悬浮生长生物处理工艺
细胞悬浮培养
细胞悬浮培养摘要：悬浮培养是非贴壁依赖性细胞的一种培养方式，是一种十分有用的实验体系，在液体状态下便于细胞和营养物质的充分接触和交流，细胞状态可以相对保持一致，因此有利于在细胞水平上进行各种遗传操作和生理生化活动的研究，同时为植物细胞的大规模培养提供前期技术基础。
但该技术目前在国内尚未得到广泛应用，生物制品生产仍主要采用病毒产率低、生产成本高、劳动强度大的转瓶细胞培养方式。
随着现代生物技术发展，利用细胞悬浮培养技术进行生物制品生产是生物制药行业发展的必然趋势。
关键词：单个细胞细胞悬浮培养愈伤组织同步化1．细胞悬浮培养的定义定义1：细胞悬浮培养（cell suspension culture）是指将单个游离细胞或小细胞团在液体培养基中进行培养增殖的技术[1]。
应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞培养与细胞工程（二级学科）定义2：在流动的液体培养基中培养非贴壁的悬浮细胞或小细胞团的细胞或组织的培养方法。
细胞附着在微运载体上的培养也是一种悬浮培养。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）2．单细胞制备的方法2.1 机械法早期用机械法分离叶组织单细胞。
Ball和joshi（1965）、joshi和noggle（1967），以及joshi和Ball（1968）曾先后用小解剖刀从花生成熟叶片中刮离体细胞，这些离体细胞可直接在液体培养基中培养，很多游离细胞都能成活，并持续地进行分裂。
随后，人们用机械法相继从菠菜、大豆和石刁柏等多种植物中分离得到叶肉细胞，并能够分裂和形成愈伤组织。
Rossini（1972）指出，只有在薄壁组织排列松散、细胞间接触点很少时，用机械法分离叶肉细胞才能取得成功[2]。
2.2 酶解法酶解法分离单细胞主要是利用果胶酶将细胞之间的中胶层解离，获得分散的细胞。
人们最早用果胶酶处理烟草叶片，分离到大量有代谢活性的叶肉细胞，将这种方法用到了18种其它草木植物上也获得成功。
MR工艺简介
流动床TM生物膜反应器(MBBR TM)工艺及在市政污水处理中的应用Moving Bed TM Biofilm Reactor (MBBR TM) Process and its Application in Municipal Wastewater Treatment1廖足良(Zuliang Liao) AnoxKaldnes AS，P. O. Box 2011, 3103 Tønsberg Norway挪威2喻培洁(Pia Welander) AnoxKaldnes AB，22647 Lund Sweden瑞典Hallvard Ødegaard (哈尔瓦˙欧德格) 挪威科技大学水与环境工程系，7491 Trondheim Norway 挪威摘要流动床TM生物膜反应器(MBBR TM)工艺基于生物膜工艺的基本原理，又利用活性污泥工艺中生物量悬浮生长的特性。
本文试图总结该工艺的主要特点和优势，总结该工艺在市政污水处理中去除有机物和脱氮除磷方面的研究和工程应用。
1 简介生物膜广泛存在于自然界和人类活动中。
例如，自然界中，土壤中的微生物吸附在土壤颗粒表面，形成生物膜，当从土壤的空隙流过的水中污染物(或基质)与土壤表面的生物膜接触，污染物被生物降解，因而污水被净化。
生物膜一般具有很长的固体停留时间(SRT)。
这有利于在不断的液流流过和基质利用过程中形成较为致密又布满孔隙的生物膜的微型空间结构。
仅管生物膜的致密程度由于各方面因素(液流流速，基质浓度，供氧状态等)不同而异，其共同的非整形(FRACTAL)结构特征已被广泛认同。
非整形的空隙孔径分布使得不同颗粒粒径的污染物(基质)都能够被生物膜通过不同的途经被捕获和生物降解。
生物分解的产物也通过空隙传输到生物膜以外，进入水流中。
当生物膜厚度达到基质难以进入最内层时，营养不足将导致生物膜本身被内源分解。
这样，生物膜的厚度将随其生长的外部条件的变化而变化，并处于动态平衡。
cast法生化处理工艺介绍
SBR处理工艺流程
• 一种具有代表性的SBR工艺流程是：通过格栅预处理的 废水，进入集水井，由潜污泵提升进入SBR反应池，采 用水流曝气机充氧，处理后的水由排水管排出，剩余污 泥静压后，由SBR 池排入污泥井，污泥作为肥料。 • 时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，如SBR 运行周期由进水时间、反应时间、沉淀时间、滗水时间、 排泥时间和闲置时间，可以适当灵活调节。 • 沉淀排水时间(Ts+D）一般按2至4小时设计。闲置时间 (Tx)一般按0.5至1小时设计。设定反应时间为(Tf) 。一个 周期所需时间T≥Tf+Ts+D+Tx • 具体的时间分配例子如运行周期12小时，其中进水2小 时、曝气4至8小时、沉淀2小时、排水1小时。
CASS工艺简介
• CASS工艺分预反应区和主反应区。在预反应区内， 微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大 部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积 累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质 起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑 制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经 历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、 沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上 是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌 氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用， 同时还具有较好的脱氮、除磷功能。经过模拟试验 研究，CASS工艺已成功应用于生活污水、食品废水、 制药废水的治理，并取得了良好的处理效果
CAST整个工艺过程遵循生物的“积累一再生” 原理
Cast工艺 的计算
Cast工艺 的计算
Cast工艺 的计算
Cast工艺 的计算
CAST污水处理工艺和SBR工艺对比
• CAST污水处理工艺是近年来在传统SBR工艺上发起 来的一种新型工艺，它是利用不同微生物在不同负 荷条件下生长速率差异和污水生物除磷脱氮机理， 将生物选择器与传统SBR反应器相结合的产物。这 种工艺综合了推流式活性污泥法的初始反应条件 （具有基质浓度梯度和较高的絮体负荷）和完全活 性污泥法的优点（较强的耐冲击负荷能力），无论 对城市污水还是工业废水都是一种有效的方法，有 效地防止污泥膨胀。另外如果选择器的厌氧的方式 运行，则具有生物除磷作用，而且在进水污染物浓 度很低的情况下，CAST污水处理工艺可有效的防止 污泥膨胀。而传统的SBR污水处理工艺则因没有内 回流而使处理更为简化。
好氧悬浮生长技术
氧好悬浮生长技术一活性污泥法吸附→氧化→絮凝沉降二影响活性污泥增长的因素1 溶解氧DO以2mg/L为宜，←0.5←2←4 养鱼 6mg/L厌氧兼性好氧C元素的需要量一般以BOD5负荷率表示，它直接影响到污泥的增长有机物降解速率，需氧量和污泥沉降性能。
若以混合液悬浮固体（MLSS）表示活性污泥，则一般活性污泥法的BOD5的负荷率在0.3kg（BOD5）/kg（MLSS).d左右,高负荷率达2.0kg(BOD5)/kg(MLSS).d 还需N P S K Mg Ca Fe及各种微量元素, BOD:N:P=100:5:1 最佳值100:10:13 PH值和温度6.5--9 T 20-30°C4 有毒抑制物质5氧化还原电位好氧300mv 至少大于100mvMLVSS 混合液挥发性悬浮固体一般为1.5-3mg/L MLVSS/MLSS=0.75-0.85左右运行方式BOD负荷kg/kg.d MLSS（g/L）污泥龄（d）气水比曝气时间h回流比%SVI BOD去除率%普通活性污泥法0.2-0.4 1.5-3.0 2-4 3-7 6-8 20-30 60-12080-95阶段曝气0.2-0.4 2.0-3.0 2-4 3-7 4-6 20-30 100-2085-95生物吸附0.2--0.6 2.0-8.0 2-4 大于125 50-100 50-100 80-90 曝气沉淀0.2-0.4 3-6 2-4 5-8 2-3 50-100 85-90 延时曝气0.03-0.05 3-6 15-30 大于1516-24 50-100 40-60 75-90 氧化沟0.03-0.05 3-6 15-30 24-48 50-150 75-90活性污泥法运行参数曝气系统1 扩散设备的选择和布置2 空气管的布置和管径的确定3 鼓风机喝呀奇迹的规格和台数首先应计算需氧量和供气量污泥负荷与去除单位BOD5日平均需氧量的关系挥发性污泥负荷 [kg （BOD5）kg （MLVSS ）/d] 平均需氧量 [kg （O2）kg （BOD5）/d] 最大需氧量[kg （O2）kg （BOD5）/d]0.10 1.6 2.40 0.15 1.38 2.21 0.20 1.22 2.07 0.25 1.11 2.00 0.30 1.00 1.90 0.40 0.88 1.76 0.50 0.79 1.66 0.60 0.74 1.63 0.80 0.68 1.63 大于1.00.651.63工程上表上的数值算出的需氧量R 必须换算成水温20度，气压101.325KP 的脱氧清水的充氧量R0（标志）3 二次沉淀池类型：竖流式 平流式 辐流式 斜板或斜管 设计上1 分为澄清和浓缩两个区，按污泥浓缩要求设计所需的池面积往往大于只进行泥水分离所需的池面积2 沉淀速度在0.2-0.5mm /s 之间，且随混合液浓度而改变，浓度高时沉淀速度偏小。
活性污泥的工作原理、操作流程
活性污泥的工作原理、操作流程活性污泥（activesludge）是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，1912年由英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现，活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，活性污泥主要用来处理污废水。
活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机污水的一类好氧处理方法。
活性污泥是一种好氧生物处理方法，活性污泥基本概念是1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现的。
他们对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。
继而阿尔敦（Arden）和洛开脱（Lockgtt）对这一现象进行了研究。
曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。
由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。
随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。
1916年，应用这个试验的工艺建成的第一个活性污泥法污水处理厂。
在显微镜下观察这些褐色的絮状污泥，可以见到大量的细菌，还有真菌，原生动物和后生动物，它们组成了一个特有的生态系统。
正是这些微生物（主要是细菌）以污水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，才降低了污水中有机物的含量。
工作原理活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。
最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。
沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。
活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。
活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。
活性污泥法和生物膜法的比较
一、污泥和生物膜在系统特点的比较：活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的一类好氧生物处理方法。
生物絮体称为活性污泥，是由好氧微生物（包括细菌、真菌、原生动物及后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，显示生物化学活性，具有降解废水中有机污染物（也有些可部分分解无机物）的能力。
活性污泥法处理的关键在于具有足够数量和性能良好的污泥，它是大量微生物聚集的地方，即微生物高度活动的中心。
活性污泥对废水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，可分为生物吸附阶段和生物氧化两个阶段：（1）生物吸附阶段：废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液，废水中的污染物被比表面积巨大，且表面上含有多糖类黏性物质的微生物吸附黏连。
成交体的大男子有机物被吸附后，首先在水解酶作用下，分解为小分子物质，然后这些小分子物质与溶解性有机物在酶的作用下或在浓度差推动下选择性渗入细胞体内，使废水中的有机物含量下降而得到净化。
这一阶段进行的非常迅速，对于悬浮状态有机物较多的废水，有机物去除率相当高，往往在10-40min内，BOD可下降80%-90%，此后下降速度减缓，说明在这一阶段吸附作用是主要的。
（2）生物氧化阶段：被吸附和吸收的有机物质继续被氧化，这个阶段需要很长时间，进行非常缓慢。
在生物吸附阶段，随着有机物吸附量的增加，污泥的活性逐渐减弱。
当吸附饱和后，污泥失去吸附能力。
经过生物氧化阶段吸附的有机物被氧化分解后，活性污泥又呈现活性，恢复吸附能力。
简单的说，活性污泥工艺包括曝气池、沉淀池、污泥回流系统和污泥排放系统。
其基本特征是：①利用生物絮体为生化反应的主体物；②利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源；③对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程；④采用沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物的固体含量；⑥通过回流是沉淀池浓缩的微生物絮体返回到反应系统；⑦为保证系统内生物细胞平均停留时间的稳定，经常排出一部分微生物固体。
污水处理主要工艺生物处理法
污水处理主要工艺生物处理法原理：微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陈代谢功能，对污水中的污染物质进行分解和转化。
根据参与代谢的活动的微生物对溶解氧的需求不同，污水生物处理技术分为好氧生物处理。
厌氧生物处理和缺氧生物处理。
好氧生物处理是城镇污水处理采用的主要方法，高浓度的有机污水的处理常用到厌氧设备无处理法。
根据微生物生长方式的不同，生物处理法又分成悬浮生长法和附着生长法。
悬浮生长法的典型代表是活性污泥法，附着生长法的则是生物膜法。
2.2.1、活性污泥法原理：向废水中连续通人空气，经一定时间后因好氧活性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物，其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。
该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养形成活性污泥，并利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物，然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流，多余部分则排出活性污泥系统。
作用：能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物，以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和一些其他的物质，无机盐类也能被部分去除。
优点：BOD5去除率高（90~95%），构造简单，管理方便。
缺点：占地面积大，投资高，产泥多且稳定性差，抗冲击能力较差，运行费用较高，活性污泥法会排放出大量剩余污泥，这些污泥中饱含着各种污染物，所以处理和处置这些污泥也是一大难题。
适用条件：适于出水要求高的大中型污水厂典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。
2.2.1.1、传统推流式（传统活性污泥法）原理：液流有回流的推流式。
初次沉淀后的废水与二沉池回流的活性污泥混合后进入曝气池，大约曝气6小时，进水与回流污泥通过扩散曝气或机械曝气作用进行混合。
流动过程中，有机物经过吸附、絮凝和氧化作用等作用被去除。
一般地，从曝气池流出的混合液在二沉池沉淀后，沉淀池内的活性污泥以进水量的25～50%返回曝气池（即污泥回流比为25～50%）优点：曝气时间比较长，BOD和悬浮物去除率都很高，达到90～95%左右。
MBBR反应器工艺特点及影响因素分析
MBBR反应器工艺特点及影响因素分析摘要：介绍了MBBR反应器的处理原理和工艺特点，并对MBBR反应器运行过程中的填料及运行条件对处理效果的影响进行了分析。
针对实际运行过程中填料上浮、填料堆积、填料流化及MBBR反应池充氧能力等问题提出了具体的解决措施。
关键词：MBBR 工艺特点影响因素运行问题解决措施移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor，简称MBBR）是近年来在生物接触氧化法和生物流化床的基础上开发的一种新型高效的生物膜反应器。
它是为解决固定床反应器需要定时反冲洗、流化床需使载体流化、淹没式生物滤池堵塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的[1]。
它与传统的好氧处理工艺相比具有很多优点，如不易发生堵塞，无需反冲洗，水头损失小，有机负荷高，一般不需要污泥回流等[2]，因此具有良好的发展前景。
一、处理原理及工艺特点1.处理原理1.1工艺原理MBBR反应器是向传统的活性污泥工艺曝气池中投加悬浮物料，为曝气池的微生物提供了大量可供栖息的表面积和有利的环境，大大提高了反应池耐冲击负荷能力，提高了净化效率[3]。
污水连续通过MBBR 反应器内的悬浮填料并逐渐在填料内外表面形成生物膜，生物膜上的微生物使得污水得以净化。
填料在反应器内混合液回旋翻转的作用下自由移动[4]。
如图1所示。
对于好氧反应器，通过曝气使填料移动，对于厌氧反应器，则是依靠机械搅拌。
1.2 脱氮除磷机理1.2.1脱氮机理MBBR 中生物膜主要固着在填料上，污泥停留时间与水力停留时间无关，硝菌、亚硝化菌等生长世代较长，在空间上的相对独立生长增强了脱氮功能[7，8]。
1.2.2 除磷机理MBBR以厌氧-好氧的序批式方式运行，可以起到除磷的作用。
脱落的生物膜随水排出，泥水分离实现除磷[8]。
2.工艺特点MBBR反应器吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点，其核心部分就是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用而处于流化状态，当微生物附着在载体上，在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动，从而达到污水处理的目的[5]。
MBBR工艺介绍和优缺点
MBBR是移动床生物膜反应器MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。
由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。
载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。
另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。
MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。
与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。
MBBR的主要特点是：①处理负荷高；②氧化池容积小，降低了基建投资；③ MBBR工艺中可不需要污泥回流设备，不需反冲洗设备，减少了设备投资，操作简便，降低了污水的运行成本；④MBBR工艺污泥产率低，降低了污泥处置费用；⑤ MBBR工艺中不需要填料支架，直接投加，节省了安装时间和费用。
生物流化床（Moving Bed Biofilm Reactor Process简称MBBR法）是生长生物膜的载体层在废水中不断流动的生物接触氧化法。
载体是聚乙烯中空圆柱体，长5～7mm，直径10mm，内部有十字支撑，外部有翅片，密度／cm2，空隙率88％，可供生物膜附着的比表面积约 800 m2／m3，能给微生物提供良好的生长环境；填充率可高达67%，可在好氧操作下以空气搅拌，或在兼/厌氧操作下以机械搅拌，使生物接触材在水中均匀的悬浮流动。
这种载体的特殊形状使微生物在有保护的载体内表面生长而去除废水中的 BOD5。
水污染控制工程 第八章 生物膜法
2021/8/14
5
1. 生物滤池 生物滤池是生物膜反应器的最初形式，现生物滤池已由原来承受较低负荷的普通
生物滤池逐步发展成为承受较高负荷的高负荷生物滤池、塔式生物滤池以及最新研制 成功并投入运行的曝气生物滤池， 2． 生物转盘
生物转盘亦称旋转生物接触器（RBC），是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、 电机及减速装置和氧化槽等部分组成。当圆盘面积的40～50%浸没于污水时，盘片上 的生物膜吸附污水中的有机物，圆盘转动离开污水，生物膜上的固着水层从空气中吸 收氧，被吸附的有机物在微生物酶的作用下氧化分解，从而使污水得到净化，此种操 作的称之为好氧生物转盘。当圆盘面积浸没于污水中时，由于没有吸氧过程，圆盘盘 片仅是微生物的附着生长载体，此种操作的称之为厌氧生物转盘。
处理水 10
1） 细菌、真菌类、藻类 （1）细菌
细菌是微生物膜的主体，根据所需营养的不同，细菌可分为无机营养型的自养 菌和有机营养型的异养菌，其中异养菌是生物膜中的主要细菌类型，能够从流经生 物膜表面的水中获得足够的营养底物。 （2）真菌类
真菌是具有明显细胞核而没有叶绿素的真核生物，生物膜上的真菌类和活性污 泥不同，繁殖很快，在营养和生物环境方面和细菌有竞争关系。如真菌类过分地占 有优势，生物膜得以较快增殖并变厚。真菌类占优势的条件是：温度、PH值、废 水的性质、负荷等因素。一般来说，生物膜中还是以细菌占优势为宜。
十九世纪末，国外研究人员在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生
物过滤法，即生物膜法的前身。三个例证：
1． 1865年德国杰出的科学家Alexandex Mueller发现带有活着的微生物的土壤过滤
柱可以净化污水。
2． 1868年英国Edward Frankland 发现了填装有各种卵石、砂和土壤的过滤柱具有
悬浮细胞培养方法
悬浮细胞培养方法悬浮细胞培养方法是细胞生物学研究中的一种重要方法，主要适用于脆弱或敏感的细胞类型。
它与传统的固定细胞培养方法相比，可以提供更好的细胞生长环境，使细胞在自然状态下进行生长和分化。
本文将对悬浮细胞培养方法进行详细介绍。
一、悬浮细胞培养方法的原理悬浮细胞培养方法是在不使用固定基质支持的情况下，将细胞直接在培养基中生长、增殖、分化的一种方法。
培养基应包括所有细胞所需的生长和分化因子，以及适量的营养物质和金属离子等。
这种方法使细胞获得最自然的生长环境，可以实现更高效的细胞增殖和分化。
二、悬浮细胞培养的优点1. 生长环境更自然悬浮细胞培养不需要使用任何支持材料，细胞直接在培养基中自由生长。
与固定细胞培养方法相比，细胞的生长环境更接近其生理状态，更符合其生长和分化的特性。
2. 容易控制悬浮细胞培养可以实现在相对小的体积中对细胞进行高密度培养，避免了与固定细胞培养中大量基质物质的使用和占用空间的问题。
同时，悬浮细胞培养可以根据需要进行分离和汇集，方便对细胞进行控制和处理。
3. 更适用于敏感细胞许多敏感细胞类型如白血病细胞、肝细胞等比较难以以传统的繁殖方法进行培养。
悬浮细胞培养可以提供更为温和的生长环境，降低了对生长和分化环境的要求，更适用于此类敏感细胞的培养。
4. 更适用于细胞的分化和治疗悬浮细胞培养可以为细胞的分化和治疗提供良好的平台。
对于许多细胞类型，包括例如造血干细胞和细胞治疗应用在内，悬浮细胞培养均可以起到重要的作用。
三、悬浮细胞培养的缺点1. 难度较大悬浮细胞培养需要进行精细的控制和操作，比传统的固定细胞培养方法难度较大。
2. 鹰式问题由于悬浮细胞的特性，其在培养过程中更容易分泌过多的代谢产物，导致培养基中酸碱值发生变化，从而导致细胞受到影响。
为了避免这种情况，需要定期检查酸碱度，并对培养基进行调整。
3. 器材和培养基的成本由于悬浮细胞培养器需配备专业装置，且需要大量配合的培养基和补充物，这些因素均增加了悬浮细胞培养的成本和难度。
生化处理工艺比选
生化处理工艺比选本工程的原水水质高，要达到回用和达标排放要求，对有机物、总氮、总磷的去除率要求均非常高，本工程应选择同时具有较高脱氮除磷工艺的二级生物（生化）处理工艺。
污水二级处理工艺通常可选用悬浮生长型活性污泥法、固着生长型生物膜法、化学法及物理化学法等。
悬浮生长型活性污泥法和固着生长型生物膜法在处理有机废水方面和化学法及物理化学法相比具有处理效率高、处理效果好、效果较为稳定、运转经验丰富、运行费用低、无二次污染等优点，在国内外被普遍采用。
本次设计在这两类中进行筛选。
1.1.1.悬浮生长型活性污泥法工艺简介悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有以下一些工艺系列：AAO 系列、氧化沟系列、序批式反应器（SBR）系列、一体化系列、多段式系列等。
各种系列均在不断地发展、改进，形成的目前比较典型的工艺有：1.1.1.1.AAO 工艺系列主要包括常规AAO 工艺、改良AAO 工艺、倒置AAO 工艺、UCT 工艺、MUCT 工艺、多段多级缺氧好氧工艺等。
（1）常规AAO 工艺常规A/A/O 工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见图3.2-1。
这是一种推流式的前置反硝化型工艺，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08 或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。
图3.2-1 常规AAO 工艺流程图常规A/A/O 工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式，具有如下特点：TN 的去除率可达到60%～70%，TP 的去除率为70%～80%。
反应池内要分成多格，以有效地维持厌氧、缺氧和好氧状态。
要设置硝化液回流泵。
由于厌氧区居前，回流污泥中的硝化液进入厌氧段，造成脱氮菌和聚磷菌对碳源的竞争，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响。
MBBR工艺介绍和优缺点
MBBR工艺介绍和优缺点MBBR是移动床反应器MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的及生物种类，从而提高反应器的处理效率。
由于密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。
载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。
另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使和反同时存在，从而提高了处理效果。
MBBR工艺兼具传统和两者的优点，是一种新型高效的方法，依靠内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬长的和附着生长的，这就使得移动床使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之，相互补充。
与以往的不同的是，悬浮能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。
MBBR的主要特点是：①处理负荷高；②氧化池容积小，降低了投资；③ MBBR 工艺中可不需要回流设备，不需反冲洗设备，减少了设备投资，操作简便，降低了污水的运行成本；④MBBR工艺产率低，降低了处置费用；⑤ MBBR工艺中不需要填料支架，直接投加，节省了安装时间和费用。
生物（Moving Bed Biofilm Reactor Process简称MBBR法）是生长生物膜的载体层在废水中不断流动的。
载体是中空，长5～7mm，直径10mm，内部有十字支撑，外部有翅片，密度／cm2，空隙率88％，可供生物膜附着的约 800 m2／m3，能给微生物提供良好的生长环境；填充率可高达67%，可在好氧操作下以空气搅拌，或在兼/操作下以机械搅拌，使生物接触材在水中均匀的悬浮流动。
这种载体的特殊形状使微生物在有保护的载体内表面生长而去除废水中的BOD5。
生物运用的基本原理，并结合了传统的优点，而又超越了及的缺点及限制。
（PVDF）的应用取代传统中的，进行固液分离，有效的达到了泥水分离的目的。
第三章 好氧悬浮生长处理技术3.1 3.2
• 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心， 是微生物的最主要部分。 污水中有机物 的性质决定那些种属的细菌占优势。 • 例如：含蛋白质的污水有利于产碱杆菌 属和芽孢杆菌属，而醣类污水或烃类污 水则有利于假单孢菌属。 • 在活性污泥中，除细菌外还出现原生 动物，是细菌的首次捕食者，继之出现 后生动物，是细菌的第二次捕食者。
（6）活性污泥的生物相(organism culture) • 活性污泥中出现的是普通的微生物。 主要是细菌、 放线菌、真菌、原生动物和少数其他微型动物。 • 在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游 离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出 现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、pH值 过高或过低等)，使菌胶团解体时。 • 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。
• 微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中 不需高温高压，它是不需投加催化剂的催 化反应，用生化法促使污染物的转化过程 与一般化学法相比优越得多。 • 处理废水的费用低廉，运行管理较方便， 所以生化处理是废水处理系统中最重要的 过程之一，目前，这种方法已广泛用作生 活污水及工业有机废水的二级处理。
•
8)污泥回流比
• 污泥回流比(ratio of returned sludge) 是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的 比值，一般用百分数表示，符号为R。 污 泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓 度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当 选择，一般在20％－50％之间，
4活性污泥系统生物过程动力学
生 物 处 理 法
厌 氧 生 物 法
人工 条件 下
本章内容
• • • • • • • 1、微生物基础 2、好氧悬浮生长技术（重点） 3、好氧附着生长技术 4、厌氧生物处理技术 5、生物脱氮除磷技术（略讲） 6、水处理厂污泥处理技术 7、废水土地处理技术
悬浮细胞培养生物反应器逐级放大工艺
悬浮细胞培养生物反应器逐级放大工艺是在生物制药和细胞培养领域中常用的方法，用于将细胞培养从实验室规模逐步放大到工业规模。
这个过程涉及到从小规模培养转移到大规模培养，确保细胞的生长和产物的产量都能得到有效控制。
以下是悬浮细胞培养生物反应器逐级放大工艺的一般步骤：1.实验室规模培养：在实验室中进行小规模的悬浮细胞培养，通常使用培养皿、培养瓶或小型生物反应器。
这一阶段用于研究细胞的生长特性、代谢产物的积累情况等。
2.初级放大阶段：在初级放大阶段，将实验室规模的细胞培养扩大到中等规模。
通常使用一些中型生物反应器或小型的生产级反应器。
在这个阶段，需要验证细胞培养的可行性和控制策略的有效性。
3.中级放大阶段：在中级放大阶段，将初级放大的细胞培养再次扩大。
通常使用大型生产级反应器，以更接近实际的生产条件。
在这个阶段，需要进一步优化培养条件，确保细胞的生长和产物的产量稳定和可控。
4.工业规模培养：在工业规模培养阶段，将中级放大的细胞培养再次扩大，以满足大规模产量的需求。
通常使用大型生产反应器，可能需要更加严格的生产控制和监测。
在这个阶段，需要确保细胞培养的一致性和稳定性。
在整个逐级放大的过程中，需要注意以下关键点：1.培养条件优化：在每个阶段，需要优化培养条件，包括温度、pH、氧气供应、营养物质等，以确保细胞的最佳生长和产物的产量。
2.工艺验证：在放大过程中，需要进行工艺验证，确保从小规模到大规模的转移不会影响细胞的生长性能和产物的质量。
3.监测和控制：在大规模培养中，需要建立有效的监测和控制策略，以保持培养的稳定性和一致性。
悬浮细胞培养生物反应器逐级放大工艺是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素，以确保细胞培养的成功和产物的高产。
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第八章悬浮生长生物处理工艺在第七章我们已经详细的介绍和讨论了生用物发处理废水的理论。
如第七章所述，生物处理过程可分为有氧和无氧的悬浮生长、附着生长及其它多种派生组合形式。
本章的焦点是，通过对废水的BOD和硝化、脱氮、除磷的活性污泥处理来说明悬浮生长的处理工艺。
至于附着型会在第九章讨论，其它的在第十章将会有所涉猎。
本章内容主要有：（1）对活性污泥工艺处理对象的范围的大体描述；（2）对影响活性污泥工艺设计的参数的污水的主要性质介绍；（3）工艺分析和控制的基本原理；（4）BOD去除和废水硝化工艺；（5）废水脱氮工艺；（6）废水除磷工艺；(7)活性污泥工艺物理因素的选择和设计；（8）曝气污水塘；（9）生物膜处理法和（10）活性污泥建模方法的回顾。
稳定塘，即非曝气塘，不包括在本书内。
因为它们是用于小型农村社区，在提供足够的土地和排放要求可能不会像在城市地区严格。
若需要稳定塘设计的信息，请参阅Metealf＆Eddy（1991），Reedetal.（1995年），与Crities和Tchobanoglous（1998年）。
8-1 活性污泥工艺简介为提供一个基础设计的过程，在本章后面的章节中将有必要描述：（1）活性污泥工艺的历史发展情况的简要总结；（2）对基本过程的描述；（3）活性污泥法演变的简要回顾；（4）对最近的工艺发展过程的概述。
历史回溯活性污泥法是目前使用于市政和工业废水的常规处理技术。
该技术方法可以追溯到19世纪80年代初，对调查曝气池中废水的有机物氧化的Angus Smith 博士的研究。
随后有部分研究学者对曝气对废水的作用进行了前期的研究工作，并在1910年Black和Phelps报告说，空气进入污水池后可大量减少水中污染物。
在劳伦斯实验站中，Clark和Gage于1912年和1913年间进行曝气废水实验，并得出生物体在部分充满屋顶石板的池子中种植，间距约25毫米时，将大大提高污水净化度的结论（Clark和Adams，1914）。
基本过程根据定义，基本活性污泥处理工艺，包括以下三个基本部分组成：（1）负责微生物处理和曝气的反应器；（2）固液分离，通常在沉淀池；及（3）从固液分离机回到反应器的回收系统。
活性污泥法的一个重要特点是絮状沉淀物形成过程可在沉淀池中因重力沉淀。
活性污泥法的演变自从此工艺在20世纪20年代初的普遍使用到20世纪70年代末，采用活性污泥工艺类型使用最为普遍的是在其中的一种长宽比的比率（通常>10:1）的反应器（见图8-1a）。
60年代末，生活污水系统收集的工业废物排放增加了，这在活性污泥工艺的演变中是值得重要注意的地方。
由于排放的一些有毒物质，使整个推流过程中，工业废料的处理成为了问题。
完全的混合反应器的开发，一部分是因为大体积反应器能够更多的允许和稀释废水，从而减轻了排放有毒物质的影响。
在70年代和80年代活性污泥更常见的类型往往是单级的，完全混合的工艺（见图8-1b）（CMAS）。
随着廉价的简单程序逻辑控制器开发（PLCs ）和水平传感器和自动操作阀的应用，序列间歇式活性污泥法（SBR ）（见图8-1c ）在20世纪70年代后期被广泛推广，尤其适用于小流量间歇社区和工业设施。
近年来，SBR 法在世界某些地方服务于大型城市。
SBR 是充满和有序反应的系统类型，包含一个所有活性污泥过程都发生的完全混合反应器。
混合液依然在所有反应器中循环，从而解除了对单体沉淀池的需要。
一个典型的SBR 工艺周期由以下几个阶段说明：流入： 已被过滤的原废水流入池内与上一阶段处理的混合液混合。
在阶段注水后，进水阀门关闭，进水流到其他区域。
反应：该反应器的曝气生物氧化类似于曝气池的传统活性污泥法。
沉淀：停止曝气和搅拌，静止，固体沉淀于池体底部与上清液分离。
排放：使用调迁机制排除上清液的水。
闲置：从池体底部用泵排去多余污泥。
进水 初沉池 二沉池曝 气 池 污泥回流污泥出水 污泥污泥 污泥 进水 初沉池 污泥回流出水 二沉池曝 气 池. 图8-1典型的活性污泥处理工艺与反应器不同的类型：（a ）塞流过程和推流式反应器流程示意图；（b ）完全混合工艺流程图和成套混合活性污泥反应器示意图；（c ）SBR 工艺原理流程图和序批式反应器示意图。
8-2废水表征活性污泥工艺设计需要确定（1）曝气池容积；（2）污泥产量；（3）所需的氧气量；（4）出水浓度的重要参数。
要使设计的活性污泥处理工艺得当，废水特性也许是最关键的一步废水工艺设计的关键废水的特点在活性污泥设计过程中的重要性可以分为以下几类：碳基，含氮化合物，磷化合物，总悬浮固体和挥发性悬浮固体（TSS 和VSS ）和碱度。
典型的废水量化设计中使用污水处理过程，见表8-1。
一个完整的废水组成与本章所用的术语，见表8-2。
*美国典型的中等强度废水碳质成分由BOD 或COD 测定的碳成分分析对于活性污泥工艺的设计是至关重要的。
高浓度COD 和BOD 的降解导致（1）曝气池体积的增大；（2）氧气转移需要量的增加以及（3）污泥量的提高。
虽然BOD 在废水中已被普遍的用来表现碳成分的量，而COD 却越来越常见并且作为目前大多数的综合计算机仿真设计模型中碳的主要参数。
通过利用COD 的质量平衡，碳元素被氧化的量抑或被生物体利用的量进水 出水调节沉淀 反应/曝气 流入 进气按时间顺序都将更容易确定。
废水中BOD和COD的各种形式见表8-2。
在本表中给出的术语的基础上，成分测量值将运用于分馏某一成分的技术上。
不同于BOD，COD中的一些部分是不可生物降解的，因此COD可分为可生物降解和不可生物降解的两种浓度。
CODDE 另外一级划分是按照水中溶解物、固体颗粒、胶体物质及悬浮固体的成分划分的。
在活性污泥污水中存在不可生物降解的溶解性化学需氧量（nbsCOD），并且不可生物降解的微粒将会促进污泥的生产。
图8- 2废水中COD分类。
COD组分信息将用于详细设计的活性污泥工艺。
不叫由于不可生物降解的微粒的化学需氧量（nbpCOD）是有机物质，在活性污泥工艺中它同样有助于废水VSS和混合液的浓度，即不可生物降解的挥发性悬浮固体（nbVSS）。
在活性污泥处理中，进水污水会增加悬浮物和污泥浓度。
这些进水固体会影响惰性TSS（iTSS），并可量化的差异废水的TSS和VSS的浓度。
对于可生物降解的COD，馏分的掌握是衡量可溶性的前提，易于生物降解的可溶性化学需氧量（rbCOD）和颗粒都是活性污泥工艺设计极为重要的参数。
该rbCOD部分是由生物质迅速吸收，而微粒与胶体化学需氧量必须首先胞外酶消化，从而以更低的速率慢慢同化可生物降解的COD(sbCOD)如图8- 2。
过滤方法，如0.45微米的过滤器，可在化学需氧量滤液用于确定溶解性COD （sCOD）。
这种sCOD包含rbCOD，胶体化学需氧量的一小部分及不可生物降解的可溶性COD（nbsCOD）。
对于生活废水，当活性污泥工艺的污泥停留时间（SRT）＞4天时，nbsCOD 的浓度等于溶解性COD的浓度。
一些特殊的检验技术可用于测试“真正的“溶解性rbsCOD。
COD中部分的rbCOD直接影响着活性污泥法的生物动力学及工艺性能（见表8-3）。
等人指出，因为在BOD测试中不是所有的bCOD都被氧化，所以bCOD/ BOD的值大于总生化需氧量与BOD的比（UBOD/BOD）。
一些bCOD转化为生物量，这些生物量以细胞碎片和一些活性细胞的形式在测定UBOD 的反应结束后的很长一段时间内活动。
在生活废水中，测定的UBOD/BOD 的值为1.5时，根据不同的生物量和小部分细胞碎片，bCOD/ BOD 的值可能为1.6或1.7。
在长期的试验结果下， BOD 测试实验中的bCOD 等于氧气消耗量（UBOD ）加上其余细胞碎片残存的氧气量，bCOD/ BOD 可近似使用下面的公式：()H d Y f BOD UBOD BOD bCOD 42.10.1-= (8-1) 式中 d f =其余细胞碎片残存的氧气量，g/g ；H Y =异样菌合成产量系数，g VSS/g BOD ；例如，典型生活废水值（UBOD/BOD=1.5， =0.15，H Y =0.4），则 bCOD/ BOD=1.64。
氮质成分图8-3说明废水中氮的组成成分。
总凯氏氮（TKN ）是该污水中总的氨氮和总有机氮。
碱度碱度是废水是一个重要的特点，影响生物硝化过程的效率。
实现废水的完全硝化作用需要充足的碱度。
在某些情况下，一个污水样本不可用，废水的总碱度可从引用水的碱度加上生活杂用水的碱度（见表3-16）来估计。
废水特性测量方法易于生物降解的COD 。
该rbCOD 浓度可以从生物反应得出或根据物理分离技术来估计。
在生物响应方法中氧摄取率（OUR ）是在废水样本与驯化的活性污泥样本混合后随时间跟踪记录的。
该废水可以使活性污泥与空气预混合，使其有一个高的溶解氧浓度，从而允许我们直接的测量OUR 。
废水样品和活性污泥在一个单独的分批式反应器中曝气混合。
在没有曝气搅拌的情况下，用溶解氧仪的探头观察每小时的溶解氧浓度下降值。
当溶解氧浓度降低到约3.0毫克/升时，将强力曝气以提高DO 浓度为5到6 mg/ L ，使我们可以开始另一个测量。
图8- 4，用活性污泥中的硝化细菌为我们说明理想的废水样品中OUR 的含量。
OUR 的相对时间变化可分为四个领域，这几个区域可用于测定各区域内的氧消耗。
A 区为rbCOD 降解需氧量，B 区为零级硝化需氧量，C 区为微粒COD 降解需氧量，D 区为内源衰减需氧量。
rbCOD 浓度是以A 区使用的氧气量为基础，通过合计用于细胞合成的rbCOD 来计算的：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=WW WW AS COD H AV V V Y O rbCOD ,1 (8-2)式中 A O --A 区的氧气消耗量，mg/l ；COD H Y ,--异养菌的合成产率系数，单位每克细胞COD/每克COD ；Ekama 等推荐COD H Y ,=0.67；AS V --实验中活性污泥体积，ml ；WW V --废水样本体积，ml 。
图8-4 进水废水和活性污泥混合液的理想化的氧摄取率（OUR ）分批试验曲线。
A 区代表rbCOD 需氧量氧摄入率m g /l *h时间/h一种常用的估算rbCOD 浓度的方法是Mamais 等在（1993年）试图分开废水样本中真正的溶解性COD 时提出的絮凝/过滤方法。
该方法需要将絮凝/过滤程序应用在经过与活化污泥充分接触和曝气的废水样本、二级出水样品及沉淀的上清液样品。
测得的二级排放水样中的可溶性COD 是不可生物降解的溶解性COD （nbsCOD ），因为rbsCOD 将在活性污泥工艺中被消除。
该方法是基于一种假设即悬浮固体和胶体物质，可有效地被氢氧化锌捕获和絮凝，从而沉淀过滤后留下唯一真正溶解的有机物质。