第一篇：改性淀粉絮凝劑在工業(yè)廢水處理的應(yīng)用研究論文

1改性淀粉的種類

1.1陰離子型改性淀粉絮凝劑

淀粉陰離子改性絮凝劑的制得主要是通過(guò)酯化、交聯(lián)等反應(yīng)，使淀粉或淀粉共聚物陰離子化，進(jìn)而得到陰離子型改性淀粉絮凝劑。陰離子淀粉絮凝劑可以從水中除去重金屬離子，并可與許多高價(jià)金屬離子生成難溶性鹽，從而達(dá)到更好的絮凝效果。

1.2非離子型改性淀粉絮凝劑

非離子型改性淀粉絮凝劑可分為非離子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝劑和羥丙基淀粉絮凝劑。非離子型丙烯酰胺接枝淀粉是在半剛性的淀粉分子鏈上接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈，在水中溶脹后具有很大的體積和很長(zhǎng)的直鏈，具有一定的吸附架橋性能，但該種改性淀粉絮凝劑在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用效果并不是很好。同樣為非離子型改性淀粉絮凝劑的羥丙基淀粉絮凝劑在實(shí)際應(yīng)用中的效果也不是十分理想。目前，部分研究學(xué)者通過(guò)非離子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝劑與其他無(wú)機(jī)絮凝劑復(fù)配來(lái)改善絮凝效果。

1.3兩性淀粉絮凝劑

兩性淀粉絮凝劑是指同時(shí)具有陽(yáng)離子和陰離子特征基團(tuán)的改性淀粉，因其能夠同時(shí)具有捕捉帶負(fù)電荷的懸浮粒子和架橋助凝作用，對(duì)不同基團(tuán)均具備較好的吸附性能而得到理想的絮凝效果。

2改性淀粉絮凝劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

2.1在處理含油廢水中的應(yīng)用

含油廢水的來(lái)源很廣，在石油工業(yè)的各生產(chǎn)過(guò)程及石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水，絮凝法是一種常見(jiàn)的含油廢水處理技術(shù)。劉貴毅等人用玉米淀粉與氫氧化鈉、三氯化鋁和無(wú)水碳酸鈉制得改性淀粉絮凝劑，對(duì)含油廢水進(jìn)行處理取得了較好的效果。范洪波通過(guò)共聚反應(yīng)合成了玉米淀粉改性絮凝劑CSF，對(duì)江蘇某油田的含油廢水取得了較好的處理效果。趙樹(shù)發(fā)等人利用硝酸鈰銨為引發(fā)劑，對(duì)淀粉進(jìn)行糊化并與丙烯酰胺發(fā)生共聚反應(yīng)，制成的淀粉改性高分子絮凝劑對(duì)含油廢水中含油量進(jìn)行處理取得了較高的去除率。

2.2在處理印染廢水中的應(yīng)用

印染廢水主要由退漿廢水、煮練廢水、漂白廢水、絲光廢水、染色廢水和印花廢水等組成，且成分復(fù)雜，可生化性差，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的較難處理的工業(yè)廢水之一。馬永梅等人采用玉米淀粉為原料制備陽(yáng)離子淀粉絮凝劑，該淀粉絮凝劑在與聚丙烯酰胺復(fù)配處理印染廢水時(shí)，對(duì)色度和COD都得到了較高的去除率。張倩倩等以玉米淀粉和異丙醇在無(wú)催化劑的條件下合成陽(yáng)離子淀粉絮凝劑，對(duì)活性染料的色度去除率最高達(dá)到97.1%、COD去除率達(dá)到83.3%。聶新衛(wèi)等人進(jìn)行了硼泥－改性淀粉絮凝劑處理印染廢水的實(shí)驗(yàn)研究，其研究結(jié)果表明，該絮凝劑在處理印染廢水時(shí)能有效降低廢水體系濁度。

2.3在處理造紙廢水中的應(yīng)用

造紙工業(yè)是我國(guó)環(huán)境污染的主要行業(yè)之一。造紙工業(yè)廢水可以分為黑液(制漿廢水)、中段廢水(包括洗漿廢水和漂白廢水)、白水(抄紙廢水)以及目前較多的廢紙?jiān)偕鷱U水。莊云龍等人對(duì)淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝劑在處理造紙廢水方面進(jìn)行了研究，研究表明，該絮凝劑對(duì)處理廢紙脫墨廢水有較好的處理效果。張光華等人以丙烯酰胺和淀粉為原料，制得淀粉丙烯酰胺陽(yáng)離子接枝共聚物(簡(jiǎn)稱SAM)，另加入陽(yáng)離子單體二甲基二烯丙基氯化銨制得另一接枝共聚物(C－SAM)，研究表明，淀粉、丙烯酰胺以及陽(yáng)離子單體二甲基二烯丙基氯化銨在特定的質(zhì)量比時(shí)，兩種接枝共聚物對(duì)造紙白水有比較理想的絮凝效果。唐宏科等人利用淀粉和聚丙烯酰胺制的共聚物，并加入一定量的甲醛和二甲胺發(fā)生Mannich反應(yīng)，得到改性淀粉絮凝劑對(duì)造紙白水等廢水具有良好的絮凝效果。

2.4處理其他廢水的應(yīng)用

隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于改性淀粉絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)越來(lái)越關(guān)注，改性淀粉絮凝劑處理工業(yè)廢水的范圍也愈加廣泛。改性淀粉絮凝劑在處理焦煤懸浮液、煤礦井廢水以及洗羊毛廢水等諸多的工業(yè)廢水處理中均取得了良好的處理效果。

3問(wèn)題與展望

(1)目前多數(shù)的改性淀粉絮凝劑均處于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用研究階段，缺少在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

(2)淀粉改性絮凝劑的生產(chǎn)成本較高，因此相比普通絮凝劑的價(jià)格也就偏高，限制了改性淀粉絮凝劑的推廣與應(yīng)用。

(3)影響淀粉改性絮凝劑使用效果的因素較多，如廢水的pH值、溫度以及絮凝時(shí)間等。盡管改性淀粉絮凝劑應(yīng)用存在著一些問(wèn)題，但通過(guò)進(jìn)一步加大工業(yè)化應(yīng)用研發(fā)力度，降低使用成本，改善改性淀粉絮凝劑的性能，其應(yīng)用前景與市場(chǎng)還是廣闊和巨大的。同時(shí)，改性淀粉絮凝劑作為一種綠色、環(huán)保的化學(xué)水處理試劑，對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源再生利用都有著重要的意義。

作者:楊爽 單位:沈陽(yáng)市環(huán)境技術(shù)評(píng)估中心

第二篇：變性淀粉在工業(yè)廢水處理技術(shù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

專業(yè)：化學(xué)工程與工藝年級(jí)：2010級(jí)

選題類別：變性淀粉在工業(yè)廢水處理技術(shù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

學(xué)號(hào)：2010507345姓名：郭曉萍

成績(jī):

變性淀粉在工業(yè)廢水處理技術(shù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

摘要：描述了變性淀粉在工業(yè)水處理行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，主要研究變性淀粉作為絮凝劑的現(xiàn)狀及進(jìn)展。因?yàn)榈矸蹃?lái)源廣，價(jià)格低廉，并且產(chǎn)物完全可被生物降解，因此，進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，變性淀粉絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)勢(shì)頭，美、日、英等國(guó)家在廢水處理中已開(kāi)始使用淀粉衍生物絮凝劑，近幾年，我國(guó)研究淀粉衍生物作為水處理絮凝劑也已取得了較大的進(jìn)展。

關(guān)鍵字：變性淀粉；工業(yè)廢水處理；絮凝劑；接枝共聚；交聯(lián)；

隨著水資源的緊缺和水環(huán)境污染的加劇。近年來(lái)工業(yè)水處理技術(shù)有了很大的發(fā)展.目前的技術(shù)主要有化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法等和各種方法的集成組合.大都少不了用到化學(xué)方法即投加藥劑，因?yàn)樗且环N處理工藝簡(jiǎn)單，占地面積少，處理速度快。處理成本相對(duì)較低的成熟方法。而改性淀粉水處理劑作為天然高分子碳水化合物改性而得的水處理劑，它對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害，且其處理殘?jiān)妆晃⑸锝到狻Ｒ虼?，不?huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染.有著廣闊的應(yīng)用前景。變性后的天然高分子絮凝劑與合成有機(jī)高分子絮凝劑相比，具有選擇性大、無(wú)毒、價(jià)廉等顯著特點(diǎn)。

在眾多天然改性高分子絮凝劑中，淀粉改性絮凝劑的研究、開(kāi)發(fā)尤為引人注目。因?yàn)榈矸蹃?lái)源廣，價(jià)格低廉，并且產(chǎn)物完全可被生物降解，因此，進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，改性淀粉絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)勢(shì)頭，美、日、英等國(guó)家在廢水處理中已開(kāi)始使用淀粉衍生物絮凝劑，近幾年，我國(guó)研究淀粉衍生物作為水處理絮凝劑也已取得了較大的進(jìn)展。

一、淀粉衍生物絮凝劑研究現(xiàn)狀

淀粉分子帶有很多羥基，通過(guò)這些羥基的醚化、氧化、酯化、交聯(lián)、接枝共聚等化學(xué)改性，其活性基團(tuán)大大增加，聚合物呈枝化結(jié)構(gòu)，分散了絮凝基團(tuán)，因而對(duì)懸浮體系中顆粒物有更強(qiáng)的捕捉與促沉作用。改性淀粉絮凝劑性質(zhì)比較穩(wěn)定，能夠進(jìn)行生物降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，從而減輕污水后續(xù)處理的壓力。

淀粉衍生物絮凝劑主要有以下4種。

（一）陽(yáng)離子型淀粉衍生物絮凝劑

陽(yáng)離子型淀粉衍生物絮凝劑可以與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過(guò)濾脫水。它對(duì)無(wú)機(jī)物質(zhì)懸浮液或有機(jī)物質(zhì)懸浮液都有很好的凈化作用，使用的pH范圍寬，用量少，成本低。

陽(yáng)離子淀粉是在堿性介質(zhì)中，由胺類化合物與淀粉的羥基直接發(fā)生親核取代反應(yīng)而得到的。

D.Sableviciene等以N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲基氯化銨(CHPTAC)為醚化劑，合成高取代度馬鈴薯陽(yáng)離子淀粉，用其處理以高嶺土配制成的50g/L的高濁度水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同投加量條件下，取代度為0.27～0.32的陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的絮凝效果最佳。

S.Pal等將CHPTAC引入到淀粉骨架中，合成的一系列陽(yáng)離子淀粉對(duì)硅土懸浮物具有良好的絮凝效果，且絮凝效果隨CHPTAC鏈增長(zhǎng)而增加。

王琛等以CHPTAC為醚化劑，制得取代度為0.32的玉米陽(yáng)離子淀粉，對(duì)高濁度的高嶺土懸浮液的絮凝試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同投加量條件下，陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的絮凝效果與聚丙烯酰胺相當(dāng)。通過(guò)乙烯基單體與淀粉的接枝共聚物陽(yáng)離子化可制得陽(yáng)離子改性絮凝劑。

趙彥生等利用硝酸鈰銨為引發(fā)劑，將玉米淀粉與丙烯酰胺接枝共聚，再加入甲醛和二甲

胺進(jìn)行陽(yáng)離子化，制得陽(yáng)離子淀粉絮凝劑，用這種絮凝劑處理印染廢水取得了良好效果。

裘兆蓉等以淀粉、丙烯酰胺、環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為原料合成了高密度陽(yáng)離子高分子絮凝劑F2。發(fā)現(xiàn)相對(duì)分子質(zhì)量為66萬(wàn)的F2對(duì)石油污水的澄清效果比常用的相對(duì)分子質(zhì)量為800萬(wàn)的聚丙烯酰胺絮凝劑效果好。潘松漢等用木薯淀粉為原料，采用兩步法合成了陽(yáng)離子淀粉絮凝劑，該陽(yáng)離子淀粉絮凝劑處理洗煤廢水的沉降速度和上層清液的透光率較聚丙烯酰胺的好。

（二）陰離子型淀粉衍生物絮凝劑

陰離子淀粉可以從水中除去重金屬離子，并可與許多高價(jià)金屬離子生成難溶性鹽。

1.含羧基淀粉

羧甲基淀粉和氧化淀粉具有含羧基高分子化合物所固有的螯合、離子交換、絮凝作用和酸功能等性質(zhì)，能與重金屬離子、鈣離子等生成沉淀。

B.S.Kim等以玉米淀粉、三氯氧磷、氯乙酸鈉為原料合成的交聯(lián)羧甲基淀粉，用于處理含銅、鉛、鎘、汞廢水，銅的脫除率達(dá)到80%以上，鉛、鎘、汞脫除率大于99%。全易用高交聯(lián)的淀粉跟氯乙酸反應(yīng)，得到在淀粉骨架上含有羧甲基的羧甲基交聯(lián)淀粉(CCMS)，CCMS具有優(yōu)良的吸附重金屬離子的能力，且可再生重復(fù)使用。

D.K.Kweon等對(duì)比研究了氧化淀粉對(duì)銅、鋅、鉛、鎘的吸附效果，結(jié)果表明，在相同條件下，氧化淀粉對(duì)銅離子的吸附效果最佳。筆者以玉米淀粉為主要原料合成了交聯(lián)氧化淀粉、交聯(lián)羧甲基淀粉、氧化羧甲基淀粉阻垢劑，其鈣去除率大于93%。

2.淀粉黃原酸酯

淀粉黃原酸酯是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的淀粉衍生物，主要用于處理含重金屬?gòu)U水。將淀粉在堿性介質(zhì)中與二硫化碳發(fā)生磺化后可得到淀粉黃原酸酯。

張淑媛將淀粉黃原酸酯用來(lái)處理含鎳電鍍廢水，鎳脫除率達(dá)到95%以上，鎳殘余質(zhì)量濃度小于0.2mg/L，低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

王愛(ài)明將淀粉用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)，交聯(lián)淀粉用氫氧化鈉、二硫化碳、硫酸處理，得到不溶性黃原酸酯，再以雙氧水作氧化劑制得不溶性淀粉黃原酸化二硫，它是一種高效重金屬脫除劑。鄧再輝用不溶性淀粉黃原酸酯(ISX)處理含銅廢水，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)ISX加入量為理論

2+2+加入量的1.4倍時(shí)，在室溫?cái)嚢璺磻?yīng)40min，Cu的去除率可達(dá)97%以上，處理后的廢水中Cu

小于0.2mg/L。

宋輝等以玉米淀粉為基材，與丙烯腈進(jìn)行接枝共聚，經(jīng)水解制得弱陰離子型絮凝劑，并進(jìn)一步羧甲基化和磺化，從而合成強(qiáng)陰離子型天然高分子改性絮凝劑SAH。將SAH應(yīng)用于印染廢水及造紙廠污水的處理，COD去除率和濁度去除率都達(dá)到90%以上，取得了良好的絮凝效果。

另外，磷酸酯淀粉也可用作絮凝劑，林紅梅等研究了磷酸酯淀粉/聚胺復(fù)合物絮凝劑對(duì)脫墨廢水的作用效果，磷酸酯淀粉/聚胺復(fù)合物對(duì)脫墨廢水的絮凝性能優(yōu)于聚丙烯酰胺、硫酸鋁和聚胺等。

（三）非離子淀粉衍生物絮凝劑

1.接枝淀粉

淀粉鏈與乙烯基單體在引發(fā)劑作用下接枝共聚是淀粉改性制備生物可降解高分子材料的重要途徑之一。近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員在該領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展。要使淀粉鏈接上適宜的活性基團(tuán)，成為理想的改性淀粉絮凝劑，引發(fā)劑的篩選是接枝共聚反應(yīng)的關(guān)鍵所在。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)于將乙烯基單體接枝到淀粉上的試驗(yàn)做了很多。

N.C.Karmakar等合成了淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支鏈淀粉接枝丙烯酰胺共聚物，將

它們用于處理不結(jié)焦煤懸浮液效果良好，且淀粉接枝丙烯酰胺共聚物比支鏈淀粉接枝丙烯酰胺共聚物的絮凝效果好。

常文越利用Ce(Ⅳ)作為引發(fā)劑，進(jìn)行了淀粉接枝丙烯酰胺共聚反應(yīng)，淀粉的接枝率高達(dá)94.9%，支鏈相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)300萬(wàn)，對(duì)多種工業(yè)污水的絮凝效果不亞于聚丙烯酰胺。

郭玲等采用60Co-γ射線預(yù)輻照的方法制備淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，將其用作絮凝劑處理生活污水，最佳投加質(zhì)量濃度為10mg/L，可作為工藝控制的參數(shù);接枝物具有良好的絮凝沉降性能，加入3min就有明顯的絮凝，且絮粒粗大沉降性能好，處理效果優(yōu)于國(guó)產(chǎn)聚丙烯酰胺。

羅逸等用工業(yè)淀粉與丙烯酰胺反應(yīng)得到改性淀粉HD-6，用于處理吉林油田碳酸鹽型污水、勝利油田低礦化度污水、江漢油田高礦化度污水、中原油田煉油“三泥”廢水，廢水處理效果、藥劑的毒性及經(jīng)濟(jì)可行性等綜合評(píng)估效果優(yōu)于聚丙烯酰胺類水處理劑。

2.糊精

糊精可用作絮凝劑或抑制劑。在浮選金礦時(shí)，加入糊精可改善礦物的可浮性，提高浮選的選擇性。煤和焦抽砂等礦藏開(kāi)采時(shí)，常伴隨很多淤泥，用糊精做絮凝劑，可使淤泥沉積下來(lái)。

（四）兩性淀粉衍生物絮凝劑

兩性淀粉絮凝劑分子上兼具陰離子、陽(yáng)離子兩種基團(tuán)，與僅含有一種電荷的陰離子或陽(yáng)離子淀粉相比，它的性能較為獨(dú)特。例如，用作絮凝劑的兩性高分子淀粉因具有適用于陰、陽(yáng)離子共存的污染體系、pH適用范圍寬及抗鹽性好等應(yīng)用特點(diǎn)而成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。特別是近十年，水溶性兩性高分子在水處理行業(yè)的應(yīng)用取得了較大的發(fā)展，主要用作染料廢水的脫色、污泥脫水劑及金屬離子螯合劑等。目前，國(guó)外對(duì)兩性高分子水處理劑研究較多的國(guó)家有美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和日本。我國(guó)對(duì)兩性高分子水處理劑的研究起步較晚，僅有少數(shù)幾個(gè)單位進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，還沒(méi)有工業(yè)化產(chǎn)品。

兩性淀粉的制備是利用淀粉葡萄糖單元中羥基的反應(yīng)活性，將其分別與陰、陽(yáng)離子基團(tuán)反應(yīng)得到的。陰離子基團(tuán)一般是由羧基、膦酰基或磺酸基構(gòu)成，陽(yáng)離子基團(tuán)主要由季銨基團(tuán)構(gòu)成。鄒新僖先將淀粉用環(huán)氧乙烷交聯(lián)，再與氯乙酸和3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨分別進(jìn)行陰、陽(yáng)離子化反應(yīng)制備了兩性淀粉螯合劑，它對(duì)陰離子和重金屬離子均有很強(qiáng)的吸附能力和較高的吸附容量，因此可望用于電鍍廢水、礦物及冶金工業(yè)提取重金屬離子和污水處理。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

王杰等以天然高分子植物粉F691為原料，通過(guò)羧甲基化、接枝共聚和Alemannic三步反應(yīng)合成出兩性天然高分子改性絮凝劑CGWLC。其對(duì)造紙混合污泥的脫水實(shí)驗(yàn)表明：在用量為10～20mg/L的范圍內(nèi)，對(duì)造紙混合污泥有較佳的絮凝脫水效果，能明顯改善污泥的沉降性能和過(guò)濾性能，其脫水性能優(yōu)于陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。馬希晨等以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物為原料，通過(guò)Alemannic反應(yīng)和水解反應(yīng)，合成了同時(shí)具有陰、陽(yáng)離子基團(tuán)的兩性高分子絮凝劑。產(chǎn)物對(duì)印染和造紙污水的濁度和COD去除率優(yōu)于部分水解聚丙烯酰胺。

二、存在的問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)在淀粉衍生物絮凝劑方面的研究和開(kāi)發(fā)工作已取得了很大進(jìn)展，合成出一系列環(huán)保型絮凝劑。但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距，尚存在以下幾方面的問(wèn)題。

（一）開(kāi)展機(jī)理研究

我國(guó)淀粉衍生物絮凝劑品種少、質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝落后、成本高。因而，應(yīng)充分利用我國(guó)豐富的淀粉資源，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)改性淀粉絮凝劑的研究。在對(duì)淀粉進(jìn)行物化改性的同時(shí)，應(yīng)更加系統(tǒng)、全面地開(kāi)展機(jī)理研究，掌握其微觀結(jié)構(gòu)，使其成為不僅具有絮凝功能，而且具

有緩蝕、阻垢等多種功能的水處理藥劑，以滿足復(fù)雜多變的水質(zhì)情況的需要。

（二）使用性能

我國(guó)對(duì)淀粉改性絮凝劑的實(shí)際應(yīng)用還存在一些不足，尤其是對(duì)水處理工藝研究較少。因?yàn)橛绊懶跄齽┬跄Ч囊蛩厥嵌喾矫娴?，除與絮凝劑本身的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)外，還跟水處理工藝有密切關(guān)系，如絮凝劑用量、溶液pH、溫度、離子強(qiáng)度、絮凝時(shí)間、攪拌時(shí)間和強(qiáng)度等都會(huì)影響絮凝效果。因此，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)絮凝處理工藝的研究，優(yōu)化絮凝劑產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)出更加有效的絮凝劑。

（三）價(jià)格

目前，改性淀粉絮凝劑的價(jià)格比普通絮凝劑產(chǎn)品高3～8倍，盡管在現(xiàn)有的天然高分子絮凝劑種類中，改性淀粉絮凝劑是最有希望與普通絮凝劑價(jià)格持平的，但目前國(guó)內(nèi)外的改性淀粉絮凝劑的價(jià)格都較普通絮凝劑高許多，推廣使用受到限制。因此淀粉類絮凝劑目前還難以涉足水處理行業(yè)。由于淀粉價(jià)格便宜，改性淀粉絮凝劑是天然高分子絮凝劑中成本最低的，隨著研究的深入，改性淀粉絮凝劑與一般絮凝劑的價(jià)格相當(dāng)是完全可能的。

以上幾個(gè)方面是目前國(guó)內(nèi)外改性淀粉絮凝劑研究中亟待解決的問(wèn)題，進(jìn)一步完善改性淀粉絮凝劑的生產(chǎn)技術(shù)，改進(jìn)工藝，提高改性淀粉絮凝劑的性價(jià)比是改性淀粉絮凝劑研究發(fā)展的趨勢(shì)。

三、前景

改性淀粉絮凝劑的潛在市場(chǎng)是巨大的，目前在水處理行業(yè)中改性淀粉絮凝劑約占絮凝劑總產(chǎn)量的0.1%。作為新一代的環(huán)境友好材料，開(kāi)發(fā)改性淀粉絮凝劑對(duì)環(huán)境的保護(hù)和再生資源的利用有重要意義。改性淀粉絮凝劑的生產(chǎn)以淀粉為原料，可減少對(duì)石油的依賴，同時(shí)可促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。改性淀粉絮凝劑可以在自然環(huán)境中生物降解，最終分解為二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何污染。隨著對(duì)絮凝劑制品需求量的增加和人們環(huán)保意識(shí)的提高，研究開(kāi)發(fā)淀粉衍生物絮凝劑的前景是非常廣闊的。

參考文獻(xiàn)

[1] 相波,李義久,倪亞明.螯合淀粉衍生物對(duì)銅離子吸附性能的研究[J].環(huán)境化學(xué).2004(02)

[2] 周?chē)?guó)平,羅士平,孫英.ISC聚合物去除電鍍廢水中鉻和鎘離子[J].水處理技術(shù).2003(03)

[3] 錢(qián)欣,鄭榮華,錢(qián)偉江,陳麗君.淀粉黃原酸酯吸附性能研究[J].離子交換與吸附.2001(05)

[4] 劉明華,張新申,鄧云.羧甲基淀粉吸附劑對(duì)水溶液中鉻和鋁離子的吸附研究[J].水處理技術(shù).2000(04)

[5] B.S.Kim,Lim S T.Removal of heavy metal ions from water by cross-linked

carboxymethyl corn starch.Carbohydrate Polymers.1999

[6] 李喬一.淺談絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用及展望[J].城鎮(zhèn)供水.2010(04)

[7] 張永超,馮喆.有機(jī)絮凝劑的機(jī)理及進(jìn)展[J].塑料制造.2010(09)

[8] 王艷,苗康康,胡登衛(wèi),姜紅波,趙衛(wèi)星.絮凝劑的研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊.2010(08)

[9] 陳捷.天然高分子改性陽(yáng)離子絮凝劑的研究[D].大連海事大學(xué).2005

[10] 王亞輝,李彤彤.絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用[J].廣東化工.2009(10)

[11] 邱會(huì)東.天然高分子陽(yáng)離子改性絮凝劑的制備及其性能研究[D].重慶大學(xué).2007

第三篇：新型改性煤瀝青在公路中的應(yīng)用研究

新型改性煤瀝青在公路中的應(yīng)用研究

《新型改性煤瀝青在公路中的應(yīng)用研究》課題是由山西省交通廳立項(xiàng)的科技項(xiàng)目，合同編號(hào)是08—17。

應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理是利用納米技術(shù)、表面活性劑技術(shù)和聚合物對(duì)煤瀝青進(jìn)行改性，利用多碎石瀝青混凝土SAC專利技術(shù)，使新型改性煤瀝青SAC25混合料技術(shù)性能達(dá)到中國(guó)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，用于公路路面施工。

合同要求的主要技術(shù)指標(biāo)和主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是改性煤瀝青混合料技術(shù)性能指標(biāo)滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，改性煤瀝青出廠價(jià)接近道路石油瀝青價(jià)格。經(jīng)研究，SAC25改性煤瀝青混合料技術(shù)性能滿足于公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，性能優(yōu)良。改性煤瀝青出廠價(jià)比道路石油瀝青價(jià)格低1000元/噸。

與國(guó)外同類技術(shù)比較，國(guó)外上世紀(jì)混合瀝青的性能指標(biāo)低于目前歐洲CEN（EN12591：2000）瀝青標(biāo)準(zhǔn)70/100等級(jí)要求值。混合瀝青已經(jīng)被石油瀝青替代。近年來(lái)，由于歐洲國(guó)家煤瀝青產(chǎn)量減少，混合瀝青研究沒(méi)有更多的成果報(bào)道，也沒(méi)有應(yīng)用到高等級(jí)公路的文獻(xiàn)報(bào)道。有資料顯示，美國(guó)開(kāi)發(fā)的筑路焦油，在煤瀝青中添加高分子聚合物，增加煤瀝青延度，但添加的高分子聚合物價(jià)格相對(duì)較高，只能用于高負(fù)荷的高等級(jí)公路，如機(jī)場(chǎng)路面等，沒(méi)有筑路焦油混合料路用性能指標(biāo)值的資料。用于高速公路中、下面層的40號(hào)改性煤瀝青，與美國(guó)開(kāi)發(fā)的能用于高負(fù)荷的高等級(jí)公路的筑路焦油相比，具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

成果有8個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，該項(xiàng)目通過(guò)理論研究，利用納米材料、聚合物對(duì)煤瀝青進(jìn)行改性研究，降低3，4苯并芘等有毒、有害成分；開(kāi)展低于120℃拌和煤瀝青混合料級(jí)配研究；高效液相（氣相）色譜和質(zhì)譜聯(lián)用，研究低于120℃拌和過(guò)程逸散物的濃度，對(duì)比石油瀝青路面施工，綜合評(píng)價(jià)溫拌煤瀝青路面施工對(duì)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)人群的影響；提出了路用煤瀝青技術(shù)要求。該項(xiàng)目研究用高科技改造傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品，為煤化工業(yè)的主要產(chǎn)品解決了出路，變廢為寶，大幅度地減少多環(huán)芳烴致癌物排放，減少溫室氣體和煙塵排放，是旨在減少污染、提高效率的煤炭轉(zhuǎn)化和污染控制的潔凈煤瀝青技術(shù)（Clean Coal Tar Pitch Technology）。

首次將硬煤瀝青改性為潔凈路用煤瀝青。

首次在高速公路路面工程中采用復(fù)合路面結(jié)構(gòu)，將改性煤瀝青用于高速公路路面中、下面層。

首次將改性煤瀝青用于SAC多碎石瀝青混凝土，用SGC制作煤瀝青混合料試件，用簡(jiǎn)易剪切試驗(yàn)儀做抗剪試驗(yàn)，作為煤瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)的預(yù)試驗(yàn)。

研究工作發(fā)了煤瀝青蒸餾新工藝，改善了煤瀝青組分和路用性能。

研制了納米復(fù)合材料DLN作為改性劑，有效提高了煤瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗老化性等主要性能指標(biāo)。

研發(fā)了低碳改性煤瀝青生產(chǎn)工藝。

研制了環(huán)保型煤瀝青透層油DL412、DL508。

提出了改性煤瀝青和煤瀝青透層油技術(shù)要求。

該項(xiàng)目實(shí)施后，新型改性煤瀝青將在高速公路、一、二級(jí)公路透層、粘層、中、下面層替代石油瀝青，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.替代石油瀝青，保障能源安全。

2.拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)環(huán)境。該項(xiàng)目研究充分發(fā)揮交通建設(shè)對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的拉動(dòng)作用，為煤化工主要污染物解決了出路，變廢為寶，既促進(jìn)煤的潔凈利用，推動(dòng)煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)，又大幅度地減少多環(huán)芳烴致癌物排放，減少溫室氣體和煙塵排放，保護(hù)了環(huán)境。

3.節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該項(xiàng)目采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備，利用煤焦油加工余熱改性、生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)。煤瀝青每噸價(jià)格比石油瀝青低約1000元，煤瀝青混合料拌和溫度低30%，瀝青用量減少13%，減少了中、下面層間粘層油，減少了一次面層施工。用新型改性煤瀝青替代石油瀝青，每建設(shè)1000公里高速公路，可節(jié)約直接投資6.55億元，并可節(jié)約2.82萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，向大氣少排放330萬(wàn)億焦熱量，少排放二氧化碳1.25萬(wàn)噸，少排放二氧化硫560.8噸，少排放粉塵352.5噸，少排放灰渣7417.2噸。每建設(shè)2萬(wàn)公里二級(jí)公路，可節(jié)約直接投資19億元，并可節(jié)約15萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，向大氣少排放1736.4萬(wàn)億焦熱量，少排放二氧化碳6.4萬(wàn)噸，少排放二氧化硫2839.3噸，少排放粉塵1869.23噸，少排放灰渣3.93噸。

實(shí)施該項(xiàng)目，能夠降低公路建設(shè)成本，降低公路建設(shè)能耗，促進(jìn)交通低碳綠色發(fā)展。該項(xiàng)目具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)含量高、產(chǎn)品附加值高、市場(chǎng)容量大，應(yīng)用推廣前景廣闊。

第四篇：工業(yè)工程論文：人因工程在生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用研究

人因工程學(xué)是一門(mén)新興的正在迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及多種學(xué)科，如：生理學(xué)、心理學(xué)、解剖學(xué)、管理學(xué)、工程學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、勞動(dòng)科學(xué)、安全科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。下面是小編為你帶來(lái)的工業(yè)工程論文：人因工程在生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用研究，歡迎閱讀。

摘要：隨著工業(yè)工程和管理科學(xué)的迅猛發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視人的因素。人因工程在生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用研究是現(xiàn)代工業(yè)工程研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。在我國(guó)的大型企業(yè)中以人因工程為代表的工業(yè)工程有較多的應(yīng)用。但在近些年大量涌現(xiàn)的中小型公司普遍存在生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境較差、設(shè)備布置不合理等阻礙工作效率提高的問(wèn)題。文章由人因工程學(xué)角度出發(fā)，從操作臺(tái)、安全色、控制器三方面分析人因工程在生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用，然后應(yīng)用人因工程學(xué)相關(guān)理論，探索生產(chǎn)車(chē)間人因工程改善的應(yīng)用原則，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，構(gòu)建舒適、安全且符合實(shí)際生產(chǎn)的作業(yè)空間。

關(guān)鍵詞：人因工程；作業(yè)空間；控制器；安全色

1.引言

隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的生產(chǎn)活動(dòng)由“人適機(jī)”轉(zhuǎn)向“機(jī)宜人”。“以人為本”的理念不斷受到人們的關(guān)注，安全、健康、舒適的生活、工作環(huán)境、作業(yè)條件等越來(lái)越受到社會(huì)的重視。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)往往是片面的強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量，而忽略了人的因素，這樣就會(huì)使員工在工作中過(guò)度疲勞或者容易發(fā)生生產(chǎn)事故，也容易讓員工對(duì)工作產(chǎn)生厭倦。人因工程的出現(xiàn)為減少這些不良狀況提出了很好的方法。在我國(guó)，人因工程的應(yīng)用比較好的一般都是在大企業(yè)，而中小型的企業(yè)在這方面還存在很大的不足。研究人因工程學(xué)在生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用對(duì)我國(guó)企業(yè)在提高生產(chǎn)效率、降低成本、提供安全、舒適的工作環(huán)境等有重要的意義。而對(duì)于成本高效率低的中小型企業(yè)，人因工程是使其在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存和發(fā)展的重要措施之一。

人因工程起源于歐洲，發(fā)展于美國(guó)，關(guān)于人因工程的研究及應(yīng)用國(guó)外的研究較國(guó)內(nèi)的研究起步早，但研究的重點(diǎn)都集中在人因工程的應(yīng)用方面。在我國(guó)，關(guān)于人因工程學(xué)應(yīng)用的研究在逐年上升，其中在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究領(lǐng)先于在經(jīng)濟(jì)管理、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面的研究[1]。而在國(guó)外，人因工程研究的重點(diǎn)是工作負(fù)荷和職業(yè)健康，研究成果比例達(dá)到17.01%，在人因工程學(xué)研究中是最大的比例[2]。關(guān)于人因工程在生產(chǎn)車(chē)間的研究，主要偏向安全和衛(wèi)生方面。于洪濤[3]提到：人們?cè)趶氖率苣撤N約束的活動(dòng)時(shí)，不加檢點(diǎn)采用姿勢(shì)、占有的空間大小或不知不當(dāng)，這些不僅會(huì)影響工作效率、作業(yè)質(zhì)量，還容易產(chǎn)生疲勞，在特定條件下還會(huì)出現(xiàn)傷亡事故，這說(shuō)明人因工程在生產(chǎn)車(chē)間中關(guān)于安全的研究，可以從設(shè)備布置、工人操作方法的角度出發(fā)，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。如龐如英在基于人因工程的提高生產(chǎn)率模型的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中從機(jī)器布置、工人操作方法、工作環(huán)境等來(lái)闡述人因工程的應(yīng)用?；谕瑯拥乃悸肺恼聦⑻接懭艘蚬こ淘陔娎|生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用。

2.人因工程相關(guān)理論

2.1 人因工程的內(nèi)涵

人因工程學(xué)（Human Factors Engineering），也稱為工效學(xué)（Ergonomics），是研究人—機(jī)—環(huán)境三者相互關(guān)系的學(xué)科，是一門(mén)實(shí)踐性、綜合性、交叉性的邊緣性應(yīng)用學(xué)科?！吨袊?guó)企業(yè)管理百科全書(shū)》這樣定義人因工程：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心里等特征，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康、舒適的目的。

上述的人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中，人是處于主體地位的決策者，也是操縱者或是使用者；機(jī)是指人所操縱或使用的一切物的總稱，它可以是機(jī)器，也可以是設(shè)施、工具或用具等；環(huán)境是人、機(jī)所處的物質(zhì)和社會(huì)環(huán)境。三者相互作用、相互制約，且以人為本[4]。

人因工程研究方法的核心是以人為本，其方法主要有調(diào)查法、觀測(cè)法、實(shí)驗(yàn)法、心理測(cè)量法、圖示模型法。

2.2 作業(yè)空間

作業(yè)空間，是指人、機(jī)器設(shè)備、工裝以及加工物所占的空間[5]。在工作系統(tǒng)中，人、機(jī)、環(huán)境這三個(gè)要素是相互關(guān)聯(lián)而存在的，生產(chǎn)中人通過(guò)機(jī)器完成某些任務(wù)，都需要通過(guò)一定的作業(yè)空間來(lái)完成。在設(shè)計(jì)作業(yè)空間時(shí)，要符合安全距離（為了防止操作人碰到對(duì)人造成危險(xiǎn)的東西而設(shè)計(jì)的障礙物距離作業(yè)者的尺寸范圍）和最小距離（操作者在操作時(shí)所必須的最小范圍）。操作姿勢(shì)是影響空間設(shè)計(jì)的主要因素之一，正確的操作姿勢(shì)可以減少疲勞，可以讓操作者更有效率的完成任務(wù)。在作業(yè)空間中，對(duì)于不同的操作姿勢(shì)，操作臺(tái)的高度即工作面高度是有所不同。操作姿勢(shì)一般分為三種：坐姿、站姿、坐立交替。站姿一般能進(jìn)行較大范圍的活動(dòng)和較大力量的操作，一般操作范圍大的作業(yè)且不是站立很久的工作，適合采用站姿的作業(yè)姿勢(shì)。

2.3 控制器及色彩

人因工程研究人、機(jī)器、環(huán)境這三個(gè)要素的相互作用及其合理性。人是通過(guò)控制器才能把信息傳遞給機(jī)器，以達(dá)到控制或某特定運(yùn)行狀態(tài)的功能，控制器對(duì)人—機(jī)—環(huán)境有著極其重要的作用。為了實(shí)現(xiàn)控制器符合人因工程的要求，為了使用者更易辨別其功能，要充分考慮控制器形狀、位置、大小、顏色、標(biāo)記等編碼的設(shè)計(jì)。文章主要研究控制器的顏色編碼和標(biāo)記編碼。其中，顏色編碼：是利用各個(gè)顏色不同來(lái)快速分辨出控制器的方式。一般停止、關(guān)斷控制器采用紅色；啟動(dòng)控制器采用綠色。標(biāo)記編碼：是一種利用文字、符號(hào)在控制器的近旁做出簡(jiǎn)明表示的編碼方法。當(dāng)控制器數(shù)量較多時(shí)，且控制器的形狀相差不大時(shí)，利用標(biāo)記編碼可以提高辨別控制器的效率，進(jìn)而達(dá)到減少時(shí)間，對(duì)生產(chǎn)效率有一定的促進(jìn)作用。

3.結(jié)語(yǔ)

在利用人因工程改善生產(chǎn)車(chē)間存在的問(wèn)題時(shí)，要遵循客觀性、系統(tǒng)性和動(dòng)態(tài)性的原則。

客觀性就是要求在運(yùn)用人因工程進(jìn)行改善時(shí)，以客觀事實(shí)的本來(lái)面目去揭示事物內(nèi)在的規(guī)律性。以實(shí)際生產(chǎn)的環(huán)境出發(fā)，全面、真實(shí)、具體地記錄研究所需的數(shù)據(jù)以及各種反應(yīng)。在對(duì)對(duì)象做分析做結(jié)論時(shí)，要從現(xiàn)實(shí)出發(fā)。

系統(tǒng)性要求在研究過(guò)程中把研究對(duì)象放到系統(tǒng)中加以研究和認(rèn)識(shí)。就是在在研究人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)時(shí)，人、機(jī)、系統(tǒng)這三大要素之間存在著相互制約和相互協(xié)同的關(guān)系。人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的功能不是這三要素功能的簡(jiǎn)單相加。在研究人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)時(shí)，要用系統(tǒng)觀點(diǎn)從整體出發(fā)分析系統(tǒng)中每個(gè)小系統(tǒng)的性能以及相關(guān)性，再通過(guò)各部分的相互關(guān)系來(lái)分析并認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的整體性。

動(dòng)態(tài)性要求對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行研究時(shí)，要根據(jù)不同的情況作相應(yīng)地調(diào)整，不能生搬硬套，否則會(huì)直接或是間接地對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面的影響。[6]（作者單位：吉林大學(xué)管理學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

[1]謝正文，吳超.近十年我國(guó)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2005，31（3）：352-353.[2]郭伏，葉秋紅.國(guó)內(nèi)外人因工程學(xué)研究的比例分析[J].工業(yè)工程與管理，2007，（6）：118-122.[3]于洪濤.作業(yè)姿勢(shì)與作業(yè)空間的人—機(jī)安全檢查[J].水利電力勞動(dòng)保護(hù)，2007，1：36-38.

第五篇：基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究

基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著科技的發(fā)展,產(chǎn)生了一系列嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是對(duì)水的污染。越來(lái)越多的廢水難以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行處理，而基因工程技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，逐漸應(yīng)用到廢水處理中。基因工程技術(shù)是在DNA分子水平上按照人們的意愿進(jìn)行的定向改造生物的新技術(shù)。本文介紹了基因工程技術(shù)的發(fā)展歷程、基本原理，對(duì)該技術(shù)的特點(diǎn)及研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了說(shuō)明，重點(diǎn)介紹了基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

關(guān)鍵詞：基因工程；原理；特點(diǎn)；廢水處理；應(yīng)用

1引言

眾所周知，環(huán)境污染現(xiàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然界微生物的凈化能力，尤其是在廢水處理方面。如今生物法是廢水處理的主要方法，但生物法也有其局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然進(jìn)化的微生物難于降解，而基因工程的引進(jìn)開(kāi)辟了培育高降解能力新品菌種的方法，利用基因工程技術(shù)檢測(cè)微生物性狀、提高微生物凈化環(huán)境的能力是用于廢水治理的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[1]。

20世紀(jì)50年代初, 由于分子生物學(xué)和生物化學(xué)的發(fā)展, 對(duì)生物細(xì)胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結(jié)構(gòu)和功能有了比較清晰的闡述。20世紀(jì)70年代，Berg等首次用限制性內(nèi)切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌體DNA，經(jīng)過(guò)連接，組成重組DNA分子，宣告了基因工程的誕生[2]。這一技術(shù)發(fā)展到今天, 正形成產(chǎn)業(yè)化并列為世界領(lǐng)先專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域之一, 廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源和國(guó)防等許多部門(mén),并日益顯示出其巨大的潛力, 將為世界面臨的環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題的解決提供廣闊的應(yīng)用前景。

2基因工程技術(shù)概述

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)，是一項(xiàng)極為復(fù)雜的高新生物技術(shù), 它利用現(xiàn)代遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的理論和方法,按照人類的需要, 用DNA重組技術(shù)對(duì)生物基因組的結(jié)構(gòu)或組成進(jìn)行人為修飾或改造, 從而改變生物的結(jié)構(gòu)和功能, 使之有效表達(dá)出人類所需要的蛋白質(zhì)或?qū)θ祟愑幸娴纳镄誀頪3]?；蚬こ碳夹g(shù)為基因的結(jié)構(gòu)和功能的研究提供了有力的手段。

2.1 基因工程技術(shù)的原理

基因工程技術(shù)是一種按照人們的構(gòu)思和設(shè)計(jì),在體外將一種生物的個(gè)別基因插入質(zhì)?；蚱渌d體分子, 構(gòu)成遺傳物質(zhì)的重組, 然后導(dǎo)入到原先沒(méi)有這類分子的受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)性繁殖, 使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá), 產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)品的操作技術(shù)?；蛘哒f(shuō), 基因工程技術(shù)是在生物體外, 通過(guò)對(duì)一種生物的DNA分子進(jìn)行人工剪切和拼接, 對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合, 再把它導(dǎo)入另一種生物的細(xì)胞里, 定向地改造生物的遺傳性狀, 產(chǎn)生出具有新的遺傳特性的生物[4]。

2.2 基因工程技術(shù)的特征

(1)跨物種性

外源基因到另一種不同的生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖。(2)無(wú)性擴(kuò)增

外源DNA在宿主細(xì)胞內(nèi)可大量擴(kuò)增和高水平表達(dá)。

2.3 基因工程技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

一個(gè)完整的基因工程技術(shù)流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、基因的轉(zhuǎn)移、基因的表達(dá)、基因工程產(chǎn)品的分離提純等過(guò)程。詳細(xì)步驟和內(nèi)容如下：(1)從復(fù)雜的生物有機(jī)體基因組中, 經(jīng)過(guò)酶切消化或PCR擴(kuò)增等步驟, 分離出帶有目的基因的DNA片段；

(2)在體外, 將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復(fù)制并具有選擇記號(hào)的載體分子上,形成重組DNA分子；

(3)將重組DNA分子轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞(亦稱寄主細(xì)胞), 并與之一起增殖；(4)從大量的細(xì)胞增殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA分子的受體細(xì)胞克??；(5)從這些篩選出來(lái)的受體細(xì)胞克隆, 提取出已經(jīng)得到擴(kuò)增的目的基因, 供進(jìn)一步分析研究使用；

(6)將目的基因克隆到表達(dá)載體上, 導(dǎo)入受體細(xì)胞, 使之在新的遺傳背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá), 產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)[5]。

3基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

隨著環(huán)境污染的加劇，出現(xiàn)了很多用傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題，于是基因工程技術(shù)逐漸被應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)中，尤其在廢水的處理方面。

3.1基因工程技術(shù)在污水檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1.1 聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)在污水檢測(cè)中的應(yīng)用

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction)是20世紀(jì)80年代后期由K.Mullis等建立的一種體外酶促擴(kuò)增特異DNA片段的技術(shù)，PCR是利用針對(duì)目的基因所設(shè)計(jì)的一對(duì)特異寡核苷酸引物，以目的基因?yàn)槟０暹M(jìn)行的DNA體外合成反應(yīng)。由于反應(yīng)循環(huán)可進(jìn)行一定次數(shù)(通常為25~30個(gè)循環(huán))，所以在短時(shí)間內(nèi)即可擴(kuò)增獲得大量目的基因。這種技術(shù)具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。PCR技術(shù)的基礎(chǔ)是只有在微生物特定核酸存在的條件下，重復(fù)性酶促DNA合成和擴(kuò)增才能夠發(fā)生。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物可通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳來(lái)檢驗(yàn)和純化，也可以被用來(lái)克隆、轉(zhuǎn)化和測(cè)序.在具體應(yīng)用中往往采用經(jīng)過(guò)修正的或與其它技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的PCR衍生技術(shù)，如RT-PCR、競(jìng)爭(zhēng)PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等[6]。

PCR通過(guò)對(duì)待測(cè)DNA片段的特異性擴(kuò)增，一方面作為菌株定性鑒定的重要手段，同時(shí)也為定性和定量研究微生物的群落特征提供幫助。自PCR技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，通過(guò)其自身的不斷完善以及同其它相關(guān)技術(shù)的聯(lián)用，在污水生物處理微生物的檢測(cè)和鑒定方面得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，為該領(lǐng)域的研究提供了一個(gè)高效、靈敏、簡(jiǎn)便的研究工具。應(yīng)用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法對(duì)環(huán)境微生物進(jìn)行研究可以不經(jīng)過(guò)培養(yǎng)，直接從樣品中提取細(xì)菌的DNA，再將編碼有16SrDNA的基因進(jìn)行擴(kuò)增。通過(guò)這種方法能夠直接了解樣品中微生物分布結(jié)構(gòu)，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。王峰等[7]采用PCR-DGGE技術(shù)來(lái)分析活性污泥與生物膜中微生物種群的結(jié)構(gòu)，可以不經(jīng)過(guò)常規(guī)培養(yǎng)而直接從活性污泥和生物膜樣品中提取DNA；Marsh等[8]利用PCR-DGGE分析并獲得了活性污泥中真核微生物的種群變化情況。以上的事實(shí)均說(shuō)明，PCR-DGGE結(jié)合測(cè)序技術(shù)是一種完全可行的適于環(huán)境樣品微生物研究的快速分析方法。

3.1.2 熒光原位雜交技術(shù)(FISH)技術(shù)在污水檢測(cè)中的應(yīng)用

熒光原位雜交技術(shù)(Fluorescence In Situ Hybridization，F(xiàn)ISH)結(jié)合了分子生物學(xué)的精確性和顯微鏡的可視性，能夠在自然的微生物環(huán)境中檢測(cè)和鑒定不同的微生物個(gè)體，并提供污水處理過(guò)程中微生物的數(shù)量、空間分布和原位生理學(xué)等信息。FISH技術(shù)的基本原理是通過(guò)熒光標(biāo)記的探針在細(xì)胞內(nèi)與特異的互補(bǔ)核酸序列雜交，通過(guò)激發(fā)雜交探針的熒光來(lái)檢測(cè)信號(hào)從而對(duì)未知的核酸序列進(jìn)行檢測(cè)[9]。

近年來(lái)，對(duì)污水處理的研究已經(jīng)從簡(jiǎn)單研究污水處理的表征現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到更深入地研究活性污泥內(nèi)部微生物種類及其特性。熒光原位雜交技術(shù)是一種微生物生態(tài)的研究技術(shù)，在測(cè)定過(guò)程中不破壞細(xì)胞、保持細(xì)胞形態(tài)完整，能夠真實(shí)反映在自然環(huán)境下微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布狀態(tài)。FISH技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以了解微生物在污泥中的數(shù)量、形態(tài)及分布狀態(tài)等。雖然FISH技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中還存在著一些問(wèn)題，如：檢測(cè)的假陽(yáng)性、假陰性等。但是，目前FISH技術(shù)在不斷發(fā)展完善的同時(shí)，已與其他分子生物技術(shù)相結(jié)合，這樣更能反映出污水中微生物種群的多樣性以及定量分析微生物種群在空間的動(dòng)態(tài)變化[10]。

3.1.3 DNA重組技術(shù)在污水檢測(cè)中的應(yīng)用

DNA重組技術(shù)的實(shí)質(zhì)是，將兩個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的DNA片段連接起來(lái)產(chǎn)生一個(gè)能在特定宿主中自主復(fù)制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的獲得；選擇載體并進(jìn)行處理；將目的DNA片段和處理后的載體連接；將連接產(chǎn)物導(dǎo)入合適的宿主細(xì)胞內(nèi)，使重組DNA分子在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制擴(kuò)增；將轉(zhuǎn)化菌落在平板培養(yǎng)基上培養(yǎng)成單個(gè)菌落，篩選獲得含有重組DNA的陽(yáng)性克隆[11]。在廢水的處理過(guò)程中僅靠分離和篩選的功能性微生物是不夠的。在混合的微生物群體中篩選特定的微生物菌種時(shí)往往得不到預(yù)期的結(jié)果；特定的微生物可能難以培養(yǎng)，從而無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際的生物反應(yīng)器中；人類排放到環(huán)境中的污染物越來(lái)越復(fù)雜且難以處理。因此，有必要通過(guò)基因工程技術(shù)并根據(jù)具體的需要構(gòu)建有效的基因工程菌或培育出可高效降解復(fù)雜多樣的有害污染物的細(xì)菌來(lái)解決以上的問(wèn)題。

3.2基因工程技術(shù)在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

生物處理法是廢水中有機(jī)污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機(jī)污染物需要不同降解菌之間的協(xié)同代謝或共代謝等復(fù)雜機(jī)制才能最終得以降解,這無(wú)疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產(chǎn)物在不同降解菌間的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是耗能過(guò)程,對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)這是一種不經(jīng)濟(jì)的營(yíng)養(yǎng)方式；其次,某些污染物的中間代謝產(chǎn)物可能具有毒性，對(duì)代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來(lái)源的細(xì)菌的降解基因進(jìn)行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來(lái)以構(gòu)建具有特殊降解功能的超級(jí)降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

劉春等[12]以生活污水為共基質(zhì),考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應(yīng)器中對(duì)阿特拉津的生物強(qiáng)化處理效果,以及生物強(qiáng)化處理對(duì)污泥性狀的影響。結(jié)果表明,基因工程菌在MBR中對(duì)阿特拉津具有很好的生物強(qiáng)化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負(fù)荷可以達(dá)到70mg/(L·d)。生物強(qiáng)化的MBR對(duì)生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

呂萍萍等[13]研究發(fā)現(xiàn)，克隆有苯降解過(guò)程中的關(guān)鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對(duì)苯具有較高的降解效率和降解速度,應(yīng)用于固定化細(xì)胞反應(yīng)器中效果突出。在較短的水力停留時(shí)間內(nèi),可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長(zhǎng)水力停留時(shí)間,可以使去除率達(dá)到95%以上。該反應(yīng)器對(duì)高濃度的苯具有突出的處理效果。同時(shí)所得到的產(chǎn)物為環(huán)己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

3.3基因工程技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用

處理重金屬?gòu)U水的傳統(tǒng)方法有:中和沉淀法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法、氣浮法、電解法、蒸發(fā)和凝固法、離子交換法、吸附法、溶劑萃取法、液膜法、反滲透和電滲析法等。目前最常用的就是基因工程技術(shù)，它與傳統(tǒng)的處理方法相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)[14]:(1)在低濃度下,金屬可以被選擇性地去除；(2)節(jié)能,處理效率高；(3)操作時(shí)的pH值和溫度條件范圍寬；(4)易于分離回收重金屬；(5)吸附劑易再生利用；(6)對(duì)鈣、鎂離子吸附量少；

(7)投資小,運(yùn)行費(fèi)用低,無(wú)二次污染。

3.3.1基因工程菌強(qiáng)化生物化學(xué)法處理重金屬?gòu)U水

生物化學(xué)法指通過(guò)微生物處理含重金屬?gòu)U水,將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學(xué)法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過(guò)異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,重金屬離子和H2S反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時(shí)H2SO4的還原作用可將SO42-轉(zhuǎn)化為S2-而使廢水的pH值升高,從而形成重金屬的氫氧化物而沉淀。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內(nèi)分離篩選出35株菌株,從中獲得高效凈化Cr(VI)復(fù)合功能菌。

袁建軍等[15]利用構(gòu)建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子,發(fā)現(xiàn)電解廢水中其他組分的存在可以增大重組菌富集汞離子的作用速率,且該基因工程菌能在很寬的pH范圍內(nèi)有效地富集汞。但高濃度的重金屬?gòu)U水對(duì)微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不過(guò),可以通過(guò)遺傳工程、馴化或構(gòu)造出具有特殊功能的菌株,微生物處理重金屬?gòu)U水一定具有十分良好的應(yīng)用前景。

3.3.2 基因工程強(qiáng)化生物絮凝法處理重金屬?gòu)U水

生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生物大分子，主要有蛋白質(zhì)、黏多糖、纖維素和核糖等。目前普遍接受的絮凝機(jī)理是離子鍵、氫鍵結(jié)合學(xué)說(shuō)。前述硅酸鹽細(xì)菌處理重金屬?gòu)U水可能的機(jī)理之一就是生物絮凝作用。目前對(duì)于硅酸鹽細(xì)菌絮凝法的應(yīng)用研究已有很多，有些已取得顯著成果。運(yùn)用基因工程技術(shù)，在菌體中表達(dá)金屬結(jié)合蛋白分離后，再固定到某些惰性載體表面，可獲得高富集容量絮凝劑[16]。

3.4基因工程菌在制藥廢水處理中的應(yīng)用

化學(xué)合成制藥廢水中有機(jī)污染物濃度高、可生化性差且組分復(fù)雜, 屬于難處理廢水。利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高選擇性基因工程菌可以提高微生物生物強(qiáng)化處理技術(shù)。因此，采用跨界融合技術(shù)，構(gòu)建基因工程菌Xhhh處理制藥廢水，其出水水質(zhì)可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978—1996 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝處理效果穩(wěn)定高效[17]。

4結(jié)語(yǔ) 自2000年，國(guó)際上提出基于系統(tǒng)生物學(xué)原理的基因工程概念后，基因工程被應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，并且手段日新月異。在環(huán)境領(lǐng)域當(dāng)中，基因工程正迅速應(yīng)用到廢水檢測(cè)和廢水治理當(dāng)中，培養(yǎng)出新的特效物種并進(jìn)一步提高其應(yīng)用效率、降低應(yīng)用成本。隨著分子生物學(xué)技術(shù)、環(huán)境工程檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合我們已經(jīng)掌握的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能方面的知識(shí),我們逐漸了解到污水生物處理系統(tǒng)中微生物群體的多樣性、實(shí)際生存狀態(tài)、功能特點(diǎn),并更有效地對(duì)其加以開(kāi)發(fā)和利用。此外，基因工程菌的出現(xiàn)，使以往的一些難降解有機(jī)廢水、制藥廢水、石油廢水、重金屬污染廢水以及其他有毒有害廢水等都得到了有效地治理，還會(huì)實(shí)現(xiàn)廢水資源化。當(dāng)前，引入DNA擴(kuò)增和其它生物技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法等將是基因工程技術(shù)研究的側(cè)重方向。

基因工程技術(shù)作為一種新興技術(shù)以極快的速度發(fā)展著。以下兩方面的研究將對(duì)水資源的保護(hù)有重要意義。一是對(duì)基因工程菌的深入研究，如基因工程菌對(duì)污染物的代謝途徑、控制目的基因表達(dá)的啟動(dòng)子基因序列、降解基因表達(dá)的調(diào)控條件的優(yōu)化等方面的研究。二是對(duì)環(huán)境中微生物的習(xí)性及基因工程菌與環(huán)境中微生物和污染物之間的相互作用進(jìn)行研究。從而使基因工程菌在治理有機(jī)物污染方面的實(shí)際應(yīng)用成為可能。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對(duì)污染物進(jìn)行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結(jié)合對(duì)污染物進(jìn)行處理,將對(duì)水資源保護(hù)起到更為重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮 斌, 謝光芝.基因工程技術(shù)[J].化工進(jìn)展, 2002,21(3):231-232.[2] 陳懷俠,趙永志.基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)通報(bào),2006,10:21-22.[3] 楊林,聶克艷,楊曉容,高紅衛(wèi).基因工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,05:1130-1133.[4] 李中東.基因工程與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)控制研究[J].科技進(jìn)步與對(duì)策, 2003, 16: 22-24.[5] 常忠義, 周 波, 高紅亮,陳立僑.基因工程菌在生物降解中的應(yīng)用及其發(fā)展[J].生物技術(shù),2003,13(5):46-48.[6] 顧豐.原位聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,02:97-99.[7] 王峰,傅以鋼,夏四清,楊殿海.PCR-DGGE技術(shù)在城市污水化學(xué)生物絮凝處理中的特點(diǎn)[J].環(huán)境科學(xué),2004,06:74-79.[8] Marsh TL, Liu WT, Forney LJ.Beginning a molecular analysis of the eukaryal community in activated sludge [J].Wat Sci Tech, 1998，37(4-5):455-460.[9] 馬莉貞.熒光原位雜交技術(shù)及其應(yīng)用[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,01:18-21.[10] 羅思音,張可方,張立秋.熒光原位雜交技術(shù)檢測(cè)污水處理中微生物的生理生態(tài)[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2009,02:27-29.[11] 張亞旭.DNA重組技術(shù)的研究綜述[J].生物技術(shù)進(jìn)展,2012,01:57-63.[12] 劉春,黃霞,孫煒,王慧.基因工程菌生物強(qiáng)化MBR工藝處理阿特拉津試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué),2007,02:417-421.[13] 呂萍萍,王慧,施漢昌,陳國(guó)強(qiáng).基因工程菌強(qiáng)化芳香化合物的處理工藝[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2003,01:13-16.[14] 趙肖為,李清彪,盧英華,等.高選擇性基因工程菌E.coli SE5000生物富集水體中的鎳離子.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004,24（2）:231-232.[15] 袁建軍,盧英華.高選擇性重組基因工程菌治理含汞廢水的研究.泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)).2003,21（6）:71-72.[16] 張禮平,楊海真.重金屬?gòu)U水生化處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境,2006,05:75-80.[17] 李向東,馮啟言,于洪鋒.基因工程菌在制藥廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2008,08:70-72.