第一死因，在2012年有将近一千七百万人死於心血管疾病。罹患严重心血管疾病的病人在必要时刻需要进行血管置换手术，用全新的血管取代堵塞严重的血管。现行的血管种类有撷取自体的血管和人工合成的血管。人工合成的血管具有便宜.方便制作.各种管径尺寸都可以制作…等优点，然而，在置换手术後的三年中，小管径的血管堵塞的复发率高达五成。原因是因为取代後的人工血管无法形成新的内皮层，无法调节血管内的生理机制，导致内膜增生。在现今血管组织工程中，如何做出具有内皮层的人工血管是一大课题。故本研究利用可降解的聚己内酯与纤维蛋白制成一个适合脂肪干细胞生长分化的血管支架，在动态环境下培养，期待能形成一个具有内皮层的人工血管。本研究第一部分利用盐析法制作出长五公分，内径二毫米，外径四毫米的，孔洞率80%的聚己内酯血管支架。将支架浸泡在脂肪干细胞与高浓度血小板纤维蛋白的混合溶液後，静态培养三周，形成含有丰富胞外基质的血管支架。研究中显示透过添加高浓度血小板纤维蛋白，提高贴附在支架的细胞数量，弥补聚己内酯疏水性的缺点。除此之外，高浓度血小板纤维蛋白中的生长因子，不仅可以促进脂肪干细胞生长，还可以诱发分化成为内皮细胞。本研究第二部分是建立一个可以设定不同流体波型的生物反应器系统，将血管支架在该系统中进行动态培养，为期一周。为了找出适合血管支架培养的环境，设计两组实验去比较，分别是静态与动态培养，层流与脉冲流环境培养。研究中显示经过动态环境培养後，可以增加第一型胶原蛋白的合成量，且杨氏系数会上升。比较不同波型下刺激培养的血管支架，在脉冲流的刺激下，血管支架内的胞外基质增加，第一型胶原蛋白的合成量增加，血管爆破压上升。除此之外，分化後的内皮细胞在经过动态培养後，在血管支架的管壁内侧贴附，形成一层内皮层。整体而言，利用高浓度血小板纤维蛋白刺激脂肪干细胞在聚己内酯支架形成一个人工血管，并经由脉冲流的动态环境下接受刺激，可以加速形成具有内皮层且有一定机械强度的人工血管。

关键词： 硝化反硝化   生物反应器   矿化垃圾   全氮降解率   甲酸甲烷杆菌  

摘要： 脱氮型生物反应器填埋场因可从源头上解决渗滤液氨氮问题而备受关注，其中异位硝化原位反硝化优于原位硝化反硝化方式。但是，异位硝化阶段高浓度硝酸盐会抑制反硝化阶段垃圾甲烷化进程。针对该技术脱氮和产甲烷化过程不协同的问题，本研究采用厌氧生物反应器填埋场结合微曝气矿化垃圾反应器，构建了异位同步硝化反硝化原位反硝化新型脱氮型生物反应器填埋场（SNDD）；并提出部分出水渗滤液内循环异位同步硝化反硝化原位反硝化生物反应器填埋场（re-SNDD）。通过与异位硝化原位反硝化生物反应器填埋场（ND）对比，从渗滤液、填埋气体、固体性质和微生物群落演替等方面，对其稳定化规律及机制进行了探讨。主要研究结果如下：\n （1）SNDD和re-SNDD的矿化垃圾反应器出水NO3--N远低于ND。在NH3-N平均去除率均高于94.4%时，出水NO3--N平均浓度分别为138.6、82.3和470.6 mg/L，对应出水TN平均浓度为174.4、126.6和574.3 mg/L。说明通过控制曝气负荷和部分出水渗滤液内循环措施，能降低出水NO3--N并保证TN去除率。\n （2）运行结束时，SNDD、re-SNDD和ND中厌氧填埋场产生的渗滤液的COD分别为306.9、308.7和537.6 mg/L，NH3-N分别为41.6、67.4和148.6 mg/L，TN分别为57.3、72.8和194.8 mg/L，生活垃圾的有机质降解率分别为44.35%、48.12%和41.72%，全氮降解率分别为72.42%、66.18%和63.82%。同时，根据渗滤液污染物衰减规律拟合所得模型预测，要达到填埋场污染控制标准（GB16889-2008），各填埋场就 COD而言分别需运行38、42和46周，就NH3-N而言分别需运行40、45和63周，就TN而言分别需运行39、41和58周。综上可知，SNDD、re-SNDD比ND能更快达到稳定化，其中又以SNDD效果最好。\n （3）SNDD和re-SNDD的产甲烷效果优于ND。产甲烷滞后时间（CH4达到5%）分别为11、12和15周；前两者的甲烷化稳定时间（CH4由5%上升至50%）分别为7周和6周，而ND的甲烷含量却一直低于50%。说明异位同步硝化反硝化和部分出水渗滤液内循环操作可减轻反硝化阶段垃圾甲烷化受到的抑制程度。\n （4）厌氧生物反应器填埋场中古菌的优势菌属为甲酸甲烷杆菌属，矿化垃圾反应器中细菌的优势菌属为具有反硝化功能的陶厄氏菌属。

关键词： 内置LED光源   光生物反应器   控制   设计   性能  

摘要： 研究了具有光源波长可选、光强可控、能耗小、体积小、可高温高压灭菌和全自动控制培养条件的光生物反应器。采用独特的内置LED光源集成结构、密封结构与冷却系统,以AT56C55和RTL8019AS芯片为核心的智能控制系统设计该反应器。实验证实,在其他条件相同的情况下,设计的5 L内置LED光源发酵罐相比5 L外置光源发酵槽,培养球型红杆菌的浓度要高出10倍多,培养类胡萝卜素产量与菌体生物总量分别提高了60.5%和59.9%,并且能耗较小。

关键词： 膜生物   反应器   污水处理   处理应用  

摘要： 膜分离生物反应器是一种集膜过滤和生物处理于一体的新型高效的生物处理技术。目前,世界水资源的匮乏已越发严重,水资源的循环利用也是各国科学家积极研究的一个重要科研领域,而污水处理则是水资源循环利用中的一个关键环节。污水处理的方法主要有常规沉淀方法以及膜生物过滤方法,其中膜生物反应器法应用较为广泛。并且已经广泛应用在各个领域的废水处理中。

关键词： 制药   生物反应器   CiteSpace   Ⅲ   可视化   专利分析  

摘要： 德温特创新索引专利数据库收录的制药领域生物反应器相关专利为数据源,对所采集的数据进行时间、地域、研究活跃度、研究领域分析,同时借助信息可视化软件Cite Space Ⅲ,以德温特创新索引专利数据库手工代码进行共现分析,绘制知识谱图,对技术合作关系、技术热点领域、技术前沿进行探测,以期为企业了解掌握生物反应器技术发展态势提供必要的情报支持,辅助高校、企业制定技术发展战略、调整技术发展路线、完善技术发展布局,在激烈的市场竞争环境下保持较高的技术竞争优势。

关键词： γ-聚谷氨酸   生物反应器   低值原料   固态发酵  

摘要： γ-聚谷氨酸(γ-PGA)作为一种天然的生物高分子，具有水溶性、可塑性、生物降解性、可食用等优良的性质，在农业、食品、医药及化妆品等行业中展现出广阔的应用前景。目前，国内外已经具备成熟的γ-PGA工业化生产技术，但是生物制造γ-PGA仍然存在原料成本高、合成效率低及重复发酵菌株生产性能下降等诸多问题，特别在资源日益枯竭、粮食危机日趋膨胀、环境污染日渐严峻的当今这种矛盾显得格外刺耳，严重地制约着γ-PGA大规模生产效益和普及化应用水平。针对以上问题，本文开展了相关研究如下:\n 1、以可再生的生物质资源-水稻秸秆为研究对象，根据纤维素和半纤维素结构上的差异性，采用两步水解法得到木糖水解液Ⅰ和葡萄糖水解液Ⅱ;继而对γ-PGA生产菌株Bacillus subtilis NX-2利用不同碳源的能力进行分析，发现木糖更适合细胞生长，葡萄糖则比较有利于后期γ-PGA的合成，基于此，提出了一种两阶段共发酵策略，在连续补料下γ-PGA最终浓度和生产速率达到73.0±0.5g/L和0.81 g/L/h;同时根据γ-PGA发酵过程中的物质和能量守恒，以碳源和谷氨酸为底物，细胞生物量和γ-PGA为产物，构建了共发酵过程中的化学计量方程为:999 C5H10O5+1518 C5H9NO4+1375 C6H12O6→352 C4H7O2N+(176×10-3)-[C5H7NO3]-n，为该研究中木糖/葡萄糖共发酵策略提供有力的依据;最后，经济性分析显示利用水稻秸秆水解液两阶段发酵生产γ-PGA比使用葡萄糖或糖蜜节约原料成本84.2％或42.5％，大幅度降低了γ-PGA的生产成本;\n 2、开展了高效利用甘蔗原料固定化细胞发酵生产γ-PGA的研究。针对制糖工业中产生大量的副产物-糖蜜和甘蔗渣，秉着资源回收利用的意识，通过微生物高效的生物转化能力，以糖蜜为发酵碳源，甘蔗渣作为固定化材料生产高附加值的γ-PGA产品;同时，利用本实验室另一个天然高分子ε-聚赖氨酸(PL)对天然的甘蔗纤维进行结构改造，增强其吸附细胞的性能，优化后PL最佳处理浓度为5g/L，批次发酵γ-PGA的最终浓度达到45.7±0.6 g/L，比未修饰的提高了1.23倍;SEM分析显示修饰后的甘蔗纤维表面存在大量的层状褶起，明显增大了纤维的比表面积，从而有利于更多的细胞吸附;在构建的好氧植物纤维床反应器(APFB)上采用耦合调控通气和搅拌转速的策略考察了DO对γ-PGA发酵过程的影响，结果显示45％DO对于γ-PGA的合成是最有利的，分批补料发酵过程中最高的γ-PGA浓度达到84.0±0.5 g/L，产率为1.27±0.01 g/L/h;最后重复10批次表明该系统发酵性能稳定，而且具有高效的菌株驯化能力，该设备有望进一步缩短固定化细胞技术与γ-PGA产业化间距离;\n 3、将移动生物膜反应器(MBBR)引入到γ-PGA的发酵生产上。首先对适合MBBR的流化床填料进行了筛选，结果发现聚丙烯材料TL-2最适合此发酵过程，γ-PGA产量和细胞干重达到37.6±0.34 g/L和6.65±0.24 g/L，比不添加填料条件下分别提高了18.6％和25.0％;在7.5 L发酵罐上对TL-2的装载量进行了考察，结果发现与摇瓶中差异较大，可能是由于挡板和搅拌桨叶的影响;通过补加葡萄糖刺激γ-PGA积累，最终能产生67.4±0.38 g/Lγ-PGA，而且重复批次发酵性能稳定，γ-PGA浓度和生产速率得到持续提高;基于传统的反应器和MBBR生产γ-PGA的实际操作过程，利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)建立几何模型对两种罐内的物质混合、能量传质和溶氧特性等流动参数进行了分析比较，表明MBBR内气液流动更迅速、物质能量交换更充分，从而有利于γ-PGA发酵的进行;\n 4、利用农业残渣、工业废弃物为原料开展了固态发酵（Solid-statefermentation，SSF）生产γ-PGA的研究。首先在摇瓶上考察了不同种类的菌渣和味精粕作为原料对固态发酵γ-PGA性能的影响，确立了最适合的SSF原料为香菇菌渣，其与味精粕的最佳比例为12∶8(w/w);经过对固体基质营养成份的理性分析，选用廉价的碳源作为SSF生产γ-PGA营养的补充，发现使用工业甘油能使γ-PGA产量提高1.35倍，活细胞数目提高1.41倍，而且缓解了工业甘油的处理难题;通过在5L抽滤瓶上批次发酵考察了菌体生长规律和γ-PGA合成特点，并以此为基础放大到户外50kg规模，发酵42 h后，γ-PGA的产量达到107.6±0.3g/kg，活细胞数目为(36.8±0.02)×108cfu/g;经济性分析显示SSF比液体深层发酵（Submerged fermentation，SmF