生物膜载体的选择与细胞固定技术

1、LOGO生物膜载体的选择与细胞固定技术n组 员：xxxn主讲人：xxxn生物膜载体的种类n生物膜载体的选择原则n实用微生物固定技术n各种固定技术的比较目录目录生物膜细胞固定技术与传统悬浮生物系统比较生物膜细胞固定技术与传统悬浮生物系统比较u 利于细胞分离u 反应器中可达到较高的细胞浓度u 通过优化载体体积特征，可达到微生物最大活性u 提供了在同一反应器中同时固定不同种微生物的可能性u 可以影响细胞形态，生理及代谢u 具有抗冲击负荷及抑制性物质的能力生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类u无机类载体无机类载体 通常用沙子、碳酸盐类石、各种玻璃料、沸石类、陶瓷通常用沙子、碳酸盐类石、各种玻璃料、

2、沸石类、陶瓷材料、碳纤维、矿渣、活性炭（包括颗粒及粉状活性炭）、金材料、碳纤维、矿渣、活性炭（包括颗粒及粉状活性炭）、金属类（如铝和不锈钢）等属类（如铝和不锈钢）等 大多数无机类载体机械强度相对较好，然而自身比重较大多数无机类载体机械强度相对较好，然而自身比重较大，不适宜做流化态运行，但是无机类载体由于自身的缺点，大，不适宜做流化态运行，但是无机类载体由于自身的缺点，比如自身比重大等，使其使用受到限制。比如自身比重大等，使其使用受到限制。生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类u无机类载体在实际中的应用无机类载体在实际中的应用 生物膜载体的主要种类生物膜

3、载体的主要种类u有机类载体有机类载体 由于无机类载体存在一些缺点，大量不同种类的有机类由于无机类载体存在一些缺点，大量不同种类的有机类载体在生物膜反应器技术受到越来越广泛的重视，有机类载体载体在生物膜反应器技术受到越来越广泛的重视，有机类载体是目前在生物膜技术发展中受人们关注的生物膜载体，随着聚是目前在生物膜技术发展中受人们关注的生物膜载体，随着聚合物加工技术的不断进步，具有不同功能的聚合物载体不断出合物加工技术的不断进步，具有不同功能的聚合物载体不断出现，这些载体在强度和比重等方面都有比较明显的特点。实际现，这些载体在强度和比重等方面都有比较明显的特点。实际应用中最为广泛。应用中最为广泛。有

4、机类载体主要有有机类载体主要有PVC（聚氯乙烯）（聚氯乙烯）,PE,PP（高聚物聚丙烯（高聚物聚丙烯）,各类树脂，塑料（包括各类泡沫材料），纤维，明胶，等各类树脂，塑料（包括各类泡沫材料），纤维，明胶，等等。等。生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类生物膜载体的主要种类u有机类载体在实际中的应用有机类载体在实际中的应用 生物膜载体的选择原则生物膜载体的选择原则u 机械强度机械强度u 物理形态物理形态u 生物、化学热力稳定性生物、化学热力稳定性u 空隙率空隙率u 比重比重u 对生物膜活性的影响对生物膜活性的影响u 可再用性可再用性u 价格价格生物膜载体的选择原则生物膜载体的

5、选择原则u机械强度机械强度 在大多数生物膜的过程中存在着不同强度的水力剪切作用以及载在大多数生物膜的过程中存在着不同强度的水力剪切作用以及载体之间的摩擦碰撞作用，因此生物膜载体必须具有与所使用生物技术体之间的摩擦碰撞作用，因此生物膜载体必须具有与所使用生物技术相应的机械强度。如果生物膜载体本身不具有一定的机械强度，那么相应的机械强度。如果生物膜载体本身不具有一定的机械强度，那么在反应器中势必会导致不同程度的破损而丧失功能，直接后果就是影在反应器中势必会导致不同程度的破损而丧失功能，直接后果就是影响出水水质。响出水水质。 因此选择生物膜载体时的第一步就是要考虑载体的机械强度，一因此选择生物膜载体

6、时的第一步就是要考虑载体的机械强度，一般来讲，聚合类的生物膜载体强度良好。般来讲，聚合类的生物膜载体强度良好。生物膜载体的选择原则生物膜载体的选择原则u物理形态物理形态这里主要说的就是滤料或者载体的比表面积，比表面积就是单位容积这里主要说的就是滤料或者载体的比表面积，比表面积就是单位容积滤料中所持有的空间所占有的百分率，载体表面是生物膜形成、固着滤料中所持有的空间所占有的百分率，载体表面是生物膜形成、固着的部位，高额的表面积是保持高额生物量的必要条件。的部位，高额的表面积是保持高额生物量的必要条件。u生物、化学及热力学稳定性生物、化学及热力学稳定性生物膜在代谢过程中会产生各种各样的代谢产物，这

7、些代谢产物会对生物膜在代谢过程中会产生各种各样的代谢产物，这些代谢产物会对载体产生腐蚀作用，因此应避免使用金属，易降解，易腐蚀的材料作载体产生腐蚀作用，因此应避免使用金属，易降解，易腐蚀的材料作为微生物固定的载体。为微生物固定的载体。 生物膜载体的选择原则生物膜载体的选择原则u空隙率空隙率 空隙率就是单位容积滤料中所持有的空间所占有的百分率。空隙率就是单位容积滤料中所持有的空间所占有的百分率。 滤料之间的空间是生物膜、污水和空气三相接触的部位，是供氧和氧传滤料之间的空间是生物膜、污水和空气三相接触的部位，是供氧和氧传递的重要部位，较大的空隙率有利于生物膜反应器的成功运行，滤料比表面递的重要部位

8、，较大的空隙率有利于生物膜反应器的成功运行，滤料比表面积与孔隙率的相互矛盾的两个方面，比表面积高，则空隙率低，空隙率不宜积与孔隙率的相互矛盾的两个方面，比表面积高，则空隙率低，空隙率不宜过高或过低，以适度为好。过高或过低，以适度为好。u比重比重 生物膜载体的比重对于悬浮载体生物膜系统即流化床的运行是一个必须生物膜载体的比重对于悬浮载体生物膜系统即流化床的运行是一个必须考虑的因素，载体比重太大，造成载体悬浮困难或是能耗太高，载体比重太考虑的因素，载体比重太大，造成载体悬浮困难或是能耗太高，载体比重太小，又不容易维持载体在反应器的一定的流态，载体比重一般控制在小，又不容易维持载体在反应器的一定的流

9、态，载体比重一般控制在1.03-1.10之间为佳。之间为佳。生物膜载体的选择原则生物膜载体的选择原则u对生物膜活性的影响对生物膜活性的影响 生物膜载体必须对所固定微生物无害，无抑制性作用，如果固定细胞或酶生物膜载体必须对所固定微生物无害，无抑制性作用，如果固定细胞或酶技术应用于生产各种生物制品，那么载体本身必须对人类机体无害技术应用于生产各种生物制品，那么载体本身必须对人类机体无害u可再用性可再用性 从经济角度来说，生物膜载体应该具有可再用性，从工程角度讲，一般应从经济角度来说，生物膜载体应该具有可再用性，从工程角度讲，一般应避免选用一次性材料作为污水生物处理技术中的载体。避免选用一次性材料作

10、为污水生物处理技术中的载体。u价格价格 选择生物膜载体时，应该兼顾价格和性能，在不影响设计或者研究目标时选择生物膜载体时，应该兼顾价格和性能，在不影响设计或者研究目标时，一般选用廉价载体为宜。比如一些砂石，焦炭，煤渣之类无机材料应尽量，一般选用廉价载体为宜。比如一些砂石，焦炭，煤渣之类无机材料应尽量就地取材，便于加工和运输。就地取材，便于加工和运输。实用微生物固定技术实用微生物固定技术 固定化微生物技术是通过化学或物理的手段固定化微生物技术是通过化学或物理的手段, 将游离细胞将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内或酶定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可反复利用的使其保持活性并可反复利用的一种

11、技术。一种技术。u表面吸附固定技术表面吸附固定技术表面吸附固定技术是指微生物表面吸附固定技术是指微生物与载体表面直接发生作用，进与载体表面直接发生作用，进而实现微生物在载体表面的固而实现微生物在载体表面的固定。定。可分为物理吸附法和离子吸附可分为物理吸附法和离子吸附法两种方法。法两种方法。实用微生物固定技术实用微生物固定技术u物理吸附物理吸附物理吸附使用具有高度吸附能力物理吸附使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃、石的硅胶、活性炭、多孔玻璃、石英砂和纤维素等吸附剂英砂和纤维素等吸附剂,但结合不但结合不牢固牢固,细胞易脱落细胞易脱落u离子吸附法离子吸附法可因静电引力可因静电引力(即离子键

12、合作用即离子键合作用)而固着于带有相异电荷的离子交而固着于带有相异电荷的离子交换剂上换剂上,如如DEAE-纤维素、纤维素、CM-纤维素等。该方法操作简单纤维素等。该方法操作简单,但所但所固定的微生物数量受所用载体的固定的微生物数量受所用载体的种类及其表面积的限制。种类及其表面积的限制。实用微生物固定技术实用微生物固定技术u键联固定技术键联固定技术 键联固定技术通常是指微生物可以通过与载体表面的某些键联固定技术通常是指微生物可以通过与载体表面的某些活性基团形成共价键的形式固定到载体表面，这种固定方式要活性基团形成共价键的形式固定到载体表面，这种固定方式要求生物膜载体表面具有某种活性基团，通常可对

13、载体表面进行求生物膜载体表面具有某种活性基团，通常可对载体表面进行改性，达到携带活性基的目的。改性，达到携带活性基的目的。共价键固定技术通常用的材料有氧共价键固定技术通常用的材料有氧化钛、聚合物、带有胶基德载体、化钛、聚合物、带有胶基德载体、氧化铝等。氧化铝等。实用微生物固定技术实用微生物固定技术u细胞间自交联固定技术细胞间自交联固定技术 交联法是通过微生物与具有两个或两个以上的官能基团的交联法是通过微生物与具有两个或两个以上的官能基团的试剂反应试剂反应,使微生物菌体相互连接成网状结构使微生物菌体相互连接成网状结构,而达到固定微生而达到固定微生物的目的。物的目的。细胞间自交联是自然界普遍存细胞

14、间自交联是自然界普遍存在的一种现象，为了进一步强在的一种现象，为了进一步强化细胞间或酶间的这种自交程化细胞间或酶间的这种自交程度，可以人为的加入一些交联度，可以人为的加入一些交联剂形成细胞间的稳固结构。剂形成细胞间的稳固结构。由于在形成共价键的过程中由于在形成共价键的过程中,往往会对微生物细胞的活性造成往往会对微生物细胞的活性造成较大的影响较大的影响,而且适用于此类固定化的交联剂大多比较昂贵而且适用于此类固定化的交联剂大多比较昂贵,因因而其在应用中受到一定的限制。而其在应用中受到一定的限制。实用微生物固定技术实用微生物固定技术u多聚体包埋技术多聚体包埋技术 多聚体包埋是指通过某些多聚体化合物包裹微生物，从而多聚体包埋是指通过某些多聚体化合物包裹微生物，从而达到固定微生物的目的。包埋法对微生物活性影响小、颗粒强达到固定微生物的目的。包埋法对微生物活性影响小、颗粒强度高度高,是目前研究最多的固定化方法。是目前研究最多的固定化方法。 常用的包埋法固定微生物的载体材料常用的包埋法固定微生物的载体材料,有天然高分子多糖有天然高分子多糖类的琼脂、海藻酸钠、卡拉胶和合成高分子化合物聚丙烯酰胺类的琼脂、海藻酸钠、卡拉胶和合成高分子化合物聚丙烯酰胺(PACAM)、聚乙烯醇、聚乙烯醇(PVA)等等实用微生物固定技术实用微生