在培养液和工艺未优化情况下
细胞悬浮培养密度可达 2.5 X 107cells/ml
一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间！
20-40ml 模拟反应器系统用于工艺优化研究。
https://www.doczj.com/doc/05293896.html,
激流式灌注反应器
激流式灌注反应器配合激流式生物反应器使用，采用新型外循环式纸片灌注培养工艺，以纸片作为载体，利用激流式细胞培养器控制溶氧、pH、温度等细胞生长条件。
◆ 激流式灌注反应器细胞生长数据
● 蛋白抗体生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量
细胞名称5L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量150克）50L灌注系统（细胞数/克载体×
载体总重量1200克）
150L灌注系统（细胞数/克载体
×载体总重量3600克）
CHO-K1 13.7×108cells/g×150g 16.4×108cells/g×1200g 正在进行中
CHO-S 21.0×108cells/g×150g 25.0×108cells/g×1200g 18.0×108cells/g×3600g
结论：一个150L纸片载体灌注系统连续灌注和丰收一个月的体积产量相当于一个国际水平的1500L的大型流加悬浮 培养罐。
优势：一次性使用纸片灌注系统，工艺简单，细胞生存活力特别稳定，适合于发展中国家大规模蛋白质和抗体药物生产。
● 疫苗生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量
细胞名称 5L灌注系统（细胞数/克载体
×载体总重量150克）
50L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量1200克）
150L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量3600克）
VERO（人） 6.0×108cells/g×150g 6.5×108cells/g×1200g 正在进行中
MDCK（人） 5.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
Marc145（兽） 3.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
ST1（兽） 4.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
DF-1（鸡） 2.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
CIK（鱼） 1.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
EPC（鱼） 1.2×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
结论：1、一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间，特别适合于大规模人用、兽（包括鸡和鱼）疫苗生产。同时，也是适合烈性传染病（例如禽流感和SARS）国家和军队的疫苗应急生产方法。
2、低成本、一次性使用，适合于发展中国家大规模疫苗生产的全部中国制造的高端生物反应器。
优势：1、由于一次性使用纸片灌注系统细胞密度特别高，所以细胞之间生长的相互支持力度大，生存活力特别强。
2、与使用转瓶和微载体冲洗和酶消化的接种方法相比，一次性使用纸片灌注系统细胞容易冲洗和酶消化，所
以解决了逐级放大的接种问题。
3、实现DO、pH、温度等培养条件的自动控制
◆ 激流式灌注反应器的优势
● 系统无气升装置、鼓泡或搅拌器，使剪切力最小化。
● 培养液以一定流速流过纸片，供给贴壁依赖性细胞所需养分，在细胞周围形成稳定的流体轨道，可提供细胞生
长、交流和形成的三维结构。
● 新型纸片适用于多种细胞系，可提供传统培养模式（转瓶等）无法比拟的细胞吸附面积，更利于细胞吸附和生
长。
● 可解决贴壁培养放大问题，且空间占用少、操作简便、条件要求低。
● 一次性纸片灌注培养系统用后就弃，可避免交叉污染、缩短批间处理周期，无需清洗、消毒、验证，极大地提
高工作效率。
● 灌注袋事先经过γ射线照射，即拆即用。灌注袋也适用于5L,50L,150L激流式反应器。
激流式灌注反应器培养体系能力比一般反应器高出20倍，是细胞商业化培养、疫苗工业大规模生产的首选。
激流式生物反应器
激流式生物反应器是一种全新概念的生物反应器，基于无鼓泡式新型传氧机制，它通过激流式振荡器机械摇动
产生激流而使培养液反复冲刷细胞培养袋内表面的氧分子层，进而使氧分子迅速溶解于培养液中，以满足细胞正常生
长和代谢的需求。AmProtein 新型传氧机制的溶氧效率极高，为细胞高密度生长提供了理想的环境，并且避免了传统
鼓泡式给氧方法气泡破裂时对细胞的损伤以及强机械搅拌产生的剪切力对细胞的破坏，极大地提高了细胞存活率。
◆ 激流式生物反应器悬浮生长数据
● 5L工作体积：
细胞系 培养工艺 最大细胞密度 培养液优化
CHO-S 流加补料 2.0×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 1.5×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 1.8×107cells/ml 未优化
● 50L工作体积：
CHO-S 流加补料 2.5×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 2.0×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 未做 未优化
● 150L工作体积：
CHO-S 流加补料 1.8×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 1.4×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 未做 未优化
◆ 激流式生物反应器的优势
●“激流式给氧机制”传氧效率极高,具有世界专利
● 激流式生物反应器起始细胞接种体积小，可从50ml开始逐步放大培养至所需的理想体积，最大工作体积可以 达300L，细胞培养密度可以达2.5×107/ml以上，细胞活力保持在90%以上，外源蛋白的表达量可以达到克级水平。
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在培养液和工艺未优化情况下 细胞悬浮培养密度可达 2.5 X 107cells/ml 一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间！ 20-40ml 模拟反应器系统用于工艺优化研究。 https://www.doczj.com/doc/05293896.html, 激流式灌注反应器 激流式灌注反应器配合激流式生物反应器使用，采用新型外循环式纸片灌注培养工艺，以纸片作为载体，利用激流式细胞培养器控制溶氧、pH、温度等细胞生长条件。
◆ 激流式灌注反应器细胞生长数据 ● 蛋白抗体生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称5L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量150克）50L灌注系统（细胞数/克载体× 载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量3600克） CHO-K1 13.7×108cells/g×150g 16.4×108cells/g×1200g 正在进行中 CHO-S 21.0×108cells/g×150g 25.0×108cells/g×1200g 18.0×108cells/g×3600g 结论：一个150L纸片载体灌注系统连续灌注和丰收一个月的体积产量相当于一个国际水平的1500L的大型流加悬浮 培养罐。 优势：一次性使用纸片灌注系统，工艺简单，细胞生存活力特别稳定，适合于发展中国家大规模蛋白质和抗体药物生产。 ● 疫苗生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称 5L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量150克） 50L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量3600克） VERO（人） 6.0×108cells/g×150g 6.5×108cells/g×1200g 正在进行中 MDCK（人） 5.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 Marc145（兽） 3.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 ST1（兽） 4.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 DF-1（鸡） 2.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 CIK（鱼） 1.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 EPC（鱼） 1.2×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 结论：1、一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间，特别适合于大规模人用、兽（包括鸡和鱼）疫苗生产。同时，也是适合烈性传染病（例如禽流感和SARS）国家和军队的疫苗应急生产方法。 2、低成本、一次性使用，适合于发展中国家大规模疫苗生产的全部中国制造的高端生物反应器。 优势：1、由于一次性使用纸片灌注系统细胞密度特别高，所以细胞之间生长的相互支持力度大，生存活力特别强。 2、与使用转瓶和微载体冲洗和酶消化的接种方法相比，一次性使用纸片灌注系统细胞容易冲洗和酶消化，所 以解决了逐级放大的接种问题。 3、实现DO、pH、温度等培养条件的自动控制 ◆ 激流式灌注反应器的优势 ● 系统无气升装置、鼓泡或搅拌器，使剪切力最小化。 ● 培养液以一定流速流过纸片，供给贴壁依赖性细胞所需养分，在细胞周围形成稳定的流体轨道，可提供细胞生 长、交流和形成的三维结构。 ● 新型纸片适用于多种细胞系，可提供传统培养模式（转瓶等）无法比拟的细胞吸附面积，更利于细胞吸附和生 长。 ● 可解决贴壁培养放大问题，且空间占用少、操作简便、条件要求低。 ● 一次性纸片灌注培养系统用后就弃，可避免交叉污染、缩短批间处理周期，无需清洗、消毒、验证，极大地提 高工作效率。 ● 灌注袋事先经过γ射线照射，即拆即用。灌注袋也适用于5L,50L,150L激流式反应器。 激流式灌注反应器培养体系能力比一般反应器高出20倍，是细胞商业化培养、疫苗工业大规模生产的首选。
第四章 微生物反应器操作 1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。 2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。 3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。 4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dt P d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。 )(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。 7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。微生物的生长可采用Monod方程表达。 8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。 9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S ++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。 10. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下数据。μ 为比生长速率，S 为限制性基质浓 度，若反应适用Monod 方程，求 和 。 11. 以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加的缘故。但是，有些研究者研究提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及
第三章生物反应器 1、何谓生物反应器？生物反应器可分成哪些类？ 答：生物反应器：指使用生物催化剂进行生物反应的设备，这类设备可满足和调控微生物、动物细胞、植物细胞和微藻细胞达到最适生长和最佳产物合成的环境，可大规模培养微生物、动物细胞、植物细胞和微藻细胞以获得其代谢产物或生物体，在生物反应过程中具有中心的作用。 生物反应器的分类：（1）按几何形状或结构特征：釜（罐）式、管式、塔式、膜式等（2）按生物催化剂类型不同：有酶催化反应器、细胞生物反应器（3）按供氧需求：厌氧、好氧（4）按所需混合与能量输入方式：机械搅拌式、气升式、喷射环流式（5）按操作方式：间歇式、连续式、半连续式（6）生物催化剂在反应器中分布方式：生物团块生物反应器、膜生物反应器（7）按生物催化剂在反应器的流动和混合状态：全混流型、活塞流型（8）按发酵培养基质的物流状态：液态生物反应器、固态生物反应器 2、搅拌装置有哪些类？如何配置搅拌装置才能达到比较理想的混合效果？ 涡轮式搅拌器、旋桨式搅拌器 目前普遍采用多层轴流型与径流型组合式搅拌器。一般在底层进气口附近设径向流型搅拌器，多采用平叶、半圆叶或弧叶以利于气泡粉碎，强化氧的传递。底层以上设轴向流型搅拌器，多采用四宽叶螺旋叶轮、箭叶、斜叶等以强化混合效果，以达到最佳搅拌效果。 3、自吸式生物反应器的特点是什么？ 答：自吸式发酵罐是一种不需另行通入压缩空气，而依靠特殊的吸气装置自行吸入无菌空气并同时完成液体和气体的混合对流实现溶氧传质的发酵罐。 4、试述机械搅拌自吸式生物反应器的吸气原理。 答：电动机启动前，搅拌器浸没在发酵液中，转子和定子内充满料液。启动搅拌点机后，搅拌轴带动转子高速旋转，液体、空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘；在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造的负压也愈大，吸风量也越大。转子的搅拌在液体中产生的剪切力又使吸入的空气粉碎成细小的气泡，均匀分散在液体之中。、
膜生物反应器及其应用研究进展 1 引言 传统的活性污泥工艺(Conventional Activated Sludge, CAS)广泛地应用于各种污水处理中。由于采用重力式沉淀方式作为固液分离手段，因此带来了很多方面的问题。如固液分离效率不高、处理装置容积负荷低、占地面积大、出水水质不稳定、传氧效率低、能耗高以及剩余污泥产量大等等。传统生物处理工艺处理后的水难以满足越来越严格的污水排放标准，同时，经济的发展所带来的水资源的日益短缺也迫切要求开发合适的污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。在上述背景下，一种新型的水处理技术——（Membrane Bioreactor,MBR）应运而生。随着膜分离技术和产品的不断开发，(MBR)也更具有实用价值，近年来许多国家都投入了大量资金用于开发此项高新技术。 2 CAS CAS是一种应用最广的废水好氧生物处理技术。其基本流程如图1所示，是由曝气池、二次沉淀池、曝气系统（含空气或氧气的加压设备、管道系统和空气扩散装置）以及污泥回流系统等组成。
曝气池与二次沉淀池是活性污泥系统的基本处理构筑物。由初次沉淀池流出的废水与从二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，其混合体称为混合液。在曝气的作用下，混合液得到足够的溶解氧并使活性污泥和废水充分接触。废水中的可溶性有机污染物为活性污泥所吸附并为存活在活性污泥上的微生物群体所分解，使废水得到净化。在二次 沉淀池内，活性污泥与已被净化的废水（称为处理水）分离，处理水排放，活性污泥在污泥区内进行浓缩，并以较高的浓度回流曝气池。由于活性污泥不断地增长，部分污泥作为剩余污泥从系统中排出，也可以送往初次沉淀池。 图1 活性污泥法基本流程 3 MBR法 3.1 MBR及其分类
生物反应器 指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。 分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。 发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。 若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有： ①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。 ②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。 ③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000 个喷嘴进料。目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。 生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。 污水生物处理装置中，最简单的是曝气池，装有表面曝气叶轮。为了节省占地面积，开发了一种利用气升式发酵罐原理的深井式污水处理池或大至 20000m□的多循环管式曝气装置。此外，还有生物滤池和生物转盘等装置，把能降解污水中有害物质的菌或原生动物，以生物膜的形式附在填料或转盘上。 酶反应器可分游离酶及固定化酶反应器两大类。 ①游离酶反应器以水溶液状态与底物反应。若为分批釜式反应器，酶就不能回收；若用连续釜式反应器并附有一个能把大分子的酶留在系统内的超滤装置则可使酶连续使用。也可将酶液置于用超滤材料制成的U形管或中空纤维管中,并将其置于釜式或管式反应器进行操作，这样也可使酶连续使用。后者接近连续管式反应器。 ②固定化酶反应器除了和化学反应器类似的固定床反应器和流化床反应器外，还有多种特殊设计。例如：将酶固定在惰性膜片上，再卷成螺旋状置于反应器中,或将酶固定在中空纤维的内壁制成反应器；也可将固定化酶置于金属网框中进行酶反应。在反应中产气(如CO2)严重时，可考虑采用多层酶反应器。采用固定化细胞时的反应器，基本上和固定化酶反应器相同，但在好气培养时要便于空气导入和废气排出。
综合实训一生物反应器的操作 一、目的要求： 1.掌握机械搅拌通风发酵罐的基本结构 (1)发酵罐主体 (2)蒸汽灭菌系统：正确把握各阀门的操作 (3)通气系统 (4)加热冷却循环系统：各管道联络关系 (5)搅拌动力系统 (6)智能控制系统 2.掌握发酵罐小试的基本操作，包括：培养基配制，灭菌，接种，参数设定 3.掌握发酵过程中的参数测定和在线控制，包括：pH，DO，温度，搅拌速度， 生物量，残糖含量，产物生成量，消泡，CO2。 4.运用所学知识分析发酵过程中的实验数据，讨论某一特定菌株的发酵规律。 二、实验试剂和仪器 1、解脂假丝酵母AS2.1379培养基的配制 培养温度：30℃ 培养时间：2天 （1）种子培养基(100ml)：蔗糖2.0g, 蛋白胨0.5g,NaCl 0.2g, K 2HPO 4 0.2g, 酵母浸膏0.5g； (2)发酵培养基：(%,W/V): 豆油4.0, 全脂豆粉4.0, K2HPO4 0.1, KH2PO4 0.1. 2、主要试剂和原料 菜籽油、橄榄油、玉米油、叔丁醇、甲醇、NaOH、CuSO4 3、仪器 分光光度计、CRYOBANK TM菌种保存管、摇床、电子天平、恒温培养箱、超净
实验台、离心机、50ml锥形瓶、培养皿、离心管、移液管、滴管、烧杯等 三、实验步骤 1、发酵罐操作步骤： （一）了解机械搅拌通分发酵罐的基本结构 （1）．罐体 （2）．发酵罐的搅拌系统 （3）．空气供给系统 （4）．温度控制系统 （5）．pH控制系统 （6）．过程变量的测量 （7）．灭菌系统 （二）生物过程灭菌与发酵过程的操作 1、灭菌操作过程 2、发酵过程操作 （三）测量与控制系统 2、具体操作过程 1）. 了解机械搅拌通分发酵罐的基本结构 2）. 培养基的配制 3）. 装料、灭菌 4）. 溶氧电极“0”的标定 灭菌完毕，此时发酵罐中为100％水蒸气分压，标定溶氧为“0” 5）. 降温冷却 6）. 取样操作 旋松放料口螺旋阀门（开启方向与正常螺旋相反），打开取样阀，先弃掉约20-30mL样液（为什么？），再收集30-50mL灭菌培养基液体，关闭放料阀、取样阀、样液用已灭菌的4层纱布过滤样液（4℃冰箱保存），样液作用测定用。7）. 接种 当罐温降低至40℃以下时，采用火圈法接种摇瓶种子100mL。 火圈法接种：当各测量参数显示正常稳定时，就可进行接种（接种时应确保
生物反应器 生物反应器，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气，从而达到降解土壤中污染物质的目的。与固相系统相比，生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。通过研究生物反应器，我们可以了解到：可以知道为达到一定的生产目的需要多大的生物反应器，确定什么样的结构更好；其次，对已有的生物反应器进行分析，达到优化的目的；还有就是分析各种生物反应器的数据，从而对细胞的生长、代谢等过程有更加深入的理解，生物反应器是工程学的一部分也是化学工程的一个分支，加上成本低.、设备简单、效率高、产品作用效果显著、减少工业污染等优点使他能够在很多方面都有着重要的应用，如改良乳汁品质、生产药用蛋白、外源基因在动物体内的位点整合问题、.乳蛋白基因表达组织特异性问题、目的蛋白的翻译后修饰问题、转基因表达产物的分离和纯化问题、转基因的技术与方法问题、伦理道德问题等诸多方面。 生物反应器经历了三个发展阶段：细菌基因工程、细胞基因工程、转基因动物生物反应器。转基因动物生物反应器的出现之所以受到人们极大的关注，是因为它克服了前两者的缺陷，即细菌基因工程产物往往不具备生物活性，必须经过糖基化、羟基化等一系列修饰加工后才能成为有效的药物，而细胞基因工程又因为哺乳动物细胞的培养条件要求相当苛刻、成本太高而限制了规模生产。另外，转基因动物生物反应器还具有产品质量高、容易提纯的特点。一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫做动物生物反应器。几乎任何有生命的器官、组织或其中一部分都可以经过人为驯化为生物反应器。从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳
第39卷第3期2011年3月化学工程 CHEMICAL ENGINEERING （CHINA ）Vol．39No．3Mar．2011 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51006047） 作者简介：闻建龙（1962—），男，教授，主要从事二相流动理论及应用的研究；赵松峰（1986—），男，硕士研究生，主要从事二相流研究， E-mail ：zhaosf123@126．com 。 新型气力搅拌式生物反应器的实验研究 闻建龙，赵松峰，张 星，张静文 （江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212013） 摘要：为了研制培养微生物和动植物细胞或组织的生物反应器，采用微孔橡胶膜片装置使产生的搅拌剪切力较低，以满足溶氧需求较高、介质密度较高、同时具有较高黏度的液体介质的搅拌要求。实验过程中，对生物反应器进行了流动特性观察、 压力损失、反应器内含气率及溶氧质量浓度的测量等实验，选取了综合性能较好的微孔橡胶膜片。结果表明：这种生物反应器产生的气泡比较均匀， 供氧效率高，且具有较好的介质混合性能，对反应器内的液体介质无机械的剪切破坏。与传统机械式搅拌生物反应器相比，具有明显的优点，可应用于对介质剪切性能要求较高的中小型反应器。 关键词：气力搅拌；生物反应器；微孔橡胶膜片；含气率；混合性能中图分类号：TQ 021．1 文献标识码：A 文章编号：1005- 9954（2011）03-0059-04Experimental study on new pneumatic stirring bioreactor WEN Jian-long ，ZHAO Song-feng ，ZHANG Xing ，ZHANG Jing-wen （College of Energy and Power Engineering ，Jiangsu University ，Zhenjiang 212013，Jiangsu Province ，China ）Abstract ：In order to culture the cell of the microbe and flora or fauna ，a new membrane bioreactor was developed．The microporous rubber membrane was used for lowering the stirring shear force to meet the stirring demand for the fluid media with rich dissolved oxygen ，high density and high viscosity．In this experiment ，the flow characteristic ，pressure loss ，gas holdup and dissolved oxygen mass concentration for the reactor were investigated ，and the microporous rubber membrane with better comprehensive properties was selected．The result indicates that this kind of membrane bioreactor is featured by homogeneous air bubble ，high rate of oxygen supply ，good properties of blending and no mechanical shear damage on the liquid medium in the reactor．Compared with the conventional mechanical string membrane bioreactor ，the reactor has obvious advantages and can be widely used in the medium-size and small-size reactors that have higher requirement for the shear properties of medium． Key words ：pneumatic stirring ；bioreactor ；microporous rubber membrane ；gas holdup ；mixed properties 生物反应器是实现生物技术产品的关键技术，是连接原料和产物的桥梁。生物反应器分为：通过机械搅拌输入能量的机械式生物反应器，利用气体喷射动能的气升式生物反应器和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器。目前使用最广泛的仍是机械搅拌式生物反应器。机械式搅拌器存在能耗高、径向剪切力大、容易伤害菌体等局限性。随着生物技术的发展，为满足溶氧需求较高、介质密度较高、同时具有较高黏度的液体介质搅拌的要求，需要在较低的剪切力条件下培养微生物和动植物细胞或组织来获取生物制品的场合。以气体喷射动能的气力搅拌式生物反应器，能克服以上局限，用于细 胞培养、生物发酵等场合［1］ 。 1 反应器实验装置 实验采用橡胶膜片微孔气体分布器的生物反应 器（见图1），是一种新型的气力搅拌式反应器［2］ 。反应器结构简单，内部无运动部件。由压缩空气提供能量，依靠含气泡液体与纯液体的密度差造成的 升力使气液二相充分混合，实现均匀搅拌过程［3］ 。反应器的关键部件是橡胶膜片微孔气体分布器，本文对反应器进行了实验观察与测量，选取最佳开孔尺寸及方式的橡胶膜片（见图2）。使用添加剂，改变实验用水的动力黏度和表面张力，以模拟真实生
教学基本内容： 讲授微生物反应器的操作方式，包括分批式操作、连续式操作、流加式操作。连续式操作的定义、数学模型，连续稳态操作条件，连续操作的优缺点，在生产上和科研中的应用；流加式操作的定义、数学模型，定流量流加、指数流加的概念，流加式操作的控制优化问题。分批式操作下微生物生长曲线。 5.1 微生物反应器操作基础 5.2连续式操作 5.3 流加式操作 5.4 分批式操作 授课重点： 1. 三种基本操作方式的比较。 2. 单级连续式操作的数学模型，连续稳态操作条件，冲出现象。 3. 连续操作的优缺点及在生产上和科研领域的应用。 4 流加式操作的数学模型，指数流加和定流量流加的概念。 5. 流加操作的控制与优化。 6. 分批式操作下微生物的生长曲线。 难点： 1. 连续式操作的数学模型。 2. 多级连续培养的数学模型。 3. 流加式操作的数学模型。 本章主要教学要求： 1. 理解微生物反应器操作方式的概念。注意连续式操作、流加式操作和分批式操作的区别。 2. 理解和掌握连续式操作的数学模型及连续稳态操作条件。 3. 理解指数流加和定流量流加的区别。 4. 了解连续式操作的优缺点和应用。 5. 了解流加式操作的优化和控制。
5.1微生物反应器操作基础 5.1.1 微生物反应器操作方式 分批式操作：是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。 连续式操作：是指分批操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件不随时间变 化的操作方式。 流加式操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求 加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取 出反应物料的操作方式。 V V V 图5－3连续式操作
第七章生物反应器的放大与控制 生物工程技术的最终目标是为人类提供服务，创造社会和经济效益。因此，一个生物工程产品必须经历从实验室到规模化生产直至成为商品的一系列过程，其研究开发包含了实验室的小试，适当规模中试和产业规模化生产等几个阶段。随着生物产品的生产规模增大，生物加工过程中的关键设备——生物反应器也逐渐增大。生物反应器的放大是生物加工过程的关键技术之一。 从小型的实验室生物反应器到生产规模的生物反应器，离不开工艺条件和参数优化。这时，就要对生物反应器的多项参数进行检测，利用自动化技术实现生物反应过程的最优控制。 本章就生物反应器的放大与计算、生物反应过程的参数检测与控制作一阐述。 第一节生物反应器的放大 生物反应过程的工艺和设备改进的研究，首先在小型设备中进行，然后再逐渐放大到较大的设备中进行。然而在实践中往往是小罐中获得的规律和数据，常常不能在大罐中再现。这就涉及反应器放大的问题。生物反应器的放大是指将研究设备中的优化的培养结果转移到高一级设备中加以重演的技术，实际上也兼具生物反应过程放大的含义。它是生物技术开发过程中的重要组成部分，也是生物技术成果得以实现产业化的关键之一。 反应器的放大涉及内容较多。除涉及微生物的生化反应机制和生理特性外还涉及化工放大方面的内容，诸如：反应动力学，传递和流体流动的机理等。因此，它是一个十分复杂的过程。 目前反应器的放大方法主要有：经验放大法、因次分析法、时间常数法和数学模拟法。 一、经验放大法 经验放大法是依据对已有生物反应器的操作经验所建立起的一些规律而进行放大的方法。这些规律多半是定性的，仅有一些简单的、粗糙的定量概念。由于该法对事物的机理缺乏透彻的了解，因而放大比例一般较小，并且此法不够精确。但是对于目前还难进行理论解析的领域，还要依靠经验放大法。对于生物反应器来说，到目前为止，应用较多的方法也是根据经验和实用的原则进行反应器的放大和设计。下面介绍一下具体的经验放大原则： （一）几何相似放大 生物反应器的尺寸放大大多数是利用几何相似原则放大。所谓的几何相似指的是两台设备的几何形状完全相似。在几何相似放大中，放大倍数实际上就是反应器体积的增加倍数，即： （7-1） （7-2） 和（7-3） 式中——反应器的高度，m； ——反应器的内径，m； ——反应器的体积，m3； 下标“1”——-模型反应器；
搅拌式反应器的模拟与优化设计 摘要 在综述了计算流体力学(CFD)技术在搅拌式反应器中的研究进展的基础上，着重讨论了搅拌式反应器中流场的模拟方法, 包括“黑箱”模型法、内外迭代法、多重参考系法和滑移网格法, 并指出了CFD技术的发展方向。在此基础上, 对反应器内流场的数学模型进行了介绍与评价。最后提出应用人工神经网络技术与遗传算法, 优化生物反应的工艺操作条件, 并结合CFD技术, 实现生物反应器的结构优化, 从而达到对生物反应系统整体优化的目的, 以指导实验与工业生产。 关键词计算流体力学，搅拌式反应器，数值模拟，人工神经网络，优化设计Simulation and optimization design of Stirred reactor Abstract： Base on the overview of computational fluid dynamics (CFD) technology in the stirred reactor research,we focused on the mixing reactor simulation of the flow field, including "black box" model of law, internal and external iteration, multiple reference frame method and the sliding mesh method, and pointed out the direction of development of CFD technology. On these basis,we described and evaluated the reactor flow mathematical model.We concludes with the application of artificial neural network and genetic algorithm to optimize the process operating conditions, biological response, and results combined CFD technology to achieve optimization of the structure of the bioreactor, so as to achieve overall optimization of the bioreactor system aims to guide experiments and industrial production. Keyword: computational fluid dynamics, stirred reactor, numerical simulation, artificial neural networks, optimization 第1章前言 搅拌式反应器( Stirred Tank Reactor, STR)因其结构灵活、操作方式多样
植物生物反应器的研究进展及应用 王勇 （广西工学院生化系20110401022） 摘要：随着植物转基因技术的发展，将植物体作为生物反应器生产有用的生化产物是当今生命科学技术研究中最热门的领域。植物生物反应器是近年来生物技术领域新的研究方向，利用农作物进行疫苗、药用蛋白的生产，具有广阔的市场前景和商业价值。植物系统具有低成本、安全和易规模化优势，其表达生物活性药用蛋白能力已被许多研究所证实；同时，植物药用蛋白产品还表现出潜在的市场和广阔应用前景。利用植物生物反应器生产药品是生物制药的一个分支，该技术通过基因工程植物生产药用蛋白质分子、肽和二级代谢物，具有成本低、规模化生产等优点。 关键词：植物生物反应器；转基因植物；重组蛋白；制药 随着人类经济社会的发展，对传统农业产品的要求也越来越高。现代生物技术，尤其是农业生物技术的迅速发展，对全球现有的农作物种植和生产结构能够产生重要影响。植物生物反应器是生物反应器研究领域中的一大类，是指通过基因工程途径，以常见的农作物作为化学工厂，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的方法。植物生物反应器就是利用植物这个系统，包括植物细胞、组织器官以及整株植物为工厂，来生产具有商业价值的生物制品，包括疫苗、抗体、药用蛋白等，许多研究证实植物系统
具有表达活性哺乳动物蛋白的能力，在产品质量、成本和安全方面已显现出优势，并很快得到科学家和生物制药业的认可．据预测，未来5～1O年植物将成为临床治疗或诊断药品的主要生产系统。 1 植物生物反应器特点及优越性 许多研究证实植物系统具有表达活性哺乳动物蛋白的能力，在产品质量、成本和安全方面已显现出优势，并很快得到科学家和生物制药业的认可。科学家预测，不久的未来，植物生物反应器很可能成为生物化学药物及多种有用蛋白的重要生产系统。植物作为生产药用蛋白的生物反应器，为人类提供了一个更加安全和廉价的生产体系，与微生物发酵、动物细胞和转基因动物等生产系统相比，它具有许多潜在的优势。以生物学生产要求很高的疫苗为例，它的优点有：(1)技术较成熟，成本低廉，使用方便，易于推广；(2)植物具有完整的真核细胞表达系统，能准确地进行翻译后加工；(3)无须提取纯化过程，可直接食用免疫；(4)比传统的免疫途径更有效，植物细胞中的疫苗抗原通过胃内的酸性环境时可受到细胞壁的保护，直接到达肠内黏膜诱导部位，刺激黏膜和全身免疫反应；(5)安全性好，不需要注射器和针头之类的设备，避免了某些血液传播疾病。如果不以整株植物作为生产单位，而是用带有生产目的产物特性的植物细胞或组织作为生产单位，结合植物细胞培养和发酵工程方法，则可以像微生物发酵生产一样大规模工厂化生产目的产物。与人工栽培相比较，这种生产方式具有独特的优点：(1)节约自然资源，减少对土地资源的占用，同时不受地区、季节、气候等自然条件的影响；(2)细胞培养个体差异
第1，2章通风搅拌反应器 一、单项选择题 1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。 A.应该安装截止阀 B.应该安装安全阀 C.应该安装止回阀 D.不应该安任何阀门 2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。 A.小于一个或等于一个 B.大于一个小于两个 D.等于两个 C.以上答案都不对 3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。 A. 蒸气 B. 酒精 C. 冷凝水 D. 热水 4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_____。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.无搅拌器 D.锚式搅拌器 5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。 A. 空气过滤系统 B. 搅拌器 C. 空气喷嘴 D. 罐外上升管6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降 B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升 C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变 D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降 7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关 B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关 C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关 D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关 8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。 A.空气过滤系统 B.搅拌器 C.空气喷嘴 D.罐外上升管 二、多项选择题
第四章微生物反应器操作习题答案 4．答：连续培养的稳定状态，是指菌体的生长与反应液的排放、基质的流加与反应消耗及 反应液排放、产物的生成与反应液排放达到了动态平衡，因此菌体浓度、基质浓度、产物浓 度保持恒定，即，并不一定是稳定状态。如菌体因生长环境不利出现了死亡时，也满足，但不能 说是稳定状态，此时是一种静止状态，而不是动态平衡。 5．解：诱导期结束时的菌体量： X = X0 + X AO □ X DO = X0 + f A X0 □ X DO = (1+ f A )X0-X DO 菌体在t l 时间后开始指数型繁殖，因此 边界条件： t = t l , X = (1+ f A )X0 □ X DO 积分，得 X = [(1+ f A )X0 □ X DO ]exp[μ (t □ t l )]，如图所示。 当f A = 0, X = (X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] ； 当f A = 0.2, X = (1.2X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.4, X = (1.4X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.6, X = (1.6X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.8, X = (1.8X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]
6．答：设菌体生长比速为μ，菌体浓度为X，则菌体生长速率为μX。为保证菌体生长速率 不变，应采取指数流加方式，控制稀释率D = μ ，此时流加操作可达到拟稳态， 菌体生长速率DX = uX 。 7．答：微生物的生长可用莫诺方程表达，即 分批培养中菌体生长速率 连续培养中菌体生长速率：
动物细胞培养生物反应器的操作模式 米力 第四军医大学细胞工程中心，国家863西安细胞工程基地 陕西西安，710032 动物细胞培养工艺的选择首先考虑的重要一点是该产品所涉及的生物反应器系统。选择反应器系统也就是选择产品的操作模式，操作模式选择将决定该产品工艺的产物浓度、杂质量和形式、底物转换度、添加形式、产量和成本，工艺可靠性等。与许多传统的化学工艺不同，动物细胞反应器设备占整个工艺资金总投入的主要部分（＞50%），也就是说动物细胞培养工艺的选择主要部分是生物反应器系统的选择。选择反应器系统及培养工艺时，必须对工艺的整体性进行全面考虑，主要包括以下几个方面：细胞株及生长形式、产物表达量和稳定性，培养基质及代谢物，产物分离和纯化难度等。 动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。 1. 批式操作（batch culture） 批式操作是动物细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。 该方式的特点:(1) 操作简单。培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，
生物反应器的现状及发展趋势 【摘要】：生物反应器的研制不仅对现有生物产业的发展起着关键作用,而且可以用于进行高附加值化合物、药物等的生产。生物反应器在生物产品研究工作中是一个必不可少的重要工具和手段。人类正面临人口膨胀、陆地资源减少和环境恶化等全球性问题。传统的生产模式已经很难适应经济快速发展的需要，生物反应器的研究工作正在世界范围内蓬勃兴起。本文对生物反应器的现状及发展趋势进行了综述。 【关键词】：生物反应器；结构；功能；优缺点； 1 生物反应器的定义 生物反应器：生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。 2 生物反应器的分类 2.1 发酵罐 2.1.1 发酵罐的主要构造 其主体一般为不锈钢制成的主式圆筒，其容积在一平方米至数百平方米。内部及顶部、底部有附件。 2.1.2 发酵罐的主要分类 （1）通气机械搅拌罐 通气机械搅拌罐（后面简称发酵罐）是许多发酵过程的首选设备，具有高传质和传热能力，理想的气液混合效果，较长的液体停留时间和较宽的操作气速。但缺点也明显，郾剪切力较大，损害许多剪切敏感型微生物能耗大，混合不均。因此，发扬通风搅拌罐的优势，克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统，包括搅拌器和多层搅拌系统的优化，搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器，目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能，或者改变反应器的流态，使得剪切力可以均匀的分布，保护反应器中的微生物。多层搅拌系统很早就开始使用，但由于对其工作机理研究不够深人，多年来一直采用简单的经验设计方法，没有发挥其应有的优势。 目前对于通风搅拌发酵罐的认识已经到了一个新的高度，主要表现在研究的内容和手段两面面，从内容看，对多层搅拌系统的研究不只是以单搅拌研究为基础的延伸，而是以多层搅拌为研究目标研究的深度和广度都在扩展，同时，研究溶液性质对传质和混合的影响，使得得出的成果更接近实际，为进一步的精确设计提供了相当的基础，尽管目前这些进步还不能实现完全通过计算就可实现发酵罐的放大设计。当然，这些成果的取得是伴随研究手段取得的进步，一些先进的仪器和技术为深入了解现象的内在规律提供了可能，如用于观察流体流动状态的多普勒流体分析仪、多普勒速度仪，分析工具计算流体力学及软件，准确测量体积氧传递系数Ｋｌａ动压法等等。对于气液系统，用最小的功率消耗获得最大的气含率是最重要的设计目标，组合搅拌系统的底搅拌必须采用纯径向流搅拌器（如圆盘直叶涡轮搅拌桨），顶部采用混合流搅拌桨（如折叶开启式涡轮搅拌桨）向下输送液流，且液流应在湍流状态。得到最大的气含率就相当于得到最大的气液传质系数，这个结论有助于在设计时找出获得最大传质系数Ｋｌａ同时功耗最低的设计参数。同样在搅拌系统设计中，引进新型高教的搅拌器可以进一步提高发酵罐的效率和表现。另外，搅拌系统设计的另一个重要原则就是对发酵液的理化性质的关注，由于发酵液成分复杂。对Ｋ－ａ的影响也是比较显著的，因此，根据发酵液的特性设计搅拌系统也是非常必要的，由于目前还无法量化描述发酵液成分对发酵过程传质传热的影响，大型发酵罐的设计应以小型试验为基础，选择适合的关联式作为放大依据。可能是最佳的设计方法。尽管，对发酵罐搅拌系统的研究已经取得了许多可喜的进展，但仍有许多同题需要深入研究。总体上，
MBR（膜生物反应器）介绍 （一）、MBR 工艺的组成和原理 一、MBR 工艺的组成 膜- 生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜- 生物反应器实际上是三类反应器的总称：①曝气膜- 生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ；②萃取膜- 生物反应器（Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）；③固液分离型膜- 生物反应器（Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 简称MBR ）。 二、曝气膜- 生物反应器 曝气膜- 生物反应器最早见于Cote.P 等1988 年报道，采用透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点（Bubble Point ）情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。如图[1] 所示。 图[1] 三、萃取膜- 生物反应器 萃取膜- 生物反应器又称为EMBR （Extractive Membrane Bioreactor ）。因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理；当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染。为了解决这些技术难题，英国学者Livingston 研究开发了EMB 。其工艺流程见图 2 。废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物可以选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理效果稳定。系统的运行条件如HRT 和SRT 可分别控制在最优的范围，维持最大的污染物降解速率。 [ 图2] （暂缺） 四、固液分离型膜- 生物反应器 固液分离型膜- 生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜- 生物反应器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。在传统的废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，从而限制了生化反