生物反應器是指提供生化反應的任何合適的環(huán)境或工程設備。通常是指利用酶(由一種或一組酶驅動)或生物體(如微生物)使裝置具有模擬生物體的功能，可以在細胞外進行生化反應。在模擬過程中，好氧和厭氧反應都可以進行。這些系統(tǒng)在諸如酒精、組織工程、生化工程、制藥、有機污染物降解等應用中是非常重要的設備。

可分為天然生物反應器(如人的胃)和工程生物反應器(如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細胞反應器等。).這些生物反應器通常是圓柱形的，其體積從幾升到幾立方米不等，通常由不銹鋼制成。

按原料加入方式可分為間歇式反應器、補料間歇式反應器和連續(xù)式反應器(如連續(xù)攪拌釜式反應器和恒化器)。

生物反應器不同于化學反應器。化學反應器從原料到產品的過程中經常需要加壓加熱，是一種高能耗設備。生物反應器則不同，化學合成可以在常溫常壓下進行，有酶和微生物的參與。因此，生物反應器一問世就引起了化工部門的重視?；瘜W專家認為，化學合成的過程應該盡可能由生物來完成，因此設計一個理想的生物反應器成為現(xiàn)代生物技術產業(yè)的重要任務。

生長在生物反應器中的微生物可以浸入液體培養(yǎng)基中或附著在固體培養(yǎng)基的表面。浸泡后的培養(yǎng)物可分為懸浮和固定化兩種:

懸浮性生物反應器不需要特別的附著表面，因此可使用更多種類的生物體，而且可較固定化培養(yǎng)進行更大規(guī)模的培養(yǎng)操作；但在連續(xù)操作過程中，微生物將從反應器中與流出物一同去除。 固定化是一個通用術語，描述多種細胞、顆粒附著體或包封?；旧纤梢詰糜谒蓄愋偷纳锎呋?，包括酶、胞器、動物和植物細胞。其在連續(xù)操作的過程中非常有用，因為生物體不會與反應器流出物一同除去，但也因此在操作規(guī)模上受到限制，因為該微生物是只存在于有限的容器表面上。

大規(guī)模固定化細胞生物反應器的例子:

移動床生物反應器(moving media)(MBBR) 填充床反應器(packed bed) 纖維床生物反應器(fibrous bed) 生物膜 生物膜反應器 生物反應器的設計

生物反應器的設計是生化研究工程科學的一項復雜任務。設計目標是創(chuàng)造一個更好的環(huán)境，讓微生物或細胞發(fā)揮功能，生產出雜質含量在標準以內的產品。生物反應器中的溫度、營養(yǎng)物濃度、pH值和氣體溶解度(特別是關于有氧發(fā)酵的氧氣)等變量會影響生物的生長和生產力。

溫度：發(fā)酵培養(yǎng)基的溫度可借由單獨使用冷卻夾套、線圈或同時使用兩者來保持；在放熱發(fā)酵反應進行時，需額外使用外部熱交換器。在饋料批次式反應系統(tǒng)(fed-batch system)中，微生物生長所需的營養(yǎng)物質可在培養(yǎng)過程中連續(xù)的加到發(fā)酵罐(fermenter)中，或在發(fā)酵初始時加入反應器中。 PH值：利用少量的酸或堿測量和調整培養(yǎng)基的pH值，不同生化反應所需的PH值皆有所不同。 氣體溶解度：反應氣體（尤其是氧氣）對于有氧（和少部分厭氧）發(fā)酵而言為必須反應物，但由于氧對于水（幾乎是所有發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎）溶解度較低，故其含量對于空氣來說是相對稀少的（20.95％），因此必須連續(xù)地添加空氣（或純氧）至反應系統(tǒng)中。在溶液中的上升氣泡可充分混合發(fā)酵培養(yǎng)基，也可同時“擺脫”溶液中的廢氣，如二氧化碳。一般來說，生物反應器都會加壓，以增加水中的溶氧量。氧氣的運輸通常是經由攪動來完成，也同時保持營養(yǎng)物質的均勻分布，幫助勻相發(fā)酵反應進行；氣體分散攪拌器(Gas dispersing agitators)就是用來打破的氣泡使其均勻分布于整個容器中的工具。

水垢會損害生物反應器的整體效率，尤其是系統(tǒng)內的熱交換。因此，為了避免結垢，生物反應器的設計必須易于清洗，內表面通常采用不銹鋼，便于清洗和消毒。典型的生物反應器將在批次之間清洗，或專門設計以減少連續(xù)操作中結垢的可能性。

系統(tǒng)的熱傳導會間接或直接影響整個反應，因此生物反應器的熱傳導能力是設計的重要部分。小導管可通過冷卻夾套冷卻，但大導管可能需要盤管或外部熱交換器。?

污水處理(污水處理)

生物反應器也是為處理污水和廢水而設計的。給出以下三種污水處理方法的例子:

滴濾池法

對于更有效的系統(tǒng)，可以提供自由流動和化學惰性的培養(yǎng)基，使得細菌可以在沒有處理的情況下分解污水。這些處理工藝通常經過一系列獨立且順序的大型反應罐、機械分離器或旋風分離器來加速水和污泥的分離。曝氣機使氧氣溶解到污水和培養(yǎng)基中，加速污染物的分解。同時，處理可以大量使用污水，所以在城市污水中經常使用處理。

活性污泥法

潛水攪拌器在缺氧生物反應器中提供攪拌，使固體顆粒保持懸浮在溶液中，從而保證細菌和有機物有機會“相遇”，分解處理后，液體的生化需氧量(BOD)降低到足以重復利用。在使用這種方法處理污水的過程中，會產生大量的固體有機物，即生物固體，可以收集并進一步加工處理或干燥后作為肥料。

微生物自凈法

一個非常簡單的污水處理生物反應器，就是設置一個化糞池(留污水在原地)，添加(或者不添加)培養(yǎng)基，為細菌提供一個合適的環(huán)境；在這個系統(tǒng)中，生物污泥本身是細菌的主要營養(yǎng)提供者(活性污泥)，屬于封閉系統(tǒng)，所以不受洪水或飽和地面的影響，但是處理需要的時間比較長，有足夠的土地就適合，不在乎污水/[

為了促進生物廢水的動力引擎處理，密切監(jiān)測生物反應器中微生物的數(shù)量和質量是重要的?？梢酝ㄟ^ATP測試來監(jiān)控。

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