两相分配生物反应器——浊点系统在生物转化中的应用

利用两相分配生物反应器可以控制底物由非水相向水相释放,增加底物的溶解度和解除底物对微生物的抑制,保护产物降解,降低下游分离费用;论述了两相分配生物反应器的基本原理和发展概况,并以胆固醇边链切除生物转化为例,介绍了新开发的浊点系统两相分配生物反应器的巨大潜力。

两相分配生物反应器处理有机废气新技术

综述了近期国内外有关两相分配生物反应器处理有机废气技术的研究进展。介绍了搅拌釜生物反应器、生物滴滤塔、生物滤床等多种反应器结构及其去除有机废气的效果;分析了硅油、十六烷、十四烷等多种非水相介质在两相分配生物反应器中应用的优缺点;阐述了有机废气在两相分配生物反应器中的传质机理。最后对两相分配生物反应器的发展前景及改进方向进行了分析。

两相分配生物反应器中苍白杆菌PW对芘的降解效果

为降低PAHs对微生物的毒性,促进PAHs的降解,采用TPPB技术（two-phase patitioning bioreactor,两相分配生物反应器）对芘进行降解,研究了不同有机相（硅油、十二烷、十一醇、癸烷、十六烷、十八烷）、ρ（芘）、φ（有机相）和扰动速率对芘降解的影响.结果表明：当φ（有机相）为10.0%、ρ（芘）为100～1 000 mg/L时,T0（纯水相）及T1（水-硅油）、T2（水-癸烷）、T3（水-十二烷）、T4（水-十一醇）、T5（水-十六烷）和T6（水-十八烷）体系中芘的降解率分别为92.5%～13.9%、69.3%～20.1%、79.6%～23.3%、81.9%～26.9%、86.7%～28.1%、87.7%～34.1%、89.6%～27.4%.ρ（芘）较低时,TPPB抑制了芘的降解;ρ（芘）较高时,TPPB则能促进芘的降解.6种有机相中,十六烷对芘降解的促进效果最优.最优φ（有机相）的确定和ρ（芘）有关,ρ（芘）为200 mg/L时,最优φ（十八烷）、φ（十六烷）、φ（十一醇）分别为5.0%、2.5%和5.0%;ρ（芘）为1 000 mg/L时,其均为20.0%.液体扰动速率的提高能促进芘的降解,液体扰动速率为50～200 r/min时,T6和T5体系中的芘的降解率分别为50.1%～75.6%和54.1%～79.1%.研究显示,TPPB技术是一种潜在治理高浓度PAHs污染的有效途径,TPPB的优化是多种影响因素综合作用的结果.

两相分配(有机相—水相)生物反应器降解污染物的原理及应用

有毒有机污染物大多为人工合成的异生物合成物,具"三致"与生物难降解等特性,对环境和人类健康造成了严重的威胁。本文论述了两相分配生物反应器对有毒有机污染物的降解原理及其应用现状。该反应器基于热力学平衡原理,通过引入有机相,消除有机污染物对微生物的抑制作用,在快速降解污染物的同时实现体系的自控。现有研究表明,可高效降解苯、苯酚、BTX、多环芳烃等有毒有机污染物。此外,对该反应器的进一步研究与应用进行了展望。

两相分配生物反应器降解苯乙烯废气的研究

为提高生物法净化难溶性VOCs的效率,构建以硅油(体积分数为10%)为非水相的两相分配生物反应器(Two Phase Partitioning Bioreactor,TPPB)。通过响应面优化试验,探讨TPPB最佳工艺条件,研究进气质量浓度、循环液pH值、停留时间及液气比对苯乙烯废气净化效果的影响,并对比其与单相生物反应器(One Liquid Phase Bioreactor,OLPB)处理效果的差异。结果表明,进气质量浓度为400 mg/m^(3)、停留时间为45.77 s、循环液pH值为7.26、液气比为0.25的最佳工艺参数下,TPPB的苯乙烯去除率达96.15%。基于数学模型拟合两种反应器的传质和生物降解过程,过程模拟发现同一停留时间下TPPB中最大传质分数均高于OLPB;苯乙烯去除负荷变化与Michaelis-Menten模型相关性较高(R^(2)=98.2%),同一停留时间下TPPB的最大去除负荷和半饱和常数均高于OLPB。

两相分配生物反应器治理有机废气研究进展

通过研究国内外关于两相分配生物反应器治理有机废气进展,介绍了搅拌釜生物反应器、生物滴滤塔等多种两相分配生物反应器的结构及其工作原理;分析了硅油、十六烷等不同非水相对于不同目标污染物的去除效果;研究了两相分配生物反应器对有机废气的处理性能;最后指出如何消除液态非水相的泡沫化和反应器的堵塞问题是今后研究的关键。

气升式两相分配膜生物反应器设计

设计了一种气升式两相分配膜生物反应器,用于工业有机废气的净化处理,解决常见有机废气净化装置存在净化效率低、适用范围小以及尾气排放达不到较高标准要求等问题。采用多导流筒、低高径比和圆升气管的方形内循环式结构,进行装置的总体设计,并进行装置试运行,结果表明该装置简便易行,效率高,处理有机废气浓度广、无二次污染。

两相分配生物反应器净化VOCs废气的研究进展

在两相分配反应器中,由于非水相的介入,能够有效克服反应过程中所遇到的高浓度、高毒性的底物、中间产物的抑制以及水、底物和微生物之间的传质障碍等限制因素,实现微生物对VOCs的高效去除。本文从两相分配反应器的原理、组成以及反应器的结构进行综述,并提出两相分配反应器的应用问题。

UBF两相生物反应器对渗滤液水质的稳定化作用

为解决渗滤液直接回灌型垃圾填埋反应器(R1)的酸化问题,利用厌氧污泥复合床(UBF)和卫生填埋反应器组合为垃圾两相厌氧消化系统(R2)对垃圾降解。结果表明,与渗滤液直接回灌的R1生物反应器系统相比,UBF型两相厌氧生物反应器系统对渗滤液中有机物质的去除率更高,COD降至24600mg/L,NH3-N浓度保持在1130mg/L,pH值始终维持在7.26,为垃圾渗滤液的后续处理工艺提供了方便。此外,UBF型两相厌氧生物反应器产气性能更好,累积产气量是R1的3.06倍。

正己烷在两相分配搅拌式反应器中的传质过程研究

为研究两相分配搅拌式反应器中硅油对正己烷传质的影响,采用静态顶空法获得正己烷的气/水和硅油混合液分配系数H,通过模型拟合计算最大气相可转移至液相的正己烷体积分数βS^*,利用效能-传热单位数法计算总体积传质系数KLa。结果表明,随着硅油比例φ的提高,H显著下降;"等效吸收容量"模型可以很好地描述H与φ之间的关系;βS^*随着硅油的添加急剧增大,并随着φ提高而上升,而进气流速的增加会导致βS^*减小;KLa会随着φ上升而减小,但硅油显著提升了饱和液相正己烷浓度,从而提高正己烷的总传质速率。

在双相分配生物反应器中提高香芹酮的生物转化产量

利用红串红球菌生物转化香芹酚生成香芹酮，并优化反应过程。为最大限度地减少底物和产物在水相中的积累而造成的转化抑制，在3L双相分配生物反应器中，通过向单水相系统中引入互不混溶的第二相从而提高反应器的转化效率。本研究以十二烯作为第二相，与其它溶剂相比，十二烯不可生物降解，有较高的生物相容性及对产物香芹酮极高的亲和性。但由于生物催化剂红串红球菌的疏水性强，在有机溶剂中乳化形成隔离区室使得转化率非常低，故采用液态多聚物硅油来防止细胞在有机相中的乳化与隔离。采用该技术后，香芹酚的转化率比单相反应器约提高了1．5倍。

用CFD研究气升式内环流生物反应器下降管中的流体力学性质

在对气升式内环流生物反应器内部流动分析基础上,全面考虑反应器下降管中气泡的并聚破碎、气液两相间相互作用和滑移等,建立了能描述反应器下降管中复杂流动的CFD数学模型。运用CFX-4.4对模型方程进行求解,通过求解得到了包括气液两相速度场、局部气含率分布等详尽信息,并就液相流动速度与相应条件下的PIV测试结果进行了比较,主体流动速度的偏差在20%以下,且两者总的变化趋势一致。该模型能较好地预测反应器下降管内的复杂流场。

中低温煤焦油加氢反应器不同分配器中液体分布的CFD模拟

中低温煤焦油(LTCT)是一种高密度、高黏度的重质油品,加氢处理是对其清洁化利用的重要手段,其过程主要在滴流床反应器(TBR)内完成。气液分配器作为TBR中的重要部件,影响着反应器中催化剂床层的表现。本文建立了基于Euler-Euler方法的计算流体力学(CFD)模型,并根据已报道的文献冷模实验结果完成模型验证,对LTCT和氢气在4种分配器(泡罩型、多孔烟囱型、齿缝烟囱型和气提管型)中的流动进行了模拟,对比分析了分配器液相的分布、流动行为以及进出口压降;并且引入液体分布不均匀度(M_(f))概念,对4种分配器的气液分配效果进行了定量评价。结果表明,LTCT通过泡罩型分配器后的液相覆盖范围最广;泡罩型分配器在y=-200mm截面处Mf为0.13,分配效果最好,且气液两相流集中现象不严重。

两相分配式生物反应器处理高盐废水中的苯酚

采用新型两相分配式生物反应器(TPPB)和前期研究得到的高效苯酚降解菌对高盐废水中苯酚的降解进行研究,研究中确定煤油为反应系统的最佳有机溶剂,并考察了废水苯酚含量、废水盐度以及搅拌器搅拌速度对苯酚降解的影响。结果表明,反应系统能正常降解苯酚含量为1 000～2 500 mg/L的高盐苯酚废水;反应系统在含盐量为100 g NaCl/L、搅拌速度为50 r/min的运行工况条件下,降解时间缩短为52 h,总酚去除率为20.58 mg/(L.h)。

两相分配生物反应器治理高浓度有机污染研究进展

高浓度有机污染物难以进行生物降解的主要原因之一是其会对微生物产生较大毒害作用而抑制微生物生长以及降解过程,而两相分配生物反应器(Two-phase partitioning bioreactor,TPPB)可以有效解决污染物毒性的问题,因而在高浓度有机污染治理中具有较大的应用潜力.本文系统介绍了TPPB类型以及各自的工作原理,即TPPB通过非水相的引入可以溶解系统内大部分有机污染物,减少水相中污染物的浓度,降低其对微生物的毒性,并通过微生物的代谢活动实现污染物的降解,随着降解过程的进行污染物在两相间的分配平衡不断被打破,污染物又不断从非水相进入到水相之中,使得微生物的降解过程持续进行.同时分析了反应过程中的各种影响因素,如传质速率、微生物影响等,进而阐述了该技术在水体、土壤、大气污染治理中的应用,最后根据目前的研究进展,对TPPB技术的工程应用前景进行了展望.

木糖氧化无色杆菌P1对芘降解的研究及其在两相分配生物反应系统中的应用

采用富集培养技术筛选芘降解微生物,得到一株纯培养条件下可以有效降解芘的细菌,命名为P1,经鉴定为木糖氧化无色杆菌(Achromobacter xylosoxidans)。研究了培养条件对P1降解的影响,在此基础上考察了其在两相分配生物反应系统中对芘的降解。研究结果表明:菌株P1可以有效降解培养体系中的芘,在芘的初始质量浓度为100 mg/L,p H为7,温度为30℃时,对芘的降解效果最好;在两相分配生物反应系统中菌株P1对芘的降解速率大于单相反应系统,且降解率受到非水相类型和芘初始浓度的影响,其中以十一醇为有机相的双相反应系统较十二烷和硅油更能促进生物降解,5 d内降解率为78.8%。

深度学科交叉和高度过程集成的非水相生物催化

和化学合成相比, 生物催化具有选择性高、反应条件温和、环境友好的特性而成为生物技术中一个快速发展的领域. 但生物催化工业常受到底物溶解度低、底物/产物抑制生物催化剂活性、产物进一步降解等限制.非水相催化和原位产物去除新技术是克服上述困难的有力工具, 本文综述了其研究进展. 以甾醇边链切除的微生物转化为例, 介绍了作者最近开发的高度集成了非水相催化和原位产物去除优点的浊点两相分配生物反应器技术. 讨论了非水相生物催化工业高度过程集成和深度学科交叉的特征, 提出了发展非水相生物催化工业的若干建议.

两相分配生物反应器处理高浓度有机废水研究进展

随着化学化工及其相关产业的高速发展,高浓度难降解有机废水日益增多,其新型适用的处理工艺技术研发具有迫切性和必要性。就现有废水处理工艺技术而言,生物处理工艺具有彻底矿化降解污染物、处理费用低、二次污染风险低等优点,但对浓度高、毒性大及疏水性强的有机污染物的处理受到限制。近期发展的两相分配生物反应器(two-phase partitioning bioreactor,即TPPB)法则在高浓度难降解有机污水处理中显现出显著的应用效果。综述了TPPB的工作原理、研究现状以及存在的问题,并展望了TPPB技术的应用前景。

基于硅酮母粒的两相分配气升式生物反应器处理氯苯废气的研究

疏水性污染物的去除是废气生物净化的难点.以硅酮母粒为非水相介质构建两相分配体系处理氯苯废气,结果表明,硅酮母粒对氯苯具有较高的亲和性,无生物毒性和生物降解性,且吸附于硅酮母粒表面的菌体对其相间分配系数没有明显影响.采用气升式生物反应器连续净化氯苯废气,当进气浓度为1000 mg·m^-3时,单相体系的去除率为60%;而添加了硅酮母粒的两相体系去除率达到90%,且CO2矿化率较高,抗冲击负荷能力更好,说明硅酮母粒能有效强化气升式生物反应器净化氯苯废气的效果.该系统的最适硅酮母粒比例和停留时间分别为10%和90 s.以最大传质速率(βs^*)来衡量氯苯的传质效果,发现硅酮母粒的添加使得βs^*提升20%以上.

两相系统在疏水性有机污染物高效降解菌富集培养中的应用研究进展

环境中疏水性有机污染物(Hydrophobic organic pollutants,HOPs)的浓度日益增加,获取HOPs高效降解功能微生物能有效提高HOPs污染治理效率。近年来,利用两相系统促进HOPs微生物降解转化的研究已取得一定进展。本文重点从两相系统的结构特点及其富集HOPs降解功能微生物的原理、主要影响因素和应用情况等方面进行综述,并在此基础上对两相系统在毒害性HOPs微生物加速降解脱毒中所存在的主要问题及其应用前景进行讨论和展望。