利用硅橡胶膜生物反应器适应性进化培育耐持久力酵母菌株

酵母是影响乙醇发酵的关键因素之一。本实验设计了一种通过适应性进化改进酵母菌株性能的方法:将工业酵母菌株接种到硅橡胶膜生物反应器中进行长期封闭循环连续发酵,通过递进转移的方式进行适应性培养并筛选出优势酵母菌株。硅橡胶膜渗透汽化同步分离乙醇使发酵过程长期连续运行,发酵代谢产物中多种非透过性物质连续累积,发酵液不断恶化的环境为酵母适应性进化提供了选择压力。通过实验发现,从每轮500 h连续发酵终止时分离繁衍约200代的菌株,在残液培养基中具有更高的生长速率和乙醇产率,表现出明显的适应性进化特征。研究表明,采用这种方法选育的酵母菌株,延长封闭循环发酵的时间并维持较高的乙醇得率是可行的,对推进封闭循环乙醇发酵生产工艺的发展有利。

膜生物反应器用于乙醇连续发酵菌株的适应性培养

将一种耐高温酿酒干酵母在体积为5L、膜面积为0.08m2的硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵系统中进行适应性培养,选育出适应该环境的优势菌种。三轮乙醇连续发酵实验的结果表明,糖的转化率差别不大,但单位酵母细胞代谢产生乙醇的能力有了提高,说明酵母细胞在长期封闭循环发酵环境条件下,原种菌经过几百代繁殖后其后代遗传特征发生了改变,能逐渐适应所处的不利环境。表明通过膜生物反应器长期封闭循环发酵对酵母细胞进行适应性培养,可以获得具有某种遗传优势的新菌株。

野生酵母菌在膜生物反应器中的适应性培养与发酵动力学研究

进行了野生酵母菌在硅橡胶膜生物反应器长期封闭循环连续发酵环境中的多轮发酵-优势菌株筛选-转移培养的适应性进化实验,研究了菌株的发酵性能变化和发酵动力学。发酵实验共进行了5轮,每轮发酵持续时间500h,且采用前一轮发酵残液中筛选出的优势菌株作为发酵菌种。第4轮、第5轮发酵实验在乙醇产率、乙醇生成比速率、细胞比生长率等发酵性能上较第一轮有显著提高。多轮适应性培养有效增强了酵母细胞对乙醇的耐受力以及缩短了发酵适应期。

硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造乙醇放大实验及该发酵系统的基本性能

设计构建了发酵罐体积为5L,单张膜有效面积为0.08m2的平板硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵系统,实验研究了该系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性能。当发酵罐中乙醇浓度在30～60g·L-1时,得质量浓度为17%～28%的冷凝渗透液。在连续运行中,细胞浓度维持在10～24.8g·L-1,料液罐中葡萄糖浓度大约为30～50g·L-1,乙醇的体积产率为2.33～3.99g·L-1·h-1,膜的渗透通量和分离因子分别为800～1050g·m-2·h-1和5.1～8.6。在连续269h运行中,得到乙醇1999g,基质转化率为87.2%,碳回收率为89.5%,产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22.2%左右。

新型硅橡胶膜生物反应器用于有机废水处理的膜传质动力学

用中空纤维型硅橡胶管构造了管束式和卷绕式两种膜器，将它们结合进一个生物反应器系统，用于对废水中的挥发性有机化合物（VOC）进行生物降解处理。本文以甲苯为对象，研究了VOC在这种系统中穿过膜的传质问题。基于液-膜-液的串联阻力概念和质量平衡，构造了一个关于膜总传质系数的简单指数模型，用于传质实验的分析。将甲苯溶于水中模拟有机废水，配制适合于甲苯降解细菌生长的培养液，进行了甲苯从废水穿过膜到培养液中的传质实验，并将细菌移植进培养液进行了生物降解条件下的传质实验。对培养液中细菌存在和不存在两种情况下的甲苯传质实验进行了分析。结果表明，总传质系数的指数模型基本上与实验条件符合，所得到的甲苯的总膜传质系数具有10-6m·s-1数量级，卷绕膜器的总传质系数较管束型的稍高，生物反应条件下的总传质系数又较细菌不存在时的稍高。

硅橡胶膜生物反应器及其用于乙醇连续发酵的研究

简述硅橡胶膜生物反应器应用于生物转化、生物降解和生物发酵的过程原理和研究现状,重点介绍乙醇连续发酵硅橡胶膜生物反应器的技术特点及应用研究进展,提出实现中试或工业规模生产需要解决的主要问题,包括高性能硅橡胶复合膜的研发,生物发酵反应动力学和膜分离传质动力学研究,以及反应器系统的结构设计,并报道了四川大学膜工程研究室在提高膜性能方面取得的突破进展。

硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵传质动力学实验研究

利用新型的硅橡胶平板复合膜构造乙醇连续发酵膜生物反应器,研究了连续发酵-渗透蒸发操作稳态过程的膜传质动力学问题,实验分析了发酵液循环流量、发酵温度、膜表面液体流动模式对膜性能的影响。在长达500h的连续发酵过程中,膜的分离性能维持相对稳定,没有出现膜污染现象。硅橡胶膜对发酵液中的乙醇的原位分离有效地减轻了代谢产物对细胞抑制作用,在发酵过程的前后阶段,膜的总传质系数从5.21×10-7m/s提高到7.94×10-7m/s。膜对实际发酵液的分离性能表现比对乙醇-水模型溶液的高。

硅橡胶膜生物反应器降解甲苯的细胞生长动力学

用新型硅橡胶膜生物反应器和假单孢菌(Pesudomonas putida mt-2)作为降解微生物,研究了溶解于废水中的甲苯的生物降解。实验测定了废水中甲苯的浓度,培养液中的细胞浓度和溶解氧浓度等。根据废水中甲苯浓度变化计算出的甲苯降解率在废水对培养液流量比为200/100mL h-1时达到93%,根据细胞浓度变化和甲苯浓度变化计算出的细胞比产率在流量比为30/100mL h-1时达到0.00221OD660 (mg L-1) -1。对细胞生长情况进行的分析表明,Monod方程难于描述这种反应器中的细胞生长动力学表现。在关于膜传质动力学问题研究的基础上,通过质量平衡方法构造了一个关于细胞生长的反应动力学模型,用模型进行的细胞生长理论计算与实验结果有较高的吻合程度。

用硅橡胶膜生物反应器系统选育高性能酿酒酵母

应用硅橡胶膜生物反应器的发酵-渗透汽化耦合功能,进行长期封闭循环发酵,使酵母在这种特定环境下完成适应性自然进化,从而获得优势的突变株。以工业安琪酵母ADY为原始菌株,进行每一轮500h的封闭循环发酵,在发酵终点取菌悬液做平板筛菌,分离出遗传约200代的相对强势的新菌株,再转移新菌株进行同样的发酵和终点筛选实验。如此的发酵-筛选-转移实验共进行了3轮。试验结果表明:ADY遗传超过600代的菌株S33,在500h封闭循环发酵残液配制的培养基条件下,表现出了明显的环境适应性遗传优势,其细胞生长速率、产物乙醇的比生成速率和糖转化率都相对原种菌ADY分别提高了约71.8%、53.6%和52.7%。

硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵性能研究

进行了3种测定硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵性能的对比实验．实验结果表明：硅橡胶膜的渗透蒸发作用可有效消除乙醇发酵过程中的产品抑制效应,将乙醇产率提高至传统发酵过程的3～4倍；从发酵液中连续分离出来的乙醇,经过冷凝后成为高浓度产品,冷阱收集液乙醇浓度可达原料液乙醇浓度的4倍左右．膜的固定作用使反应器中保持了较高的酵母细胞浓度,但是无机盐、不挥发性副产物及老化细胞的堆积会影响细胞活性,为了获取高乙醇产率,必须将部分发酵液从膜生物反应器中取出．

硅橡胶膜生物反应器苹果原汁发酵研究(I)——微生物与膜器

基于细胞生长更新和产物原位分离的思想,设计了一套硅橡胶膜生物反应器进行苹果原汁的发酵实验,对2种自然选育的苹果酒酵母和一种工业化的酿酒高活性干酵母进行驯化,筛选出了一株较为理想的发酵菌株2401(驯化糖度为13%)。发酵-渗透蒸发耦合实验表明,25℃时细胞密度24 h即可达到108个/ml,经过渗透气化分离出产物后,细胞浓度有所提高;发酵96 h,残糖浓度下降到4%以下;膜渗透蒸发分离出的渗透液中轻组分浓度w(当量乙醇)最高可达28%,渗透通量超过1000 g/(m2.h)。改变膜器结构和扩大膜面积后进行了发酵实验。自制的硅橡胶复合膜表现出优良的性能。结果表明,该膜生物反应器系统用于苹果原汁发酵在产物原位分离和发酵液封闭循环及反应条件控制等方面具有独特优点,在苹果加工制造苹果白兰地和发酵苹果汁软饮料方面具有工业开发前景。

硅橡胶膜生物反应器在苹果原汁发酵过程中的膜分离性能

利用硅橡胶膜生物反应器进行了苹果原汁发酵-渗透汽化分离实验,研究了苹果发酵液中的主要风味成分及其渗透汽化分离性能。发酵液中的主要芳香成分与传统苹果酒接近,但酯类物质的含量较低。硅橡胶膜对发酵液中的挥发性轻组分表现出良好的选择透过性,高级醇、酯类和醛类的分离率分别达到90%、76%和67%;而乳酸乙酯、β-苯乙醇和乙酸被不同程度地截留。非挥发性有机酸被截留在膜上游发酵液中。草酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸得到不同程度地浓缩;苹果酸、酒石酸和乳酸在分离过程中可能被微生物细胞所消耗,其含量有所降低。硅橡胶复合膜在选择性地分离挥发性轻组分的同时有效地保护了发酵液中的有机酸等非挥发性营养成分,研究结果进一步证明了采用硅橡胶膜生物反应器同时生产苹果白兰地和果汁发酵饮料的可行性。

厌氧生物滤池-移动床生物膜反应器组合工艺处理丁腈橡胶废水

采用厌氧生物滤池-特异性移动床生物膜反应器(SMBBR)/厌氧移动床生物膜反应器/SMBBR组合工艺处理丁腈橡胶废水,考察了停留时间(HRT)、溶解氧(DO)质量浓度及进水化学需氧量(COD)对COD去除率的影响。结果表明,当HRT为6~10 d时,出水COD小于500 mg/L,SMBBR中适宜的DO质量浓度为2~4 mg/L,随着进水COD的升高,NBR废水的COD去除率下降。当进水p H值为6.5~8.0、COD为1 500~2 500 mg/L、HRT为10 d,DO为3 mg/L时,出水COD稳定在400 mg/L以下,COD去除率高达83%。

无泡曝气硅橡胶平板膜生物反应器处理生活污水研究

对无泡曝气(又称无泡供氧)硅橡胶平板膜生物反应器处理生活污水新工艺进行了研究.测定了氧的泡点压力,进行了微生物接种培养,研究了膜反应器的挂膜特性,讨论了水力负荷、进水污染物浓度和氧压等工艺条件对CODC r(BOD5)去除率的影响.实验结果表明,在泡点压力下操作,氧不会从水中逸出,其利用率接近100%.当生物负载量为2 g.m-2、适宜的水力负荷为3.7 m3.m-2.d-1、进水污染物浓度<250 mg.L-1和氧压低于泡点压力时,原水处理后出水CODC r和BOD5浓度低于CJ/T48-1999《生活杂用水水质标准》.进水污染物总浓度控制在480 mg.L-1以下时,出水CODC r和BOD5浓度低于GB8978-1996《污水综合排放标准》.

硅橡胶膜生物反应器生物转化制备香草醛

在硅橡胶膜生物反应器(SRMBR)系统中用丁香油为原料和大豆酯氧化酶(SBLOX)为催化剂,进行了生物转化制备香草醛的实验研究。与摇瓶发酵实验相比,在SRMBR中的发酵由于硅橡胶膜的渗透萃取即时分离,在很大程度上消除了产物香草醛的氧化损失和酶的产物抑制,原料丁香油转化率从0.038%提高到1.01%。高效液相色谱(HPLC)分析表明,香草醛在膜下游萃取液中的最高质量浓度达到了121.53 mg/L,远高于摇瓶实验的8.14mg/L,香草醛的峰面积比为70.08%。又在反应器中加入活性炭吸附剂,使转化率进一步提高到1.14%,膜下游萃取液最高质量浓度为140.27 mg/L,香草醛的峰面积比达到93.53%。

无泡供氧硅橡胶膜生物反应器处理生活污水新工艺及动力学研究

对无泡供氧式平板硅橡胶膜生物反应器进行了研究。测定了氧的泡点压力,分别讨论了水力负荷和氧压对CODcr、BOD5和NH3-N等污染物去除率和出口浓度的影响。实验结果表明,在适宜的水力负荷6.12m3/(m2.d)和进水污染物浓度CODcr220mg/L、BOD5140mg/L和NH3-N45mg/L的实验条件下,CODcr、BOD5和NH3-N的去除率分别为91.5%、93.3%和92.1%,出口浓度分别为18.6mg/L、9.33mg/L和3.56 mg/L,均低于《生活杂用水水质标准》(CJ/T48-1999)中规定的出水指标。建立了CODcr和BOD5降解动力学模型,在CODcr和BOD5进水浓度分别低于685.7mg/L和421mg/L的范围内,模型计算值与实验值基本吻合,可用来预测CODcr和BOD5出水指标。

细胞稀释强化硅橡胶膜生物反应器连续乙醇发酵

通过原位重力沉降分离酵母和渗透汽化分离乙醇构建了细胞稀释连续乙醇发酵的硅橡胶膜生物反应器。采用酿酒酵母,以0.05/h的细胞稀释率在膜生物反应器中实现了170 h的连续稳定乙醇发酵。重力沉降分离酵母对硅橡胶膜生物反应器产生的细胞稀释作用可以通过反应器内酵母自身生长得到平衡,发酵液细胞浓度稳定在5g/L。渗透汽化原位分离使发酵液内乙醇浓度维持在50 g/L。细胞稀释膜生物反应器连续发酵的乙醇体积产率达到1.63 g/(L.h),相对于同等工艺参数的细胞封闭循环膜生物反应器连续乙醇发酵细胞比产率提高了31%。

膜生物反应器处理石化橡胶废水的试验研究

使用膜生物反应器(MBR)技术对齐鲁石化橡胶厂现有污水处理厂的出水及其酸化池出水进行了进一步处理,并对膜生物反应器的产水应用活性炭吸附过滤的方法进行了深度处理.试验证明,MBR+活性炭吸附的工艺能够将其处理至COD 60 mg/L以下.

萃取式膜生物反应器用于制备生物香草醛

用以硅橡胶复合膜为核心的萃取式膜生物反应器对生物香草醛进行了生产分离耦合化的研究。与摇瓶实验相比,在很大程度上消除了产物的抑制和香草醛的氧化损失,丁香油转化率从0.45%提高到1.04%,香草醛在下游萃取液中的最高质量浓度达到了130.10 mg/L,远高于摇瓶实验的11.13 mg/L;活性炭优化后的转化率为1.09%,下游萃取液最高质量浓度为136.48 mg/L,香草醛的HPLC峰面积比为96.77%。

膜生物反应器苹果原汁发酵研究(Ⅱ)—产物特性和膜器放大

在前期工作的基础上,采用扩大膜面积的新型硅橡胶膜生物反应器进行了苹果原汁发酵的进一步深入研究。整个系统运行稳定,硅橡胶复合膜分离性能良好。膜下游通过两级冷凝,得到了酒度适宜的苹果白兰地,酒味浓烈,果香优雅;膜上渗余液营养丰富,含有大量的有机酸,可用于生产苹果酸性饮料。