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关键词： 钝顶螺旋藻   餐厨废水   光生物反应器   三段法   氮磷利用  

摘要： 微藻作为新一代可再生能源原料,具有生长速度快、占地面积少、固碳能力高等特点,但培养过程中过多的氮磷化学试剂添加使微藻规模化生产成本较高,废水培养微藻可在充分利用氮磷元素以获得生物量,引起越来越多的关注。本文基于前期研究,探究不同氮、磷种类及浓度对钝顶螺旋藻生长的影响以及餐厨废水培养微藻的方法,旨在实现固定CO2的同时吸收利用废水中氮磷元素,达到微藻培养及水质净化的双重效果,主要研究结果如下:(1)研究不同氮、磷种类及浓度对钝顶螺旋藻生长的影响。结果表明NaNO作为钝顶螺旋藻氮源时,实验范围(21040 mg/L)未出现高浓度抑制钝顶螺旋藻生长的现象。当采用NaNO、NHCl作为无机氮源时,均出现高浓度抑制或低浓度限制钝顶螺旋藻生长的现象,NaNO抑制浓度和限制浓度分别为280 mg/L、70 mg/L,NHCl抑制浓度和限制浓度分别为140 mg/L、70 mg/L。当尿素作为有机氮源时,仅在低浓度(35mg/L)下钝顶螺旋藻能存活,同时出现与NaNO、NHCl相似的高浓度抑制现象。采用KHPO作为磷源时,9.3 mg/L浓度下钝顶螺旋藻生物量最大,未出现高浓度抑制钝顶螺旋藻生长的现象。(2)研究餐厨废水稀释不同倍数及灭菌与否对钝顶螺旋藻生长的影响。结果表明餐厨废水稀释6倍灭菌后培养钝顶螺旋藻,最大生物量为1.341 g/L;稀释6倍不灭菌培养钝顶螺旋藻,最大生物量为1.276 g/L。确定钝顶螺旋藻在餐厨废水稀释6倍不灭菌培养。(3)研究用稀释6倍的未灭菌的餐厨废水在10 L自制光生物反应器(PBR)中批次培养钝顶螺旋藻时,不同CO补充间歇对其生长的影响。结果表明4 h补充间歇通入CO时,最大生物量为1.260 g/L,高于8 h补充间歇的1.129 g/L;TN、TP利用量为39.732mg/L、1.585 mg/L,高于8 h补充间歇的24.401 mg/L和0.957 mg/L,但是批次培养时钝顶螺旋藻贴壁生长较严重。(4)研究PBR中半连续培养钝顶螺旋藻,结果表明钝顶螺旋藻贴壁生长明显缓解。半连续培养钝顶螺旋藻产率为0.770 g/d,高于批次培养的0.513 g/d。半连续培养氮、磷元素吸收率26.798 mg/d、0.905 mg/d,优于批次培养的19.866 mg/d、0.792 mg/d。(5)研究三段法培养方式,结果表明阶段一采用混养条件可提高微藻生物量,阶段二经1天的氮缺失培养,更利于提高阶段三废水培养对氮元素的去除;同时得到从混养到自养再到废水培养方式变化,更利于生物量的积累。

关键词： 对硝基苯酚(PNP)   功能微生物   铁粉   三维电极   膜生物反应器   膜电生物反应器  

摘要： 本文针对含难降解对硝基苯酚(PNP)废水,分别采用微生物—铁粉耦合工艺、三维电极预处理工艺及膜电生物反应器工艺进行处理,研究的主要内容及主要结果如下：以对硝基苯酚作为目标物驯化功能微生物,经驯化后,微生物种群数量急剧减少,但适应性个体数量明显增加,且细胞结构,表面形态均发生显著变化。以难降解的对硝基苯酚(PNP)为研究对象,系统的探究了PNP的初始浓度、pH值、投入铁粉量等因素在缺氧微生物—铁粉共存条件下对PNP废水处理效果的影响。试验结果表明,在PNP初始浓度为100 mg/L, pH值为中性,铁粉2 g/L的条件下,400 min后,耦合工艺对PNP去除率达97.98%,远高于相同条件下两种单一工艺去除率的加和,从而可以快速高效的将PNP降解。通过气质联用(GC-MS)研究发现,耦合反应的中间产物不同于经典微生物降解和传统铁粉降解的产物。研究三维电极法对难降解有机物对硝基苯酚(PNP)的降解能力,确定三维电极法处理对硝基苯酚废水的工艺条件。以PbO2/Ti电极为阳极,钛板为阴极对PNP模拟废水进行处理。通过试验研究分析pH值、进水PNP废水浓度、电流强度、电极板间距、铁粉投加量等因素对三维电极法处理PNP废水效果的影响。实验结果表明,三维电极法能够有效去除废水中PNP,1000 mg/L的PNP最佳反应条件：电解质Na2SO4投加量为50 mmol/L, pH值为3,电压为7V,反应时间为115 min,零价铁粉10g/L,极板间距为3 cm下,去除率高达97.5%。为了与微生物技术相耦合,我们发现即使在温和的条件下(pH=7.0,板间距5 cm电压5V)进行实验时,对硝基苯酚的去除率仍达到72.5%。膜电生物反应器是将膜过滤、生物处理和电催化耦合在一起处理有机废水的方法,本部分通过试验研究pH值、进水PNP废水浓度、电流强度、铁粉投加量等因素对膜电生物反应器处理对硝基苯酚的方法。试验结果表明膜电生物反应器处理对硝基苯酚的最佳试验条件为0.1 g/L铁粉、0.8 A和200 mg/L。

关键词： 柱式光生物反应器   列管柱式光生物反应器   计算流体力学(CFD)   跑道池   耦合系统   小球藻  

摘要： 微藻具有高附加值产物及油脂生产、污水处理、固碳等诸多优点。近年来,用于微藻培养的光生物反应器的研究备受关注。本文即以光生物反应器为研究目标,以异养制备的小球藻作为光自养培养的藻种,通过对多种类型培养系统的比较,确认鼓泡柱式光生物反应器具有最佳的培养效率和放大性能。在此基础上,本文对鼓泡柱式光生物反应器进行了多方面的优化和放大,设计了一种新型列管柱式光生物反应器,并进一步将该反应器与跑道池相结合形成了新型的耦合系统。首先,本文比较了实验室规模的微藻贴壁培养系统、平板式光生物反应器两者的性能优劣。为了使实验结果更有代表性,对平板式光生物反应器增加了A类构件增强其性能。对贴壁培养系统则进行了光照、接种密度等方面的优化来提高其性能。结果在室内条件下,平板式光生物反应器的微藻培养性能明显高于贴壁培养系统。在户外条件下,比较了微藻贴壁培养系统、平板式光生物反应器和鼓泡柱式光生物反应器的性能,其中70L鼓泡柱式光生物反应器在三者中具有最佳的细胞比生长速率(0.015 h-1)和产率(0.6 g m-2 h-1),平板式光生物反应器的性能居中(比生长速率0.01411-1和产率0.52 g m-2 h-1),贴壁培养系统的性能最差(比生长速率0.006 h-1和产率0.19 g m-2h-1)。由于鼓泡柱式光生物反应器具有良好的微藻培养效果,笔者设计了一种新型的封闭式光生物反应器一列管柱式光生物反应器,该反应器具有良好的放大性能、受光特性和混合效果。通过CFD模拟,确定了该类型反应器的最佳通气方式和通气量,并优化了反应器的管径。在户外实际条件下,采用0.2vvm通气量及间隔通气的方式进行微藻培养,发现其具有良好的培养效果,且优化后的反应器性能明显优于原型反应器,前者细胞密度达到1.56 g L-,比后者提高20.7%。由于敞开式培养系统和封闭式光生物反应器各自存在不同的优缺点,为了实现两者的优势互补,笔者以真空泵为动力源,将新型列管柱式光生物反应器与敞开式跑道池相连接,设计了列管柱式光生物反应器与跑道池耦合系统。该系统具有良好的受光特性,能将封闭式反应器积累的热量快速释放到跑道池中,同时跑道池的C02吸收效率也大幅提高。经微藻培养验证,耦合系统的微藻培养效率明显高于常规跑道池,小球藻密度、面积产率及体积产率比对照跑道池提高49%。

关键词： 制药   细胞培养   生物反应器   疫苗  

摘要： 目前疫苗是人们防御各种传染病的主要手段,而疫苗的生产中,除了乙肝病毒的基因工程生产之外,其他的病毒类疫苗都需要借助细胞培养的方式来实现生产,通过人工的减毒灭活而形成制剂。本文在总结了当前的动物细胞培养技术的发展现状的同时,依托《中华人民共和国药典》的预防类制药方面的内容,对细胞培养技术用于病毒疫苗的生产展开了分析研究,提出了关键的培养技术事项/、培养方法,对该技术进行总结和展望。

关键词： 污水处理   厌氧水解池   生物反应器   接触氧化池  

摘要： 某医院污水处理站工程设计规模为750m3/d.出水指标执行出水水质执行《医疗机构水污染排放标准》(GB18466-2005)表2中综合医疗机构的排放标准.该工程采用厌氧水解池+生物反应器+接触氧化池处理工艺.本文介绍了该工程的工艺流程、工艺参数、主要设备配置、主要经济指标等,可供工程设计人员参考.

关键词： 欧洲型PRRSV   PCV2   生物反应器   微载体   免疫原性  

摘要： 猪繁殖与呼吸综合征(Porcine Reproductive And Respiratory Syndrome,PRRS)是一种感染率高的猪传染病,严重影响着世界养猪产业。PRRS病毒分为欧洲型PRRSV(基因1型)以及美洲型PRRSV(基因2型),二者基因同源性相差40%左右。猪繁殖与呼吸综合征临床症状主要表现为母猪繁殖障碍,断奶仔猪普遍发生肺炎、生长迟缓以及死亡率增加。世界上很多国家一直应用弱毒疫苗和灭活疫苗来预防PRRSV。但是,弱毒疫苗的应用,易造成病毒返祖,灭活疫苗则免疫原性一般很难有效的预防PRRSV。因此针对具有基因多样性特点的PRRSV,需要研发出一种安全有效的PRRS疫苗。我国PRRSV主要流行毒株为美洲型高致病性毒株,但近几年在我国多个省份相继分离到了欧洲型PRRS毒株,欧洲型PRRSV的出现应该引起我们的关注。我国目前市面上的猪繁殖与呼吸综合征疫苗均为美洲型,美洲型的PRRS疫苗对欧洲型PRRSV基本无交叉免疫保护性,因此需要研发出一种安全有效的欧洲型PRRS疫苗。猪圆环病毒2型(Porcine circovirus type 2,PCV2)是引起断奶仔猪多系统衰竭综合征(Post-weaning multisystemic wasting syndrome,PMWS)的主要病原。主要分为PCV-1和PCV-2两种血清型。加拿大1991年在世界范围内首次报道PMWS,到目前为止该病现已波及世界上很多国家,是被全球公认的危害养猪业的重要传染病之一,在中国PCV2在猪群中流行也十分严重。因此,研发一种安全有效的疫苗是解决PCV2流行问题的关键。研究目的:本研究开展了欧洲型PRRSV、PCV2重组痘苗病毒候选疫苗的制备和免疫研究,通过利用微载体生物反应器技术制备实验室构建的欧洲型PRRSV、PCV2重组痘苗病毒疫苗,并通过猪体免疫实验对其免疫效果进行评价。研究内容:1.筛选出增殖能力强的种子细胞及种毒,建立种子细胞库及种病毒库。2.通过细胞条件、感染条件、生产参数进行重组痘苗病毒疫苗制备条件优化。3.通过微载体生物反应器技术建立分批式培养、半间歇式培养、灌注式培养三种生产工艺,进行欧洲型PRRSV、PCV2重组痘苗病毒疫苗的制备。4.利用微载体生物反应器制备的欧洲型PRRSV、PCV2重组痘苗病毒疫苗进行猪体免疫研究。研究方法:1.种子细胞库及种毒库建立通过细胞传代、细胞感染、滴度测定等方法,筛选出安全无致瘤性的bhk-21细胞及适合生产的欧洲型prrsv、pcv2重组痘苗病毒rvtt-orf2-euo3o5毒株,建立种子细胞库及种毒库。2.重组痘苗病毒疫苗制备条件优化通过细胞条件优化和感染条件优化确定一套可用于细胞增殖和病毒扩增的生产控制条件。再通过研究温度、ph、转速等不同的调控参数在培养过程中对细胞和病毒收益的影响,进一步优化调控参数,为大规模细胞培养和病毒增殖提供有效的参数。3.欧洲型prrsv、pcv2重组痘苗病毒候选疫苗制备通过结合重组痘苗病毒疫苗优化后的数据结果进行生物反应器生产工艺流程的制定,并通过生产过程中葡萄糖和乳酸中间的关系对细胞增殖的影响选出最佳生产工艺。并对生物反应器所制备疫苗进行质量检测,疫苗品质是否符合《中华人民共和国兽药典》第三部的要求。4.欧洲型prrsv、pcv2重组痘苗病毒候选疫苗猪体免疫研究通过利用生物反应器制备的以欧洲型prrsv经典株lv株的orf3和orf5基因以及pcv2的orf2基因为基础构建的重组痘苗病毒(rvtt-orf2-eu-o3o5)疫苗进行猪体免疫实验,检测其各项免疫指标,分析重组痘苗病毒疫苗的免疫效果。研究结果:1.通过致瘤性实验,证明了bhk-21种细胞的安全、纯净;通过种子细胞、种毒的产毒比较,验证了种细胞的增殖及产毒优势,达到了预期的目的;通过pcr鉴定、wb鉴定,证明了欧洲型prrsv、pcv2重组痘苗病毒,可以表达外源基因,形态上与天然痘苗病毒无差异;通过筛选,成功建立了种子细胞库和种毒库,冻存种子细胞16株,冻存种毒10株。2.通过细胞条件优化,最终确定以10%血清(hyclone)浓度的dmem培养基进行细胞阶段的培养基;通过感染条件优化,最终确定以0.1MOI的感染剂量和2%血清浓度的维持液作为病毒感染阶段的感染条件;通过生产参数优化,最终确定细胞增殖阶段参数:温度为37℃、pH=7.3及M=80r/min。感染阶段参数:温度为35℃、pH=7.1及M=40r/min。3.通过利用微载体生物反应器技术建立了分批式培养、半间歇式培养和灌注式培养三种生产方式;根据营养物质及代谢物质对细胞增殖的影响,确定灌注式培养是最适合疫苗制备的生产工艺;本实验制备的欧洲型PRRSV、PCV2重组痘苗病毒疫苗,质量符合《中华人民共和国兽药典》第三部疫苗

关键词： 膜生物反应器   计算流体力学   挡板   膜池尺寸   膜组器布置  

摘要： 膜生物反应器(MBR,Membrane bioreactor)以其稳定优质的出水、较小的占地面积等优势,在众多水处理工艺中脱颖而出,逐渐受到人们的关注与青睐。然而,由于膜池能耗过高的问题,在一定程度上限制了MBR技术的发展和推广应用。本研究在监测MBR实际工程的宏观混合特性的基础上,从水力学角度,利用计算流体力学(CFD,Computational fluid dynamics)技术,对曝气过程中的MBR膜池内流态特征进行模拟,并从膜池构型、尺寸以及膜组器在膜池中的布置等方面对膜池内水力学特征进行优化,从而达到提高曝气效率和降低运行能耗的目的。首先以实际MBR工程为研究对象,通过示踪试验发现完整工艺反应池中8.02%的容积未得到有效利用,同时发现膜池与完全混合状态仍有一定差距,其水力学条件有待改善。其次,建立了MBR运行过程中的CFD模型,并搭建了小试MBR装置,通过对比试验测得的流速与CFD模拟数据,发现模拟数据与实测数据仅存在1.4%的平均相对误差,证明了所建立模型的可靠性。利用经验证的CFD模型,以小试规模MBR为研究对象,对挡板位置、挡板尺寸以及膜池尺寸进行优化。优化的挡板(四面挡板,顶部空间5%,底部空间20%)在不同曝气条件下能将膜表面平均剪切力提升10%0%。在优化反应器尺寸的过程中发现,无挡板小试MBR额外增加降流区后,膜表面平均剪切力被提升74%。经优化后的反应器在不同曝气条件下可将膜表面平均剪切力提高21.3%4.1%。针对实际MBR工程,建立了CFD耦合模型,提出“参考流速”的概念(v)用于评估膜污染潜势。从水平面-膜组器距离i、膜组器-曝气管距离i、曝气管-膜池底距离i、膜组器-膜池壁距离i、膜组器-膜组器i距离等五方面布置参数,考察了各自对膜组器内参考流速的独立影响。并提出优化布置方案(i=0.6,i =0.6,i=0.6,i=0.6,i=0.6),使原始MBR的参考流速提高了146.9%,消除了原始MBR中膜组器内的低速区域。

关键词： 家蚕   VP1   转基因技术   CRlSPR/Cas9   定点整合  

摘要： 家蚕(Bombyx mori)是一种被驯化和利用5000年之久的重要经济昆虫,在我国农业、工业及科学研究中都占有重要的地位。丝腺是家蚕合成和分泌丝蛋白的特化器官,丝蛋白在五龄后期随核内有丝分裂大量合成,以丝状物形式高效分泌出来,结成一个重约0.5g的蚕茧。由于具有高效的蚕丝生产能力,加之饲养简单、生产成本低廉等优点,家蚕成为合成和生产外源蛋白的理想生物反应器。近年来,整个亚太地区,特别在中国手足口病(Hand, foot and mouth disease,HFMD)的爆发和流行,严重威胁着这一地区婴幼儿的健康。目前针对此病还没有特别有效的治疗药物,亟需开发一种抗原谱广、免疫原性高、安全稳定的疫苗,是预防这一疾病的根本措施。本论文利用含有piggyBac转座子基础元件的原始质粒,构建了中部丝腺组织与时空特异表达手足口病疫苗的转基因质粒,采用胚胎显微注射技术,经过遗传转化得到转基因阳性品系。为了提高外源蛋白的分离纯化效率,通过获得的转基因家蚕品系与丝胶茧突变体Nd-s品系杂交和筛选,我们得到了丝胶茧阳性品系。从个体生长发育过程和Inverse PCR结果可知,所转外源基因不影响家蚕幼虫个体的生长发育。RT-PCR 和 QPCR的结果显示目标基因VP1在中部丝腺特异性地高表达。SDS-PAGE 和 western blotting实验进一步证明VP1蛋白的成功表达。在探索VP1蛋白的分离纯化条件时,首先通过阳性丝胶茧不同处理时间的实验,我们得到丝胶茧的最适处理时间为60h。然后对比浓缩过的正常阳性茧和直接提取的丝胶茧的外源蛋白的提取效率,结果显示,每个丝胶茧和正常阳性茧中的VP1蛋白分别为41.7gg和9.8μg。根据目标蛋白大小,首先将上述两样品的总蛋白通过50kd的浓缩柱,再将过滤液通过30kd的浓缩柱,如此重复浓缩纯化3-5次,通过分子筛的原理即可得到比较纯净的VP1蛋白。通过和BSA蛋白标准品(1、2和5μg)对比,SDS-PAGE结果显示,每个丝胶茧和正常阳性茧得到目标蛋白分别为500ng和550ng,纯度分别为90%和70%。后经过ELISA活性检测,VP1抗原蛋白可以很好地和EV71VLP综合性抗体和mD5单克隆抗体结合,显示出良好的生物活性。以上结果证明了VP1蛋白成功高效地表达并分泌到丝胶茧中。为了提高VP1外源蛋白的表达量,我们尝试利用CRISPR/Cas9介导的定点整合技术将VP1和红色荧光蛋白的表达框序列定点插入到sericin1基因的翻译起始位点,然后借助serl基因内源启动子活性以及多线染色体的核内有丝分裂高效转录活性,试图最大可能地提高外源基因的表达量。我们构建了单、双靶点两种类型的donor,分别得到GO代蛹期嵌合体20头和8头,占蛹总数的7.14%和5.03%。其中,两种Donor得到的生殖腺特异的嵌合体占总嵌合体个数的比例分别为60%和50%。遗憾的是,这些嵌合体没有成功地通过遗传转化成稳定遗传的阳性品系。Cas9/sgRNA切割效率的检测,结果显示两个位点均有活性,但都不高,这可能没有得到阳性品系的原因。

关键词： 膜生物反应器   关键技术   应用  

摘要： 随着我国经济的发展，环境保护在我国经济发展中占据的地位越来越高，而新兴的膜生物反应器则是一种通过生物降解功能和膜的结合而形成的一种能够对污水进行高效处理的新兴工艺。通过该技术，能够为我国的发展提供更多的清洁水资源，且大大减少了工业废弃物的排放，保护了我国的环境。为了能够更好的对MBR技术有一个全面的了解，本文对当前的MBR技术的原理和其中的关键技术进行了简单的介绍，并对其应用进行了有效的分析。

关键词： 周丛生物   反应器   污水   Cu   吸附机制  

摘要： 随着我国社会和经济的不断发展,水体重金属的污染日益严重,特别是工矿企业排放的的大量废水,给人居环境带来诸多不利影响。开发一种高效、稳定、环境友好和价格低廉的生态处理技术,已经成为消除水体中重金属污染迫切需要解决的难题。生态工程措施是有效治理重金属污染的重要措施之一,其污染物去除的核心元件为周丛生物。基于此,开发了环境安全、运行稳定的周丛生物反应器,它的开发应用不仅能够有效去除水体中的污染物质,而且其中的周丛生物能够指示环境质量变化。然而,周丛生物反应器对重金属的去除效果和机制还比较模糊。因此,研究周丛生物反应器对污水中Cu的去除和机制,对于提高周丛生物反应器的效率,优化生态工程的设计,提高生态工程的处理效能,增加环境效益有重要的意义。本研究主要开展以下几方面的研究:周丛生物的富集方法的建立及表征技术;不同季节周丛生物的形态结构和碳代谢多样性的差异分析;周丛生物反应器对污水中Cu的去除效果及机制;Cu胁迫环境下,周丛生物的群落组成变化和自身生态系统稳定性。试验主要借助光学显微镜、环境扫面电镜和激光共聚焦扫描显微镜技术表征周从生物群落结构,运用Biolog技术分析周丛生物碳代谢多样性,使用高通量测序技术分析周丛生物群落组成的变化。研究结果表明:(1)以纤维材料富集周丛生物能够显著增加微生物的多样性;使用WC培养基能够加快周丛生物的生长速率,并促进光合自养微生物为优势物种,能够满足生态工程和科学实验的需求。(2)不同季节周丛生物的形态结构和碳代谢多样性存在显著差异性,并表现出不同的碳源利用能力。导致这种差异性的主要原因是主要环境驱动因子的不同,如温度、光照等。同时,周丛生物能够根据环境的变化,来调节自身组成以快速适应环境,这也证明,周丛生物技术在污水处理方面具有很好的应用价值和前景。(3)周丛生物反应器对污水中的不同浓度Cu都具有较好的去除效果。控制试验结果表明,周丛生物反应器对污水中Cu的去除吸附占主导。通过动力学和热力学试验数据的拟合发现,周丛生物对Cu的吸附是具有物理性质的自发过程,可分为三阶段:初期的外部传递(0-12 h),中期的离子内部扩散(12-24 h),以及后期平衡饱和阶段(24-48h)。这些结果表明,周丛生物可作为一种生物吸附剂用于原位水体污染修复。(4)通过自主设计周丛生物反应器深入研究周丛生物在Cu胁迫下的响应过程。该反应器对周丛生物富集效果较好,去Cu效率高,可达99%。面对环境变化如Cu胁迫环境,周丛生物可以改变优势物种或群落组成以快速适应环境,进而通过系统中各种微生物群落的自我调整达到净化污水的目的。该研究可为发展高效的基于周丛生物净化水质的技术提供理论依据。