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关键词： 实验教学   研究性综合实验   生物反应器   动物细胞   批培养   补料分批培养  

摘要： 基于培养学生创新精神和实践能力的需求,结合科研实践,设计了具有研究性和开放性的综合教学实验,并进行了教学探索。该教学实验项目探究培养模式对动物细胞生长代谢的影响。实验涵盖动物细胞培养模式、细胞生长和代谢动力学参数检测分析等多个环节,综合训练学生生物反应动力学、仪器分析、数据分析等多方面的知识和技能,并且培养学生利用实验数据进行反应器设计的拓展和创新能力。在类似于现实科研工作的场景中,激发学生的科技创新兴趣、培养学生的科技创新能力、实践能力和工程意识。

关键词： 生化工程   生物反应器   废水  

摘要： 现阶段,在世界范围内抗生素得到了广泛应用。目前通过检测多种废水已知其中有不同种类的抗生素存在,其中的典型代表就是土霉素(OTC)和磺胺甲恶唑(SMX)。在本文中将以OTC和SMX为研究对象,对其影响厌氧氨氧化短期(6h)和长期(22d)的情况。结果表明:在1、10、100、1000μg/L的实验浓度中,OTC拥有10μg/L的短期抑制阈值,能够将厌氧氨氧化活性从14.6降到12.0mg/(h·g SS);拥有1000μg/L的长期抑制阈值,最终能够降低到11.1mg/(h·g SS)的厌氧氨氧化活性;在1、10、100、1000μg/L的实验浓度中,SMX不会显著影响厌氧氨氧化生物膜。与OTC相比,厌氧氨氧化生物膜对SMX明显拥有更快的响应速度,能够完成胞外聚合物的大量分泌来抵抗SMX,同时可以对反硝化菌进行诱导降解SMX。OTC能够增加厌氧氨氧化生物膜的多样性,而SMX则能够增加优势微生物的丰度,同时能够在很大程度上提升反硝化菌的相对丰度,对抵抗SMX的抑制有利。

关键词： 硝酸盐去除   农业废水   生物反应器   可生物降解聚合物   同行评审   氮去除   成本效益   无机材料  

摘要： 反硝化生物反应器(DNBR)被广泛用于减少农业废水中过量的硝酸盐。其性能取决于基质的物理和化学性质。在以前的研究中,已经对一部分常见基质做了总结。然而,很少有研究尝试确定基质类型在硝酸盐去除中起作用的一般模式。本研究利用从63篇同行评审文章中收集的数据总结了41种基质类型,包括219个独立DNBR单元。基质分为四类:(1)天然碳(NC),如木屑;(2)非天然碳(NNC),如可生物降解聚合物[如聚己内酯(PCL)和废品(如纸板)];(3)无机材料(IM),如非碳材料(如氧化铁);(4)复合材料(MM),如上述材料的混合物。通过对硝酸盐去除速率[NRR,氮去除(g·m^(-3)·d^(-1))]和硝酸盐去除效率(NRE,%)的元分析,对这些材料进行比较和评估。本文综合阐述了基质效果(NRR和NRE)、潜在机理、污染交换和成本分析。我们的分析表明,木屑和玉米芯是NC中最具成本效益的基质。对比所有参与研究的基质,我们建议将MM作为最优基质,尤其是具有很大的改进空间的基于木屑和玉米芯的基质。该分析有助于优化DNBR的设计,以满足使用者对环境、经济和实用的需求。

摘要： Escherichia coli (E. coli) and nitrate (NO3-) are common contaminants found in waters down gradient of wastewater sources such as septic tanks and agricultural operations. Carbon-rich subsurface denitrifying bioreactors are water treatment technologies that have the potential to decrease concentrations of NO3- and pathogenic pollutants released to water resources. Recent reports have indicated the potential for laboratory scale denitrifying woodchip bioreactors to significantly decrease E. coli concentrations at hydraulic retention times (HRTs) >10 hours. The goals of the current column study are to compare E. coli and NO3-+nitrite (NOx-N) removal efficiency of various substrates (gravel, peanut shells, or woodchips) receiving influent water containing either NO3-+E. coli, E. coli only, or NO3- only, at a target HRT of 6 hours. NOx-N removal efficiency was significantly higher in woodchips (25%-30%) than both peanut shells (8%-18%) and gravel (-2%-2%), regardless of the presence of E. coli. Total nitrogen (TN) removal efficiency trends support that NOx- removal efficiency represent N removed from the system and not simply transformed to another species. E. coli removal efficiency was significantly higher (p<0.05) in gravel (medians of 88%-96%) than peanut shells (70%-86%) and woodchips (30%-67%), regardless of whether NO3- was added. When NO3-+E. coli was treated, both woody substrates performed similarly. When influent water had E. coli only, peanut shells significantly outperformed woodchips. E. coli removal efficiency of woodchips and gravel significantly decreased when NO3- was not added. Typically, effluent dissolved organic carbon (DOC) concentrations were significantly higher than influent concentrations; however, when influent water contained E. coli only, only woodchips significantly increased DOC concentrations. Effluent DOC concentrations never varied significantly by substrate type when receiving the same influent water. In both scenarios where only one

关键词： 微藻   数值模拟   生物反应器   多相流   混合  

摘要： 微藻作为最具潜力的可再生生物质能源,在生物固碳和生物燃料生产领域优势显著,有助于碳达峰、碳中和目标的实现。通过改善反应器曝气装置的性能可以大幅度提高微藻的培养效率,本工作采用数值模拟方法对柱式光生物反应器的球型曝气结构进行了优化。模拟采用欧拉模型,湍流模型选取k-ε模型,研究分析了不同曝气装置条件下气含率、平均液相速度、湍流动能几种参数的变化和光生物反应器内的流场情况。结果表明,曝气装置结构的变化对光生物反应器内的流动特性具有很大的影响,通过曝气装置向反应器内通气,气含率、平均液相速度、湍流动能随着曝气量的增大而增大,随着曝气装置孔径的增大而减小。综合各相关参数得到当总曝气量为1400 mL/min、曝气孔数为50、曝气孔径为30μm时,曝气装置性能最好,此时测得气含率为68.6%,平均液相速度为0.905 m/s,湍流动能为0.149 m^(2)/s^(2)。

关键词： 膜生物反应器   膜污染   控制方法  

摘要： 在污水处理领域,MBR工艺相比于传统的水处理工艺,其占地面积小,出水水质优,系统紧凑并且自动化程度高等,因此应用比较广泛。但是MBR系统中膜污染问题一直是阻碍该技术应用的难点。探究MBR膜污染机理是控制膜污染的基础,采取合理有效的控制方式减缓膜污染速率,对污水处理技术发展和污水资源化利用具有重要意义。本文总结分析了近年来关于膜污染机理和控制方法研究进展,旨在为MBR应用和发展中提供支持。

关键词： 微压内循环反应器   高悬浮物   中试   同步脱氮除磷  

摘要： 采用中试规模微压内循环生物反应器(MPSR)处理某北方城市新区污水处理厂沉砂池出水,考察了高悬浮物进水条件下反应器污染物处理效果及污染物的去除特性,利用高通量测序对微生物群落结构进行分析。MPSR经450 d的运行结果表明,受春季冰雪融化和夏季降雨影响,反应器进水中SS质量浓度平均值在1—5月提高至约800 mg·L^(-1),在5—8月达到约2 700 mg·L^(-1),运用SPSS对进水SS与COD进行相关性分析,二者为正相关,皮尔逊相关系数为0.682。高悬浮物进水使得系统内MLSS质量浓度增加至12 000 mg·L^(-1),而MLVSS质量浓度基本保持在3 000~5 000 mg·L^(-1), SVI下降至50 mL·g^(-1)。在不同进水负荷条件下,MPSR出水COD、 TN、TP质量浓度始终保持在26、14、0.28 mg·L^(-1)以下,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。高通量测序结果表明MPSR内微生物结构丰富,系统内好氧反硝化菌Thermomonas、Terrimonas、反硝化除磷菌Dechloromonas等多重功能微生物共存。MPSR内丰富的微生物结构使其在高悬浮物冲击下仍可以保持稳定的处理效果。

关键词： 混合时间   体积溶氧系数   生物反应器   神经网络   放大模型  

摘要： 目的:构建完善的生物反应器放大模型,为反应器生产提供指导.方法:通过1.5,5,20,200L规模反应器的试验,对体积溶氧系数k_(L)a、混合时间t_(m)的关联式及参数进行了优化探究,建立了生物反应器模拟放大模型,通过MATLAB搭建了Scaleuper放大系统.结果:对比试验结果最终k_(L)a的模拟偏差在±15%以内,通过在t_(m)的关联式中引入临界转速的定义,对t_(m)的整体模拟偏差较原公式减少了17.4%,在±10%内,通过嵌入BP神经网络减小k_(L)a的模拟偏差,BP模型模拟k_(L)a偏差对训练数据范围最小可达0.1%.结论:基于经验关联式的反应器放大模型,在试验测得相关参数后模拟结果较优;利用神经网络对反应器模拟、放大是可行的.

关键词： 膜光生物反应器   蛋白核小球藻   污水处理   深度脱氮   膜污染  

摘要： 通过对污水处理厂出水排放到自然水体之前对其进行进一步处理,可减轻水体的富营养化。本研究在膜光生物反应器中培养蛋白小球藻,进一步去除污水处理厂出水中的氮。研究了水力停留时间对微藻生物量和养分去除的影响。研究发现,MPBR处理二次出水的最佳HRT为8 h。结果表明,缩短HRT增加了膜通量,使悬浮液中的SAP更快地向膜移动,加剧了膜污染。但降低HRT可以通过减少悬液中的SAP和竞争细菌以及提高蛋白小球藻的生长速度来提高系统稳定性,提高污染物的去除率。

关键词： Vero细胞   细胞驯化   细胞库   生物反应器  

摘要： 为建立无血清全悬浮培养Vero细胞系,并使其在反应器中高密度生长。从美国典型培养物保藏中心(ATCC)引进贴壁培养型Vero细胞,通过降低血清浓度和改变培养液的方式获得1株无血清全悬浮培养型Vero细胞,扩增培养后液氮冻存,建立相应的细胞库;复苏细胞后对活力、形态、生长曲线、微生物污染、染色体核型等特性进行检定;通过Box-Behnken试验对生物反应器pH、溶氧和搅拌转速等3个培养参数进行优化,确定最优培养参数。结果显示,筛选的Vero悬浮细胞形态呈圆形、饱满、透亮,大小均匀,呈现较好的悬浮生长状态;生长曲线呈S型;细菌、真菌、支原体及外源病毒检查均为阴性;染色体数目为58或60的占75%;用响应面分析法得出的最优培养参数培养Vero细胞,细胞最高密度可达4.5×10^(6)cells/mL。结果表明,成功筛选出了适应无血清悬浮培养的Vero细胞,通过优化培养参数,可在生物反应器中高密度生长。