生物反應(yīng)工程基礎(chǔ)3

第三節(jié)微生物反應(yīng)3.1基本概念一、微生物的分類與命名微生物（Microorganism，microbe）是對(duì)那些肉眼不能直接觀察到、微小的、但能維持生命并繁殖的生物的通稱，包括細(xì)菌、放線菌、變形菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物等。分類：界（Kingdom）、門（Phylum）、綱（Class）、目（Order）、科（Family）、屬（Genus）、種（Species）。種以下有變種（Variety）、型（Form）、品系（Strain）等。命名：“雙名法”。屬名：大寫字母開(kāi)頭，是拉丁詞的名詞，用以描述微生物的主要特征；種名：小寫字母打頭，是一個(gè)拉丁詞的形容詞，用以描述微生物的次要特征。例如：Staphylococcusaureus，前一個(gè)詞是屬名，是拉丁語(yǔ)的名詞，是“葡萄球菌”的意思。第二個(gè)詞字是種名，是拉丁語(yǔ)的形容詞，意思是“金黃色”。所以學(xué)名是“金黃色葡萄球菌”。霉菌(mould,mold)是絲狀真菌(filamentousfungi)的一個(gè)通俗名稱，在自然界分布很廣，其生長(zhǎng)所要求的相對(duì)溫度比細(xì)菌低。真菌有核，呈絲狀，直徑一般為3～10μm，多分枝，有或無(wú)隔膜。霉菌多為腐生菌，也有少數(shù)寄生于動(dòng)物或植物體內(nèi)。它們具有廣泛的降解和合成能力，是發(fā)酵生產(chǎn)某些重要物質(zhì)的主力軍。酵母菌(yeast)是一個(gè)通俗名稱，是典型的真核生物，多為單細(xì)胞，有的也呈絲狀。有的酵母通過(guò)出芽進(jìn)行無(wú)性繁殖，也有的酵母進(jìn)行分裂繁殖。酵母既可進(jìn)行好氧呼吸，又能進(jìn)行厭氧呼吸。酵母菌在酒類釀造中是不可缺少的。病毒(virus)是存在于動(dòng)物、植物、昆蟲(chóng)、真菌、藻類和細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的專性寄生物，是最小的微生物。病毒本身不具備或具備最低的合成和代謝能力，只能在寄主細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)繁殖，常導(dǎo)致寄主細(xì)胞被破壞和死亡。寄生于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的病毒又稱為噬菌體。噬菌體是危害細(xì)菌發(fā)酵的重要根源。煙草花葉病毒噬菌體（DNA病毒）二、

微生物的化學(xué)組成微生物菌體的80%左右是水分。濕菌體（wetcellmass）所含水分是指菌體在100℃前后干燥直到恒重時(shí)減少的量。除去水分的菌體稱為干菌體（drycellmass）。微生物菌體中除水分外，其余為蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、核酸、維生素和無(wú)機(jī)物等化學(xué)物質(zhì)。細(xì)胞中某些元素（除碳、氧、氮和氫外）的含量，一般以磷、鉀為多，其次是鈣、鎂、硫、鈉、氯、鐵、鋅、硅等。另外，還含有微量的鋁、銅、錳、鈷等。在微生物培養(yǎng)中，這些元素必須保證供應(yīng)。

三、生長(zhǎng)特性由于微生物種類各異，不同微生物的生長(zhǎng)特性亦有很大差別。

細(xì)菌以分裂方式進(jìn)行的繁殖。在適宜的生長(zhǎng)條件下，某些細(xì)菌的世代時(shí)間可達(dá)10～20min。然而，比較典型的世代時(shí)間為40～60min。當(dāng)細(xì)菌分裂為二分裂時(shí)，世代時(shí)間等于倍增時(shí)間（菌體量增加一倍所需時(shí)間）。酵母菌的生長(zhǎng)方式有出芽繁殖、裂殖和芽裂（如同菌絲生長(zhǎng)）三種。在最適條件下，酵母在45min內(nèi)就可以分裂，比較典型的分裂時(shí)間為90～120min。霉菌的生長(zhǎng)特性是菌絲伸長(zhǎng)和分枝。從菌絲體（頂端生長(zhǎng)）的頂端細(xì)胞間形成隔膜進(jìn)行生長(zhǎng)，一旦形成一個(gè)細(xì)胞，它就保持其完整性。霉菌的倍增時(shí)間可短至60～90min，但典型的霉菌倍增時(shí)間為4～8h。病毒能在活細(xì)胞內(nèi)繁殖，但不能在一般培養(yǎng)基中繁殖。病毒是通過(guò)復(fù)制方式進(jìn)行繁殖，即感染細(xì)胞后“接管”寄主細(xì)胞的生物合成機(jī)構(gòu)，按病毒的遺傳特性，合成病毒的核酸和蛋白質(zhì)，并且以指數(shù)方式進(jìn)行復(fù)制，冪大于2。流行性感冒病毒

原生動(dòng)物細(xì)胞的分裂形式多是沿縱軸一分為二．一個(gè)世代時(shí)間大約為10h。微主物多以單細(xì)胞形式存在，也有的形成絮凝物(floccule)或菌絲凝塊(pellet)，如某些酵母，形成這種狀態(tài)的原因是多方面的。實(shí)際生物反應(yīng)系統(tǒng)中，必須重視絮凝物或茵絲凝塊的形成及大小對(duì)生物反應(yīng)系統(tǒng)的影響。四、影響微生物反應(yīng)的環(huán)境因素1、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分為碳源、氮源、無(wú)機(jī)元素、微量營(yíng)養(yǎng)素或生長(zhǎng)因素等。碳源是指可構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。碳源的主要作用是構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和供給微生物生長(zhǎng)發(fā)育所需的能量。大多微生物以有機(jī)含碳化合物作為碳源和能源，例如糖類、淀粉、油脂等。光能自養(yǎng)微生物（photoautotroph）是利用光為能源，二氧化碳為主要碳源。氮源主要是提供合成原生質(zhì)和細(xì)胞其它結(jié)構(gòu)的原料，一般不提供能量。在微生物工業(yè)中，硫氨、尿素、豆餅和玉米漿等是較為常用的氮源。無(wú)機(jī)元素的主要功能是：構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；作為酶的組成成分；維持酶的作用；調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位等。需要量較大的無(wú)機(jī)元素是磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈣等，還需要幾種微量的金屬元素，如錳，鈷，銅，鋅等。生長(zhǎng)因素（growthfactor）：微生物維持正常生活所不可缺少的，但其需要量又不大。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝功能可將其分為三類：即維生素、氨基酸和嘌呤、嘧啶。工業(yè)生產(chǎn)中，常利用玉米漿等作生長(zhǎng)因素的供應(yīng)量。2、溫度是影響微生物生長(zhǎng)和繁殖的最重要的因素之一。在一定范圍內(nèi)，微生物的代謝活動(dòng)與生長(zhǎng)繁殖隨著溫度的上升而增加，溫度上升到一定程度，開(kāi)始對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利影響，如溫度繼續(xù)提高，細(xì)胞功能急驟下降，以至死亡。各種生物有其最適生長(zhǎng)溫度、最高生長(zhǎng)溫度與最低生長(zhǎng)溫度，并且，最適、最高和最低溫度回因環(huán)境條件變化而變化。圖3-1微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的溫度范圍3、溶解氧與氧化還原電位Eh氧是在溶解狀態(tài)下被微生物利用的，可以用培養(yǎng)基的氧化還原電位Eh作為定量表示厭氧程度的方法。除與氧分壓有關(guān)外，Eh還受pH的影響。pH值低時(shí)，氧化還原電位高；pH值高時(shí)，氧化原電位低。當(dāng)pH一定時(shí)，溶氧水溶液的Eh與溶解氧濃度（DO）的對(duì)數(shù)成正比。所以，由所測(cè)得的Eh可求得所需的DO值。好氧性微生物在Eh值為+0.1伏以上均可生長(zhǎng)，以Eh等于+0.3～+0.4伏時(shí)為適。厭氧微生物只能在Eh值小于+0.1伏以下生長(zhǎng)。兼性厭氧微生物在+0.1伏以上或以下均能生長(zhǎng)。厭氧型：如產(chǎn)甲烷菌；好氧型：如霉菌；兼性厭氧型：如酵母。4、pH不同微生物有其最適生長(zhǎng)的pH值范圍。大多數(shù)自然環(huán)境的pH值為5～9，許多微生物的最適生長(zhǎng)pH也在此范圍內(nèi)，只有少數(shù)種類可生長(zhǎng)在pH值低于2或高于10的環(huán)境中。大多數(shù)酵母與霉菌在微酸性（pH5～6）環(huán)境中生長(zhǎng)最好，而細(xì)菌、放線菌則在中性或微堿性條件下生長(zhǎng)最好。5、濕度細(xì)菌要求水活度（濕料飽和蒸汽壓/相同溫度下純水飽和蒸汽壓）在0.90～0.99之間；大多數(shù)酵母菌的為0.80～0.90；真菌及少數(shù)酵母菌要求在0.60～0.70。因此，固態(tài)發(fā)酵常用真菌的原因就是其對(duì)水活度要求低，可以排除其它雜菌的污染。6、其他因素滲透壓、壓力等對(duì)微生物反應(yīng)也有影響。適宜微生物生長(zhǎng)的滲透壓范圍比較廣，而且微生物往往對(duì)滲透壓有一定的適應(yīng)能力。滲透壓過(guò)高，微生物是難以生存的。一般微生物在水壓力達(dá)幾十個(gè)大氣壓下也不受影響，所以，在一般用況下，上述兩種因素可不必考慮。五、微生物反應(yīng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：微生物常能分泌或誘導(dǎo)分泌有用的生物化學(xué)物質(zhì)；容易篩選出分泌型突變株；微生物的生長(zhǎng)速率快；微生物的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率較高等。特點(diǎn)：微生物反應(yīng)是生物化學(xué)反應(yīng)，通常是在常溫、常壓下進(jìn)行；原料多為農(nóng)產(chǎn)品，來(lái)源豐富；易于生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物和光學(xué)活性物質(zhì)；除產(chǎn)生產(chǎn)物外，菌體自身也可是一種產(chǎn)物。如果其富含維生素或蛋白質(zhì)或酶等的有用產(chǎn)物時(shí)，可用于提取這些物質(zhì)；通過(guò)菌種改良，有可能使同一生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力大大提高；微生物反應(yīng)是自催化（autocatalytic）反應(yīng)。不足：

1、副產(chǎn)物的產(chǎn)生不可避免。

2、影響微生物反應(yīng)的因素多實(shí)際控制有難度；

3、原料是農(nóng)副產(chǎn)品，受價(jià)格變動(dòng)影響大；

4、產(chǎn)前準(zhǔn)備工作量大，相對(duì)化學(xué)反應(yīng)器而言，反應(yīng)器效率低。對(duì)于好氧反應(yīng)，需氧，故增加了生產(chǎn)成本，且氧的利用率不高；

5、廢水有較高BOD值。單個(gè)生物是具體和實(shí)際的生命單元，但微生物反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)描述宜采用群體(population)來(lái)表示。這就是說(shuō)，描述微生物動(dòng)力學(xué)的方法不是指生物分離成為不連續(xù)的單個(gè)生物，而是指群體的存在。一般，微生物在一定場(chǎng)所中的存在形式是大量聚集。一般，可將微生物群體變化過(guò)程分為生長(zhǎng)、繁殖、維持、死亡、溶胞、能動(dòng)性、形態(tài)變化及物理的群體變化等過(guò)程。七、

微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)典型的細(xì)菌生長(zhǎng)曲線:

描述了一個(gè)既沒(méi)有產(chǎn)物抑制又沒(méi)有傳遞抑制的細(xì)菌培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)菌數(shù)的變化。

三個(gè)層次:酶水平(分子水平)細(xì)胞水平反應(yīng)器水平(宏觀水平)在大多數(shù)細(xì)菌培養(yǎng)過(guò)程中，都會(huì)存在抑制現(xiàn)象。主要分為底物抑制、產(chǎn)物抑制和傳遞抑制。產(chǎn)物抑制方式較為熟悉和理解，即一定的產(chǎn)物濃度將對(duì)生長(zhǎng)率產(chǎn)生抑制。出現(xiàn)在產(chǎn)物達(dá)到一定的濃度,如乙醇發(fā)酵，10%左右。傳遞抑制方式，即由傳遞現(xiàn)象產(chǎn)生的抑制。通常與外部現(xiàn)象有關(guān)，如粘度，取決于過(guò)程的最大速率。對(duì)于好氧過(guò)程，氧的傳遞經(jīng)常是一個(gè)重要的抑制因素。當(dāng)然細(xì)體的生長(zhǎng)還底物（高基質(zhì)）、pH和溫度有關(guān)，某些時(shí)候也會(huì)成為抑制因素。細(xì)體在培養(yǎng)過(guò)程中經(jīng)歷不同的時(shí)期，指數(shù)生長(zhǎng)期和減速期最為重要。指數(shù)生長(zhǎng)期其特點(diǎn)是：細(xì)胞保持均恒生長(zhǎng)。不斷吸收培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分以合成自身物質(zhì)，并不斷向培養(yǎng)基中分泌代謝產(chǎn)物。由于此時(shí)培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)量，且積累的代謝產(chǎn)物尚不足以抑制微生物本身的生長(zhǎng)繁殖，因而微生物的生長(zhǎng)速率不受這些因素的影響，而僅與微生物本身的比生長(zhǎng)速率μ及發(fā)酵液中的生物量濃度X(g/L)相關(guān)。八、

生長(zhǎng)速率(動(dòng)力學(xué)方程）N—細(xì)胞數(shù)/L生物量生長(zhǎng)速率為：X—生物量濃度，g/L上式表明細(xì)胞物質(zhì)隨時(shí)間而增加，說(shuō)明細(xì)胞數(shù)目隨時(shí)間增加而增加。而在大多數(shù)情況下生長(zhǎng)是以物質(zhì)的增加來(lái)衡量的。若μ為常數(shù)生物量的增加用細(xì)胞量或細(xì)胞數(shù)的倍增時(shí)間tｄ來(lái)表示，它是一個(gè)常數(shù)。

因此倍增時(shí)間td(即X/X0=2時(shí)的時(shí)間)是:比生長(zhǎng)速率的意義：

比生長(zhǎng)速率就是菌體繁殖速率與培養(yǎng)基中菌體濃度之比，它與微生物的生命活動(dòng)有聯(lián)系。

在微生物培養(yǎng)過(guò)程中，菌體濃度的生長(zhǎng)速率是菌體濃度、基質(zhì)濃度和抑制劑濃度的函數(shù)。對(duì)于特定的微生物而言，其比生長(zhǎng)速率μ只與三個(gè)因素有關(guān)。限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度、最大比生長(zhǎng)速率μm、底物（基質(zhì)）相關(guān)常數(shù)Ks。Monod方程：

現(xiàn)代細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的奠基人Monod早在1942年就指出，細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率與限制性基質(zhì)濃度的關(guān)系可用下式表示：1)、細(xì)胞的生長(zhǎng)為均衡式生長(zhǎng)，因此描述細(xì)胞生長(zhǎng)的唯一變量是細(xì)胞的濃度；2)、培養(yǎng)基中只有一種基質(zhì)是生長(zhǎng)限制性基質(zhì)，而其它組分為過(guò)量不影響細(xì)胞的生長(zhǎng)；3)、細(xì)胞的生長(zhǎng)視為簡(jiǎn)單的單一反應(yīng)，細(xì)胞得率為一常數(shù)。Ks一底物相關(guān)常數(shù)（飽和常數(shù)），為μ為1/2μm時(shí)限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度。從上述方程可知：如果各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均大大過(guò)量的話，則μ=μm，這時(shí)便是指數(shù)生長(zhǎng)期。也就是說(shuō)，處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微生物．其生長(zhǎng)繁殖不受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的限制，因而具有最大比生長(zhǎng)速率。如果發(fā)酵的目的是為了獲得微生物菌體的話，則應(yīng)盡量設(shè)法維持指數(shù)生長(zhǎng)期。如果底物耗盡，S=0

，μ=0，

靜止期細(xì)胞濃度不再增加。靜止期內(nèi)的細(xì)胞濃度為最大濃度。Monod方程是從經(jīng)驗(yàn)得出的，常稱為形式動(dòng)力學(xué)當(dāng)限制性基質(zhì)濃度很低時(shí)，S《Ks，此時(shí)若提高限制性基質(zhì)濃度，可以明顯提高細(xì)胞的生長(zhǎng)速率。此時(shí)有：Monod方程雖然表述簡(jiǎn)單，但它不足以完整地說(shuō)明復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程，并且已發(fā)現(xiàn)它在某些情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。并且，方程中的Ks完全是經(jīng)驗(yàn)的，物理意義不明顯。其他生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程第四節(jié)生物反應(yīng)器生物細(xì)胞或生物體組成參與的生產(chǎn)過(guò)程可統(tǒng)稱為生物反應(yīng)過(guò)程，利用生物催化劑進(jìn)行反應(yīng)的生物反應(yīng)器在生產(chǎn)過(guò)程中，具有重要的作用，是實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵設(shè)備，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。生物反應(yīng)器的型式和操作方式：常見(jiàn)的生物反應(yīng)器包括：攪拌釜式間隙反應(yīng)器；連續(xù)釜式反應(yīng)器；間隙塔式反應(yīng)器；流加攪拌釜式反應(yīng)器；連續(xù)通氣氣升式反應(yīng)器型式：釜式塔式管式操作方式：間歇連續(xù)流加補(bǔ)料

兩者結(jié)合可以形成很多種可以在工業(yè)生產(chǎn)中使用的生物反應(yīng)器。1）結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，經(jīng)得起蒸汽的反復(fù)滅菌，內(nèi)壁光滑，耐腐蝕性能好，以利于滅菌徹底和減小金屬離子對(duì)生物反應(yīng)的影響；2）有良好的氣-液-固接觸和混合性能和高效的熱量、質(zhì)量、動(dòng)量傳遞性能；3）在保持生物反應(yīng)要求的前提下，降低能耗；4）有良好的熱量交換性能，以維持生物反應(yīng)最適溫度；5）有可行的管路比例和儀表控制，適用于滅菌操作和自動(dòng)化控制。一個(gè)良好的生物反應(yīng)器應(yīng)滿足下列要求：一、機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)包括：罐體、攪拌器、擋板、軸封、空氣分布器、傳動(dòng)裝置、冷卻管、消泡器、人孔、視鏡等其中：1、攪拌器和擋板：攪拌的主要作用是混合和傳質(zhì)，即使通入的空氣分散氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡破碎以增大氣－液接觸界面，以獲得所需要的氧傳遞速率，并使生物細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍猓海蹋?xì)胞）三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時(shí)強(qiáng)化傳熱過(guò)程。為了強(qiáng)化軸向混合，可采用蝸輪式和推進(jìn)式葉輪共用的攪拌系統(tǒng)。渦輪式攪拌器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳遞能量高、溶氧速率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在的缺點(diǎn)是軸向混合差，攪拌強(qiáng)度隨著與攪拌軸距增大而減弱，故當(dāng)培養(yǎng)液較粘稠時(shí)，混合效果就下降。40缺點(diǎn)：能耗大；剪切力強(qiáng)；41二、氣升式生物反應(yīng)器氣升式發(fā)酵罐應(yīng)用最為廣泛的生物反應(yīng)器。氣升式反應(yīng)器是在鼓泡塔反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是利用空氣的噴射功能和流體重度差造成反應(yīng)液循環(huán)流動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的攪拌、混合和傳遞氧。即不用機(jī)械攪拌，完全依靠氣體的帶升使液體產(chǎn)生循環(huán)并發(fā)生湍動(dòng)，從而達(dá)到氣液混合和傳遞的目的。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不需攪拌，易于清洗，維修，不易染菌，能耗低，溶氧效率高。目前內(nèi)循環(huán)氣升式發(fā)酵罐已廣泛應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域的好氧發(fā)酵方面，如動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)、單細(xì)胞蛋白的培養(yǎng)、某些微生物細(xì)胞的培養(yǎng)及污水處理等。氣升式生物反應(yīng)器主要采用內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)式生物反應(yīng)器內(nèi)部有四個(gè)組成部分：（1）升液壓在反應(yīng)器中央，導(dǎo)流管內(nèi)部。若空氣是在導(dǎo)流管底部噴射，由于管內(nèi)外流體靜壓差，使氣液混合流體沿管內(nèi)上升，在反應(yīng)器上部分離部分氣體后，又沿降壓管下降，構(gòu)成一循環(huán)流動(dòng)。若空氣在降液管底部噴射，則流體循環(huán)方向恰好相反。（2）降液區(qū)導(dǎo)流管與反應(yīng)器壁之間的環(huán)隙，流體沿降液區(qū)上升或下降，視噴射空氣的位置而定。（3）底部升液區(qū)與降液區(qū)下部相連區(qū)，對(duì)反應(yīng)器特性影響不大。（4）頂部升液區(qū)與降液區(qū)上部相連區(qū)?？稍陧敹搜b置氣液分離器，除去排出氣體三、鼓泡塔生物反應(yīng)器是氣液兩相反應(yīng)器，是指氣體鼓泡通過(guò)含有反應(yīng)物或催化劑的液層以實(shí)現(xiàn)氣液相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。該反應(yīng)器以氣體為分散相、液體為連續(xù)相、涉及氣液界面。通常液相中包含有固體懸浮顆粒，如固體培養(yǎng)基、微生物菌體等。反應(yīng)器內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)狀況是隨分散相氣速的大小而改變的，一般分為兩種：一種是均勻鼓泡流，此時(shí)氣速較低，氣泡大小均勻，浮升較有規(guī)則；當(dāng)隨著氣速的增加，小氣泡被大氣泡兼并，同時(shí)也造成了液體的循環(huán)流動(dòng)鼓泡反應(yīng)器結(jié)構(gòu)筒單，易于操作，操作成本低，混合和傳質(zhì)傳熱性能較好，因此廣泛應(yīng)用于生物工程行業(yè)中，例如乙醇發(fā)酵、單細(xì)胞蛋白發(fā)酵、廢水處理、廢氣處理（例如用微生物處理氣相中的苯）等。鼓泡反應(yīng)器內(nèi)無(wú)傳動(dòng)部件，容易密封，對(duì)保持無(wú)菌條件有利。4、膜生物反應(yīng)器是國(guó)際上20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，它將膜分離技術(shù)和生物技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起優(yōu)點(diǎn)：①增大反應(yīng)速率。在生物學(xué)中有許多反應(yīng)是產(chǎn)物抑制型，即隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物濃度提高，反應(yīng)速率下降。采用膜生物反應(yīng)器可在反應(yīng)過(guò)程中移去產(chǎn)物，使產(chǎn)物濃度保持恒定，反應(yīng)速率因此會(huì)提高。②提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。膜生物反應(yīng)器通常在常溫和常壓下進(jìn)行生化反應(yīng)，可使產(chǎn)物或副產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)連續(xù)地分離出來(lái)，打破反應(yīng)的平衡，從而可大大地提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，增加產(chǎn)率或處理能力，過(guò)程能耗低、效率高。③簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟。膜生物反應(yīng)器使反應(yīng)和分離在同一個(gè)步驟里完成，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)步驟，減少勞動(dòng)量，提高了勞動(dòng)效率。④截留生物催化劑，使細(xì)胞或酶在高濃度下進(jìn)行。⑤減少了能耗，節(jié)約了成本。膜生物反應(yīng)器的類型：膜生物反應(yīng)器的分類膜生物反應(yīng)器從整體構(gòu)造上來(lái)看，是由膜組件及生物反應(yīng)器兩部分組成，根據(jù)這兩部分操作單元自身的多樣性，膜生物反應(yīng)器也必然有多種類型①按膜組件部分從構(gòu)型上可分：管式、板框式、卷式及中空纖維式。

②按膜材料可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩大類；

③按膜過(guò)濾的壓力驅(qū)動(dòng)方式可分為加壓型和吸引型兩大類。④按生物反應(yīng)器部分可分好氧、厭氧兩大類。

⑤按反應(yīng)器內(nèi)生物催化劑的狀態(tài)，可分為游離態(tài)和固定化膜反應(yīng)器。⑥按底物和產(chǎn)物通過(guò)膜的傳質(zhì)推動(dòng)力，可分為壓差推動(dòng)和濃差推動(dòng)的膜反應(yīng)器。⑦按膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，可分為平板膜、螺旋卷繞膜、管狀膜及中空纖維膜等膜反應(yīng)器

⑧按組合方式又可分為分置式和一體式。

⑨按反應(yīng)器內(nèi)流體與生物催化劑的接觸形式，可將膜反應(yīng)器分為直接接觸式、擴(kuò)散式和多相膜三類。

⑩按膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起作用的不同，大致可將膜生物反應(yīng)器分為分離膜生物反應(yīng)器、無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器三種中空纖維超濾膜斷面的掃描電子顯微鏡照片內(nèi)壓式外壓式螺旋卷式膜組件1-密封圈(原溶液)；2-滲透物收集管；3、4-濃縮物；5、9-進(jìn)料-分隔板；6、8-膜；7-滲透物-分隔板；10-膜的粘合；11-外殼；12-滲透槽螺旋卷式膜組件是將做好的平板膜密封成膜袋，在兩膜袋間襯以網(wǎng)狀間隔材料并緊密地卷繞在多孔中心管上制成。中空纖維式膜組件

將幾十萬(wàn)根或更多的中空纖維束的一端封死，另一端固定在管板上，再裝入圓筒型耐壓容器內(nèi)制成。特點(diǎn)是自承式。DuPont公司的B-5組件

超濾毛細(xì)膜組件結(jié)構(gòu)膜生物反應(yīng)器Membrane

Bio-Reaction（MBR）是把膜分離技術(shù)與污水處理中生化反應(yīng)結(jié)合起來(lái)的一門新興技術(shù)，也稱膜分離活性污泥法。膜生物反應(yīng)器（MBR）用膜對(duì)生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)污水分離，一方面，膜戴留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的污泥濃度大大增加，使降解污水的生化反應(yīng)進(jìn)行得更迅速?gòu)氐?，另一方面，由於膜的高過(guò)濾精度，出水清撤透明，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。工業(yè)污水處理工程膜生物反應(yīng)器生物法廢水處理工藝流程厭氧反應(yīng)器