生物反应工程基础..pptVIP

膜生物反应器 生物法废水处理工艺流程 厌氧反应器 生物反应器 膜反应器最重要的特征之一是可以选择性供应和除去不同化学物质。 膜对不同物质的选择性透过性能，可用来去除抑制性代谢物和回收不稳定产物，防止降解。用酶反应器水解蔗糖，可分离单糖和二糖。 如在包埋酵母的膜反应器中，可用反渗透膜选择性除去抑制剂乙醇而保留葡萄糖。 而通过选择合适的膜孔径可浓缩大分子产物。应用于动物细胞培养中，可富集产物，降低分离成本，间歇或在操作结束时从细胞区收集浓缩产物。膜反应器截留了产物，也浓缩了蛋白酶。 酶和细胞的保护机械应力对菌丝体微生物、植物细胞、尤其是动物细胞（缺乏坚硬的细胞壁）的活性有很大的影响。碰撞和机械搅拌造成的剪切以及气泡破裂引起的细胞损伤都有不同的作用。酶和简单原核生物（除放线菌以外）对反应器中的剪切力不敏感，在搅拌罐中失活的原因是在气液界面蛋白质和其他生物大分子的变性，在有泡沫时尤其严重。在循环式反应器中，微生物可以达到高密度，但是用泵使细胞通过外循环会造成伤害。在膜反应器中，这些问题都可以消除，酶或细胞处于相对静止的环境，免受机械伤害，而且一般不与空气直接接触。在某些情况下，膜反应器可采用相对较粗的原料，因为胶粒、微粒和其他无用的成分不会进入酶和细胞区。在膜反应器中水解乳糖，可以使用未处理的乳清或脱脂牛奶。 存在的问题： 1、膜污染，是国内外研究者面临的主要问题。诸多研究表明，生物细胞的胞外聚合物是膜污染的重要因素，因为它在污泥混合液中的累积可引起混合液粘度的增加以及膜过滤阻力的增加。膜污染现象非常复杂，它取决于浓度、温度、pH值、离子强度、氢健、偶极间作用力等物理和化学参数。其实，膜污染在膜生物反应器工艺中是非常复杂、难控制的，它是膜生物反应器工艺实用化的主要问题。能耗是制约膜生物反应器推广的又一重大问题，因为膜生物反应器工艺的发展不仅取决于工艺本身，还取决于其经济可行性。分置式好氧膜生物反应器的典型能耗为6kWh/m3～8kWh/m3。 2、成本高，低成本的膜材料的开发、膜材料的改性、膜寿命的延长等问题都是膜生物反应器工艺应用于污水处理与回用所亟待解决的问题 * * * * * * * * * Monod方程：现代细胞生长动力学的奠基人Monod早在1942年就指出，细胞的比生长速率与限制性基质浓度的关系可用下式表示： 1)、细胞的生长为均衡式生长，因此描述细胞生长的唯一变量是细胞的浓度； 2)、 培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其它组分为过量不影响细胞的生长； 3)、细胞的生长视为简单的单一反应，细胞得率为一常数。 Ks一底物相关常数（饱和常数），为μ为1/2μm时限制性营养物质的浓度。 从上述方程可知： 如果各种营养物质均大大过量的话，则μ=μm，这时便是指数生长期。也就是说，处于指数生长期的微生物．其生长繁殖不受营养物质的限制，因而具有最大比生长速率。如果发酵的目的是为了获得微生物菌体的话，则应尽量设法维持指数生长期。 如果底物耗尽，S=0?， μ=0， 静止期细胞浓度不再增加。静止期内的细胞浓度为最大浓度。 Monod方程是从经验得出的，常称为形式动力学 当限制性基质浓度很低时，S《Ks，此时若提高限制性基质浓度，可以明显提高细胞的生长速率。此时有： Monod方程虽然表述简单，但它不足以完整地说明复杂的生化反应过程，并且已发现它在某些情况与实验结果不符。并且，方程中的Ks完全是经验的，物理意义不明显。 其他生长动力学方程 第四节 生物反应器 生物细胞或生物体组成参与的生产过程可统称为生物反应过程，利用生物催化剂进行反应的生物反应器在生产过程中，具有重要 的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。 生物反应器的型式和操作方式： 常见的生物反应器包括：搅拌釜式间隙反应器； 连续釜式反应器；间隙塔式反应器 ；流加搅拌釜式反应器；连续通气气升式反应器 型式 ：釜式 塔式 管式 操作方式： 间歇 连续 流加 补料 两者结合可以形成很多种可以在工业生产中使用的生物反应器。 1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 2）有良好的气-液-固接触和混合性能和高效的热量、质量、动量传递性能； 3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。 一个良好的生物反应器应满足下列要求： 一、机械搅拌式生物反应器 结构包括：罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等 其中： 1、搅拌器和挡板：搅拌的主要作用是混合和传质，即