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关键词： 高等真菌   灵芝   灵芝酸生产   细胞形态   微颗粒Talc   生物反应器  

摘要： 灵芝作为一种传统药用真菌能够生产多种活性物质,如灵芝酸和灵芝多糖。灵芝酸由于其具有抗HIV、抗转移和抗肿瘤等多种药理活性而受到各界的广泛关注。但是灵芝酸的较低产量严重限制了它的广泛应用和深入的研究,因此有效提高灵芝酸的生产是十分必要的。丝状真菌悬浮培养中微颗粒添加是一种精确控制形态并提高代谢物产量的方法,但是目前为止灵芝细胞悬浮培养中微颗粒添加对形态及灵芝酸生物合成的影响仍没有报道。本论文首先研究了悬浮培养中微颗粒Talc添加对灵芝细胞形态以及灵芝酸生物合成的影响。结果显示微颗粒Talc添加明显减小了灵芝细胞菌球的粒径大小。其中,微颗粒Talc添加浓度低于15 g/L时,灵芝细胞菌球粒径随着微颗粒Talc浓度增加而减小,但当添加浓度高于15 g/L时,灵芝细胞菌球粒径与添加15 g/L微颗粒Talc的灵芝细胞菌球粒径无明显差异。0 g/L、5 g/L、10 g/L、15g/L、20 g/L微颗粒Talc添加的灵芝细胞菌球的当量直径分别为3.33±0.16、2.97±0.01、2.49±0.04、2.04±0.12、1.97±0.07 mm。微颗粒Talc添加显著提高了灵芝细胞中总灵芝酸和单体灵芝酸的含量。15 g/L是微颗粒Talc最优添加浓度,在此浓度下总灵芝酸含量达到最高1.51±0.02 mg/100 mg细胞干重,是对照的1.6倍。单体灵芝酸GA-Mk,GA-T和GA-Me的含量最高为6.02±0.29、5.08±0.14和1.71±0.09?g/100 mg细胞干重,分别是对照的4.0、1.9和1.4倍。15 g/L微颗粒Talc添加显著减小了悬浮培养中灵芝细胞菌球的粒径并获得了最高的灵芝酸生产。为了初步探讨微颗粒Talc添加提高灵芝酸生产的机制,本研究分析了中间代谢产物鲨烯和羊毛甾醇的积累以及关键酶基因的表达水平。15 g/L微颗粒Talc添加条件下鲨烯和羊毛甾醇的最大积累量为3.69±0.23和34.86±6.41?g/100 mg细胞干重,分别是对照的2.6和4.2倍;灵芝酸生物合成途径上的关键酶基因fps和cyp5150l8的表达量最高为对照的2.35和1.53倍。微颗粒Talc添加提高灵芝酸的生产可能与提高中间代谢产物鲨烯和羊毛甾醇的积累量以及关键酶基因fps和cyp5150l8的表达上调有关。进一步,本研究在3 L生物反应器中实施了微颗粒Talc添加策略。结果显示15 g/L微颗粒Talc添加使灵芝细胞菌球粒径从对照组的1.62±0.24 mm减小为0.56±0.01 mm,单体灵芝酸GA-Mk,GA-T和GA-Me含量可达12.17±0.23、9.62±0.23、4.30±0.13?g/100 mg细胞干重,分别是对照的2.7、1.8和1.4倍。微颗粒Talc添加在生物反应器中的成功应用为进一步规模化生产灵芝酸提供了一种新的策略。在本研究中,我们建立了一种在摇瓶和生物反应器中通过微颗粒Talc添加提高灵芝酸生产的方法,减小了悬浮培养中灵芝细胞菌球的粒径并显著提高了灵芝酸的含量。微颗粒Talc添加提高了鲨烯和羊毛甾醇的积累量,促进了灵芝酸合成途径关键基因fps和cyp5150l8表达水平的上调。本工作对于高效及规模化发酵生产灵芝酸具有重要的意义。

关键词： 厌氧氨氧化   生物膜   基质浓度   最佳基质比   抗冲击负荷  

摘要： 厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,简称ANAMMOX)生物脱氮工艺因其具有节约氧耗、污泥产量低、基质去除速率高等显著优点,使其成为了国内外学者的研究热点。但活性污泥法中厌氧氨氧化菌体截留困难、极易流失,对进水水质要求严苛等缺点造成其难以实现在大规模的工程中应用。为此,本试验采用上流式厌氧生物膜反应器考察生物膜最佳反应基质比、基质浓度、冲击负荷等因素对厌氧氨氧化工艺处理效能的影响。本研究首先采用厌氧生物膜反应器建立了稳定的厌氧氨氧化处理系统,然后通过改变进水基质比,考察基质比对厌氧氨氧化生物膜脱氮效能的影响;在此基础上,提升进水基质氮浓度,考察不同进水基质浓度对厌氧氨氧化生物膜法脱氮效果的影响,随后进行生物膜抗冲击负荷试验,采用显微镜观测和宏基因组测序,观察宏观菌胶团、生物膜的结构形态、分析菌种分布特点。获得以下结论:(1)在进水基质比(NH4+-N:NO2--N)分别为1:1.32、1:1.20、1:1.108的情况下进行实验,通过对两种生物膜系统综合脱氮性能的对比考察,在基质比1:1.20时,两种生物膜系统厌氧氨氧化反应脱氮效果最好,此时帘式填料对氨氮和亚硝氮的平均去除率分别为96.42%、99.17%,束式填料对氨氮和亚硝氮的平均去除率分别为96.84%、99.20%。(2)提升进水基质氮浓度时,在总氮进水浓度由314.61mg/L提升至1262.56mg/L过程中,两种生物膜填料脱氮性能均呈现前中期上升,后期略有下降但未出现明显抑制的状态,远优于活性污泥法厌氧氨氧化,此时两种填料总氮平均去除率分别为91.33%和91.29%,其中对氨氮的平均去除率最终稳定至97.31%、97.65%,对亚硝氮的平均去除率稳定至97.60%、96.12%,根据基质氨氮和亚硝氮去除量验证生物膜法厌氧氨氧化最佳基质比为1:1.20。通过冲击负荷试验验证厌氧氨氧化生物膜系统具有较强的抗冲击负荷能力和恢复能力,其中束式填料表现较好。(3)通过对两种填料生物膜活性、表征和生物角度分析,经过高氮浓度进水培养的厌氧氨氧化生物膜仍具有较高活性,,厌氧氨氧化菌体明显增多。对两种填料结构组成进行显微观察,束式填料的组成结构有利于厌氧氨氧化菌体稳定附着和增殖聚集。宏基因组通量测序试验结果显示,两种填料生物膜中优势菌种均厌氧氨氧化菌,在帘式填料和束式填料中占比分别为25.9%和35.89%,其中对亚硝氮耐受性能更好的Candidatus Kuenenia含量最多。

关键词： 污水处理   亚硝化   厌氧氨氧化   微生物群落结构  

摘要： 脱氮是污水处理厂的主要任务，从当前我国的水环境质量状况来看，氮的污染问题依然非常严峻。传统生物脱氮工艺需要经历硝化反硝化过程，存在着能耗大、需投加有机碳源、污泥产量高等缺点。厌氧氨氧化现象的发现为寻求高效低耗的生物脱氮新工艺提供了思路，亚硝化和厌氧氨氧化工艺的耦合有效弥补了硝化-反硝化脱氮工艺的不足。目前该工艺的研究处理对象多集中于垃圾渗滤液和污泥上清液这类高温高基质浓度废水，在常低温低基质浓度的城市生活污水处理领域虽有涉及，但大部分是基于SBR反应器的间歇流研究。为了推进PN-ANAMMOX耦合工艺在污水处理厂的有效应用，本文以低基质浓度(50mg·L-1NH4+-N)配水为进水，对连续流亚硝化颗粒污泥反应器的调控策略和稳定运行，温度对颗粒污泥亚硝化性能的影响，亚硝化颗粒污泥反应器和厌氧氨氧化污泥反应器的耦合运行特性以及各阶段微生物群落结构特征等方面开展了研究。　　在常温(25±1℃)下，采用DO/TAN策略调控亚硝化颗粒污泥反应器，通过调节曝气速率和进水流量，控制DO/TAN比值为0.178±0.031mgO2·mg-1TAN，实现反应器的稳定运行。颗粒污泥经历了剥落到重新凝聚的过程，平均粒径和沉降速率呈现先下降后上升的趋势，微观结构则由杆状和球状细菌共存变为球状菌成簇生长。FISH结果表明，颗粒污泥中的AOB主要集中在颗粒外边缘，而NOB在内核和边缘区域均有分布。高通量测序结果表明，AOB的Nitrosomonas菌属由7.4%上升至31.8%，NOB的Nitrospira菌属由12.8%下降至1.2%。说明在DO/TAN策略的调控下，Nitrosomonas菌属持续繁殖，从而占据优势地位，而Nitrospira菌属逐渐被淘洗出反应器。　　控制水温分别为30±1℃、20±1℃和12.5±1℃，DO/TAN比值分别为0.175±0.018、0.188±0.020和0.216±0.026mgO2·mg-1TAN，亚硝化颗粒反应器同样可实现高效亚硝化，出水中NO2--N/NH4+-N比值在1.2左右。颗粒污泥的粒径和沉降速率基本呈现随着温度降低而减小的趋势，分析与温度对EPS含量和EPS中蛋白质与多糖的比值影响有关。Nitrosomonas菌属在不同温度下均占据着绝对优势地位，所占比例变化不明显;NOB的Nitrospira菌属则在DO/TAN策略和低温的影响下，所占比例由1.24%降至0.29%。Denitratisoma菌属和CandidatusBrocadia菌属受温度影响百分比的变化与反应器TN损失的变化趋势保持一致，而Anaerolineaceae_norank菌属因生存在颗粒内核，温度对其无显著影响。　　Arrheniusequation拟合结果表明，颗粒污泥活性在10~20℃的中低温区间和20~30℃的中高温区间所得的温度系数θ分别为1.056和1.032，其绝对值和差值均远小于絮体污泥的值，说明颗粒污泥抗温度冲击能力更强。NH4+-N氧化反应的活化能Ea为31.9kJ·mol-1，也比相应温度下絮体污泥的值小，更易进行亚硝化。　　常温下，PN-ANAMMOX串联工艺表现出良好的耦合性能，脱氮效果良好，TN去除速率为0.311±0.064kgN·m-3·d-1。反应器PN-AIR中的优势菌种为Nitrosomonas菌属，几乎不含Nitrospira菌属。反应器AMX-CSTR中，anammox菌优势类型为CandidatusBrocadia菌属，与Denitratisoma菌属协同达到更佳脱氮效果，Nitrosomonas菌属和Nitrospira菌属的存在表明着PN-ANAMMOX工艺在微生物水平上的耦合信息。

关键词： 生物反应器   时空联合   农村生活垃圾   稳定化规律   稳定化机理  

摘要： 在我国,今后相当长的一段时间内,卫生填埋仍然是主要的垃圾处理处置方式。但卫生填埋场由于设计施工不合理和运行管理不善等原因,尤其是在农村地区,缺乏垃圾处理设施,大量生活垃圾被随意丢弃或简易填埋,从而造成日益严重的生活垃圾二次污染。大量研究表明,生物反应器填埋场技术因运行周期短、资源化利用潜力大等优势,特别适合农村中小型规模的生活垃圾处理,可为农村生活垃圾的处理处置提供一条新途径。但不同类型的生物反应器填埋场各有优势和不足,如何既能充分利用各种生物反应器的优势,又能克服各种生物反应器的不足,仍需深入进行研究。为适应农村生活垃圾的处理,本文在充分利用厌氧和准好氧生物反应器优势的基础上,提出了时空联合型厌氧—准好氧生物反应器（STASAB）。STASAB是通过将厌氧和准好氧操作在时间（单个反应器先后经历厌氧、准好氧阶段）和空间上（不同反应器厌氧、准好氧阶段渗滤液混合回灌）的结合,进一步优化和改进常规的厌氧—准好氧联合型生物反应器（SASAB）处理技术,研究表明:（1）STASAB和SASAB在准好氧阶段,通过蒸发作用,渗滤液总产量呈线性衰减,在不考虑降雨入渗的情况下,STASAB和SASAB经过3～5个月,均可以实现渗滤液的零排放。（2）STASAB通过将厌氧和准好氧操作在时间上的结合,可使生物反应器中渗滤液的pH值在准好氧阶段上升至碱性;通过将厌氧和准好氧操作在空间上的结合,可同时实现生物反应器启动阶段的微生物接种和pH调节作用。结果显示,STASAB中水解酸化阶段的生物反应器渗滤液的pH值始终高于6.88,其水解酸化阶段的持续时间只有SASAB的1/3;在进入产甲烷阶段后,pH值也始终保持在8.0左右。可见,STASAB可有效解决厌氧阶段的有机酸积累现象,显著缩短“酸抑制”时间,实现厌氧产甲烷阶段的快速启动。（3）STASAB渗滤液混合回灌为不溶性物质、可溶性营养物质和不同微生物之间提供了充分的联系,刺激微生物的活性并增加微生物的多样性,从而达到快速降解有机物的目的;同时将不同浓度的渗滤液混合后,具有稀释作用,可降低有毒有害物质过高产生的抑制作用。实验表明,STASAB的COD浓度峰值为39440 mg/L,只有SASAB的1/2左右。（4）STASAB一方面充分利用了准好氧生物反应器高效的脱氮功能,解除了厌氧发酵过程中的氨抑制;另一方面,渗滤液混合回灌,为准好氧后期提供了充足的营养物质,解除了C/N比失调对脱氮效果的抑制。实验表明,STASAB中的准好氧生物反应器单元中渗滤液TN的去除率达到92.3%95.5%,即使在厌氧生物反应器单元中,渗滤液TN的去除率也达到了49.4%。而且STASAB渗滤液的TN浓度峰值为1461 mg/L,只有SASAB的1/2左右。（5）STASAB能够有效促进产甲烷阶段的启动和产量。实验表明,STASAB产气高峰期的启动时间只有SASAB的1/3左右;而且STASAB产气高峰期的持续时间是SASAB的2倍左右,总产气量比SASAB增加了43%。（6）STASAB通过将处于不同阶段（水解酸化、产甲烷、准好氧）的生物反应器（STASAB）产生的渗滤液进行混合回灌,能同时实现pH调节、微生物接种、营养物添加、污染物稀释等作用,从而促进填埋垃圾的降解。

关键词： Chemical engineering   Sustainability   Environmental engineering  

摘要： The adherence of bacteria cells, extracellular proteins and polymers, and other organic materials on membrane surfaces can negatively impact the efficiency and economic feasibility of membrane-based treatment processes for wastewaters. Forward osmosis (FO) is an emerging membrane technology that utilizes an osmotic gradient rather than hydraulic pressure as a driving force to produce clean water. Because there is not a hydraulic pressure difference across the membrane, FO has a lower fouling propensity than other membrane processes, such as reverse osmosis or ultrafiltration, and thus is well-suited for use with wastewater sources containing high organic and biological loads. This work presents in-situ cleaning methods for the mitigation and removal of biological fouling on FO membranes in a submerged osmotic membrane bioreactor. A novel FO membrane module was developed that allowed for three membrane coupons to be evaluated independently under the same biological conditions. Overall water production and energy efficiency were evaluated under different osmotic backwashing temperatures, durations, and frequencies, as well as with coupled mechanical scouring. Fouling propensity, fouling removal, and water flux was also examined with antibiotic dosed and heated draw solutions. Adding antibiotics to the draw solution is proposed to reduce and or mitigate biological fouling by producing a concentrated antibiotic layer on the membrane surface. Heating up the draw solution extends previous work showing increased fluxes by introducing fouling at these elevated temperatures to determine to what extent the increased operating flux trend remains.

关键词： 煤化工废水   膜生物反应器(MBR)   臭氧氧化   深度处理  

摘要： 煤化工废水是一种有机物含量高,难降解的工业废水。随着排放标准的不断加严,煤化工废水处理成为制约其发展的因素之一,因此,如何开发高效的煤化工废水处理工艺成为本行业持续发展的关键问题。本论文以煤化工园区污水处理厂实例为研究对象,在现有研究成果的基础上,探讨了 A/O+生物活性炭法工艺处理此类废水的可行性。通过工程运行调试,研究了其处理效果和影响因素,并在此基础上优化方案,进行技术改造,以提高处理效率,降低运行成本。通过本课题研究,将为开发高效、低廉的煤化工园区废水处理技术提供借鉴和参考。本文介绍了污水处理厂技改前的工艺流程及设计参数,即采用A/O+生物活性炭法处理工艺。根据技改前进出水的COD、氨氮的浓度变化,分析其处理效率,可得出随着运行时间推移,系统的处理效率存在下降的趋势,且污泥产生量大,处置费用高,运行成本高。针对系统存在的问题,通过方案比选提出技改的措施。技改内容主要是增加了膜生物反应器(MBR)与臭氧氧化工艺,增加了两段A/O工艺,并对部分构筑物进行改造。通过对技改后的运行数据分析,技改后的污水处理效果能够稳定达标,在提高效率的前提下,由单系统改为双系统,使得抗冲击负荷能力显著提高。同时,技改后整体污泥产生量可降低97.6%,运行成本降低14%(不包含污泥处置费用)。通过本次研究力求为其它煤化工废水处理厂提供理论和技术路线,同时为下一步的改进优化运行提供可靠的理论数据支撑和实践指导。

关键词： 单针藻   糖蜜酒精废醪液   褪黑素   WSE   光生物反应器  

摘要： 生物柴油是一种清洁无污染,可再生的替代型燃料。因其具有硫含量低、燃烧充分,闪点高、使用安全、较好的低温启动性等优点,在全球受到广泛的重视。但在生物柴油的生产过程中,较高的生产成本制约了其工业化的发展,其中原料成本占生产成本的75%。因此,选取合适的、低成本的原料及适宜的生产方式生产生物柴油成为当前研究的热点。微藻作为地球上分布最为广泛、种类最多的单细胞或群体的微生物,能够有效的利用太阳光进行光合作用,吸收空气中的CO2,将太阳能转化为生物质能。与其它原料相比,以微藻作为原料生产生物柴油具有生长周期短、油脂含量高等诸多的优势。在微藻的培养过程中,添加植物激素可以降低利用微藻生产生物柴油的成本。褪黑素（Melatonin,MT）作为一种植物激素,广泛存在于多种植物体内,通过调节光合作用、细胞周期、DNA复制、新陈代谢和油脂的合成等过程,促进植物的生长、延缓植物的衰老。然而,褪黑素应用于废水中调节微藻的生长和油脂合成的机制鲜有报道。本实验以单针藻Monoraphidium ***-10和Monoraphidium ***-3为研究对象,建立微藻油脂高效合成的低成本培养方法,研究了以糖蜜酒精废醪液（Molasses waste water,MW）和核桃壳提取液（Walnut shell extract,WSE）作为培养基,对微藻生长和油脂积累的影响,分析了在工业废水中微藻油脂合成的相关机制,同时利用CO2联合光生物反应器缩短了生长周期,增加了微藻的生物量产率和油脂产率,为降低微藻油脂的生产成本及工业化扩大培养提供了一定的理论依据和实践意义。具体研究结果如下:（1）以糖蜜酒精废醪液作为培养基,添加不同浓度的MgSO4·7H2O,当培养基中Mg2+浓度为800μM时,微藻的生物量和油脂含量达到最高。同时,微藻对糖蜜酒精废醪液中总氮、总磷、COD的移除率分别达到88.37%、93.69%和87.98%。此外,Mg2+作用下,增强了微藻对糖蜜酒精废醪液中Ca2+、Fe3+、Cu2+的吸收。结果表明,适宜浓度的Mg2+可以促进糖蜜酒精废醪液中微藻的生长和油脂含量的积累,同时,提高了微藻对糖蜜酒精废醪液中总氮、总磷、COD值和相关金属离子的利用率。（2）本实验中,通过外源添加褪黑素,促进了糖蜜酒精废醪液中微藻的生长和油脂的积累。以糖蜜酒精废醪液为基础培养基,添加10-3μmol/L的褪黑素,微藻中的油脂含量达到68.69%,且最高生物量为1.22 g/L。与此同时,藻细胞内蛋白质含量下降,碳水化合物含量增加。在微藻培养过程中,糖蜜废醪液中的COD、总氮及总磷降低。此外,外源褪黑素的添加通过上调了乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl coenzyme A carboxylase,ACCase）、苹果酸酶（Malic Enzyme,ME）的活性,下调了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpyruvate Carboxylase,PEPC）的活性,促进了微藻中油脂含量的积累。研究表明,褪黑素通过调节微藻油脂合成过程中相关酶的活性,促进了油脂的积累,同时降低培养成本,为微藻扩大化生产提供了新的理论基础。（3）微藻的大规模工业化培养是未来微藻发展的趋势,利用光生物反应器培养微藻为其工业化培养提供了一定的理论基础。在鼓泡式柱形光生物反应器中,通入CO2的含量为12%时,可以有效的提高WSE中单针藻Monoraphidium ***-3的生物量产率和油脂产率。WSE中氮、磷营养物质的被有效利用。与此同时,提高了微藻细胞内的叶绿素含量和rbcL的相对表达量,促进了单针藻Monoraphidium ***-3对CO2的固定。在12%的CO2的作用下,促进了微藻对WSE中多酚的吸收,多酚作为一种抗氧化剂,可能通过调控藻细胞内的抗氧化体系,促进了微藻油脂合成过程中accD和kas基因表达量的上调,促进了油脂的积累。

关键词： 高氨氮废水   微生物群落结构   菌藻膜生物反应器  

摘要： 高氨氮废水处理一直是污水处理领域的重要难题之一，采用菌藻共生系统处理高氨氮废水得到了日益普遍的关注。本论文主要考察了菌藻共生系统在不同运行条件下处理高氨氮废水的运行效果和微生物群落结构信息，探讨了不同工况下的氮转化机制。　　本论文首先以硝化污泥膜生物反应器(MBR，Membrane bioreactor)为对照，考察了在不同进水氨氮浓度条件下，菌藻MBR处理高氨氮废水性能及氮转化机制。实验结果表明，在控制系统pH在8.3±0.2，进水氨氮浓度由217.2±3.9mg/L提高至856.3±28.3mg/L时，氨氮去除率达99.1%以上，菌藻MBR抗冲击负荷能力强于硝化污泥MBR。随着进水氨氮浓度的增加，菌藻MBR系统中amoA和nxrA基因相对丰度呈下降趋势;小球藻光合作用功能基因rbcL相对丰度呈先上升后下降趋势。通过冗余分析(RDA)分析表明，系统中亚硝氮、硝氮、pH和胞外聚合物(EPS)对微生物群落结构影响程度较大，不同运行条件下，虽然菌藻MBR系统均能实现氨氮的完全转化，但系统内环境因子和菌群结构均存在着较大差异，群落优势菌属中大部分菌属(如Nitrosomonas、Nitrobacter等)与EPS、硝氮和pH呈正相关，和氨氮、亚硝氮呈负相关。　　本论文还考察了不同浓度有机碳源对菌藻MBR系统处理高氨氮废水性能及氮转化机制的影响。实验结果表明，进水COD浓度分别为0mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L和500mg/L时，氨氮去除率均达99.3%以上，出水COD浓度均低于60mg/L。当进水COD浓度高于50mg/L时，SOURAOB与SOURNOB比值急剧降低且趋于稳定。与进水COD浓度相对应的谷氨酸脱氢酶(GDH)与谷氨酰胺合成酶(GS)比值分别为16.9、11.7、10.4、8.9、7.9，小球藻异养生长程度增加。当进水COD浓度达到500mg/L时，抗氧化酶活性系统失衡，膜脂质过氧化程度增加。随着进水COD浓度的升高，amoA、nxrA和rbcL基因相对丰度均呈下降趋势。RDA分析表明，菌藻MBR系统中亚硝氮、硝氮和pH对微生物群落结构影响较大。COD与氮转化相关的微生物Nitrosomonas和Nitrobacter呈负相关，进水COD浓度能影响氮转化形式，改变系统中菌群结构。小球藻自养生长关键酶GDH和rbcL基因与异养生长GS呈负相关，随着进水COD的增加，小球藻混养生长，自养生长程度减弱。　　本论文以硝化曝气生物膜反应器(MABR，Membrane aerated biofilm reactor)为对照，考察了不同进水氨氮负荷下，菌藻MABR处理高氨氮废水的运行特性和氮转化机制。实验结果表明，菌藻MABR比硝化MABR的氨氮转化效率更高。随着进水氨氮负荷的增加，菌藻MABR优势趋于明显，微藻能促进氨氮向亚硝氮转化，提高氨氮转化能力。进水氨氮负荷为8.14±0.10gN/(m2?d)时，菌藻MABR氨氮去除负荷为4.84±0.15gN/(m2?d)。当进水氨氮负荷提高至12.54±0.22gN/(m2?d)时，由于溶解氧和生物膜内生物量的双重限制，氨氮去除负荷并未增加，稳定运行时氨氮去除负荷为4.74±0.25gN/(m2?d)。菌藻MABR生物膜中TB-EPS含量占总EPS含量均高于硝化MABR，菌藻生物膜比硝化生物膜更为致密。连续提高进水氨氮负荷时，菌藻MABR生物膜中amoA基因相对丰度一直增加，nxrA基因相对丰度先减少后趋于稳定，rbcL基因相对丰度先显著增加后减少。　　最后，本论文考察了菌藻MABR处理实际养猪沼液的运行特性。实验结果表明，菌藻MABR处理氨氮浓度为54.1±3.2mg/L的养猪沼液时，氨氮去除负荷达到2.22±0.15gN/(m2?d)。当进水转为氨氮浓度为113.4±5.0mg/L的养猪沼液时，反应器运行不稳定，出水水质波动较大，生物膜中LB-EPS占总EPS比例增加至78.6%，生物膜结构逐渐由致密趋于疏松导致脱落。进水恢复为氨氮浓度为60.5±7.3mg/L的养猪沼液后，氨氮去除负荷缓慢恢复至1.72±0.31gN/(m2?d)，去除率为65.7%。处理不同浓度的养猪沼液时，群落菌属发生较大变化，并且呈不同的变化模式。RDA分析表明，菌藻MABR系统中亚硝氮、硝氮、COD和EPS对微生物群落结构影响较大。COD与氮转化相关的菌属Nitrosomonas、Nitrobacter呈负相关，与Nitrospira呈正相关;Nitrosomonas、Nitrobacter与亚硝氮、硝氮呈负相关;功能基因nxrA与光合作用基因rbcL呈正相关。NOB对于环境较为敏感，菌藻之间形成的微环境能增加NOB对环境的耐受力，能促进NOB的活性，增加nxrA基因的表达。　　本

关键词： Biomaterials   bioreactor   dentistry   fourth element   micro-bioreactors   scaffold   stem cells.  

摘要： OBJECTIVES: A variety of bioreactors and related approaches have been applied to dental tissues as their use has become more essential in the field of regenerative dentistry and dental tissue engineering. The review discusses the various types of bioreactors and their potential application in dentistry. METHODS: Review of the literature was conducted using keywords (and MeSH) like Bioreactor, Regenerative Dentistry, Fourth Factor, Stem Cells, etc., from the journals published in English. All the searched abstracts, published in indexed journals were read and reviewed to further refine the list of included articles. Based on the relevance of abstracts pertaining to the manuscript, full-text articles were assessed. RESULTS: Bioreactors provide a prerequisite platform to create, test, and validate the biomaterials and techniques proposed for dental tissue regeneration. Flow perfusion, rotational, spinner-flask, strain and customize-combined bioreactors have been applied for the regeneration of bone, periodontal ligament, gingiva, cementum, oral mucosa, temporomandibular joint and vascular tissues. Customized bioreactors can support cellular/biofilm growth as well as apply cyclic loading. Center of disease control & dip-flow biofilm-reactors and micro-bioreactor have been used to evaluate the biological properties of dental biomaterials, their performance assessment and interaction with biofilms. Few case reports have also applied the concept of in vivo bioreactor for the repair of musculoskeletal defects and used customdesigned bioreactor (Aastrom) to repair the defects of cleft-palate. CONCLUSIONS: Bioreactors provide a sterile simulated environment to support cellular differentiation for oro-dental regenerative applications. Also, bioreactors like, customized bioreactors for cyclic loading, biofilm reactors (CDC & drip-flow), and micro-bioreactor, can assess biological responses of dental biomaterials by simultaneously supporting cellular or biofilm growth and applic

关键词： 分散式污水处理   动态膜生物反应器   折叠膜   铁盐   膜污染  

摘要： 动态膜生物反应器(DMBR)不仅保留了传统MBR工艺优点,还具有膜基材造价低、膜通量大、膜污染易控制、占地面积小和出水水质好等优点,在农村等分散式污水处理领域极具应用前景。论文以无纺布折叠膜为膜组件,构建动态膜生物反应器来处理生活污水,采用序批式运行模式,对该反应器的处理效果、适宜工艺条件、铁盐投加对系统的影响和膜污染控制等开展了试验研究。折叠膜-动态膜生物反应器处理生活污水效果受到周期时间、好氧厌氧时间比、出水体积交换比的影响。试验结果表明,折叠膜-动态膜生物反应器适宜运行工艺条件为:周期时间为8 h,好氧厌氧时间比为2:1,出水体积交换比为0.3,此时COD、TN、TP和氨氮的平均出水浓度分别为20.99 mg/L、16.67 mg/L、1.05 mg/L和6.80 mg/L;出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。铁盐投加量达到污泥含铁量5%时,反应器对污水的处理效果最好,此时出水中COD、TN、TP和氨氮的平均去除率与铁盐投加前相比,分别增加了4.1%,9.0%,9.3%,5.9%,TP的去除率上升幅度最大;并且投加铁盐以后活性污泥的沉降性能得到改善,污泥的絮状结构更加紧凑,说明铁盐投加强化了反应器运行性能。当反应器重力出水时间超过30 min时,采用逆向曝气反冲洗的方式对动态膜进行冲洗,试验结果显示,反冲洗曝气强度和反冲洗时间都对生物动态膜的恢复时间有一定影响。当曝气强度为4 m/(m.h)时、反冲洗时间为5 min时,生物动态膜的恢复需要24 min,此时动态膜出水浊度降低到2 NTU以下,能够对污染的动态膜有效清洗。