第23卷第1期
烟台大学学报(自然科学与工程版)
Vol .23No .12010年1月
Journal of Yantai University (Natural Science and Engineering Editi on )
Jan .2010
文章编号:1004-8820(2010)01-0032-06
收稿日期:2008-03-21
基金项目:国家十五重点科技攻关项目(2001BA707B03);农业部辽宁省海水增养殖与生物技术重点实验室开放课
题项目(K2006-03);烟台市科技攻关计划项目(2009219).
作者简介:孙利芹(1973-),女,山东烟台人,博士,副教授,主要从事生物化工领域的教学和科研工作;通讯联系人:
王长海(ch wang2001@sina .com ),教授,博士生导师.
2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较
孙利芹
1,2
,王长海2,史 磊
1
(1.烟台大学海洋学院,山东烟台264005;2.大连理工大学生物科学与工程系,辽宁大连116024)
摘 要:对自主研发的平板式光生物反应器和柱状气升式内环流光生物反应器的主要性
能参数进行了测定,以纤细角毛藻为培养对象对两者性能进行了综合评价.结果表明:平板式光生物反应器具有高的液体循环速度和相对较小的光衰减程度,更有利于藻体细胞
对光的吸收,纤细角毛藻的培养密度和生长速率分别达到6.98×108
/mL 和1.42/d,并且操作简单、容易放大,适合于微藻的规模化高密度培养;柱状气升式内环流光生物反应器培养效率相对较低,纤细角毛藻的培养密度和生长速率仅为1.52×108
/mL 和0.935/d,但其培养环境稳定、主要培养参数容易控制,可实现无菌化纯培养,在探索微藻生长动力学、优化微藻培养条件和转基因微藻的培养等方面具有优势.因此在微藻培养时应根据实际的应用目的不同选择适合的光生物反应器.
关键词:光生物反应器;微藻;性能参数;应用比较中图分类号:Q949 文献标识码:A
海洋微藻为光合自养生物,在其生长过程中如何提高微藻细胞对光能和营养物质的利用效率是微藻高密度培养的关键问题.微藻细胞对光的利用效率受到入射光强度、光照时间、光生物反应器形状、材质等因素的影响,其中光生物反应器因其几何形状的不同,决定了光暗循环时间、光衰减程度等性能参数的不同,从而影响了细胞对光的利用效率.
传统的海洋微藻培养多采用开放式培养系统,存在培养条件难以控制、生产周期受季节限制、易受污染等不可克服的缺点,其培养效率和所获产品的附加值均较低.自20世纪50年代以来人们将开发的重点转向密闭式光生物反应器的研制,尤其是1983年Pirt 等人的开创性研究工作为光生物反应器的设计、运转原理及生物工程原理奠定了基础,继其之后各种新型的密闭式光生物
反应器如搅拌罐式、板式、管式等反应器相继问
世,呈现出良好的发展势头,并成功用于盐藻、紫
球藻、雪藻等的培养[1-6]
.但与传统生物反应器及发酵工业相比,光生物反应器的研制开发尚处于初级研究阶段,尤其是其应用研究涉及面较窄,仅局限于少数几种微藻,并且在微藻高密度培养技
术方面缺少完整、系统的研究[7]
.
本研究在自行研制的柱状气升式内环流光生物反应器基础上,又开发出平板式光生物反应器,并将其用于海洋微藻的培养.本文旨在对2种光生物反应器的主要性能进行比较,并对其用于微藻培养的特点进行评价,为2种光生物反应器能更好地用于海洋微藻的培养和工业化生产提供理论依据.
1 材料与方法
第1期孙利芹,等:2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较1.1 藻种
纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis ),原种购于中国海洋大学微藻种质库,经本实验室活化后用于实验藻种.1.2 培养基
采用本实验室优化的培养基配方:Na 2Si O 3?9H 2O 012g /L;Na NO 3110g/L;NaHCO 30115g/L;KH 2P O 40.02g/L;V B1217mg/L;V B12115μg/L;f/2微量元素1mL,无菌海水配制.1.3 微藻生物量的测定
藻体细胞计数:培养液经适当稀释后以血球计数板计数,每个样品计6次后取平均值.比生长速率的测定[1]
:比生长速率计算公式:K =21303(lg N -lg N 0)/t .1.4 反应器主要性能参数的测定1.4.1 液体循环时间的测量 液体循环时间的测定采用双pH 电极,脉冲注入适量的20%H 2S O 4或30%Na OH,根据pH 电极的响应曲线,重复6次,计算液体的平均循环时间(t c ).1.4.2 液体循环速度的测量 液体循环速度根
据通气率和测得的液体平均循环时间计算得到.1.4.3 光衰减的测量 采用水下照度计(Z DS -10型),将照度计水下探头放到培养液内部与入射光垂直的截面上的不同水平点测量3次,取光照强度的平均值.1.5 反应器的主要结构特点及装置简图
42L 柱状内环流气升式光生物反应器(AL 2CBR )的结构特点为:①整体为玻璃-不锈钢结构,耐酸和碱的腐蚀、可全方位接受光照,具有pH 、温度和溶解氧自动调节、监控和记录的功能;②可进行完全灭菌,实现藻体的纯培养.反应装置简图见图1.
图1 42L 柱状光生物反应器
Fig .1 42L colu mnar phot obi oreact or
30L 平板式光生物反应器(FPP BR )的结构
特点为:①反应器材质为有机玻璃,透光性能良好、可全方位接受光照,具有pH 、温度和CO 2自
动调节、监控和记录的功能,光源外置,光辐照可在任意范围内进行调节;②反应器灭菌采用稀盐酸处理;③反应器整体结构简洁、呈扁平垂直立体式,装拆方便,便于清洗.装置流程图见图2
.
图2 30L 平板式光生物反应器
Fig .2 30L flat 2p late phot obi oreact or
2 结果分析
2.1 通气速率与液体循环时间、循环速度的关系
以海水为介质,在不同的通气条件下,对柱状气升式内环流光生物反应器的液体循环时间和循环速度进行测定,结果见图3
.
图3 内环流反应器中通气速率,液体循环时间和循环速
度的关系
Fig .3 Relati onshi p bet w een aerati on rate,circulati on ti m e
and liquid fl o w vel ocity in internal l oop phot obi oreact or
因该类型反应器的结构限制,其通气量可选择的范围较窄.实验中通气量可维持在1～12L /m in 范围内.由图3可见,随着通气量的增加液体的循环时间逐渐减小,并且,当通气量增加到5L /m in 时,液体循环速度和循环时间变化趋势则明显趋于平稳,即通气量的增加对液体循环时间
3
3
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的影响减小.这表明当通气量较高时,由于随着循环速度的增加液体循环的阻力也不断增大,液体循环速度的增加较缓慢,当通气量为12L /m in 时,液体循环速度达到最大.根据所测数据得出该反应器液体循环时间(t c )与通气量(X )之间的关联式为
t c =15.5X -0.0125
.(1)液体循环速度V c 与通气量(X )的关联式为
V c =-e
-5
X 2
+0.0035X +0.148.
(2)
与柱状气升式内环流光生物反应器不同,平板式光生物反应器的结构相对简洁,可选择通气量的范围比较宽广;考虑到实际微藻培养过程中大的通气流速形成的机械剪切力可能对藻细胞造成一定的损伤,因此,本实验将通气量限制1～19L /m in 范围内.从图4可见,通气量1～5L /m in 范围内,液体循环时间和循环速度与通气量几乎成直线相关性,当通气量为11L /m in 时,液体循环速度和循环时间的变化基本趋于平稳,通气量的增加对液体循环时间的影响逐渐减弱.当通气量为19L /m in 时,液体循环速度达到最大值.平板式光生物反应器中液体循环时间(t c )、液体循环速度(V c )和通气量(X )之间的关系也可用下述方程式来表示:
t c =2.47X -0.834
,
(3)V c =-0.42X
4
+1.49X 3
-
1.20X 2
+0.90X +0.14.
(4
)
图4 平板反应器中通气速率,液体循环时间和循环速度
的关系
Fig .4 Relati onshi p bet w een aerati on rate,circulati on ti m e
and liquid fl ow vel ocity in flat p late phot obi oreact or
在海洋微藻培养过程中,单个细胞接受光照的时间和在培养介质中的运动速度是其生长的主
要限制性因素,而这两者与培养液在反应器中的
循环时间、循环速度和通气量大小有直接关系.通过对比2种结构的气升式光生物反应器中三者的关系发现,在单位体积通气速率相同的情况下,在平板反应器中的液体循环时间要少于在柱状气升式内环流光生物反应器中的时间,以通气比为012vv m (平板反应器按装液量为25L,通气量为5L /m in 计算,柱状反应器按装液量为40L,通气量8L /m in 计算,以下同)为例,平板反应器中的
液体循环时间和循环速度分别是5148s 和0148m /s,分别比后者少3917%和4117%.而且,由于具有简单的平面式结构使得在同等气体压力下,平板反应器中的通气量更容易被提高,本实验条件下很容易达到19L /m in,而同等条件下由于柱状气升式内环流光生物反应器中大液体流动阻力的限制使其难以获得高的通气量,最终导致液体循环时间的增加.这说明在介质相同的情况下,反应器几何结构间的差异是影响液体循环时间和循环速度的重要因素之一.2.2 光衰减程度的比较
为了考察光在2种反应器中的衰减情况,分别将纤细角毛藻稀释成不同浓度梯度,在入射光强度为310mW /c m 2
,通气比为012vv m 的条件下,测量光在不同浓度的藻液和不同反应器中的衰减量,每个测量点重复3次,取平均值.结果如图5所示.
图5 光在反应器中的衰减规律
Fig .5 A ttenuati on rule of light in phot obi oreact or
由图5可见,随着藻液密度的提高,光在2种
反应器中呈现出不同程度的衰减,且在低的藻细胞密度时,光在2种反应器中的衰减程度相差不
大,但当纤细角毛藻的细胞密度超过4×107
/mL
43
第1期孙利芹,等:2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较时,光在平板反应器中由初始入射光强310mW /c m 2衰减到1.24mW /c m 2
,衰减率为59%,而同样情况下光在柱状内环流反应器中的衰减率为
78%.当细胞密度增大到1.6×108
/mL 时,光在柱状内环流反应器中的光照强度衰减到0.165
mW /c m 2
,而同样的光照强度下,纤细角毛藻在平
板式反应器中的细胞密度可以达到315×108
/mL,这说明在高的细胞密度下,平板式光生物反
应器更能保持相对高的透光性,从而保证细胞能够有效地进行光合作用,有利于藻细胞密度的提高.
2.3 2种光生物反应器在微藻培养中的应用
在其他培养条件相同的实验条件下(温度23～25℃,pH 715～815,通气比012vv m ,初始接种
密度1×107
/mL,培养周期10d ),以纤细角毛藻的培养为例,考察了2种光生物反应器中光照强
度对纤细角毛藻生长的影响,结果如图6.
图6 2种反应器中光照强度对纤细角毛藻生长的影响
Fig .6 Effect of light density on cell gr owth of ch .gracilis in
t w o kinds of phot obi oreact or
尽管在2种反应器中纤细角毛藻的生长速率和培养密度均与光照强度成正相关关系,即藻细胞的生长随着光照强度的增加而增加;但培养效率存在着很大的差异.当初始光照强度为513mW /c m 2
时,平板光生物反应器中纤细角毛藻培
养密度和生长速率达到了4.28×108
/mL 和1122/d,分别是柱状气升式内环流光生物反应器中纤细角毛藻培养密度和生长速率的2.85和1140倍.可见,
在相同的培养条件下,平板式光生物反应器比柱状气升式内环流光生物反应器有更高的培养效率.
图7 2种反应器中通气速度对纤细毛藻生长的影响
Fig .7 Effect of aerati on on cell gr owth of ch .gracilis in t w o
kinds of phot obi oreact ors
在同等实验条件下(温度23～25℃,pH 715
～815,光照强度513mW /c m 2
,初始接种密度1×107
/mL,培养周期10d ),考察了2种光生物反应器中通气速率对纤细角毛藻生长的影响.由图7可见,在不同的反应器中,通气速率对微藻生长的影响是不一致的.柱状气升式内环流光生物反应器中,随着通气速率的增加,微藻的生长速度和细胞密度随之增加,当通气速率为9L /m in 时,微藻细胞的生长均达到最大值,此时纤细角毛藻培养
密度和生长速率分别为1152×108
/mL 和01935d -1
;而平板光生物反应器中,纤细角毛藻细胞的生长随着通气速率的增加而迅速增加,当通气速率为15L /m in 时,培养密度和生长速率分别达到
了6.98×108/mL 和1142d -1
,分别是柱状气升式内环流光生物反应器中纤细角毛藻培养密度和生长速率的4159和1152倍.由此进一步说明平板式光生物反应器比柱式内环流气升式光生物反应器具有更高的培养效率.
2.4 2种反应器的性能比较
根据2种光生物反应器的主要参数及其在纤细角毛藻培养中的应用,结合反应器自身的结构特点,对2种光生物反应器的性能作出综合的评价见表1.
平板式光生物反应器具有光径小、A /V 比高和L /D 低的特点,可以获得高的培养效率,而且由于该光生物反应器结构简单,可以很容易根据需要进行无限性地放大,适合微藻的工业化大规模培养.相比之下,柱状气升式内环流光生物反应器的培养效率相对较低,结构复杂,放大困难,但
5
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该类型的光生物反应器具有培养环境稳定,无菌化程度高,多种环境参数可以精确定量和控制的特点,在微藻的生长特性、培养条件优化和转基因微藻等基础理论研究方面具有很大的价值.
表1 两种类型光生物反应器的性能比较
Tab.1 The assess ment of p r operties of t w o type of phot obi oreact ors
光生物反应器类型
评价项目
光径/
c m
光/暗循环
时间(L/D)3/
m s
采光面积/
体积(A/V)/
(c m2?L-1)
平均培
养密度/
(108?mL-1)
平均生
长速率/
h-1
液体混
合方式
培养温
度控制
反应器
放大
环境参
数控制
无菌化
程度
平板式反应器10.04001005～71.29
通气
鼓泡
较难,
不稳定
容易
相对
稳定
一般
柱状内环流反应器
16.8
(内径)
6420
(总体)
21.40.8～10.87
通气内
环流
容易,
稳定
难
柔和
稳定
高
3以通气比为012vv m计算.
3 讨 论
在微藻的高密度培养过程中,由于藻体细胞间的相互遮挡使光线不能透过高密度培养液,使入射光在穿透培养液的过程中存在着不断衰减的现象,距培养表面越远藻体细胞所能接受到的光强就越弱,且培养密度越高这种光衰减现象就越严重.即在与反应器表面垂直的光照方向上,入射光存在着不均匀的梯度分布现象,反应器表面的光照强度最大,而随着培养液深度的增加反应器内部所能接受到的光照强度也就越来越弱,并形成光照表面的“受光区”和远离反应器表面内部的“黑暗区”两个流动的相对稳定区域,使藻体细胞处于类似光/暗循环(L/D)的间歇光照状态.在一定的细胞密度下,每个细胞在受光区每次接受光照的平均时间、在反应器中完成一个循环周期所接受光照的相对时间的长短、是否处于光补偿点以下以及在黑暗区的时间长短直接影响整体培养的效率.因此,光生物反应器的光径、采光面积和体积比(A/V)及光/暗循环时间(L/D)等是影响其性能的主要参数[9-12].
JC Merchuk等通过液体循环时间的测量比较了鼓泡式、气升式和气升螺旋管式柱状反应器用于紫球藻培养的效果,结果显示带有螺旋管的气升式反应器由于具有小的液体循环时间和高的通气速率更有利于紫球藻产量的提高[13].Zhang Cheng wu等报道了由100个板式反应器单元组成的平板式光生物反应器系统,用于微藻N anno2 chloropsis sp.的高密度培养,细胞密度达到6×108个/mL,并指出该反应器操作简单,占地面积小,投资费用低,是目前由于大规模密闭式光生物反应器培养微藻投资最少的反应器[14].
本论文的研究结果与上述研究相一致,通过对比各种培养参数,两种光生物反应器在微藻培养方面各有优势.42L柱状气升式内环流光生物反应器由于结构限制,相同通气比下液体循环时间较长,而且通气量达到一定程度后不再容易继续增大.但此类反应器具有培养环境稳定,对温度、pH、溶解氧浓度(DO)、液体循环速度、光照强度等各种参数可以精确定量和控制的特点,可实现真正意义上的无菌培养,在探索微藻生长动力学、优化微藻培养条件和转基因微藻的培养等方面具有优势;但是该反应器结构复杂、操作繁琐、难于放大,培养效率相对较低,因此在大规模培养方面没有优势.与柱状气升式内环流光生物反应器相比,30L平板式光生物反应器具有小光径(10c m)、高A/V比(100)和低L/D(<70m s),具有高的培养效率;此外,该类型的反应器结构简洁、可以随意调节放置角度以便使其获得最佳的取光效果,从而可以克服由于培养后期高的细胞密度造成的光衰减程度增大带来的光合作用效率降低的不足,而且容易放大和加工制造、可以根据需要设计不同的光径、操作条件容易控制、占地面积小,使其在微藻的高密度大规模培养方面具有很大的价值.
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Character isti c Co m par ison of Two Photob i oreactors i n M i croa lga l Culture
S UN L i2qin1,2,WANG Chang2hai2,SH ILei1
(1.School of Ocean,Yantai University,Yantai264005,China;2.Depart m ent of B i ol ogical Science and Technol ogy,Dalian Uni2 versity of Technol ogy,Dalian116024,China)
Ab s trac t:This paper is intended t o co mp rehensively evaluate the p r operties of30L flat p late phot obi oreact or and42L colu mnar air2lift internal l oop phot obi oreact or.The main para meters of t w o phot obi oreact ors are deter2 m ined,and chaetoceros g racilis are cultured f or comparing their characteristics.Results indicate that the flat p late phot obi oreact or has higher circulati on vel ocity and l ower light attenuati on degree and could be more bene2 ficial t o abs orbing light efficiently,and the cell nu mbers and gr owth rate of chaetoceros gracilis can reach t o 6.98×108/mL and1.42/d res pectively under favorite culture conditi ons.A ls o,it can be used in m icr oalgal high2density culture in large scale.Co mpared with flat p late phot obi oreact or,cell nu mbers and gr owth rate are only1.52×108/mL and0.935/d res pectively in colu mnar air2lift internal l oop phot obi oreact or,however,the operati onal fact ors can be contr olled stably,and it could cultivate m icr oalgae under axenic conditi on.There2 fore,this kind of phot obi oreact or has advantages in research of m icr oalgal gr owth dyna m ics and conditi on op ti2 m izati on.The findings suggest that different types of phot obi oreact or should be e mp l oyed t o culture m icr oalga based on different app licati on pur pose.
Key wo rd s:phot obi oreact or;m icr oalgae;perf or mance para meter;app licati on comparis on
(责任编辑 周雪莹)
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膜生物反应器（MBR）介绍及设计应用 （内部资料） 北京碧水源科技发展有限公司 https://www.doczj.com/doc/5e2867107.html,
目录 1膜生物反应器（MBR）介绍 (1) 1.1原理 (1) 1.2工艺特点 (1) 2设计 (3) 2.1设计进水水质 (3) 2.2设计出水水质 (3) 2.3优质杂排水→城市杂用水（中水） (3) 2.3.1工艺流程 (3) 2.3.2设计说明 (4) 2.4生活污水→二级出水 (5) 2.4.1工艺流程 (5) 2.4.2设计说明 (6) 2.5生活污水→国家一级A标准 (9) 2.5.1工艺流程 (9) 2.5.2设计说明 (9)
1膜生物反应器（MBR）介绍 1.1原理 膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）简称MBR，是二十世纪末发展起来的新技术。它是膜分离技术和生物技术的有机结合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用微滤膜分离技术取代传统活性污泥法的沉淀池和常规过滤单元，使水力停留时间（HRT）和泥龄（STR）完全分离。因此具有高效固液分离性能，同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000－12000 mg/L超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零，并可截留粪大肠菌等生物性污染物，处理后出水可直接回用。 图1 膜生物反应器工作原理简图 1.2工艺特点 （1）出水水质优良、稳定。高效的固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，不须经三级处理即直接可回用。具有较高的水质安全性。
微藻光反应器研究进展 摘要：藻类不仅富含蛋白质、脂肪和碳水化合物这三大类人类所必需的物质，而且还含有各种氨基酸、维生素、抗生素、高不饱和脂肪酸以及其它多种生物活性物质，它除了作为食品外，还是生产药品、生化试剂、精细化工产品、燃料以及其它材料的一种重要原料。随着全球性资源短缺压力的日益增加，开发和利用海洋藻类将是长远解决人类食品资源和能源的重要途径。 随着人类对微藻认识的不断加深，开发和研制新型高效光生物反应器及其在微藻的高密度培养方面的应用研究已成为微藻生物技术的一个重要组成部分。本文将介绍微藻光反应器的种类、特点以及研究进展。 Abstract：The production of biofuels from microalgae requires efficient photobioreactors in order to meet the tight constraints of energy efficiency and economic profitability. Current cultivation systems are designed for high-value products rather than for mass production of cheap energy carriers. Future bioreactors will imply innovative solutions in terms of energy efficiency, light and gas transfer or attainable biomass concentration to lower the energy demand and cut down production costs. Microalgae photo-bioreactors is the key technology for realizing high-density culture and mass culture of microalgae．This article reviewed the major types，technical parameters and characters of photobioreactor applied in microalgae culture recently． 关键词：微藻光反应器研究进展 一、微藻的生物特点 微藻是一类光能自养型单细胞生物，它能有效利用光能、二氧化碳和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，是地球有机资源的初级生产力。迄今已知的藻类约有3万余种，其中微藻约占70％?。从1987年至今，新发现的具有开发价值的药用海洋天然产物已达434种。微藻具备如下特点：(1)具有叶绿体等光合器官，能有效利用太阳能将睡、二氧化碳和无机盐转化为有机化合物。(2)以简单的分裂方式进行繁殖，细胞生长周期较短，易于大规模培养。(3)可以用海水、咸水或半咸水培养，是淡水紧缺、土地贫瘠地区获得有效生物资源的重要途径。(4)富含各种物质，是人类未来食品及油料的重要来源。(5)因独特的生存环境使其能够合成许多结构和生理功能独特的生物活性物质，特别是经过一定的诱导手段，利用微藻可以高浓度合成这些具有商业化价值的化合物。 可以通过微藻培养来生产保健食品、食品添加剂、饲料、生物肥料、化妆品及其他天然产品。另外，近年来利用藻类为宿主的基因产物的生产也日益受到关注。随着人类对微藻的认识不断加深，开发和研制新型高效光生物反应器及其在微藻的高密度培养方面的应用研究已成为微藻生物技术的一个重要组成部分。 海洋微藻为光合自养生物，在其生长过程中如何提高微藻细胞对光能和营养物质的利用效率是微藻高密度培养的关键问题．微藻细胞对光的利用效率受到入
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
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。
第23卷第1期 烟台大学学报(自然科学与工程版) Vol .23No .12010年1月 Journal of Yantai University (Natural Science and Engineering Editi on ) Jan .2010 文章编号:1004-8820(2010)01-0032-06 收稿日期:2008-03-21 基金项目:国家十五重点科技攻关项目(2001BA707B03);农业部辽宁省海水增养殖与生物技术重点实验室开放课 题项目(K2006-03);烟台市科技攻关计划项目(2009219). 作者简介:孙利芹(1973-),女,山东烟台人,博士,副教授,主要从事生物化工领域的教学和科研工作;通讯联系人: 王长海(ch wang2001@sina .com ),教授,博士生导师. 2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较 孙利芹 1,2 ,王长海2,史 磊 1 (1.烟台大学海洋学院,山东烟台264005;2.大连理工大学生物科学与工程系,辽宁大连116024) 摘 要:对自主研发的平板式光生物反应器和柱状气升式内环流光生物反应器的主要性 能参数进行了测定,以纤细角毛藻为培养对象对两者性能进行了综合评价.结果表明:平板式光生物反应器具有高的液体循环速度和相对较小的光衰减程度,更有利于藻体细胞 对光的吸收,纤细角毛藻的培养密度和生长速率分别达到6.98×108 /mL 和1.42/d,并且操作简单、容易放大,适合于微藻的规模化高密度培养;柱状气升式内环流光生物反应器培养效率相对较低,纤细角毛藻的培养密度和生长速率仅为1.52×108 /mL 和0.935/d,但其培养环境稳定、主要培养参数容易控制,可实现无菌化纯培养,在探索微藻生长动力学、优化微藻培养条件和转基因微藻的培养等方面具有优势.因此在微藻培养时应根据实际的应用目的不同选择适合的光生物反应器. 关键词:光生物反应器;微藻;性能参数;应用比较中图分类号:Q949 文献标识码:A 海洋微藻为光合自养生物,在其生长过程中如何提高微藻细胞对光能和营养物质的利用效率是微藻高密度培养的关键问题.微藻细胞对光的利用效率受到入射光强度、光照时间、光生物反应器形状、材质等因素的影响,其中光生物反应器因其几何形状的不同,决定了光暗循环时间、光衰减程度等性能参数的不同,从而影响了细胞对光的利用效率. 传统的海洋微藻培养多采用开放式培养系统,存在培养条件难以控制、生产周期受季节限制、易受污染等不可克服的缺点,其培养效率和所获产品的附加值均较低.自20世纪50年代以来人们将开发的重点转向密闭式光生物反应器的研制,尤其是1983年Pirt 等人的开创性研究工作为光生物反应器的设计、运转原理及生物工程原理奠定了基础,继其之后各种新型的密闭式光生物 反应器如搅拌罐式、板式、管式等反应器相继问 世,呈现出良好的发展势头,并成功用于盐藻、紫 球藻、雪藻等的培养[1-6] .但与传统生物反应器及发酵工业相比,光生物反应器的研制开发尚处于初级研究阶段,尤其是其应用研究涉及面较窄,仅局限于少数几种微藻,并且在微藻高密度培养技 术方面缺少完整、系统的研究[7] . 本研究在自行研制的柱状气升式内环流光生物反应器基础上,又开发出平板式光生物反应器,并将其用于海洋微藻的培养.本文旨在对2种光生物反应器的主要性能进行比较,并对其用于微藻培养的特点进行评价,为2种光生物反应器能更好地用于海洋微藻的培养和工业化生产提供理论依据. 1 材料与方法
微藻工厂化培养经验分享（附单胞藻的培养配方） 大家好，很高兴今天能跟大家交流一下微藻的规模培育。规模培育在水产养殖方面现在主要运用于大棚生物饵料方面(一定地点建立车间、浓缩之后近距离管道运输到养殖区域)、提取色素添加在饲料中，至于土塘泼洒，如何控制量、增氧和开口饵料这方面正在摸索，需要大家一起总结出经验。今天我跟大家主要跟大家分享一下藻种的工厂化规模化培育。 群里面应该很多人都培育过藻，大家都知道藻种的培育分为一级、二级、三级培养，今天我是简单从一级、二级、三级培养过程可能中遇到的问题、日常管理、接种、藻种营养配方这些方面做一下简单的交流。 因各地环境气候、温度、光照、水质条件不同。不同季节、藻种性质不同，单位水体养殖品种的需求量也不同。所以培养条件、营养盐配方等各有不同。今天我主要是以金藻为例，引申出其他藻种的营养配方，让大家学习一下其中的相似点。 国内大部分水产育苗企业，在育苗生产中都是自备微藻养殖设施，自行生产各类饵料用微藻。但是一般育苗场都普遍缺乏相应的专业技术力量，只能利用各自的藻池和天然水体粗放培养，在饵料微藻种质、生产技术和应用方法上都各自为正，导致微藻种质混乱、供应不稳定、营养成分不平衡、饵料效价低、缺乏多品种集约化生产应用技术；同时，受限于微藻高密度养殖、采收技术和浓缩液保藏技术的限制，国内几乎没有统一的、专业化的饵料微藻质量标准和集中供应点。所以工厂化育苗需要及时的补充藻种，开口饵料非常重要。 首先从工艺流程上来说 一级培养：主要用于保种，主要用的仪器是锥形瓶，其能够完全消毒，所以应用在保种上面特别多。
二级培养：主要是用塑料白桶（聚丙烯材料），生产上也用20L的饮水桶，但是瓶口小，操作不方便，消毒也不彻底；而用氧气袋又易破裂。在南方经常可以见到用玻璃制作的大型鱼缸和氧气袋。
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
许建中：产毒藻培养用光生物反应器结构研究 ７ 分压１６Ｊ和提高液相氧的脱除速率。因此反应器必需配备搅拌，尽可能增加气液接触面积和时间，保持相对合适的通气量。为保持脱氧膜的脱氧效率大于９０％，压缩空气需除油、除尘、除菌预处理。１．４在罐顶部设计自动清洗装置 如有藻体挂壁，可人工控制喷吹挂壁菌体，若因挂壁的位置及数量的不确定性，挂壁吹落的效果不完全时，可结合其它的方法并用，如雾化喷淋等保持简体清洁。２技术特点 我们根据海洋产毒藻的生理特性，特地设计研制了一款适宜用于海洋产毒藻封闭式培育的光生 物反应器——新型低剪切力式光生物反应器。采用 离心轮外循环流、内环流为同步螺旋提升管，气液混合接触时间长、传质性能好，不易损伤藻体：采用ＬＥＤ光源，吸收光谱特征优于日光灯。反应器配置内、外光源，不仅增大了反应器总照光面积，而且缩短了光程，提高了生物光合效率；采用罐座为 主、罐体内为辅的热交换装置，减少了交换器藻体附避现象，并提高了培养液温度控制精度和克服温控滞后现象；反应器供气系统设计为多路，包括脱氧空气、Ｎ２和Ｃ０２，可使几种气体定量混合，通过气体分布器均匀分散在液相中，也可以通过自动控’制实现全范围的溶解氧和二氧化碳控制：设计温度、ｐＨ、溶氧、Ｃ０２在线控制装置，易于实现培养条件的精确控制：与其它发酵罐一样具备完善的密闭性，设置排气口和取样阀，在排气口上安装冷凝管和过滤器，有利于溢料回流和防止菌体外逃。取样阀的设计可使取样时多余料液流入用户自备专用料桶。 该光生物反应器结构简单、自动化控制性能稳定、气体供给定量和均匀，密封性能好，接种、加（排）料和长时间运转不易染菌等特性。易于工程化放大，适宜海洋产毒藻的实验室研究、制备和工业生产培育的需求。 ｌ、调速电机．２、溶镁探头，３、ＰＨ电极．４、过滤器．５、冷凝器．６、冷凝管接口．７、接种口，８、营养盐、酸碱进料口．９、ｌＯ、平衡连接管，ｌｌ、取样管，１２、叶轮，１３、内循环流螺旋提升气液混合管，１４、气体扩散管，１５、罐内交换管，１６、１７、冷却水进出口，１８、内外光源，１９、罐体冷却底座，２０、罐盖，２ｌ、罐体，２２、测温传感器，２３、进气管．２４、放抖管． 图ｌ 光生物反应器结构及装置说明 图２带辅叶的离心轮 幽３螺旋气液混合导流管
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：
. 生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） XX：高金利 班级：生工2072 学号：3072106245 时间：2010年11月20日
第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。 二、啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用； 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言）；
3、发酵温度控制方便、有效，麦汁发酵时对流好，发酵速度快，可以缩短发酵周期（相对卧式罐、发酵槽而言）； 4、可以回收利用二氧化碳，并可有利于啤酒的口味稳定性与非生物稳定性（相对开口容器而言）； 5、可以一关多用，生产工艺比较灵活；简化生产过程与操作，而且酒损也现对减少； 6、制作相应要比其他发酵罐简单； 7、便于自动控制，如自动清洗和自动灭菌，节省人力与洗涤费用，卫生条件好。 三、露天圆锥发酵罐的结构 （一）罐体部分 露天圆锥发酵罐的罐体有灌顶、圆柱体与锥底3部分组成，其中：灌顶：为圆拱形，中央开孔用于可拆卸大直径法兰，以安装CO2与CIP管道及其连接件，灌顶还装有真空阀，安全阀与压力传感器。圆柱体：为发酵罐主体，发酵罐的高度主要决定于圆柱体的直径与径高比，由于大直径的光耐压低，考虑到使用钢板的厚度，一般直径＜6.0m。 圆锥底：它的夹角多为60—90°，也有90—120°，但这多用于大直径的罐及大容量的罐；如夹角过小会使椎体部分很高。露天圆锥发酵罐圆锥底的高度与夹角有关，大致占总高的1/4—1/3。圆锥底的外壁一般安装冷却夹套、阀门与视镜、取样管阀、测温、测压的传感元件或温度计，CO2洗涤装置等。
微藻的培养方式，有多种类型，现介绍一些主要的培养方式。 （一）纯培养与单种培养 纯培养与单种培养是按培养的纯度来划分的。 纯培养：是指排除了细菌在内的一切生物的条件下进行的培养。纯培养要求有无菌室、超净工作台等设备条件，容器、工具、培养液等必须严格灭菌。纯培养是科研工作中不可缺少的技术。 单种培养：生产性的培养中，是不排除细菌存在的，为了区别于纯培养而称之为单种培养。 二）一次培养、连续培养和半连续培养该类培养是按采收方式划分的一次培养：又称有限培养，是在一定的容器中，根据藻类需要加入无机和有机营养，配成培养液，把少量的藻种接种进去，然后在适宜于藻类生长的环境条件（温度、盐度、光照、PH 值等）下培养，待藻液达到一定的密度后，便一次性采收或作进一步扩大培养。 连续培养：一般在室内进行，采用自动控温、人工光源、封闭式通气培养。在培养容器内，新的培养液不断流入，达到一定密度的培养液不断流出。培养液的流入量和流出量可根据微藻的生长情况及需要进行人不控制，并保持平衡。在培养过程中，营养物质浓度和藻类细胞相对稳定，产量高，在国外应用较多，我国目前生产上很少采用。 半连续培养：是指在一次培养的基础上，当藻类细胞达到一定密度后，每天收获一部分浓藻液，并加入新的营养液继续培养。半连续培养是生产中常用的方法，每天的收获量根据育苗的需要及藻液的生长情况确定。 三）藻种培养、中继培养和生产性培养该类培养是按培养的规模和目的来划分的藻种培养：在室内进行，一般采用一次性培养法。培养容器为100-3000 毫升的三角烧瓶，瓶口用消毒的纸或纱布包扎。目的是培养和供应藻种。 中继培养：目的在于培养较大量的高密度纯种藻液，供应生产性培养接种使用。中继培养一般在室内用大的玻璃容器或塑料大袋中进行。根据需要可分为一级中继培养和二级中继培养。一级中继培养的容器为10 升的大口玻璃缸（南方各省多用）、10-20 升的细口瓶或鱼苗袋，以封闭式不通气培养为主。二级中继培养的容器为0.2-0.4 立方米的水族箱、0.5-1.0 立方米的玻璃钢水槽、0.5-1.0 立方米的小型水泥池等，以开放式通气一次性培养为主；利用塑料大袋进行二级中继培养也是新兴的、有效的好方法（见图2-13 ）。 生产性培养：可在室内也可在室外，有封闭式培养和开放式培养两种类型。目的是供给育苗中的饵料。培养容器为大型水泥池、大型玻璃钢水槽的塑料大袋；也有用土池
微藻工厂化培养经验分享附单胞藻的培养配方 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
微藻工厂化培养经验分享（附单胞藻的培养配方）大家好，很高兴今天能跟大家交流一下微藻的规模培育。规模培育在方面现在主要运用于大棚生物饵料方面(一定地点建立车间、浓缩之后近距离管道运输到养殖区域)、提取色素添加在饲料中，至于土塘泼洒，如何控制量、增氧和开口饵料这方面正在摸索，需要大家一起总结出经验。今天我跟大家主要跟大家分享一下藻种的工厂化规模化培育。 群里面应该很多人都培育过藻，大家都知道藻种的培育分为一级、二级、三级培养，今天我是简单从一级、二级、三级培养过程可能中遇到的问题、日常管理、接种、藻种营养配方这些方面做一下简单的交流。 因各地环境气候、、光照、水质条件不同。不同季节、藻种性质不同，单位水体养殖品种的需求量也不同。所以培养条件、营养盐配方等各有不同。今天我主要是以金藻为例，引申出其他藻种的营养配方，让大家学习一下其中的相似点。 国内大部分水产育苗企业，在育苗生产中都是自备微藻养殖设施，自行生产各类饵料用微藻。但是一般育苗场都普遍缺乏相应的专业技术力量，只能利用各自的藻池和天然水体粗放培养，在饵料微藻种质、生产技术和应用方法上都各自为正，导致微藻种质混乱、供应不稳定、营养成分不平衡、饵料效价低、缺乏多品种集约化生产应用技术；同时，受限于微藻高密度养殖、采收技术和浓缩液保藏技术的限制，国内几乎没
有统一的、专业化的饵料微藻质量标准和集中供应点。所以工厂化育苗需要及时的补充藻种，开口饵料非常重要。 首先从工艺流程上来说 一级培养：主要用于保种，主要用的仪器是，其能够完全消毒，所以应用在保种上面特别多。 二级培养：主要是用塑料白桶（材料），生产上也用20L的饮水桶，但是瓶口小，操作不方便，消毒也不彻底；而用氧气袋又易破裂。在南方经常可以见到用玻璃制作的大型鱼缸和氧气袋。
目录 1、EGSB反应器介绍 (1) 2、EGSB厌氧工艺原理 (1) 3、EGSB反应器特点 (1) 4、EGSB反应器启动运行 (2) 1）菌种驯化 (2) 2）颗粒污泥培养 (2) 3）负荷提高 (2) 3）试运行 (2) 5、EGSB反应器主要参数控制 (2) 1）反应器有机负荷 (2) 2）上流速度 (3) 3）环境因素的控制 (3) 6、影响EGSB反应器的环境因素 (3) 1）温度及温度的波动 (3) 2）PH值范围及PH缓冲能力 (4) 3）营养物与微量元素 (4)
EGSB反应器使用说明书 1、EGSB反应器介绍 EGSB即膨胀颗粒污泥床反应器，系第三代厌氧反应器，反应器中颗粒污泥床处于部分或全部“膨胀化”的状态。为了提高上流速度，EGSB反应器采用较大的高度—直径比和大的回流比。在高的上流速度和产气的搅动下，废水与颗粒污泥间的接触更充分。由于良好的混合传质作用，EGSB反应器内所有的活性的细菌，包括颗粒污泥内部的细菌都能得到来自废水的有机物，也就是说，在EGSB 内更多微生物参与了水处理过程。因此可允许废水在反应器中有很短的水力停留时间。 2、EGSB厌氧工艺原理 厌氧消化过程可划分为四个相对独立但密不可分的步骤：水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。 第一组微生物，酸化细菌完成厌氧消化过程的前两个步骤，即水解和酸化。它们通过胞外酶将聚合物如蛋白质、脂肪和碳水化合物水解为能进入细胞内部的小分子物质，在细胞内部氧化降解而形成二氧化碳(CO2)、氢(H2)和主要产物－挥发性脂肪酸(VFA)。 第二组微生物，产氢产乙酸菌在酸化过程中把上述产物转化为乙酸盐、氢及二氧化碳。 第三组微生物是产甲烷菌，它们将乙酸盐或氢和二氧化碳转化为甲烷。3、EGSB反应器特点 1）BOD去除率高（90%～95%）；运行稳定，构造简单。 2）更易形成颗粒污泥且分布均匀，污泥床内生物量多（可达60g/l）；非常适用于中高浓度有机废水处理。 3）容积负荷率高（20～30kgCOD/m3.d），停留时间较短，因此所需容积大大缩小；反应器容积负荷率高出普通UASB反应器2-3倍以上。 4）运行方便，采用旋混布水方式，布水均匀，传质较果好，而且不存在堵塞短流问题。 5）增设了外回流系统，厌氧反应器运行中碱度可通过回流水可以实现碱度
MBR膜生物反应器系统相关公式及设计参数 1膜生物反应器常规配套工艺 1.1 针对生活污水推荐典型工艺 1.1.1 以平板膜为核心膜组件 平板膜-膜生物反应器为核心工艺，其对预处理要求相对简单，前端设置2-3mm机械格栅对原水进行预过滤，基本能满足工艺要求。 1.1.2 以中空纤维膜组件为核心膜组件 中空纤维膜-膜生物反应器相对平板膜-膜生物反应器工艺，对预处理的要求更为严格，经过初过滤后还需要设置一道1mm的精过滤，从而确保毛发类物质不对中空膜造成缠绕，导致膜污染。
注意：对满足更为严格的出水标准，对A+MBR工艺进行不同工艺组合工艺再此不做分享。分享一组合工艺流程供大家参考。 1.2 针对工艺废水以去除有机物为主推荐典型工艺 注：如MBR系统内设置平板膜组件，则工艺路线上细格栅部分可取消。 1.3 针对工艺废水以去除氨氮为主推荐典型工艺
2膜生物反应器系统生物系统设计参数 2.1 缺氧池容积 设计原则：氮容积负荷0.2kg-N/(m3.d)以下 流入缺氧池的含氮量：Q1*C(氨氮) 容积：Q1*C(氨氮)/0.2 以上 2.2 硝化池容积 设计原则：氮容积负荷0.25kg-N/(m3.d)以下流入缺氧池的含氮量：Q1*C(氨氮) 容积：Q1*C(氨氮)/0.25 以上 注：硝化池容积考虑膜组件设置后的容积。 3膜生物反应器膜系统设计 3.1 MBR产水系统设计方案
3.2 中空纤维膜辅助系统设计 3.2.1MBR 反洗气洗系统
3.2.2 MBR 反洗加药
3.2.3 MBR CEB系统 结合有机物污染通过碱洗效果明显、盐结垢通过酸洗效果明显的原理，将化学加强反洗程序引入到MBR膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将MBR膜的污染消除在刚形成的阶段，阻止膜污染得不到及时恢复形成协同恶化的效应。 3.3 平板膜辅助系统设计 3.3.1 重力式加药系统
微藻培养条件浅析 摘要:微藻利用光和CO 合成蛋白质、糖类、脂类以及色素等大分子物质并放出O2，在人 2 类食品、保健、医药、环保和生物炼制领域具有广阔的应用前景。本文针对目前微藻培养中存在的生产成本高、产率低的问题，主要从营养盐方面入手,浅析了碳、氮、磷等营养元素对微藻生长的影响，并在此基础上，概述了开放式及封闭式两种微藻培养系统。 关键词：微藻；营养盐；培养系统 1引言 藻类是地球上最早进行光合作用的生物体，具有太阳能利用效率高、适应环境能力强等特点。微藻细胞富含蛋白质、多糖、脂类以及色素等，在食品、饲料、医药、精细化工及染料领域己得到广泛的应用。目前，由于培养技术不成熟导致的生产成本高、效率低是限制微藻产业化培养的主要因素。高效、低成本、规模化的微藻培养技术，是实现微藻产业化培养的关键。降低微藻生产成本主要有两种途径:一是降低培养原材料成本，二是提高产量。营养盐成本占微藻培养原料成本比重很大，是影响微藻生长及产物积累的重要因素。在微藻培养中，通过优化营养盐的种类，监控培养中营养盐的水平，能够提高藻细胞或目标产物的产量，同时提高营养盐的利用率，是高效、低成本、规模化微藻培养的基础。 2微藻概述 微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的水生生物。微藻能够利用阳光和CO2进行光合作用，合成有机物质并释放出O2，是自然界中光合效率最高、生长最为迅速的原始生物种类之一，其种类繁多，分布广泛。微藻富含蛋白质、氨基酸、多糖、维生素、不饱和脂肪酸和色素等多种高附加值的生物物质，可以概括为以下四类:蛋白质、糖类、脂类、核酸及各种矿物质[1]。不同种类的微藻，各种组分的含量不同。 3营养盐对微藻生长的影响 碳、氮、磷等营养元素是微藻细胞合成的基础。微藻光合作用的底物为CO2和水，产物除了糖类之外，还合成蛋白质、核酸及脂类等一系列生物活性物质，因此，需要氮、磷等元素的参与。碳源、氮源、磷源以及一些微量元素的种类和供应水平，在一定程度上影响着微藻光合作用的能力和水平，从而直接影响微藻的生长。营养盐的形态会影响微藻的生长。Chu 等[2]分别在BBM培养基中添加0.1%的乙酸钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠作为碳源培养卷曲纤维藻（Ankistrodesmus convolutus），发现添加乙酸钠作为碳源有利于藻细胞的生长，而添加柠檬酸钠和碳酸氢钠作为碳源对藻细胞的生长没有促进作用。Berman等[3]采用N03-N，NH3-N 以及次黄嘿吟、尿素、赖氨酸等有机氮源培养微藻，发现当使用尿素作为氮源时，蓝藻的生长最快且氮源得率系数最高。 许多研究表明，培养基中碳源、氮源、磷源的水平是影响微藻营养组成的主要因素。微藻对碳源的需求量很大，碳源主要影响藻细胞生长和脂类、糖类等物质的积累。Tang等[4]研究了不同CO2浓度对斜生栅藻(Scenedesmyus obliquus)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)总脂含量的影响，发现高CO2水平(30%～50%)有利于总脂和不饱和脂肪酸的积累。然而，Chen等[5]研究异养小球藻(Chorella sorokiniana )在不同的碳氮比(C/N )下细胞内总脂含量和脂肪酸组成时发现:碳源限制或者氮源限制均能促进细胞内油脂合成，且前者更为
微藻培养条件研究 【摘要】微藻因其特定的生理习性，在能源、环保、食品等领域有巨大的应用潜力，但目前大规模、高纯度培养微藻在实际中难于实现。因此，对微藻培养条件需要进行深入研究。本文根据近几年国内外对微藻的研究，对各种因子（N、P、光照、CO2等）对微藻生长过程及副产物产量的影响进行分析，为优化微藻培养条件改进垫定基础。 【关键词】微藻；培养条件 前言 微藻种类繁多、生长方式独特、产物丰富多样，使其在食品、医药、能源等领域有广泛的应用前景。但目前大规模、高纯度培养微藻在实际中难于实现。因此，对微藻培养条件需要进行深入研究。本文根据近几年国内外对微藻的研究，对各种因子（N、P、光照、CO2等）对微藻生长过程及副产物产量的影响进行分析，为优化微藻培养条件改进垫定基础。 1.微藻概况 微藻在陆地、海洋广泛分布，其生长周期短、速度快、繁殖能力强、个体较小，通常呈单细胞、丝状体或片状体，结构简单、以单细胞或集群生活，大部分能进行自养光合作用，少部分为异养生长，营水生、陆生、气生、共生的低等植物。微藻营养丰富、光能利用度高，可将H2O、CO2和无机盐转化为有机源，是地球有机资源的初级生产力。 2.培养条件对微藻生长繁殖的影响 2.1氮源对微藻生长的影响 2.1.1氮浓度对微藻的影响 谢仁荣通过单因子分析法测定不同浓度的KNO3对丛粒藻生长的影响，得出当KNO3浓度为0时，葡萄藻几乎无生长。随着KNO3浓度的提高，丛粒藻的生长速率逐渐增大；当KNO3浓度大于200mg/L时，继续增加KNO3的浓度，其生长速率增大已不太明显，但可延长葡萄藻的对数生长期，导致最后生物量的增加[1]。因此，在对数生长期添加适量氮源对获得较高的生物量是有利的。 2.1.2不同类型的氮源对微藻的影响 叶林超等研究了NH4HCO3、（NH4）2SO4、NaNO3、NH2CONH2、NH4C1和NH4H2PO4 6种氮源对小球藻生长的影响，得出在第3—5d时小球藻的生长指标达到最大值，添加NH4HCO3对小球藻生长的促进作用最明显，其细胞密度、
接种就是把藻种接到新配好的培养液中的整个操作过程。接种过程虽很简单，但应注意藻种的质量、接种藻液的数量和接种的时间三个问题。 1、藻种的质量 藻种的质量对培养结果影响很大，一般应选取无敌害生物污染、生活力强、生长旺盛的藻种来接种培养。外观藻液的颜色正常，且无大量沉淀，无明显附壁现象发生。 2、藻种的数量 接种量和接种密度对提高产量甚为重要。接种量是指藻种的绝对数量；接种密度是指藻种接种后的密度。接种量，总的原则是“宜大不宜小”。室内利用三角烧瓶、细口玻璃瓶等进行藻种培养时，接种的藻液量与新配制的培养液量的比例为1:2—4。二级培养和三级培养由于培养容器容量大，接种量可根据具体情况灵活掌握，但最少不低于1:50.（一般我们三级接种是1:20） 3、接种的时间 一般来说，接种时间最好是在上午8—10时，不宜在晚上。因为不少藻类晚上藻细胞下沉，而白天藻细胞有趋光上浮的习性，尤其是具有运动能力的种类更明显。上午8—10时一般是藻细胞上浮明显的时候，此时接种可以吸取上浮的且运动能力强的藻细胞做藻种，弃去底部沉淀的藻细胞，起着择优的作用。
1、按微藻营养模式的不同，培养方式可分为光自养、混合营养和异养三种。 （1）光自养培养 光自养是微藻的自然营养方式。微藻的光合自养生长受到很多环境因素的影响，包括营养条件、光照、温度、pH和通气条件等。优化上述因素以满足微藻生长的需要，是光合自养条件下实现微藻高密度培养的前提条件。目前实现微藻高密度光合自养培养主要采用三种方法：优化微藻培养基和培养条件，采用不同稀释比及分批补料培养避免底物抑制，或采用连续培养提高微藻生产率，以及开发具有高光能传递效率的光生物反应器。 优化培养基和培养条件可以提高微藻的生物量和代谢产物的积累。在发状念珠藻细胞光合自养培养过程中，以BG11为基础培养基，采用中心组合设计对培养基成分进行优化，在优化后的培养基中培养20d，发状念珠藻细胞干重和多糖产量分别较优化前增加了50.6%和34.9%。康瑞娟等在15L气升式光生物反应器中进行了鱼腥藻7120的光合自养培养条件优化，在细胞生长的适宜条件下，变光强培养5d，藻细胞干重达到1.5g/L，与文献报道相似条件相比体积产率提高2.4倍。 分批补料培养是在微藻分批培养中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补加物料，可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既能保证微藻生长的需要，
二、常用微藻培养液配方 微藻种类不同，培养液的配制方法也不同，即使同一种类，个人的惯用方法也不同。现将硅藻、金藻、绿藻、黄藻和蓝藻常用的培养液配方介绍如下： （一）硅藻类培养液 1、三角褐指藻、新月菱形藻培养液（1） 人尿5毫升 海泥抽取液20-50毫升 海水1000毫升 2、三角褐指藻、新月菱形藻培养液（2） 硫酸铵[（NH4）2SO4]或硝酸铵（NH4NO3）30毫克 过磷酸钙发酵尿液3毫升 柠檬酸铁（FeC6H5O7) 0.5毫克 海水1000毫升 过磷酸钙发酵尿液是将1%的过磷酸钙加入尿中发酵而成，可补充尿液中的磷肥不足和保持氮肥。 3、三角褐指藻、新月菱形藻培养液（3） 人尿1.5-2毫升 硝酸钠（NaNO3) 50毫克 磷酸二氢钾（KH2PO4）5毫克 硫酸铁[Fe2(SO4)3](1%溶液）5滴 柠檬酸钠（2Na3C6H507·11H2O) 10毫克 硅酸钠（Na2SiO3) 10毫克 维生素B12 0.2微克 海水1000毫升 适于小型和中继培养，加入10-20毫升海泥抽取液效果更好。 4、三角褐指藻、新月菱形藻培养液（4） 硝酸铵（NH4NO3）30-50毫克 磷酸二氢钾（KH2PO4）3-5毫克 柠檬酸铁铵[Fe(NH4)3(C6H5O7)] 0.5-1.0毫克 硅酸钾（K2SiO3) 20毫克 海水1000毫升 5、厄尔德-施赖伯培养液 硝酸钠（NaNO3) 100毫克 磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）20毫克 海水1000毫克 是最简单的配方，适应于硅藻的培养。 6、黄海所角毛藻培养液 硝酸铵（NH4NO3) 5-20毫克 磷酸二氢钾（KH2PO4）0.5-1.0毫克 柠檬酸铁（FeC6H5O7) 0.5-2.0毫克 海水1000毫升 加入少量人尿，效果更好。 7、生产上用硅藻培养液 硝酸钠60克（或15克硝酸钠+20尿素） 磷酸二氢钾（KH2PO4）4克 硅酸钠（Na2SiO3) 4.5克 柠檬酸铁（FeC6H5O7) 0.045克 消毒海水1米3 适合生产上培养三角指藻、新月菱形藻和角毛藻。