# 活体过滤材料 活体过滤材料以活体生物或生物分子——而非惰性介质——作为过滤或处理的活性元件：加州 BioFiltro 在木屑床中植入活的红蚯蚓，用于净化奶牛场及市政污水；印度 Banka BioLoo 则在无需接入下水道的生物消化厕所中，用厌氧细菌群落就地分解生活污物。苏格兰詹姆斯·赫顿研究所正在开展 ElecTrickle 现场试验——一种基于滋养型电活性生物膜的生物电化学污水处理工艺；丹麦 Aquaporin 则将存在于活细胞膜中的水通道蛋白——水通道蛋白（aquaporin）——嵌入仿生反渗透膜，在新加坡 Kranji NEWater 水厂将能耗降低最高达 20%。 Source: https://cn.bioecon.ru/technology/living-filtering-materials/ Updated: 2026-08-18 ## 概述与价值链 标记：[EC：EPA 及美国各州对生物过滤系统的污水排放标准 | EU REACH 化学品注册及欧盟对仿生膜类水处理产品的监管框架 | OECD：生物基材料 | 监管机构：EPA（美国）、REACH（欧盟）] 活体过滤材料以活体生物、活体生物膜或生物分子本身作为过滤或处理的活性元件，取代砂石、活性炭、合成膜等惰性过滤介质。该行业涵盖四种结构性不同的方法：总部位于加州的 BioFiltro 在木屑床中植入活的红蚯蚓及其伴生微生物群落，让粪污或市政污水渗流经过床层，蚯蚓与微生物在摄食过程中同步消化并过滤污水；苏格兰詹姆斯·赫顿研究所正在开展 ElecTrickle 现场试验——一种基于生长在电极上、经滋养的电活性生物膜的生物电化学污水处理工艺；丹麦 Aquaporin 将水通道蛋白——活细胞膜用于选择性水分子运输的同一种蛋白质——嵌入合成反渗透膜，在工业化水处理规模上实现自然启发的选择性；印度 Banka BioLoo 则在密封的生物消化厕所中，用厌氧细菌群落就地分解生活污物，无需接入下水道即可将污水处理为水与沼气。 活体过滤材料的关键方向： 1. **蚯蚓过滤法（活体蚯蚓与微生物生物滤床）：** BioFiltro 的木屑床中植入活的红蚯蚓及其伴生微生物群落，在奶牛场粪污与市政污泥渗流经过床层时对其进行过滤，真正完成大部分生物消化工作的是蚯蚓本身，而非被动的膜或介质；公司成立于 2010 年，总部位于加州戴维斯，目前业务遍及智利、阿根廷、玻利维亚及英国等五个国家。 2. **生物电化学生物膜污水处理：** 詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 工艺在电极上培育经滋养的电活性生物膜处理污水，相较传统曝气法处理能耗与温室气体排放更低，目前已从实验室阶段进入苏格兰水务公司污水处理站点的现场试验。 3. **仿生水通道蛋白膜：** Aquaporin 的 Aquaporin Inside 膜将水通道蛋白——活细胞膜用于高选择性水分子运输的蛋白质——嵌入反渗透与正渗透膜产品中；公司的 Aquaporin Inside CLEAR 膜在新加坡 Kranji NEWater 水厂的示范应用中实现了最高达 20% 的节能效果。 4. **就地细菌生物消化卫生系统：** Banka BioLoo 的无下水道生物厕所使用密封于生物消化罐内的厌氧细菌群落，将生活污物分解为水（可安全排放或回用）与沼气；该技术已由一家在 FY26 恢复盈利的上市公司在印度大规模部署。 ### 行业价值链 ``` [活体蚯蚓与微生物群落／电活性生物膜／水通道蛋白／厌氧细菌群落] ──> [生物消化、电子传递或选择性膜运输] │ （滤床／反应器／膜组件装配与安装） │ ▼ [处理后的水、沼气或纯化渗透液产出] <─── [排放与性能认证] <─── [持续生物处理运行] ``` ### 价值链层级 | 层级 | 描述 | 关键输入/输出 | |:---|:---|:---| | **生物介质获取** | 活体红蚯蚓与微生物群落（BioFiltro）；电活性生物膜培养物（詹姆斯·赫顿研究所）；水通道蛋白（Aquaporin）；厌氧细菌群落（Banka BioLoo） | **输入：** 活体生物种源、生物膜接种物、纯化膜蛋白。**输出：** 可用于反应器或膜装配的生物处理介质。 | | **反应器／膜／滤床装配** | 木屑蚯蚓滤床；电极支撑生物膜反应器；嵌有水通道蛋白的膜组件；密封生物消化罐 | **输入：** 生物介质、结构基材（木屑、电极、膜支撑层、消化罐）。**输出：** 已装配的生物过滤或处理单元。 | | **持续生物处理运行** | 蚯蚓与微生物在粪污/污泥渗流经过时进行消化（BioFiltro）；电活性生物膜在电极处处理污水（詹姆斯·赫顿研究所）；水通道蛋白通道选择性地将水分子输送穿过膜（Aquaporin）；细菌群落在密封罐内分解污物（Banka BioLoo） | **输入：** 原污水、粪污、污泥或生活污物。**输出：** 处理后的水、纯化渗透液或沼气。 | | **排放与性能认证** | 水质与排放标准合规测试；相较传统处理的能耗基准测试（Aquaporin 20% 节能声明）；减排验证（ElecTrickle 现场试验） | **输入：** 处理产出。**输出：** 经认证、符合排放规范的水，或经验证的性能声明。 | | **应用部署** | 奶牛场与市政污水处理（BioFiltro）；市政污水处理厂（詹姆斯·赫顿研究所）；饮用水及 NEWater 反渗透水厂（Aquaporin）；无下水道接入的家庭与机构卫生设施（Banka BioLoo） | **输入：** 经认证的处理单元。**输出：** 已安装、运行中的处理系统。 | | **资源回收与耐久性归宿** | 作为副产品的蚯蚓粪肥（BioFiltro）；降低的曝气能耗与排放（詹姆斯·赫顿研究所）；降低的膜能耗，提升水厂运营利润（Aquaporin）；沼气与安全水回用（Banka BioLoo） | **输入：** 运行中的处理系统。**输出：** 回收的资源（堆肥、沼气、回用水）、降低的能耗/排放足迹。 | 该行业的跨领域技术： - **蚯蚓过滤活体生物滤床（Vermifiltration Living Biofilter）：** BioFiltro 植入活体红蚯蚓与微生物群落的木屑滤床，在粪污或污水渗流经过床层时对其进行消化与过滤。 - **生物电化学生物膜污水处理（Bioelectrochemical Biofilm Wastewater Treatment）：** 詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 工艺，在电极上培育经滋养的电活性生物膜，以低于传统曝气法的能耗与排放处理污水。 - **仿生水通道蛋白膜（Biomimetic Aquaporin-Protein Membrane）：** Aquaporin 的 Aquaporin Inside 膜，将活细胞膜用于选择性水分子运输的水通道蛋白嵌入反渗透与正渗透产品中。 - **就地细菌生物消化卫生系统（On-Site Bacterial Bio-Digester Sanitation）：** Banka BioLoo 密封式厌氧生物消化厕所，使用细菌群落将生活污物分解为水与沼气，无需接入下水道。 --- ## 美国 美国贡献了该行业的蚯蚓过滤方向：加州 BioFiltro 在其处理床中植入活体红蚯蚓与伴生微生物群落，在不断扩大的国际业务网络中处理奶牛场与市政污水。 ### BioFiltro 的活体蚯蚓与微生物污水处理床 - **BioFiltro（美国加州戴维斯；成立于 2010 年）：** 建造植入活体红蚯蚓及其伴生微生物群落的木屑蚯蚓滤床；污水或粪污渗流经过滤床，蚯蚓与微生物在正常摄食活动中分解有机物，产出处理后的水及副产品蚯蚓粪肥；公司拥有 40-50 名员工，累计融资 3500 万美元，业务遍及智利、阿根廷、玻利维亚及英国等五个国家，在美国加州斯坦尼斯劳斯县的 Alberto Dairy 等奶牛场均有记录在案的部署案例。 - **美国 EPA 及各州污水排放标准：** 蚯蚓过滤系统产出的处理水须遵守与常规污水处理相同的 EPA 及州级水质排放标准，BioFiltro 在农业及市政客户的部署案例中已记录符合该标准。 --- ## 中国 中国拥有全球最大的市政与工业污水处理产业之一，多家国有关联水务集团在全国范围内运营。然而，本轮实时信源核查未能确认存在与 BioFiltro、詹姆斯·赫顿研究所、Aquaporin 或 Banka BioLoo 同等规模的中国活体过滤技术企业——无论是蚯蚓过滤、生物电化学生物膜处理，还是仿生蛋白膜——因此本轮未在表中列入中国生产商。 ### 中国庞大的传统水处理产业与尚未确认的活体过滤技术企业 - **中国水处理产业规模：** 中国的市政与工业污水处理产业规模庞大，由大型水务与工程集团主导，但本轮针对该行业的实时信源核查仅发现一般性企业名录与设备供应商列表，未能确认具有自主品牌的蚯蚓过滤、生物电化学生物膜或仿生膜技术企业。 - **方向性背景：** 中国污水处理基础设施建设的规模，为未来国内活体过滤技术授权或本土企业的出现提供了可信的应用路径，但本轮实时信源核查未发现可纳入表格的具体企业 2026 年度产品发布；具有自主品牌的中国生产商是未来信源核查周期的候选对象。 --- ## 欧盟 欧盟提供了该行业两种处于不同成熟阶段的活体过滤技术：丹麦 Aquaporin 已在工业化水处理规模上商业部署仿生蛋白膜，而苏格兰詹姆斯·赫顿研究所仍在对一种从实验室走向现场验证的生物电化学生物膜工艺开展现场试验。 ### Aquaporin 的仿生蛋白膜与詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 生物膜现场试验 - **Aquaporin（丹麦孔恩斯伦拜）：** 将水通道蛋白——活细胞膜用于高选择性水分子运输的同一种蛋白质——嵌入其 Aquaporin Inside® 系列膜产品，包括面向住宅与商业终端用户的饮用水反渗透（DWRO®）元件；公司通过 Living Lab 示范项目开发的 Aquaporin Inside CLEAR 膜，在由新加坡国家水务机构 PUB 运营的 Kranji NEWater 水厂实现了最高达 20% 的节能效果。 - **詹姆斯·赫顿研究所（英国苏格兰；一家拥有 200-300 名员工的研究机构）：** 已启动 ElecTrickle 的现场试验——一种基于生长在电极上、经滋养的电活性生物膜的污水处理工艺，旨在相较传统曝气法处理提升处理效率并降低温室气体排放；该现场试验设于苏格兰水务公司一处污水处理站点，标志着该技术首次从实验室研究迈向真实环境验证。 - **欧盟 REACH 与水处理产品监管框架：** REACH 规范 Aquaporin 投放于欧盟市场的水通道蛋白及任何膜支撑化学品的化学品注册，而欧盟水框架法规下的市政污水排放标准，则设定了詹姆斯·赫顿研究所 ElecTrickle 现场试验所依据验证的性能基准。 --- ## 领先公司与研究机构 | 公司/机构 | 国家 | 关键产品/平台 | 技术特点 | 2026 年状态 | |:---|:---|:---|:---|:---| | **BioFiltro** | 🇺🇸 美国 | *木屑蚯蚓滤床* | 成立于 2010 年；活体蚯蚓＋微生物；奶牛场与市政污水 | commercial | | **Aquaporin** | 🇩🇰 丹麦 | *Aquaporin Inside®／DWRO® 膜* | 仿生水通道蛋白膜；Kranji NEWater 最高节能 20% | commercial | | **James Hutton Institute** | 🇬🇧 英国 | *ElecTrickle 生物电化学处理* | 经滋养的电活性生物膜；苏格兰水务公司现场试验 | research | | **Banka BioLoo** | 🇮🇳 印度 | *无下水道细菌生物消化厕所* | 厌氧细菌群落；已上市，FY26 实现盈利 | commercial | --- ## 技术栈与创新 活体过滤材料的技术栈涵盖四种结构性不同的生物处理机制——活体宏观生物（蚯蚓）、活体微生物生物膜、经分离的生物蛋白，以及密封细菌群落——它们均以生物本身而非惰性过滤介质作为处理的活性元件。 1. **蚯蚓过滤法（活体蚯蚓与微生物生物滤床）：** - BioFiltro 的活体蚯蚓及其伴生微生物群落，在粪污与污水渗流经过木屑床层时，完成分解有机物的生物工作，而不依赖工程化介质或额外化学处理——这是一种真正的活体过滤器，而非受生物启发的合成过滤器。 - 从 2010 年创立到如今业务遍及五个国家、拥有 40-50 名员工、融资 3500 万美元，历时十年的规模扩张，加之在加州奶牛场的记录部署案例，表明蚯蚓过滤法正从小众农业污水处理技术走向更广泛的市政应用。 2. **生物电化学生物膜污水处理：** - 詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 工艺在电极表面滋养电活性生物膜，利用生物膜自身的代谢活动驱动处理过程，相较传统活性污泥法处理，曝气能耗需求与温室气体排放更低。 - 直接从实验室研究进入苏格兰水务公司在运营处理站点的现场试验，是一个早期但切实的真实环境验证步骤，使 ElecTrickle 有别于尚未达到现场试验阶段的更广泛生物电化学生物膜系统学术文献。 3. **仿生水通道蛋白膜：** - Aquaporin 的方法是将生物蛋白直接嵌入合成膜，而非在现场培养或维持活体生物，使反渗透膜获得水通道蛋白的天然水分子选择性，同时避免了活体生物系统的运行复杂性。 - 在新加坡 Kranji NEWater 水厂实现的 20% 节能效果，证明该技术已达到工业化反渗透规模，而非仅停留在实验室或中试阶段，使其区别于更早期阶段的仿生膜研究。 4. **就地细菌生物消化卫生系统：** - Banka BioLoo 密封的厌氧细菌群落完全在现场分解生活污物，无需接入下水道或抽运化粪池——这与该行业其他方向所采用的集中式污水处理技术形成了截然不同的价值主张。 - 公司在 FY26 恢复盈利并保持上市地位，表明在下水道覆盖不完善的地区，去中心化、生物活性卫生基础设施的商业市场正日趋成熟。 --- ## 价值链与生产管线 ### 活体过滤材料产业管线（从活体生物介质到处理后的水或资源回收产出） ``` ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 1. 生物介质获取 │ ───> │ 2. 反应器／膜／滤床装配 │ │ │ │ │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 4. 排放与性能认证 │ <─── │ 3. 持续生物处理运行 │ │ │ │ │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 5. 应用部署 │ ───> │ 6. 资源回收与耐久性归宿 │ │ │ │ │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ ``` #### 阶段 1：生物介质获取 活体红蚯蚓及其伴生微生物群落为美国 BioFiltro 的滤床提供原料；电活性生物膜培养物为苏格兰詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 工艺提供原料；水通道蛋白为丹麦 Aquaporin 的膜产品提供原料；厌氧细菌群落为印度 Banka BioLoo 的生物消化厕所提供原料。 #### 阶段 2：反应器／膜／滤床装配 BioFiltro 装配植入蚯蚓与微生物的木屑滤床；詹姆斯·赫顿研究所为其现场试验建造电极支撑生物膜反应器；Aquaporin 将水通道蛋白嵌入反渗透与正渗透膜组件；Banka BioLoo 安装容纳细菌群落的密封生物消化罐。 #### 阶段 3：持续生物处理运行 蚯蚓与微生物在粪污及污泥渗流经过 BioFiltro 滤床时对其进行消化；电活性生物膜在 ElecTrickle 电极处处理污水；水通道蛋白通道选择性地将水分子输送穿过 Aquaporin 的膜，同时截留污染物；细菌群落在 Banka BioLoo 的密封罐内分解生活污物。 #### 阶段 4：排放与性能认证 BioFiltro 在奶牛场及市政部署点的处理水依据 EPA 及各州排放标准进行验证；ElecTrickle 现场试验在苏格兰水务公司站点接受减排验证；Aquaporin 的 Aquaporin Inside CLEAR 膜在 Kranji NEWater 水厂展示了最高达 20% 的节能效果；Banka BioLoo 的处理产出经验证可安全排放或回用。 #### 阶段 5：应用部署 BioFiltro 的滤床已部署于五个国家的奶牛场与市政污水处理站点；詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 正在苏格兰水务公司处理厂开展现场试验；Aquaporin 的膜已部署于住宅、商业及市政反渗透系统，包括新加坡 Kranji NEWater 水厂；Banka BioLoo 的生物厕所已部署于印度各地无下水道接入的家庭与机构。 #### 阶段 6：资源回收与耐久性归宿 BioFiltro 的蚯蚓过滤在产出处理水的同时产生蚯蚓粪肥副产品；詹姆斯·赫顿研究所的 ElecTrickle 致力于降低曝气能耗与温室气体排放；Aquaporin 的膜在规模化应用中降低了持续的反渗透能耗；Banka BioLoo 的生物消化器在无需集中式下水道基础设施的情况下，从生活污物中回收沼气及安全、可回用的水。