生物化工的发展及应用

生物化工的发展及应用（通用12篇）

生物化工的发展及应用 篇1

膜生物反应器 (MBR) 是将膜技术与处理污水的生物反应器相结合, 用于固体的分离与截留、用于在反应器中进行无泡曝气和从工业污水中萃取优先污染物。它把膜分离工程与生物工程结合起来, 用高效膜分离技术代替传统生物处理中的二沉池, 可排除单独灭菌过程的必要性, 具有污染物去除效率高、出水水质好、生物反应器内的微生物浓度高的优点。典型的组件排列是生物反应器加膜过滤组件, 通过该系统循环活性污泥, 渗透液可通过膜被抽出。此外, 膜也可以放在生物反应器内, 吹入反应器的空气可减少膜污染。膜生物反应器作为一种新型的高效污水处理技术, 日益受到各国水处理技术研究者的关注。

一、MBR的发展

膜分离技术在污水处理中的应用开始于20世纪60年代末。1969年, 美国Smith等人首次将活性污泥法与超滤膜组件相结合用于处理城市污水的工艺研究。进入20世纪70年代, 有关MBR的研究进一步深入开展。在这一时期, 尽管各国学者对MBR工艺做了大量的研究工作, 但是由于当时膜组件的种类很少, 膜的寿命通常很短, 这就限制了MBR工艺长期稳定的运行, 从而也限制了MBR技术在实际工程中的推广应用。进入20世纪80年代以后, 随着材料科学的发展与制膜水平的提高, 推动了膜生物反应器技术的向前发展, MBR工艺也随之得到迅速发展。

20世纪90年代以后, MBR技术得到了最为迅猛的发展, 人们对MBR在生活污水处理、工业废水处理、饮用水处理等方面的应用都进行了研究, MBR已经进入实际应用阶段, 并得到了快速推广。

20世纪的最后几年, 人们围绕膜生物反应器的关键问题进行了较多研究, 并取得一些成果。有关膜生物反应器的研究从实验室小试、中试规模走向了生产性试验, 应用MBR的中、小型污水处理厂也逐渐见诸报道。1998年初, 欧洲第一座应用一体式膜生物反应器的生活污水处理厂在英国的Porlock建成运行, 成为英国膜生物反应器技术的里程碑。

二、MBR的原理

膜-生物反应器集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体, 是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物。同时, 利用反应器内的硝化细菌转化污水中的氨氮, 以去除污水中产生的异味 (污水中的异味主要由氨氮产生) 。最后, 通过中空纤维膜进行高效的固液分离出水。膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能, 与传统的生物处理方法相比, 具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点, 是目前最有前途的污水回用处理技术之一。铁路机务部门污水经气浮、过滤工艺处理后, 可直接由过滤泵送至MBR反应器处理, 出水进入储水池消毒即可回用或排放。MBR反应器的少量排泥可委托具有危险废物处置资质的企业处置。

三、MBR的特点

1. 膜生物反应器主要有以下四个优点。

(1) 出水水质良好稳定, 可直接回用。由于采用了膜分离技术, 高效的固液分离将废水中悬浮物质、胶体物质与已净化的水分开, 可拦截去除大部分致病菌, 减少消毒药剂用量, 使悬浮物和浊度接近于零。因此, 适合用于中水回收, 具有较高的水质安全性。

(2) 占地面积小, 容积负荷高, 水力停留时间短。膜生物反应器由于采用了膜组件, 不需要沉淀池和专门的过滤单元, 因而占地面积较小, 并且无污泥沉降性问题。系统中MLSS浓度维持较高水平, 大大提高了系统的容积负荷, 使得系统的抗负荷冲击能力增强, 可有效处理高浓度有机废水。同时, SRT将提高, 相对水力停留时间 (HRT) 可大为减少, 而难降解的大颗粒物质在处理池中亦可不断反应而降解。因此, 膜生物反应器通过膜分离技术可最大限度地强化生物反应的功能。

(3) 排泥周期长, 在生物自解下污泥量少, 操作运行费用低, 低能耗且易于自动化控制。膜生物反应器能将污泥完全截留在生物反应器内, 实现不排泥操作-污泥零排放。膜生物反应器中经膜的过滤作用可去除细菌、病毒等有害物质, 显著节省加药消毒所带来的长期运行费用, 且不需加入絮凝剂, 减少运行成本。MBR对氧的高利用效率及其间歇性运行方式, 大大减少了曝气设备的运行时间和用电量。

(4) MBR设备结构简单, 可以一体化组装, 实现了集约化、小型化、自动化, 并可就地处理、回用中水。

2. 膜生物反应器主要有以下两个缺点。

(1) 膜堵塞问题, 尚没有有效的清洗技术, 给操作管理带来不便。

(2) 膜制造成本偏高, 膜生物反应器的基建投资较高。

四、MBR的结构形势

膜生物反应器主要是由膜组件和生物反应器两部分组成, 根据膜组件与生物反应器的组合方式可将膜生物反应器分为以下三种类型:分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器。

1. 分置式膜生物反应器。

分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置, 相对独立, 膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接。该工艺膜组件和生物反应器各自分开, 独立运行, 因而相互干扰较小, 易于调节控制, 而且, 膜组件置于生物反应器之外, 更易于清洗更换, 但其动力消耗较大, 加压泵提供较高的压力, 造成膜表面高速错流, 延缓膜污染, 这是其动力费用大的原因, 每吨出水的能耗为2~10k Wh, 约是传统活性污泥法能耗的10~20倍。因此, 能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。

2. 一体式膜生物反应器。

一体式膜生物反应器起源于日本, 主要用于处理生活污水。近年来, 欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用。一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部, 有时又称为淹没式膜生物反应器 (SMBR) , 依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。该工艺由于膜组件置于生物反应器之中, 减少了处理系统的占地面积, 而且该工艺用抽吸泵或真空泵抽吸出水, 动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器, 每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。如果采用重力出水, 则可完全节省这部分费用。但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中, 污染较快, 而且清洗起来较为麻烦, 需要将膜组件从反应器中取出。

3. 复合式膜生物反应器。

复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中, 通过重力或负压出水, 但生物反应器的型式不同。复合式MBR是在生物反应器中安装填料, 形成复合式处理系统。

在复合式膜生物反应器中安装填料的目的有两个:一是提高处理系统的抗冲击负荷, 保证系统的处理效果;二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度, 减小膜污染的程度, 保证较高的膜通量。复合式膜生物反应器中, 由于填料上附着生长着大量微生物, 能够保证系统具有较高的处理能力。

五、MBR的应用现状

1. 在生活污水处理方面的应用。

Ueda等用中空纤维抽吸式聚乙烯MBR工艺处理乡村生活污水, 膜通量约为1211 L/ (m2·h) , HRT为13~16h, 当进水BOD为133±58 mg/L、进水SS为132±68 mg/L、总氮为32±19mg/L、总磷为318±310mg/L时, 去除率分别为99%、99%、83%、70%。Chiemchaisri分别采用中空纤维、板式MBR工艺处理城市生活污水, HRT为24 h, 进水COD为60~490 mg/L时, 对COD的去除率分别为80%、98%、93%。Bailey等用错流式微滤MBR工艺处理生活污水, 对COD的去除率超过97%。Muller等用错流式微滤MBR工艺运行300d, 污泥浓度升到40g/L~50g/L, 达到稳定, 对处理COD的体积负荷为019~210 kg/ (m3·d) 、污泥负荷为01021 kg/ (kg·d) , 总有机碳去除率≥90%。清华大学刘锐、黄霞等用一体式膜生物反应器对清华大学学生浴室洗浴污水的处理进行了中试研究, 系统运行了216d, 整个过程没有进行清洗、排泥, 水力停留时间为3.15h, 最后的出水中:COD<40mg/L、NH3-N<0.5mg/L、LAS<0.2mg/L、无SS、无色无味, 出水水质良好稳定, 满足建设部颁布的生活杂用水回用水质标准。

2. 工业废水中的应用。

Harada等用膜, 厌氧生物反应器处理含高浓度颗粒有机物合成废水, 小试运行效果良好, 当进水COD为500mg/L, HRT为48~120h时, 污泥浓度可达1510g/L, 对COD去除率为98%。Kimura等报道采用有机膜生物反应器工艺处理小麦淀粉废水的试验, 进水COD为36g/L、膜面积为54m2, 污泥浓度可达1619 g/L, COD去除率为7515%;处理造纸及纸浆工业废水, 进水COD为28g/L时, 污泥浓度达到1510g/L, COD去除率为96%。

膜分离使污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间, 从而达到较高的去除效果。高生物量浓度使MBR工艺能以紧凑的系统获得较高的有机物去除率。膜生物反应器有效克服了与污泥沉降性能有关的限制, 并起到了取代二沉池的作用。同时, 还能达到澄清和除菌的目的。MBR工艺具有出水水质优、占地少、易于实现自动控制等许多常规工艺无法比拟的优势。提高膜性价比和减少膜污染是MBR推广应用的关键。随着水资源的短缺和水污染日益严重及膜科学的不断发展, 膜污染问题将日益得到的改善和解决。MBR凭借其独有的优势, 必将受到高度重视, 在中水、污水处理回用等方面将得到广泛应用。

生物化工的发展及应用 篇2

论文摘要：介绍了我国取得农药登记的生物农药分类及应用情况，分析当前我国生物农药在应用和推广过程中存在的主要问题，针对性地提出了开展生物农药普及应用及推广工作的建议。

论文关键词：生物农药;类型;应用;存在问题;建议

生物农药是利用生物资源开发的农药。按其来源可分为植物源农药、微生物农药、抗生素和生物化学农药。我国每年需使用化学农药约25万t(以有效成分计)，过度使用化学农药导致环境污染、农作物及制成品农药残留、作物病虫害抗性等诸多问题，而生物农药因其具有毒性低、选择性强、高效低残留、不易使害虫产生抗药性等特点，起到了保护农业生态环境的作用，被称之为绿色农药、生态农药。目前，我国实现商品化并取得农药登记的主要生物农药有效成分品种为97个，占总有效成分品种的13.8%;产品近3 100个，占注册登记农药产品的10.2%[1-3]。

1、我国生物农药类型及应用情况

1.1植物源农药

从植物中可分离出多种具有杀虫作用的有效成分。萜烯类、生物碱类等物质起抑制昆虫取食和生长发育作用。萜烯类存在于楝树，从川楝、印楝种核中分离出印楝素对多种昆虫有较强的拒食作用，应用于防治小菜蛾、菜青虫、斜纹夜蛾等，被列为无公害农业生产的指定农药品种。生物碱是通常存在于植物体或者动物体中的一类具有碱性的含氮有机化合物，我国目前已有苦参碱、氧化苦参碱、藜芦碱、百部碱、烟碱等取得农药登记用于防治蚜虫、菜青虫、斑潜蝇、矢尖蚧等。除虫菊素提取自菊科菊属除虫菊亚属植物的花中，在20世纪50年代得到开发应用，现已发现6种有效成分能起到触杀作用，主要加工成喷射剂、气雾剂、蚊香用于防治蚊、蝇、蜚蠊等卫生害虫。19世纪中叶我国已用鱼藤根制作杀虫剂，从中提取的鱼藤酮是一种强接触杀虫剂兼具有胃毒作用，残效期短，基本无残留，对作物安全，登记用于防治蚜虫、小菜蛾等。苦皮藤素存在于卫矛南蛇藤属苦皮藤的根部，具有胃毒作用，可用于防治仓储原粮的储粮害虫。

植物中的生物碱、糖苷、各种酚类、香豆精素、特种蛋白质具有杀菌或抗菌活性。大蒜素在植物病害防治中最先得到应用，1958年科学家发现其同系物乙基大蒜素具有杀菌作用，现已制成乳油、可湿性粉剂防治枯萎病、稻瘟病等。我国已经取得登记的植物源杀菌剂还有嘧啶核苷类抗菌素、儿茶素、混合脂肪酸、小檗碱、氨基寡糖素、低聚糖素、几丁聚糖、葡聚烯糖超敏蛋白、苦参碱等。植物源农药在调节植物生长方面也得到应用，如氨基寡糖素加工为水剂或可湿性粉剂用于调节番茄生长和增收，超敏蛋白微粒剂用于烟草、番茄、辣椒等作物调节生长和增加产量。

1.2微生物农药

微生物农药指自然界存在的用于防治病、虫、草、鼠害的真菌、细菌、病毒和原生动物或被遗传修饰的微生物制剂。

微生物传感器的发展和应用 篇3

关键词：微生物传感器 检测识别功能 发展前景和应用空间

中图分类号：Q819 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）02-0080-01

微生物传感器是由固定化微生物、换能器和信号输出装置组成，以微生物活体作为分子识别敏感材料固定于电极表面构成的一种生物传感器。微生物传感器是使用微生物活细胞或细胞碎片作为敏感元件与电化学换能器来制备的生物传感器。由于微生物传感器的核心部分是具有生物活性的微生物细胞，与基于酶的生物传感器相比，微生物传感器不需要昂贵的纯化过程，微生物在其数量、大小、繁殖、遗传改造等方面均具有独特的优势，因此可以满足环境监测中快速简单、原位、低成本的要求。

随着微生物固定化技术的发展，微生物传感器是生物学研究的一个重要突破，因为其不仅为微生物细胞中的酶提供了自然环境以提高酶的活性及稳定性，还减免了酶纯化以及辅助因素再生的步骤，也就进一步的降低了生物学研究的成本；另一方面微生物传感器的生物学成分还可通过浸入生长基内使之实现再生。现今，微生物传感器已经能广泛的应用于地表水、生活污水以及部分工业废水的检测以及其他领域，具有较大运用空间。

1 微生物传感器的构造及工作原理

1.1 微生物传感器的构造

微生物传感器是由固定化微生物、信号转换器（换能器和信号输出装置）两部分组成。固定化微生物是对微生物进行信息捕捉的元件，同时也能影响到传感器的整体性能。固体化微生物的使用前提是要将微生物限制在一定的空间使微生物的成分不至于流失，还要求微生物的活性及机械性能保持良好的状态。总之，固体化技术是影响传感器的稳定度、灵敏度及使用寿命的核心部件。而换能器则包括O2电极、CO2电极（均为电化学电极）以及离子选择电波等。现今的换能器如离子敏场效应管可谓是发展新型微生物传感器的有效手段。

1.2 微生物传感器的工作原理

微生物在利用物质进行呼吸或代谢的过程时，将会消耗溶液中的溶解氧或者产生电活性物质。在微生物数量及活性未产生变动的情况下，其所消耗的物质的量能够反映出被检测物质的含量，然后再用气体敏感膜电极或离子选择电极、微生物燃料电池检测溶解氧和电活性物质的变化量。一般情况下，微生物电极可分为电流型微生物电极和电位型微生物电极两种类型，但根据微生物与底物的作用原理，又可分为测定呼吸活性型微生物电极和测定代谢物质型微生物电极。

2 微生物传感器的发展及应用

2.1 微生物传感器的应用实例简述

（1）应用于生物工业（发酵工程、酶工程、细胞培养、食品检测等），微生物传感器已用检测于原材料、代谢产物。并且，微生物传感器不会受到外界环境或者是工作过程中常有的干扰物质的影响，也不会收到发酵液浑浊程度的限制。自1975年Devis制成了第一支微生物传感器以来，微生物传感器研制的关键技术在于微生物的固定，传统的生物材料固定方法包括物理吸附、共价键合、交联到一定的载体基质上或包埋于有机聚合物的基质中，然而这些方法都存在稳定期短和固定时引起微生物的损伤等缺陷，从而限制了微生物传感器的发展。纳米技术的出现提供另一种更好的固定方法，纳米材料特有的光、电、磁、催化等性能，引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界的科学工作者的极大关注，这些进步推动了微生物传感器的发展。HIikuma于1979年使用固定化毛孢菌制作而成的醇电极完成了对发酵罐中醇的测定；1989年，张先恩等人实现了对蔗糖低分子糖的测定—通过将酿酒酵母菌固定在氧电极表面；等等案例都可以说明其在生物工业中的运用之广。

（2）微生物传感器还能对环境进行监测，其工作原理就是将活细胞作为探测单元，利用微生物的新陈代谢特点对污染物进行检测分析。早在1977年，Karube就用骨胶原将土壤中的微生物固定在氧电极上以检测污水的生化耗氧量，而现今，微生物传感器的研究主要是利用基因工程的方法和技术来检测污染物。

（3）在临床医学研究中，就有许春向运用过半微分循环伏安法进行了白血病人身上的白细胞与正常者的白细胞进行了识别，而后可以利用微生物传感器来对病变细胞进行筛选达到治疗检查的效果，这是医学史上的一次重大突破，也运用了微生物传感器原理来实施的。

2.2 微生物传感器的发展前景

现今，微生物传感器还存在两大阻碍发展因素：（1）细胞的电化学响应信号较为微弱，仪器设备精确度以及灵敏度不高以至于细胞检测难以实行，（2）大部分的细胞电化学响应机理不明确，目前仅能通过使用电子传递媒介或修饰电极来使电化学响应信号增强。不过，近年来，微生物传感器已在各个领域得到广泛的运用，主要是因其检测能力被大家所认同。许多传感器目前还是处在研究阶段，而微生物传感器的稳定性及使用期限又是收到检测对象所含重金属或是有毒有机物体的影响，这也是微生物传感器研究制作时所需考虑的因素。另外，在研究传感器时还需考虑到的因素有固体化技术的创新、微生物育种、基因工程以及细胞融合技术等。随着科学经济的快速发展，微生物传感器的研究与发展也必定会随着新型技术的发展而趋于高科技、高效耐毒、微型智能化。

3 结语

微生物传感器的发展和广泛应用将能够在实际生活中发挥很重要的作用，但前提是，需要不断地加强微生物传感器的性能及检测结果的精准度。微生物传感器成为大众普及的仪器设备，就因为微生物传感器具有足够的敏感度和精确度、操作简单便捷、性价比高、构造简单。目前，微生物传感器的应用空间广泛，多重领域的涉及，也就势必会需要其长久耐用，符合生物工程、环境监测及临床医学使用规范。

参考文献

[1]马莉萍，毛斌，刘斌，等.生物传感器的应用现状与发展趋势[J].传感器與微系统，2009.

[2]谢平会，刘鹰，刘禹，等.微生物传感器[J].传感器技术，2001.

[3]王建龙，张悦，施汉昌，等.生物传感器在环境监测中的应用研究[J].生物技术通报，2000.

化工流程模拟发展及应用 篇4

1 流程模拟软件研究进展

化工流程模拟的发展大致经历了三代[2]。上世纪60年代初, 世界第一个化工流程模拟系统Flexible Flowsheet开发完成, 该软件与Kellogg公司开发的GFS (General Flowsheet) 是第一代稳态流程模拟系统的代表。其特点是, 规模下, 功能有限。第一代模拟程序物性数据与单元操作模块有限, 采用直接迭代求解法, 通过对工艺流程的描述实现流程模拟。

第二代流程模拟程序出现在60年代末到70年代中期。代表作是60年代末开发的FLOWTRAN。第二代模拟程序的主要特点是:物性数据较全;计算方法改进明显, 计算容易收敛。软件系统采用固定的流程结果, 组分数、物流数均受到限制。不利于流程软件的二次开发。

第三代稳态流程模拟系统出现在上世纪80年代, 稳态流程模拟软件经历了飞速发展。这代软件以ASPENPLUS及PROII为代表。这些软件采用开式结构, 各单元操作模块可以自由组合, 完成新工艺生产的模拟。而且采用, windows多视窗、多任务窗口, 表单式的输入, 与EXCEL的方便导出, 以及二次开发接口使流程模拟使用及拓展变得非常便利。

随早期流程模拟软件的成功, 越来越多的厂家开始采用流程模拟软件进行生产控制, 流程设计等。流程模拟软件进入了发展的黄金时期。新开发的模拟软件逐步与动态的工业装置直接相联, 从“离线”走向“在线”。更有部分软件以整个化工生产周期为模拟对象, 扩大了模拟范围, 更加适合现代化工生产需求。加拿大HYPROTECH公司 (2002年被ASPENTECH公司收购) 于上世纪90年代中期发布了动态模拟软件HYSYS, 该软件具有稳定模拟与动态模拟的功能, 而且还可以在两种模式下自由切换, 在石油工业上取得了极大的成功。

2 流程模拟的作用

流程模拟能够衡量生产过程中出现了各种技术难题, 能够评价流程的环境友好特性, 从而判断工艺流程的优劣, 比较各种控制方案从而改进工艺, 改进控制, 为化工设计、生产提供高效的决策依据。

其在科学设计及生产实践中的典型应用包括:

2.1 仿真培训

化工企业新进员工, 高校学生工厂见习没有实际生产经验, 直接参与工业生产必然导致大量不合格产品产生, 导致停车甚至爆炸等安全事故。因此建立动态模拟系统, 学员在模拟环境下练习如何进行生产操作, 掌握基本的过程控制规律。对于实际生产中很少见的开、停车等过程, 通过动态模拟环境也能进行学习。学员可以快速对整个工艺流程获得了解, 能够应付各种可能情况, 因而能以最小成本、最快速度获得第一手的实际经验, 成为一名合格员工。因此动态仿真系统广泛的应用于培训和教学中。

2.2 开停车指导

化工连续生产系统通常由许多庞大的设备由各种管路连接构成, 开车至稳定生产状态往往需要经过很长时间, 造成很多次品, 甚至废物的产生。如精馏塔从开车至稳态通常需要几小时至十几小时不等。在开车过程中, 各种操作不协调, 均会造成生产事故, 或者导致生产不正常, 从而带来严重经济损失甚至员工伤亡。在流程模拟软件的帮助下, 开停车训练完全成为可能, 从而极大程度上避免这些不必要的风险。

2.3 生产调优, 故障诊断

现代生产要求经济效益最大, 这就要求节约能源, 降低资源消耗, 从而达到增产增效的目的。同时, 生产也要求环境友好, 排放达到环保要求。通过实验设计, 小试、中试的开发流程, 周期长, 投资极大, 而采用流程模拟软件则能够很快模拟各种工况下的运行情况, 从而寻找到最优的工艺条件。实际生产过程中即可与理由实际的生产信息进行模拟, 从而实时地选择有利的流程模拟条件, 即优化流程模拟结果、推演和归纳的结果通常也能起到优化控制机理模型的作用[3]。

2.4 工艺改造

当前化工工艺设计过程中, 首先需要采用各种流程模拟软件进行各种工艺、装置的设计方案比较。流程模拟软件能够对各单元操作需要的最佳能量、温度、压力、反应体积、各工艺参数提供参考, 进而确定单元设备的尺寸和设计参数。能找到设计中存在的问题, 过程“瓶颈”在什么地方, 怎么解决, 从而大大缩短设计工期, 提高设计的科学性和准确性。

3 结论

流程模拟技术是迎接化工生产过程高度复杂性、非线性的产物, 是市场需求推动与化工过程控制技术、智能控制技术促进的结果。发展流程模拟优化技术在指导装置设计, 优化操作工况, 培训新进员工, 实现企业节能降耗、挖潜增效、提高经济效益、降低环境污染等方面发挥着不可替代的作用。

参考文献

[1]杨友麟等.化工过程模拟与优化.北京化学工业出版社.

[2]Rodrigues, A.E.and M.Minceva, Modelling and simulation in chemical engineering:Toolsfor processinnovation.Computers&Chemical Engineering, 2005.

21世纪生物化工发展及对策 篇5

行业与行业间的划分将日趋模糊，企业间的合作将加大。目前，许多从事医药、农业、环境、能源等方面生产的企业，正在从事生物化工生产。特别是某些从事传统化工行业的生产厂家，也纷纷涉足生物化工领域。如杜邦公司，长期以来主要从事有机化工和聚合材料的生产，现在正加大生物化工的开发力度，已开发成功了生物法生产1,3-丙二醇工艺，并正在开发用改性大肠杆菌生产己二酸工艺。DSM公司以前主要从事抗菌素方面的生产，现也加大了生物化工的投资力度。

由于生物化工涉及面广，许多生化公司都有自己的专长，它们之间为了商业利益的合作也非常活跃。此外，随着从事传统行业的生产厂家的加入，由于技术与生产方面的原因，它们与从事生物化工开发与生产的企业合作也很频繁。所有这一切，都使生物化工行业的合作越来越广泛。如杜邦公司与杰宁科乐公司合作开发用生物法生产1，)丙二醇，进一步生产PTT树脂。荷兰的Purac公司与美国Cagill公司合资建设年产3.4万tL。乳酸装置，并计划进一步发展到6.8万V入DSM公司与美国Maxygen公司签定了三年的研究合同，以利用Maxygen的

DNA重排和分子培养技术，开发在7一ADCA和其它青霉素生产中使用的酶和菌种。

2.2产品结构

生物化工产品正向专业化、高科技含量、高附加值方向发展。传统的低价位产品受到冷落，而高价位产品如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。许多公司为了追求较高利润，都将低附加值的产品剥离。如日本武田药品工业公司不再生产味精，转而生产其它高附加值的调味品如肌甘酸二钠(IMP)和鸟甘酸二钠(GwtP)。另外，生物化工将涉足它以前很少涉足的领域如高分子材料和表面活性剂等。

生化药物由于附加值高而成为今后生物化工领域发展的重点。生化药物市场销售额达130亿美元，其中细胞分裂素80亿美元，激素30亿美元，其它20亿美元;就具体药物而论，促红细胞生长素35亿美元，人胰岛素18亿美元，粒性白细胞克隆刺激因子16亿美元，人生长激素15亿美元，小干扰素11亿美元。预计今后其市场销售额还将以8%的速率增长。

在氨基酸方面，虽然用于药物合成氨基酸的量相对较小，但其发展潜力很大。据报道，500种主要药物中，有18%含有氨基酸或其衍生物的合成。在药物合成中，使用最广泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管紧张素转化酶(ACE)的合成，匹苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的发展重点之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽键组成的.化合物，在临床上使用非常广泛，主要用于治疗癌症、HIV病毒和兔疫系统功能减退、对传统抗生素产生抗体的感染以及疫苗等。全球合成多肽原药的产量在100kg左右，但销售额达2.5亿～3亿美元，而做成制剂的销售额则达25亿～30亿美元。多肽原药需求量的年增长率在10%以上。

碳水化合物方面，用于临床的碳水化合物受到人们越来越多的关注。但是，用于临床的碳水化合物结构复杂，如一对单糖，其不同的化学键就多达22种。因此，用化学法合成复杂的碳水化合物比较困难，难以实现工业化，而用酶法合成则是一条切实可行的途径。

作为生化催化剂的酶，也将是今后发展的重点。19，生化用催化剂销售额约1.3亿美元，在过去的3～5年间，每年增长速率在8%～9%，预计在未来的3～5年间，将以同样速度增长。生化催化剂主要用于手性药物的合成。当前，手性药物已成为国际新药研究与开发的新方向之一。

年手性药物制剂世界市场的销售额为879亿美元，占药品市场的28.3%，到将达到900亿美元。在未来的25年内，约有一半的手性药物要通过生化催化合成，因此，生化催化剂无论从需求量和需求种类来看，都具有很大的发展潜力。

生化表面活性剂由于具有无毒、生物降解性好等优点，今后可能成为表面活性剂的升级换代产品，但目前还处于探索阶段。

生物化工在高分子材料、特殊化学品、生物晶片、环保等方面也将有极大的发展潜力。

2.3技术水平

不断提高菌株活力、发酵水平、生化反应过程、分离纯化水平，依然是生物化工面临的课题。

在菌种开发方面，由于从20世纪70年代以来从自然界中筛选菌种以获得新的代谢产物的机会明显减少，人们便考虑利用已知菌种经适当改变其代谢特性后生产新的产品。如日本协和发酵公司已成功地把生产谷氨酸的菌种改为生产色氨酸。

在生化反应器方面，反应器放大一直是一个老大难的问题。因此，利用计算机技术对整个生化反应过程进行数字化处理，从而优化反应过程，是今后的发展方向之一。

在分离纯化方面，亲和层析受到广泛重视，并有人研制了一种综合专家系统软件包，可在几分钟内告知对方被分离物系的分离方法和顺序，以便根据产品所需进行取舍。

另外，在生化过程的在线检测和控制方面，利用生物传感器和计算机监控，依然是今后的发展方向。

在酶催化反应中将发展有机溶剂中的催化反应。

生物上游技术的发展，将对生物化工产生深远影响。人们对从病毒、细菌、植物、动物到人类基因组顺序测定工作十分重视，并在此基础上形成了基因许多产品一哄而上，盲目上马，遍地开花，最终形成恶性竞争，许多企业破产倒闭。在竞争中生存下来的企业，也是元气大伤，难以进一步组织技术改造。如仅江苏省停产的发酵生产线就多达上百条。另外，行业内企业间的生产水平相差悬殊，企业技术装备水平达到20世纪80年代以后国际先进水平的仅占20%～30%，多数处于20世纪60～70年代水平。

二是产品结构不合理，品种单一，低档次产品重复生产，不能适应需求。在我国高档的医药生化产品如激素、生长因子、干扰素、药用多肽等，有的产量很小，有的没有生产，因此每年都需进口。

三是在生产技术上，工艺、设备不配套，上下游技术不配套，产物的收得率低。我国虽然某些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品的收率都低于国外，酶制剂的活力也明显低于国外，生化反应器和分离纯化技术更是落后国外15～。每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器、细胞破碎机、分离纯化设备及分离介质、生物传感器和计算机监控设备。

四是有些产品投入产出比达15/=以上，造成严重的资源浪费和环境污染。

五是基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业的技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠传统的夕蜒型、粗放型扩大投资的增长模式，效益低、市场竞争力低。

3.2 建议针对我国生物化工行业存在的问题，笔者有以下建议：

3.2.1 扩大经济规模，提高竞争力要鼓励建设大型的生物化

工企业集团公司，使之集科研、开发、生产、销售干一体。尤其要培育一批科技创新型企业。同时，也要鼓励在某些方面有一定特色的小型技术创新型生化公司的发展，并淘汰一批生产规模小、生产技术落后、没有市场竞争力的企业，从整体上优化我国生物化工的产业结构。

3.2.2 调整产品结构要发展高档产品，如高档医药生化产品、功能性食品及添加剂(主要有低热值、低胆固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等产品)、生化催化剂等。另外，也应发展众多精细化工产品及用化学法无法生产或很难生产的产品，如微生物多糖、生物色素、工业酶制剂、甜味剂、表面活性剂、高分子材料等。

3.2.3 节约有限资源，强化环境保护在生化生产组学(genomics)。近年来又在信息学(informatics)的基础上建立了生物信息学(bioinformatics)。信息学的内容包括信息科学十生物技术十生物工程十生物动力学等的综合信息系统。可以预见，基因组学和生物信息学在生物化工中应用的商业前景极为可观。

另外，其它行业的新技术如分子蒸馏技术、组合化学(combinatorical chemistry)等，也将在生物化工中得到应用。

3. 我国生物化工的发层现状及建议

3.1发展现状

我国生物化工行业经过长期发展，已有一定基础。特别是改革开放以后，生物化工的发展进入了一个崭新的阶段。目前生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。

在医药方面，抗生素得到迅猛发展619我国抗生素的产量达到33 486h青霉素的产量居世界首位。其它生化药物中，初步形成产业化规模的有干扰素、白细胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在农药方面，生物农药品种达12种，主要有苏云金杆菌、井岗霉素、赤霉素等。其中，井岗霉素的产量居世界第一位。

在食品与饲料方面，作为三大发酵制品的味精、柠檬酸、酶制剂的产量也有很大的增加/年味精产量从1990年的22.3万、增加到56.4万一柠檬酸产量从1990年的6.13万、增加到56.4万一酶制剂从1990年的8.5万t增加到24万t。酵母及淀粉糖的产量也有明显增加。我国的味精生产和消费居世界第一，柠檬酸的生产和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的产量在1.5万t左右，赖氨酸的产量在2万t左右，卜苹果酸的产量在6000t。

在有机酸方面，衣康酸的产量达5000乙我国开发的生物法长链二元酸工艺居世界领先地位，目前生产能力达500Va以上，并有数家企业有建设长链二元酸生产装置的意向。

在保健品方面，我国已能用生物法生产多种氨基酸、维生素和核酸等。另外，我国生物法丙烯酞胺的生产能力达到2万V山与日本同处于世界领先地位。

但是与发达国家相比，我国生物化工行业存在着许多问题：

一是我国的生物化工产业主要以医药、轻工、食品业为主。部分企业对生物化工产品大都是精细化工产品这一点了解不够，加之行业规范也不够，导致过程中，应选择合适的原料，以降低成本与消耗，并加强废物处理，减少环境污染。

3.2.4提高生产技术水平，特别是下游技术水平因为我国生物技术上游技术水平与国外相差仅3～5年，而下游技术水平则比国外相差以上，改造传统发酵产品生产技术，不断提高发酵法产品的生产技术水平，开发生物反应器，提高我国生物化工产品分离和提纯技术，大规模开发生物化工装备等应首先提上议事日程。另外，还应积极采用微生物法代替化学法，开发基础化工新产品的工业化生产技术。

3.2.5加强产学研结合，注重上下游结合国内生物化工技术力量分散，为了做到优势互补，应加强产学研结合。另外在生物化工生产过程中遇到的很多问题，都是由于上、下游结合不够紧密而影响技术经济指标。因此，在人力和财力的投入上，应考虑上下游结合，以加快生物化工产业的发展。

3.2.6提高从业人员素质生物化工属高科技产业，从业人员素质尤其重要。我国目前从事生物化工生产的大都是传统化工行业的从业人员，操作水平还比较低，加强人材培养，以提高生物化工行业人员素质是十分必要的。

生物化工的发展及应用 篇6

关键词:生物医药行业;现状;发展策略

一﹑生物医药行业涵义及特性

(一)生物医药行业定义

生物制药是指在制药工业过程中主要应用现代生物技术,并综合应用生物学、医学和药学方面的先进技术,以组合化学、基因治疗、基因组学、生物信息学等高新技术为依托,以分子遗传学、分子生物学、分子病理学和生物物理学等基础学科的突破为后盾形成的高科技产业,是一个由多个学科的知识和技术共同支撑的体系。

(二)生物医药行业的特性

1.行业进入壁垒高

高技术:生物制药是一种知识密集、技术含量高、多学科高度综合、互相渗透的新兴产业。高投入:生物制药是一个投入相当大的产业,主要用于新产品的研究开发及医药厂房和设备仪器方面。另外,生物制药对医药厂房和设备仪器要求很高,且属于一次性投入,通常需要大笔资金。政策严格管制:药品作为一类直接涉及人民健康的特殊商品,其开发、生产、定价、销售、进出口等均受到严格的特殊法律的规范、控制和管理,没有药证和生产许可证、GMP等规范认证的药品和企业不能合法进入医药市场。

2.长周期

生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节:试验室研究阶段、中试生产阶段、临床试验阶段(I、II、III期)、规模化生产阶段、市场商品化阶段以及监督每个环节的严格复杂的药政审批程序,而且产品培养和市场培养较难;所以开发一种新药周期较长,一般需要8-10年、甚至10-12年的时间。

3.高风险

生物医药产品的开发孕育着较大的不确定风险。产品开发风险:研制开发的任何一个环节都很关键,一节败下将前功尽弃,并且某些药物具有“两重性”,可能会在使用过程中出现不良反应而需要评价;一般来讲,一个生物工程药品的成功率仅有5-10%。市场竞争风险:“抢注新药证书、抢占市场占有率”是开发技术转化为产品时的关键,也是不同开发商激烈竞争的目标,若被别人优先拿到药证或抢占市场,则全盘落空。

4.高收益

生物药物的利润回报率很高。一种新生物药品一般上市后2-3年即可收回所有投资,尤其是拥有新产品、专利产品的企业,一旦开发成功便会形成技术垄断优势,利润回报能高达10倍以上。

二﹑我国生物医药行业的发展现状

(一)目前我国生物医药行业存在低水平重复建设与产能过剩现象

在世界范围内,目前开发研究一种新药平均耗资3亿美元左右,而且,随着技术的不断进步,研发费用不断增加。现代生物制药技术复杂、难度高,因此产业化过程具有很高的风险。这些因素导致我国的生物医药市场具有国际专利的新药并不多,大多是买进专利或者生产国外专利已经过期的药物,原创药物的研发非常薄弱。因此,导致国内的生物医药产业陷入低水平重复生产、产能相对过剩与恶性竞争的现象。

(二)面临跨国制药企业的严峻挑战

外资医药企业逐步加大在华投资、原料药的生产重心逐渐转移到中国、逐渐从原来的注重产业投资向注重研发投资转变,是跨国制药企业投资中国的三大新动向。我国生物医药高端市场大部分被外资制药企业所占据。与跨国制药公司相比,由于我国本土生物制药企业在资金和技术上处于劣势,缺乏拥有核心技术与专利的拳头产品,因此在市场的激烈竞争中面临严峻挑战。

(三)仿制药品的威胁竞争

虽然我国近几年已开始研发具有自主知识产权的创新药物,但在生物制药行业中,由于国内市场对生物仿制药的庞大需求,仍然推动着我国生物仿制药行业加速发展。在制药行业,一旦仿制药上市参与竞争,那么在一年之内,它就能攫取原研药高达80%的市场份额。仿制药价格通常比原研药低15%,而如果有更多的仿制产品参与市场竞争,药价的下跌幅度可能高达60%或更多。生物制药企业将不得不与生物仿制药进行竞争。

(四)人才、资本与知识产权方面的短板

重视生物医药行业复合型管理人才及技术人才,以形成国际化的管理团队,是中国生物医药行业成功的关键;伴随当前外资企业并购我国的生物制药企业,造成的最大损失是未来的巨额利润——知识产权。这迫切需要建立和完善保护生物药品知识产权的环境。

三、我国生物医药行业的发展策略

(一)制定针对性的产业化政策支持

随着时代的发展和人类社会的进步,人类所面临的疾病种类和数量日益增多,生物医药产业必然将会成为国家未来战略性新兴产业之一重点扶植发展。同时生物医药创新、科研成果的产业化开发是一个系统化的工程,是知识创新(应用基础研究)、技术创新(应用开发)、成果转化、规模化生产各个环节的整合,需要多类学科的合作及严格的准入审批尤其是需要充分发挥政府的组织协调功能,建立促进生物医药产业快速发展的机制和政策环境。

(二)加快提升自主创新能力

积极培育建设国际一流的核心技术研发机构。重点支持生物医药优势企业建立针对核心、共性、重大关键技术原始创新和集成创新的高水平研发机构。鼓励建立为企业国际认证和药品注册提供技术支持的公共服务平台。推动生物医药产业技术创新联盟建设,提高政府支持、以企业为主体、产学研密切结合的高效研发体系的组织化程度,在战略层面建立持续稳定、有法律保障的合作关系,整合技术创新资源,增强自主创新能力,提高国际竞争力。

(三)积极拓宽多方位的融资渠道

生物医药产业发展的各个阶段的发展都需要巨大的资金支持,资本的大量需求决定了生物医药企业在不同的发展阶段都需要不同的融资形式来满足资金需求。加强对生物医药产业发展的资金支持,比如国家设立“生物医药产业发展基金”,由中央政府出资与地方合作,采取股权合作方式,支持重点项目建设,促进产业发展;引导银行贷款向生物产业倾斜,政府对生物技术企业贷款实行财政贴息的政策;鼓励支持生物医药企业通过资本市场融资,具有自主专利技术、市场发展前景好的生物医药企业,在国内创业板股票市场优先审批、上市。

参考文献:

[1]骆燮龙.四大政策框架利好创新巨变的中国生物医药产业环境[J].力量,2009,(7).

生物化工的发展及应用 篇7

1 微生物源农药的应用现状

1.1 杀虫剂应用现状

微生物源杀虫剂中涉及到的品类较多,主要从细菌杀虫剂、真菌杀虫剂以及病毒杀虫剂三个大的品类分析其应用现状。

细菌杀虫剂:该杀虫剂是最早的微生物源农药,当前研究领域能够被筛选出的杀虫活性细菌多达上百种,研究比较广泛的是一些芽孢杆菌。现代微生物源农药应用最为广泛的是苏云金芽孢杆菌,占到整个微生物源杀虫剂农药市场的90%以上,杀虫对象主要为咀嚼式口器害虫,为农业虫害防治提供保障。

真菌杀虫剂:在现有的记录当中,杀虫真菌的种类已经多达100个属,800多种。常见的杀虫真菌包括白僵菌属(Beauveria)、绿僵菌属(Metarhi-zium)、被毛孢属(Hirsutella Pet.)、蟪霉属(Nomu-raea)、拟青霉属(Paecilomyce)等[1]。在真菌杀虫剂中,当属白僵菌的研究最为广泛,凭借其广泛的杀虫谱被有效的运用到防治农业生产作物的杀虫中,主要防治玉米螟、松毛虫、叶蝉等。真菌杀虫是通过一种特殊的侵染方式,拓展能力较强,防治效果较好并且产生的效果是一般杀虫剂无法替代的。

病毒杀虫剂:根据相关数据统计,当前对害虫有活性的昆虫病毒已经达到千余种,杆状病毒居多,占总数量比例达到60%。经过大量的实验证明,微生物源病毒杀虫剂已经进行大田试验以及大田应用阶段,病毒类型以杆状病毒的核型多角体病毒(NPV)、颗粒体病毒(GV)及质型多角体病毒(CPV),该种杀虫剂的原理是去感染害虫种群,最终达到控制害虫数量的目的[2]。

1.2 杀菌剂应用现状

微生物源杀菌剂在农业当中的应用,目的是为了控制植物病原菌。本次研究主要介绍细菌杀菌剂与真菌杀菌剂两种。

细菌杀菌剂:植物病害的防治是杀菌剂的基本功能,也是微生物源农药应用较多的一种,当前在册登记的品类已经达到10中,成功开发的杀菌剂主要是荧光假单胞杆菌、芽孢杆菌等,在小麦纹枯病方面多有应用。细菌种类繁多,科学技术的进步使得细菌繁殖速度有所增强,微生物源细菌杀菌剂在应用以及未来发展方面作用显著,具有良好的发展前景。

真菌杀菌剂:植物病害的防治,真菌达到20多个属,产品开发速度较多,代表性的真菌包括木霉菌(Tri-choderma),常见的有绿色木霉(T.viride)、哈茨木霉(T.harzinum)[3]。从我国的研究上看,真菌杀菌剂研究中运用最为广泛的就是木霉菌,将其作为主导原料,对霜霉病稳定防治作用显著。杀菌剂的基本原理是通过竞争生态位影响病原菌的定殖、转移,还能够直接影响病原菌的繁殖。

1.3 除草剂应用现状

微生物源除草剂的应用同样具有一定前景,为明确微生物源农药应用现状,从真菌除草剂与农用抗生素除草剂入手。

真菌除草剂:当前的科学研究中确定侵染微生物种类80余种,可防治杂草的有70种。结合农业生产对于除草剂的要求,利用微生物源开发的真菌除草剂种类达到30余种,其中丝孢纲和腔孢纲两类真菌具有一定的可开发前景。

农用抗生素除草剂:近年来农业抗生素除草剂也成为开发的重点,这种抗生素除草剂最早出现在日本,而在我国的研究是由中国农业科学院生物防治研究所与福建省微生物研究所共同研制的除草剂M-22,从土壤中分离到的一株链霉菌所产生的广谱性苗类抗生素除草剂。

2 微生物源农药的发展前景

与传统的农药相比,微生物源农药具有多种优势,这也是之所以谈起微生物源农药则考量其发展前景的根本之所在。具体优势表现在以下几个方面:其一,安全性好。微生物源农药的安全性主要表现在对人和家畜都处于无害的状态,不容易产生农药中毒等相关事故;其二,作用机制独特。与传统的农药相比较而言,微生物源农药对目标的针对性更强,对天敌以及有益生物无害。一旦成分得以充分发挥,病虫草害将不会产生抗药性,应用效果良好;其三,相容性好,无论是生产材料还是有效成分,在使用之后不会对自然环境产生影响,对维持生态平衡作用显著;其四,产业化简易。生产工艺相对便捷,无论是在开发还是在登记方面,其便捷性明显优于传统农药[4]。因此,从现代生态环境的适应性方面考量,微生物源农药的发展前景广阔。

微生物源农药的发展前景不单单应该看到优势,还应该重视其发展缺陷,以便于在后续研究中得到补充与完善。微生物源的防治效果不佳,可利用的拮抗微生物资源相对匮乏,为有效解决这一问题还需要深度的探究与挖掘。目前,我国微生物防治已经迈入世界先进的行列当中,但依旧缺乏相关理论及经费方面的条件限制。生态环境保护理念以及科学技术水平的提升,将微生物源农药发展推向一个新的高度,本次研究旨在为我国农业生产提供保障,支撑农业生产大国的快速发展。

3 结论

综上所述,微生物源农药在我国的应用现状虽然并未全面普及但应用价值与展现出的作用毋庸置疑。微生物源农药研究尚存在些许不足,未来的研究倾向性要进行深度探索,创造出多品种新型农药,一方面为生态环境的稳定发展做出贡献,另一方面推动现代农业快速发展。

摘要：化学农药作为农业生产的一个重要构成,对环境产生一定影响。为有效改善传统农药带来的环境危害,微生物源农药成为很好的一种替代产品,不单单具备诸多优点,还能够在环境相容性与安全性方面发挥作用。本次的研究重点则是对微生物源农药的应用现状与发展进行研究,讨论其发展前景。

关键词：微生物源农药,应用现状,发展前景

参考文献

[1]刘顺字,曹永军.微生物源农药应用现状及发展前景[J].河南农业科学,2015,5:22-25.

[2]王以燕,袁善奎,吴厚斌,等.我国生物源及矿物源农药应用发展现状[J].农药,2012,5:313-316.

[3]段永兰,侯金丽,邢文会.我国微生物农药的研究与展望[J].安徽农业科学,2010,8:415-418.

生物化工的发展及应用 篇8

石油行业为我国科学技术的提升以及社会经济的进步提供了很大的帮助, 我国虽然是资源总量较大的国家之一, 但是石油资源属于不可再生能源, 而且, 现阶段的全球资源十分紧张, 在这种情势较为严峻的情况下, 石油能源的含量就是衡量一个国家国际地位的评价指标之一, 同时也是增加国家竞争力的主要因素, 因此, 石油资源的开采受到相关部门的重点关注。使用微生物技术为石油资源进行开采, 能够使能源开采的流程变得更加简单, 易于操作, 不会因为多次的使用而伤害到地层的发展, 所以不会对环境以及生态的发展带来危害。此外, 由于微生物采油技术的经济成本较为低廉, 作用效果显著, 使用的范围也是十分的广泛, 因此, 可以在多个地区进行使用, 由于微生物细胞十分微小, 因此, 能够将油层的缝隙很好的进行覆盖, 更好地增加石油采油的产量。

1 微生物采油技术的发展情况

1.1 微生物采油技术的气源及其发展史

国内对微生物采油技术的研究, 起源于1960年, 真正得到大力发展的阶段是在1985年以后, 那时国外的微生物采油技术已经取得了很多成果, 并引入了中国, 所以在此之后经过10多年来的不懈研究, 取得了不小的进步, 为微生物采油技术的进一步发展打下了深厚的基础。

国外的微生物采油技术发展较早, 在1926年第一次被美国人提出, 距今发展已有80多年的历史, 而首次成功利用该技术在提升了油田采收率则在1954年的美国矿产试验中完成, 直至90年代, 该技术在美国、前苏联得到了大量广泛的应用。

1.2 现阶段微生物采油技术发展形势

我国在微生物采油技术上研究和应用起步较晚, 目前仍然处于发展的初级阶段。虽然已经在小范围引用、进行推广试验, 但总体而言, 在许多配套技术方面的研究水平还是较低, 甚至还存在部分空白。微生物采油技术的应用推广, 没有捷径可走, 需要扎扎实实的进行研究和实验, 将理论与实际相结合, 充分吸收国内外研究成果, 举一反三, 寻求微生物采油技术的应用进步。

2 微生物采油技术在石油行业的应用途径

2.1 油田的防腐、防污以及防蜡

微生物技术是一种生物应用, 在使用的、过程中, 微生物产生的化学剂可以直接作用于石油系统的管道、水驱等地点, 会很好的缓解管道中沉积物对工作的阻碍, 并在很大程度上对结蜡的部位、沉积的部位进行腐蚀以及消融, 这就会起到提高采用系统工作效率的功效。现阶段, 微生物技术在石油化工行业已经得到了广泛的应用。

2.2 处理水驱工作中的问题

由于石油行业的常年开采, 各种有机物会在油田中沉积和结垢, 这就为水驱的正常运作带来了严重阻碍, 而微生物技术就能够很好地解决这个问题, 由于微生物的体积微小, 因此可以进入到各个环境中, 所以会起到很好地阻碍有机物沉积的作用, 在加上微生物自身的特性, 能够对已经结垢的微生物进行腐蚀, 这就能够对石油开采中的注水系统起到推动的作用, 达到增加注水量的功能, 由此节省了大量的经济成本。不仅如此, 还能够更好的维持水驱工作的正常运行, 提高石油开采的工作效率, 获得更多的经济收益。

2.3 用于石油能源的增产

微生物采油技术有一个很大的特点, 就是能够起到化学剂的作用, 能够将油田中结蜡的部位进行消除, 这就使油田系统中油管堵塞以及沉积事件发生的概率大大降低, 起到很好的疏通作用。正是因为该技术能够很好的疏通管道, 因此会有效的减缓管道的腐化程度, 在同等的时间下, 会有效增加油田的产量。此外, 由于微生物自身的性能特点, 会增加石油能源的回收率, 这也会在一定程度上大量的增加了油田能源的产量。

2.4 用于压裂的补救

压裂措施是石油能源开采过程中的常用方式, 其主要目的就是最大可能的增加油田的产油量, 但是压裂方式的应用会对地层造成很大程度的影响, 有时, 甚至会没有石油开采出来。由于微生物本身具有催化剂的作用, 能够产生一些特殊反应来缓解压裂为地层带来的伤害, 这样就能够利用微生物来完成压裂的补救作业。

2.5 用于渗透率调剖

将微生物技术应用于石油开采的行业中, 除了以上的应用方向外, 还能够用于渗透率调剖, 用微生物来对石油的渗透率进行调节, 同样也能够很大幅度的增加石油企业对石油的开采率, 进而更好的延长油田的开采时间。

3 结束语

就目前的微生物研究来说, 还具有很大的发展空间, 在石油资源的开采中, 可以着手于开采技术的综合性以及科学性。要想更好的提高微生物的石油采油技术, 就需要不断的进行微生物的相关实验、应用, 并根据其结果进行总结, 从而不断的获得进步。随着现阶段社会的不断进步, 石油行业在微生物采油技术的发展下已经有了很大的发展, 带动了国民经济的迅速增加, 但是, 其微生物采油技术仍需要不断的创新和研究。

本文主要是从两个方面来对微生物采油技术进行分析的, 一方面是对微生物采油技术的发展情况进行简要的概述, 即对微生物采油技术的气源及其发展史进行阐述, 对现阶段微生物采油技术发展形势进行分析;另一方面是对微生物采油技术在石油行业的应用途径进行探究, 其主要的技术应用于油田的防腐、防污以及防蜡、处理水中的问题、用于石油能源的增产、用于压裂的补救以及用于渗透率调剖等。

摘要：随着科学技术的不断提升, 我国在微生物领域有了很大的发展, 并将其逐渐应用于社会的各个行业之中, 这不仅在很大程度上促进了行业技术的长足进步, 还带动经济迅速的发展起来, 而在石油化工领域中, 最为常见。同时应用最为广泛的技术就是微生物采油技术, 该技术的实施使得石油资源的利用率得到了有效提高, 进而大幅度增加了石油原有的产量。本文主要对微生物采油技术的发展情况进行详细的介绍, 对微生物采油技术在石油行业的应用途径进行分析, 以不断促进石油采油技术的不断发展以及微生物科学技术的进一步提高。

关键词：微生物,采油技术,石油化工,发展历史,应用情况

参考文献

[1]潘未, 汪洋.分析微生物采油技术的发展现状[J].中小企业管理与科技 (中旬刊) , 2014, 04:319~320.

生物化工的发展及应用 篇9

1 SBBR工艺介绍

SBBR是在序批式活性污泥反应器(SBR)的基础上建立起来的,将生物膜与活性污泥法进行有机结合的一种新型复合式生物膜反应器。

1.1 SBBR的工艺流程

1.SBBR反应器;2.搅拌器;3.搅拌桨;4.水箱;5.液体流量计;6.进水电磁阀;7.空气泵;8.气体流量计;9.微孔曝气头;10.取样口;11.排水电磁阀;12.溢流口;13.进水口;14.排泥口

SBBR工艺是SBR的一种改良工艺,其处理废水时的操作过程也包括5个阶段:进水、反应、沉淀、出水、闲置,各个运行工况以一定时间顺序间歇操作。与传统的SBR相比,SBBR可以不需设置沉淀过程[3]。

1.2 SBBR工艺分类

SBBR工艺也是通过提供微生物环境的间歇性变化来富集和控制群体的优势组分及活性。根据生物膜载体的不同,SBBR工艺一般分为三类,流动填料式SBBR,反应器内装有粒状可流化的生物载体,如活性炭等[4];固定填料式SBBR,反应器内装有陶粒、塑料或其他固定式生物载体;微孔膜SBBR,在反应器内装有一个可透过性膜,如中空纤维膜、活性炭膜和硅橡胶膜等[5]。

1.3 SBBR 的工艺特点

SBBR工艺的主要特点[6]为:生物相多样化,生物膜固定在填料表面, 形成了稳定的生态系统;微生物量高,耐冲击负荷;剩余污泥产量少,降低污泥处理与处置费用;无需二沉池,节省基建投资; SBBR不需要污泥回流,易于维护管理。

2 SBBR工艺的影响因素

SBBR 工艺是典型的生物处理工艺,通过生物膜上附着的各种微生物的代谢作用将污染物去除,因此能够影响微生物活性的环境因子都会不同程度地影响工艺的运行效果,如温度、pH值、曝气量等。

2.1 温度,pH对SBBR工艺的影响

硝化反应的适宜温度为20～30 ℃,反硝化反应适宜温度在20～40 ℃。硝化菌对pH 值的变化十分敏感,亚硝酸菌和硝酸菌分别在pH 值7.0～7.8 和7.7～8.1 时活性最强,反硝化过程的最适宜pH 值为7.0～7.5,不适宜的pH 值会影响反硝化菌的增殖和活性。如果pH 值低于6.0 或高于8.0,反硝化反应都会受到强烈抑制。

凌忠勇[7]、张可方等[8]研究实验均表明在序批式生物膜反应器(SBBR)中,当温度在较大的范围内(21～35 ℃)均能有效地实现亚硝酸型同步硝化反硝化。张立秋等[9]实验研究表明,在常温(25～27 ℃)条件下,pH值7.2～7.6,通过恒定低曝气量实现了稳定的亚硝酸型同步硝化反硝化(SND)。

2.2 曝气量对SBBR工艺的影响

曝气量的大小直接影响决定了溶解氧(DO)的大小,是生物脱氮除磷的重要因素。张可方等[10]通过SBBR中DO对同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺的研究表明:DO是影响SBBR工艺实现同步硝化反硝化的一个重要因素,将DO控制在2.8～4.0 mg/L的范围内,可以取得较好同步硝化反硝化效果,总氮去除率可达67%以上。荣宏伟等[11]研究了生物除磷系统中曝气量的影响。研究得出,必须在好氧段内提供足够的溶解氧,才能最大限度地发挥聚磷菌的好氧吸磷作用。

2.3 填料对SBBR的影响

填料的选择是SBBR 运行好坏的关键,它影响系统生物量的多少,生物膜反应器的性能和处理效率,并且关系到处理系统的经济成本 [12] 。

刘键敏等[13]在序批式生物膜反应器(SBBR)中加入不同类型填料进行平行试验,试验结果表明投加了悬浮球的SBBR池在挂膜、水质净化、以及耐水量和耐水质冲击方面表现出了优良的能力。Hoyun Joeng等[14]研究了在SBBR中投加悬浮填料对污水脱氮除磷的影响。发现海绵和塑料填料的SBBR都产生稳定的硝化流出,但是除磷效果不稳定。

2.4 C/N/P对SBBR的影响

微生物在生长时所需要的有机碳源是有一定比例要求的。可生物降解含碳有机物与含氮物质浓度之比,是影响生物硝化速率和过程的重要因素[15]。污水中含碳有机物与未氧化含氮物质的浓度比值一般较高(COD/TKN=10～15),在厌氧段COD:N:P为200～300:5:1,好氧段为100:5:1[16]。

张立秋等[8]通过ρ(C)/ρ(N)对SBBR系统SND的影响研究表明:ρ(C)/ρ(N)在5～8时,亚硝酸氮积累率在85%以上,TN去除率可以达到80%以上。严素定[17]在电极—SBBR系统脱氮效率的影响中分别研究了4种C/N比对电极-SBBR系统运行的影响,结果表明,提高C/N比,可以在一定程度上增加COD、 TN、NH3-N和NO3-N的去除效率,其范围值可确定为(6～10):1。

2.5 盐度对SBBR的影响

邹高龙等[18]考察盐度变化对SBBR和SBR中含氨氮废水的处理影响,结果表明,在内循坏SBBR中,随着盐度的逐步提高,亚硝化过程都会受到影响,当盐度提高为4.0×104 mg/L时,亚硝化过程都受到极大抑制;SBBR在盐度为1.5×104 mg/L时,即持续有NO-2-N累积,在SBBR中,当盐度低于1.5×104 mg/L时,TN去除率达到60%左右,当盐度>3.0×104 mg/L时,同步硝化反硝化过程受到较大抑制。

另外,通常床体的滤速降到某一极限值的时候,就需要进行反冲洗,在冲洗过程中,床体膨胀可能导致载体横向扰动,随之而来的是微生物种群在系统中的重新分布,因此必须合理控制反冲洗的强度[19]。而频繁的反冲洗将导致SBBR系统污泥龄的下降。因此,与连续流活性污泥系统相比,SBBR泥龄不易被有效控制。

3 SBBR国内外的研究应用现状

目前, 国内对SBBR工艺的研究主要集中在其对工业废水处理的效果上,正在积极研究SBBR 工艺对城市生活污水的处理效果;国外对SBBR 工艺的研究主要集中在其对有毒、难降解有机物废水的处理,以及研究SBBR的一些运行机理方面。

3.1 对工业废水的处理

SBBR 工艺在处理多种高浓度的工业废水时,均取得优于传统SBR 的效果。C. Chang 等[20]采用SBBR工艺来处理ABS (丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯) 废水。SBBR系统在经过厌氧/缺氧/好氧循环运行后,出水TN 为2.3～11.3 mg/L,TN去除率为87.9%～94.3%;氨氮为0～0.3 mg/L,去除率达到99.6%～99.8%。李萍等[21]对SBBR工艺处理肉类制品厂废水的实验表明:在曝气时间8 h, DO浓度为2 mg/L下稳定运行20 d,COD和BOD5的平均去除率分别达到了91.5%和92.5%,氨氮的平均去除率为90.6%,SS的去除率也保持在90%以上。因此SBBR工艺针对肉类制品厂废水的处理效果比较理想。

3.2 处理垃圾渗滤液

徐峥勇等[22]采用自主设计的SBBR反应器处理氨氮浓度含量较高的垃圾渗滤液并对其脱氮机理进行分析。在保持(32±0.4)℃的环境温度下,经过58 d的驯化和33 d的稳定运行,SBBR的脱氮效率最高达到95%。杨朝晖等[23]针对垃圾填埋渗滤液水质随填埋时间的延长而日渐恶化的特点, 设计了前置MAPSBBR耦合工艺处理早、晚期垃圾渗滤液,试验结果表明,在最佳运行条件下,其对早期垃圾渗滤液和CODCr的总去除率分别为99.6%和94.0%;对晚期垃圾渗滤液NH+4-N和CODCr的总去除率分别为99.3%和87.1%。

3.3 处理城市污水

张可方等[24]采用序批式生物膜工艺进行了处理广州地区城市污水的脱氮除磷试验研究,结果表明:在碳、氮、磷比例失调(碳量偏低)的情况下,达到了既去除有机物又能脱氮除磷的效果;在好氧运行初期发生了同步硝化反硝化,其去除的总氮约为15%。G. Pastorelli 等[25]利用MBSBBR(Moving bed sequencing biofilm batch reactor, 移动床序批式生物膜反应器, 填料为乙烯颗粒) 处理城市污水。结果表明,系统对氮的去除效果很好,而且在好氧阶段还观察到SND;另一方面,由于生活污水中有机物较低,要实现对磷的有效去除,必须外加碳源。MBSBBR 工艺运行可靠,操作灵活,适用于小型污水处理厂或改造已有的超负荷运转的活性污泥系统。

3.4 处理冲击负荷较大的废水

H. P. Kaballo等[26]采用SBBR处理含超氯酚 (p-PC) 污水的研究中发现SBBR具有较好的抗冲击负荷能力。小试及中试系统的运行结果均表明,p-CP去除率受生物降解动力学和底物传质的影响较大。同时,系统对进水中有机底物的快速吸附及吸收作用(进水12 min 中,系统32%有机物被吸附去除),也对增加稳定性提高抗冲击负荷能力有一定的作用。A. Wobus等[27]采用硅橡胶膜SBBR 处理含4-氯酚的废水,当冲击负荷高达110 mg/L的MCP 时,通过将SBBR的反应时间从6 h延长至8 h,即可获得99.5%的去除率。间歇动力学研究表明,由于间歇技术的灵活性和生物膜技术的稳定性,SBBR 被认为在进水条件波动强烈污水处理控制上有着广阔的应用前景[28]。

3.5 处理有毒、有害、难降解废水

S Venkata Mohan等[29]采用SBBR 法处理难降解合成化学废水,该废水的BOD/COD 约为0.3 左右,有机负荷率为0.92、1.50、3.07、4.07 kgCOD/d的运行条件下,COD去除率分别为88.05%、78.68%、56.67%、55.00%,BOD5去除率分别为88.89%、84.21%、76.00%、75.45%。呈现出对难降解有机物良好的去除效果。且该处理系统可在此高有机负荷率下稳定运行,再次证明了SBBR工艺的抗冲击负荷能力。

D.M. White[30]研究了以氰化物为唯一碳源和氮源对污水的处理情况。试验结果表明, 以24 h 为一个运行周期,一个周期内可将氰化物由20 mg/L降解至0.5 mg/L,同时以1:1摩尔的量生成NH3-N。此SBBR系统为封闭系统,耐低温、能耗小、运行管理灵活,充分显示了SBBR反应器的优点。

4 SBBR 工艺在发展中的问题及建议

4.1 存在问题

SBBR工艺是一种尚处于发展、完善阶段的技术,许多研究工作刚刚起步,仅仅停留在实验研究阶段。在现阶段发展中尚存在许多问题:

(1)缺少关于厌氧、好氧状态的反复交替对微生物活性和种群分布的影响分析;

(2)如何选择轻质、高效、价廉、使用寿命长的填料及填料对系统生物量增加的影响;

(3)可同时除磷、脱氮的微生物机理的研究, 同一系统中脱氮、除磷是一对相互竞争的过程, 如何优化运行参数达到最佳的脱氮除磷效果;

(4)缺乏科学、可靠的设计模式,设计依据与运行模式参数。

4.2 建议

(1)深入研究厌氧、好氧状态的反复交替对载体上微生物活性的影响及微生物种群分布的规律;

(2)选择合适工艺来进行组合,从而提高SBBR的处理效果;

(3)将事先培养的特种菌种加入到SBBR 反应器中,既提高其驯化效率,缩短反应器启动时间,又提高了反应器的处理能力和处理效果;

(4)通过小试、中试放大确定反应器几何尺寸及工艺控制参数, 为建立示范性工程项目提供设计依据。

5 结 语

随着工业的发展和城镇居民生活水平的提高, 废水量逐年增加,如何进一步对废水进行脱氮除磷和利用有限的资金解决日趋严重的水污染问题被提到了议事日程。特别是目前工业废水种类增多,成分更加复杂,芳香烃、卤代物等有毒有害及难降解有机物的去除问题已成为环境保护研究领域的重要课题。因此,必须研究开发和利用效率高、投资少、能耗低的废水处理实用技术。SBBR工艺既具有SBR工艺的优点又具有生物膜的优点,它不仅在去除工业废水和有毒有害有机物上有很好的效果,而且在氮磷的去除方面也有广阔的发展前景。随着实验研究的成熟和技术水平的提高,SBBR 必将在工程中得到应用,成为一个有竞争力的污水处理工艺。

摘要：介绍了序批式生物膜反应器(SBBR)这种新型废水处理工艺技术的基本原理及特点,概括了SBBR在国内外污水处理中的研究现状以及有待发展与完善的问题,同时指出该工艺是一种很有竞争力的污水处理工艺,拥有良好的发展前景。

生物化工的发展及应用 篇10

1 石油化工设计技术手段的发展历程

配管工程设计是涉及国防、石油、天然气、化工、船舶、钢铁、电力和纺织行业的普遍性工程设计［1］。世界上发达国家在配管工程设计上投入巨大的资金与人力,进行配管硬模型和软模型的研究开发。这些研究开发也为模型化设计在化工系统设计中的应用提供了条件［2］。

随着模型化设计的发展,能够达到工厂集成化设计要求的智能化平台主要有PDMS、PDS、Smart Plant 3D、Auto Plant、SPDA等软件［3］。

在应用之初,这些三维软件仅仅用于配管设计工作,建立的三维管道模型也只是简单满足配管专业施工图的生成以及管道材料的统计。随着软件应用水平的提高,逐步发挥出三维模型设计的许多优势［4］:

三维设计采用数据库驱动方式,唯一的数据库保证了项目数据来源的一致性、准确性。整个项目设计全过程通过三维实体模型联系在一起,各种信息汇总在模型中,施工图又从模型生成,通过对设计模型的校审、数据一致性检查、碰撞检查、二三维校验等手段保证了设计的正确性,提高了设计质量。并且智能系统提供的异地同步功能使得地域限制不复存在,大型的设计任务可以分发给不同部门,不同地域的设计人员共同完成,并可以通过同步功能实时沟通、协调、管理和检查。从模型中自动统计材料快速准确,减少了设计人员的工作量,减少了材料的浪费,同时这部分数据可以提供给预算、采购、材料控制、费用控制等部门,作为同一数据源,便于实现计算机管理,节约了成本,提高了效率。这些都有利于设计过程中版次设计方式的实施,提高设计质量的同时缩短了设计周期,能够极大地满足工厂建设各阶段进度的要求。

对于业主和施工方而言,三维模型设计也带来了很多变革。首先业主可在任何时候对设计模型进行浏览,直观地检查工厂设计方案,并根据实际的操作习惯和经验等提出问题,在设计阶段就可以对这些问题进行商议解决,不必等到审查阶段,加快了设计进度。并且从长远考虑,业主可以利用设计模型及相关数据库,对工厂全生命周期的各类信息进行追溯、管理和维护。设计质量的提高以及业主的提前介入,减少了施工过程中的修改,从而降低了现场实际工作量,保证了工期。

我公司立足于目前设计行业的发展趋势及具体设计项目的要求,购买了国产三维SPDA模型软件来进行化工系统设计。该软件主要具有以下功能与特色: 具有国内石油、化工、热电、医药等行业常用的配管工程数据库; 数据库完全开放,用户可随时添加或修改; 具有工艺管道和仪表流程图PID功能;流程图也可生成管件统计表和管道命名表; 具有创建三维设备模型功能; 三维设备模型可自动生成相应的平、立( 剖) 图和管口方位图; 具有创建三维管道模型功能; 三维管道模型可自动生成相应的平、立( 剖) 图、轴测图以及材料表; 具有创建三维结构模型功能; 三维结构模型可自动生成相应的平、立( 剖)图; 具有二维平面线自动生成三维模型功能; 具有多方式碰撞检查功能; 具有多个模型合成功能。并且可以通过模型漫游实施工厂设计的实时检查和进度控制; 通过相关产品还可以实现自动布管、自动汇总材料、辅助前期报价及总体设计等工作。

2 模型化设计的实施

以模型化为主的化工系统设计实施起来又可以分为两个部分。第一部分为带控制点的工艺流程图为基础的包括工艺、仪表等专业的集成; 第二部分是以三维模型为基础的包括管道、设备、结构、电气、仪表、给排水、暖通等专业的集成。

二维部分是设计数据的输入源。工艺方案确定后,由工艺和仪表专业使用SPDA软件完善PID,其中包含的数据可以生成各类数据表,如设备规格表、设备数据表、管道说明表、安全阀规格书、仪表索引表等。也可以直接传递给下游专业,作为设计输入,直接用于三维设计。

三维模型的设计是整个系统设计的重点,以配管专业为主,在同一环境下,分别建立三维管道、设备、建筑、结构、仪表、电缆等实体模型,并实施相互的碰撞检查。其中的各类信息,如管道的管号、压力等级、设计条件及设备的管口、仪表位号等信息均可由二维智能PID中获得。在完成三维模型后,可以通过系统自动生成管道平面布置图、管道轴测图、管道材料表等最终设计文件。

在工程进行到一定阶段后,需要对这两部分的数据进行二三维校验。这个过程就是通过二维PID对三维管道模型进行检查,发现数据及图形等的不一致,通过人为判断改正其中的错误。

3 SPDA具体应用实例

通常应用SPDA软件进行模型化设计,可以分为以下几步:检查数据表、建立和修改等级表、建立工程目录文件、建立三维设备模型、建立三维管道模型、建立三维结构模型等过程。具体的设计过程如图1 所示。

近两年,我公司将该软件应用到具体的化工系统工程设计中,通过具体的工程实践证明,模型化设计在化工系统设计中是成功的。运用模型化设计,不仅可以减少设计人员的工作量,而且也可以大大降低了设计过程中的错误,提高了图纸设计周期,加快了设计进度,进而缩短了工期,在业主及施工单位中取得了较好的口碑。

4 展望

模型化设计是一个复杂的过程,不可能仅靠一套系统平台就可以完成,这就涉及到系统平台和各个专业应用软件之间的数据接口问题。现阶段,三维模型基本还是配管一个专业利用得最充分,几乎所有设计成品都来自于三维模型,而土建、设备、仪表、电气等专业的模型还只是作为设计辅助以及参加各项检查之用,不能直接得到设计成品,这需要开发出一系列的数据接口程序。

模型化设计的发展方向和目的就是要实现设计数据源的同一性、设计条件的一致性、设计过程的自动化、设计产品的准确性和功能的多样性。

在将来,模型化设计利用专门的智能平台无缝连接各专业应用软件,实现异地实时,同一平台工作,设计资料通过数据传输方式提交、利用,大部分专业都能最大限度利用二维智能PID和三维实体模型,各专业的图纸及材料等施工图文件也尽量在这套系统中实现自动生成。而相关模型、数据也提供给公司其它部门、施工单位和业主用于控制进度、指导施工和管理维护等。

5 结论

通过对模型化设计过程的介绍,得出以下几点结论:

( 1) 模型化设计在系统设计的应用会越来越广泛,是系统设计的先进模式,是系统设计的大势所趋。

( 2) 通过SPDA软件对具体化工系统进行模型化设计的实例表明,模型化设计在化工系统设计中的应用是成功的。

生物化工的发展及应用 篇11

关键词：对照实验空白对照自身对照

中图分类号：G633．91文献标识码：B

设置对照实验是生物实验设计中的基本原则之一。如何设置、确定对照实验是生物实验设计及考试中常常遇到的难点。下面通过分析对照实验的类型作用等，以助于对对照实验的理解判断和设计应用。

1生物实验中对照实验的类型

1．1空白对照

不给对照组任何处理因素，因而空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了实验结果的说服力。设置空白对照目的是为了说明实验对象所具备的性质等，作为“空白对照”，它的实验结果应该是预知的。所以空白组明显的就是我们所指的对照组了。例如证明甲状腺激素可促进幼小动物的发育的实验中，不作任何处理喂养正常食物的一组是空白对照。

1．2条件对照

虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因素。处理不是我们在实验假设所给定的实验变量意义的。这种处理是有对照意义的。例如证明甲状腺激素可促进幼小动物的发育的实验中，给小蝌蚪喂养添加有甲状腺激素抑制剂食物的一组就是条件对照。

1．3 自身对照

对照和实验都在同一研究对象上进行。有的是同一研究对象在实验前后对照，如“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验；有的是在同一研究对象的不同部位进行对照，如利用银边天竺葵(叶片边缘无绿色)证明光合作用需要叶绿素等。

1．4相互对照

相互对照是指不另设对照组，而是在进行的几个实验相互之间形成对比对照。如探究酶的最适温度分成不同的实验组。如用不同浓度的蔗糖溶液来测定细胞液浓度实验时，彼此不同的浓度梯度形成相互对照。

2对照实验的作用

设计对照实验可以说明生物体内某物质具有某项性质而其他物质没有。如为了证明酶具有高效性，需要将新鲜的肝脏研磨液与Fe³⁺催化效率进行对比，设计了让Fe³⁺作对照组。如果没有Fe³⁺对照组，就无法体现酶的高效性。又如为了说明甲状腺激素的作用，设计了正常食物给小蝌蚪喂养的空白对照组，添加有甲状腺激素抑制剂食物喂养的条件对照组。

设计对照实验可以说明生物体某些生理功能产生的条件或某些物质发挥作用的条件，如研究影响光合作用进行的条件，就需要设置相关的对照组。

为了消除实验中无关变量对实验结果数量上的影响需要设置对照组，在涉及有关定量实验时，因为生物体生命活动过程中容易受到环境中各种不可预知因素的影响，为了使实验统计的数据更加准确，就需设置对照组。如测定种子的呼吸速率时，要考虑对外界因素的影响，需要设置对照组。此外，通过对照实验，还可以纠正实验误差。

设置对照实验可以控制无关变量处于适宜条件。由于在生物学实验过程中，干扰实验结果出现的因素是多方面的，不仅有实验变量，也有无关变量。在防止无关变量对实验结果的干扰时，首先必须要保证无关变量适宜，但无关变量是多方面的，甚至是不可预知的，有时还经常受到实验者以至我们人类对生命活动规律认知水平的限制。那么怎样保证无关变量适宜呢?最简单有效的方法就是设置对照组，对照组只有在出现预期结果时，才能说明无关变量是适宜的。

通过对照实验可以得到我们需要的实验数据。如探究生长素作用的最适浓度时，设置不同的浓度梯度作为相互对照。从中才能得到实验结果。

3生物实验设计类习题中对照组的判断

如何区分确定实验组与对照组。应该综合分析来确定。一般地说，可从以下几个方面结合起来判断。

一般情况下，针对实验所要研究的因素，不作任何实验处理的对象组，一般作为对照组，如各种空白对照。

用实验所研究的因素处理的对象组称为实验组，未用实验所研究的因素处理的对象组称为对照组。但要注意的是：用实验因素处理，并非对实验因素的处理。如萨克斯关于“光合作用需要光照”的实验中，实验因素为“光照”，因此，用“光照”处理的曝光组就为实验组；未用实验因素(光照)处理的遮光组就为对照组。

根据实验对象是否处于正常状态来确定。一般情况下，把处于正常生活状态下的实验对象确定为对照组。

综合以上几点，我们知道设置对照实验是起到衬托作用。对照实验应该是根据日常生活经验预先知道的。实验结果有一定的可预测性。如果发现真正做实验之后对照组的实验结果与预期的结果是不相符合的，说明此实验操作过程有误，宣布实验失败；如各种空白对照实验。而如果不能确定预测实验结果的就是相互对照了。事实上相互对照各组都是实验组。

通过分析对照实验的类型和作用，目的是为了帮助学生更好地分析确定设计对照实验，下面通过典型例题进行应用分析。

4对照实验在生物试题的应用分析

4．1 生物实验中对照组的确定

[例1](2005年普通高等学校春季招生考试)为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是()

①实验组②对照组③黑暗中培养④在光下培养⑤生长发育好⑥生长不良

A．②③⑤

B．①③⑥

C．①④⑤

D．②④⑥

解析：小麦苗在光下培育生长发育良好，在黑暗中培养生长不良，这是常识性的判断，也是人们可以预先知道的，这并非是考查的主要目标。本题主要考查对实验组与对照组的判断，对于植物来讲正常情况下是生长在光下的，黑暗中的培养(无光照)是一种人为的控制，所以黑暗中培养是实验组，光下培养是对照组。选B。

[例2]大麦种子结构如图1(a)发芽时，胚产生赤霉素。有人推测赤霉素扩散到糊粉层，诱导合成淀粉酶，淀粉酶再分泌到胚乳中，使储藏的淀粉分解，为胚生长发育提供物质和能量。有同学对此开展课题研究，假设你是其中一员，请根据课题研究要求，回答有关问题：课题一：赤霉素能否诱导淀粉酶合成。

假设：赤霉素能诱导淀粉酶合成实验。供选材料：表面消毒的干燥大麦种子若干粒，将种子横切成两部分(X部分无胚，Y部分有胚)，如图1(b)所示。

供选试剂：①蒸馏水、②适当浓度的赤霉素溶液。

方法：请在表1空格内填入适当的材料、试剂和用于定量测定的物质名称。

结果：若假设成立，实验组和对照组的结果将如图2中的_______和_______。

解析：本题是探究赤霉素能否诱导淀粉酶合成，但根据本题回答项目首先应确定实验组与对照组，同

时应考虑到单一变量原则。当用x(无胚部分)作使用材料时，分别向2组加入适当浓度的赤霉素溶液或蒸馏水做实验，其中加入蒸馏水是为了作空白对照。当用蒸馏水作实验时，而分别用有胚部分和无胚作实验材料时，其中有胚部分加入蒸馏水能出现赤霉素诱导淀粉酶合成的结果，而无胚部分(X)加入蒸馏水不能出现赤霉素诱导淀粉酶合成的结果。在这里无胚部分与有胚部分之间形成了对照。其中无胚部分起到了空白衬托作用，作为对照组。

如选淀粉酶为测定物，则应为C和D，如选淀粉为测定物，则应为A和B。

4．2验证性实验中的对照实验应用分析

[例3]为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。

(1)材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。

(实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。)

(2)方法与步骤：______。

(3)结果预测与分析：______。

解析：本题看是常规的实验设计与分析预测，但对考生实验设计过程中思维的严密性有较高的要求。设计的实验步骤中，不仅需要设置空白对照，更需要注意的是，在实验前对实验鼠分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量，也就需要进行前测，这是一般考生容易忽略的。因为本实验是要测定耗氧量和活动量，对于不同的鼠来讲，其初始的状态是可能存在着差异的，只有进行了前测，实验前后才具有比较的可能，才能反映施加变量前后小鼠状态是否发生改变。也就是说本实验，不仅涉及到两组实验间的对照，也需要实验前后的对照

参考答案：

(2)方法与步骤：

①将2组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量。②每日用灌胃器给予甲组鼠灌胃甲状腺激素溶液，给予乙组鼠灌胃等量的蒸馏水，饲养一定时间。③测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量

(3)结果预测与分析：①未给甲状腺激素时，甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量相近。②给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组鼠。结果表明甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使动物的耗氧量和活动量增加。

4．3探究性实验中对照实验的应用分析

[例4]研究性学习小组的同学在某电镀厂排水口采集重金属污染液1 000mL。利用以下实验材料和器材设计实验，探究不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响。

实验材料和器材：水稻种子；试管；培养皿；纱布；尺子(100 mml；蒸馏水；恒温光照培养箱，温度设定为28℃，光强度为2 000Lx)；(实验材料和器材的数量不限)。

根据给出的实验材料和器材，请设计实验方法和步骤。预测实验结果并作出分析。

(1)方法和步骤：______。

(2)结果预测和分析：______。

解析：本题是利用题给材料探究不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响，因此应设置不同的浓度梯度作为实验组从而彼此作为相互对照。可用蒸馏水逐级稀释重金属污染液来得到，需注意的是，不同浓度梯度的梯度差应相同，同时还应设置蒸馏水作空白对照。

需要注意本题研究的有不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长2个方面的影响。设置实验步骤时，应充分利用题目给的实验材料和器材，用水稻种子作为研究种子萌发的实验材料。用纱布浸润重金属污染液或蒸馏水，放置恒温光照培养箱培养，统计一段时间后种子的萌发率，通过比较可知不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发率的影响。用尺子测量种子萌发后株高或根长作为生长的标志。可知其对生长的影响。

参考答案：

(1)方法和步骤：

①用蒸馏水将重金属污染液逐级稀释10、10²、10³、10⁴倍，获得4种不同浓度污染液；

②挑选籽粒饱满、大小一致的水稻种子250粒．随机分成5组：

③取5只培养皿加入等体积的不同浓度重金属污染液(浸润纱布即可)，另1只培养皿的纱布加入等体积的蒸馏水作对照；

④每只培养皿的纱布上，均匀放置50粒水稻：

⑤将5只培养皿置于恒温光照培养箱培养，每天实验组补充等量的相应浓度的重金属污染液，对照组补充等体积的蒸馏水，以保持纱布的湿润。

⑥一周后统计各组的发芽率，用尺子测量幼苗株高(或根长)，计算平均值。

(2)结果预测和分析

不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发均有抑制作用，随着浓度的增加，萌发率逐渐降低。不同浓度的重金属污染液对水稻生长的萌发均有抑制作用，随着浓度的增加，幼苗株高(或根长)逐渐变小。

4．4利用对照实验校正实验误差

[例5]图3是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。锥形瓶中放的种子事先用水浸泡过并在稀释的消毒剂中清洗过(不影响种子生命力)。实验开始时管Y与管X液面相平，每隔0.5h利用标尺量出X管内的液面高度变化，实验结果记录于表2。回答下列问题：

(1)管x中液面是怎样移动的?________。

(2)解释0～3.5 h内气体体积变化原因________。

估计3.5～4 h内种子的呼吸作用的方式为________。

(3)此实验的实验目的是________。

(4)简述如何设置此实验的对照。

实验________。

(5)如果对照实验中气体体积变化在1.5 h是+0.2个单位，解释可能的原因是________；同等条件下萌发的种子中的实际呼吸速率是________单位／h。

(6)种子为什么要在稀释的消毒剂中清洗?

解析：锥形瓶中放入活的种子进行呼吸作用，由于锥形瓶中放有氢氧化钾溶液，种子进行呼吸作用消耗氧气，产生的二氧化碳被氢氧化钾吸收，于是瓶内的气体体积减少，u形管右侧液面升高。其中液面上升的量就是消耗的氧气量。但在整个实验过程中，外界的因素如温度变化、气流因素等可能会对实验结果有影响，因此应设置一个矫正外界因素的对照实验。即放入等量的煮熟的种子，其他条件不变；若对照组液面不变，说明外界影响因素为0。若对照实验中右侧液面下降，体积变化为正值，说明瓶内气体体积增大，可能原因是瓶内气体受热膨胀，造成体积增大，此时应在实验值基础上加上这个数值。若对照实验中右侧液面上升，也为负值，说明瓶内本身气体体积也减少，此时应在实验值基础上减去这个数值。在1.5 h时，实验组读数为-2.5，对照组为+0.2，则在此时间内

的实际呼吸速率为(2.5+0.2)／1.5=1.8单位／h。

参考答案：

(1)向上移动

(2)有氧呼吸吸收氧气，释放的三氧化碳被氢氧化钠吸收，气体体积减少：无氧呼吸

(3)验证种子呼吸时进行有氧呼吸

(4)放入煮熟的种子，其他条件不变．

(5)气体受热膨胀，造成体积增大；1.8

(6)避免微生物的呼吸作用对实验的干扰

4．5利用设置对照实验进行定量计算

[例6]在科学研究中常用呼吸商(RQ=释放的二氧化碳体积／消耗的氧体积)表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如图4。

关闭活塞，在25℃下经20 min读出刻度管中着色液移动距离。设装置1和装置2的着色液分别向左移动xmm和ymm。x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答：

(1)装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的是________。

(2)x代表________值，y代表________值。

(3)若测得x=200(mm)，y=30(mm)，则该发芽种子的呼吸商是________。

(4)若要测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么?________。

(5)为使测得的x和y值更精确，还应再设置一对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别放入______________。设对照的目的是______________。

解析：该实验实际包括自身对照和相互对照及空白对照。每个实验装置实验前后为自身对照，因此应分别读出实验前后刻度管的读数。通过装置1与装置2两个实验组的相互对照，来确定消耗氧的体积与产生的CO₂量。由于装置1装有NaOH溶液用来吸收呼吸放出的CO₂，因此装置1中着色液向左移动的数值X代表了消耗氧的体积，而对装置2来说，用等量蒸馏水来代替NaOH溶液，此时装置2中着色液向左移动的数值Y表示了消耗氧和释放二氧化碳的体积之差。若差值为正值时，说明消耗氧气量大于产生的CO₂量，若差值为负值(即着色液向右移动)时，说明消耗氧气量小于产生的CO₂量，(X-Y)为产生的二氧化碳的体积。呼吸商=(X-Y)／Y。代人数值可求得发芽种子的呼吸商。

对植物来说，研究呼吸作用时，要注意避免进行光合作用，因此凡有叶片时要在暗处进行。

在实验时，为了避免非生物因素的影响，应再设置空白对照实验。用死的发芽种子和蒸馏水用于校正装置1与2装置内因物理因素(或非生物因素)引起的容积变化。

参考答案：

(1)吸收呼吸产生的二氧化碳

(2)消耗氧的体积 消耗氧和释放二氧化碳的体积之差

(3)0.85

(4)黑暗。避免因为幼苗进行光合作用，干扰呼吸作用的气体量的变化

(5)死的发芽种子和蒸馏水 用于校正装置1和2内因物理因素(或非生物因素)引起的容积变化

4．6强化训练

[例7]设计实验探究元素X是否属于必需的矿质元素，某同学的构思大致如下：

本实验中采用甲组和乙组之间空白对照，以及乙组中实验前(无x元素)与实验后(有X元素)之间的自身对照，其中属于对照的分别是()

A．甲组、实验前

B．甲组、实验后

C．乙组、实验前

D．乙组、实验后

[例8]用狗作实验材料设计一个实验，证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。

(1)实验材料：________时期的狗。

(2)实验处理：

实验组(一)________

实验组(二)________

对照组________

(3)观察实验：

实验组(一)________

实验组(二)________

(4)结论________

[例9]某实验小鼠适宜生活在25℃左右的环境中，为探究低于适宜温度的环境(如10℃)对小鼠能量代谢的影响(能量代谢的强弱用单位时间的耗氧量表示)，请依据所给的实验装置(图3)、实验材料和用品，在给出的实验方法和步骤的基础上，继续完成探究实验，预测可能的实验结果和结论，并回答问题。

实验室温度：25℃左右。

材料和用品：小鼠、冰袋、秒表等。

方法和步骤：

步骤1：将小鼠放入广口瓶的笼子内，加塞密闭。打开夹子(A)、(B)、(C)，片刻后关闭夹子(B)，用注射器抽取10毫升氧气备用。关闭夹子(C)，打开夹子(B)，使水检压计液面左右平齐。

步骤2：________。

步骤3：________。

结果预测和结论：①________②________③________

该实验最可能的结果和结论应是________。原因是________。

[例10]为了探究酵母菌的细胞呼吸类型，请根据所给材料和用具设计实验。

(1)实验目的：探究酵母菌的细胞呼吸类型

(2)实验原理：酵母菌如果进行有氧呼吸，即为需氧型，则吸收的O₂量与放出的CO₂量相等。如果只进行无氧呼吸，即为厌氧型，则不吸收O₂，能放出CO₂。如果既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，即为兼性厌氧型，则吸收的O₂量小于放出的CO₂量。

(3)实验材料和用具：

酵母菌培养液、带橡皮塞的玻璃钟罩两只、烧杯4个、两根弯曲的带有红色液滴的刻度管、NaOH溶液、清水、凡土林。

(4)实验方法：将实验材料和用具按图示配好实验装置，如果想得到实验结论还必须同时设计另一个实验，请在方框内绘出装置图，并注上文字

(5)用表格记录实验可能出现的现象和结论。

(6)如果装置1中液滴向左移动4个单位，装置2中液滴向右移动4个单位。那么酵母菌此时进行有呼吸消耗的葡萄糖与进行无氧呼吸消耗的葡萄糖的比值为_______。

参考答案：

例7解析：本题中甲乙两组形成空白对照，甲组是处于正常状态下的实验设置，也是我们可以预测实验结果的，因此应该是对照组。对于乙组来说，是自身对照，在实验前、后的自身对照中，实验后现象的变化是在实验前的基础上进行判断的，因而实验前应为对照组。本题答案选A。

例8(1)幼年

(2)切除狗的垂体先切除垂体，过一段时期后，再给该狗每天注射一定量的生长激素不做任何处理

(3)生长立刻停滞；先生长停滞，注射激素后又恢复生长

(4)垂体能分泌生长激素，生长激素能促进幼小动物的生长

例9步骤2：待小鼠安静后，关闭夹子(A)，记下时间，将注射器向前推进5毫升(推进数量合理即可)，水检压计液面左侧升高，关闭夹子(B)，待水检压计的液面左右平齐时，记录时间。得到在25℃环境中小鼠消耗5mL氧气所用时间。

结果预测和结论：

步骤3：将冰袋放在广口瓶周围，调节距离，使瓶内的温度稳定在10℃，待小鼠安静后。重复步骤1、2中的有关操作。得到在10℃环境中小鼠消耗5mL氧气所用时间。

①消耗5 mL氧气所用的时间10℃少于25 ℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时。能量代谢会加强。

②消耗5 mL氧气所用的时间10℃多于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会减弱。

③消耗5 mL氧气所用时间10℃等于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢不受影响。

最可能的结果和结论是：消耗5 mL氧气所用的时间10℃少于25℃．说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。因为小鼠是恒温动物，在10 ℃比25℃下维持体温所消耗的能量多。

例10(4)如图所示：

生物化工的发展及应用 篇12

1. 固定化微生物技术的特点

1.1 技术优点

利用固定化微生物技术, 可将筛选出的优势菌种加以固定, 构成一种高效、快速、耐受性强、能连续处理的废水处理系统, 可以有效地减少二次污染, 具有处理效率高、运行稳定、可纯化和保持高效优势菌种、反应器生物量大、污泥产量少以及易于实现固液分离等一系列优点。这些突出的优点使固定化微生物技术成为国内外废水处理领域的研究热点。

1.2 反应特性

固定化微生物具有他特有的反应特性[2]。经过固定化后的微生物, 其本身的许多反应特性包括微生物稳定性、微生物活性及氧和底物传质速率等都将发生变化。这些变化决定了固定化微生物与游离微生物在工程及处理工艺上的差异。固定化后的微生物不易流失, 加固后主链结构的性质较稳定, 微生物本身不易被破坏。此外, PH值变化、有机物浓度变化及生物毒性物质对其破坏系数低, 且不易失活, 从而使固定化微生物稳定性增加。武淑文[3]等利用SO2气体对某污水处理厂氧化沟采集的微生物进行诱导驯化, 得到以氧化亚铁硫杆菌为优势菌的脱硫菌, 研究了该固定化微生物脱硫菌在不同环境条件下的性能。结果表明, 固定化后的微生物对热、p H等得稳定性提高, 对金属等有毒物质的毒性抵抗力增强。

2. 固定化载体的选择

2.1 固定化载体的分类及性能比较

目前, 用来作为固定化微生物的载体有:有机高分子载体、无机高分子载体和复合载体三类。其中有机高分子载体分为天然和人工合成两类。常见的天然有机高分子载体有琼脂、角叉莱胶、明胶、海藻酸钠等;常见的人工合成的有机高分子载体有聚丙烯酰胺凝胶 (ACAM) 、聚乙烯醇凝胶 (PVA) 、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等。常见的无机载体有多孔玻璃、多孔硅酸盐、石英砂、生物活性炭 (BAC) 、硅藻土等。

天然有机高分子载体对生物无毒性, 传质性能好, 但机械强度较低, 在厌氧条件下易被微生物分解;人工合成的有机高分子载体一般强度较大, 但传质性能较差, 微生物固定时对其活性影响较大, 聚乙烯醇与琼脂、明胶和丙烯酰胺凝胶相比较[4], 具有机械强度较高、传质性能较好, 生物毒性较低和固定操作容易等优点。无机载体具有机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等优点。由于有机载体和无机载体各有优缺点, 在许多性能方面两类载体可以互补, 因而, 就有了复合载体材料, 它是将两类载体结合起来, 以改进载体性能, 降低成本, 提高废水处理效果。陈芳艳[5]等人以聚乙烯醇 (PVA) 、累托石、海藻酸钠 (SA) 作为固定化载体材料, 硼酸和氯化钙作为交联剂, 将菲的降解菌 (茄镰孢菌) 包埋制备固定化微生物小球, 考察了各种材料的用量, 微生物包埋量, PVA投加量, 交联时间等因素对微生物小球活性的影响, 及固定化茄镰孢菌小球的机械强度和传质性能。结果表明, 聚乙烯醇和累托石复合载体可作为包埋固定微生物的优良材料。

2.2 固定化载体选择的原则

固定化载体的选择直接影响所固定微生物的生物活性等性能, 所以, 固定化微生物技术的使用对载体的选择有一定的要求, 在选择载体的过程中, 应遵循以下几点原则。

(1) 固定化过程简单, 常温下易于成型, 固定化过程及固定化后对微生物无毒, 生物滞留量高;

(2) 具有生物相容性, 不能干扰生物分子的功能, 基质通透性好, 传质性能优良;

(3) 物化稳定性好, 机械强度高, 抗微生物分解, 沉淀分离性能好;

(4) 价格低廉, 寿命长。

3. 固定化微生物技术在废水处理中的应用

近年来, 固定化微生物技术因其特有的优势, 引起广泛的关注。固定化生物技术开始迅速发展, 并已取得了阶段性的成果。此项技术在处理含重金属离子废水、含氮废水、含难降解有机废水的处理等方面都得到了很好的应用。

3.1 含重金属离子废水的处理

重金属污染对生物的影响越来越严重, 由于固定化后的微生物, 稳定性能好, 抗毒性强, 因此被广泛用于去除废水中的重金属离子。

李杰[6]等人采用固定化微生物SBR反应器和普通活性污泥SBR反应器处理投加了Cr6+的生活污水, 考察了固定化微生物去除COD及Cr6+的能力及抗毒性。结果表明:在保证对COD的去除率较稳定的条件下, 固定化微生物与普通活性污泥所能承受的Cr6+浓度分别为70mg/L和1.9mg/L。

罗晓虹[7]等人利用聚丙烯酰胺与壳聚糖形成的互融聚合物网络凝胶固定非活性的铜绿假单胞菌, 研究了这种固定化微生物颗粒对Cu2+的吸附特性。结果表明, 该固定化微生物对Cu2+的吸附很迅速, 在40min内吸附基本达到平衡。

3.2 含氮废水的处理

微生物去除氮和氨, 一般是通过好氧微生物的硝化反应过程。和厌氧微生物的反硝化反应过程。吕志刚[8]等人采用聚乙烯醇 (PVA) 为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水, 在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准, 在较短的水力停留时间成功实现了氨氮的去除。周珊[9]等人以竹炭为载体, 将硝化菌、反硝化菌等微生物固定在竹炭上, 研究竹炭固定化微生物对氨氮的去除及影响因素。结果表明:竹炭固定化微生物处理氨氮水样存在竹炭吸附和微生物脱氮两种作用。对于初始氨氮质量浓度≤200mg·L-1的水样, 调节水样p H为8, 控制水样溶解氧质量浓度为1mg·L-1左右, 竹炭固定化微生物系统中可发生同时硝化—反硝化作用, 氨氮去除率可达70%以上。

3.3 酚类及醇类废水的处理

陶凌燕[10]等人采用聚乙烯醇 (PVA) —硼酸法制作固定化活性污泥小球, 从温度、浓度和p H 3方面比较了固定化活性污泥和游离活性污泥对氯苯酚降解效果的影响。研究表明:固定化活性污泥降解对氯苯酚的最适宜温度为25℃~35℃, 最适p H为6~8;固定化活性污泥对氯苯酚的降解速度大于游离活性污泥。孙翔[11]等人以苯酚模拟废水为研究对象, 采用苯酚驯化后的优势菌群, 利用竹炭作为载体, 用竹炭固定化微生物处理含酚废水。实验表明, 在苯酚浓度为40mg/L低浓度废水, 在投菌量为100m L/10g竹炭, 竹炭量为10g/100m L污水的条件下经5h处理后, 苯酚和COD的去除率分别为95%和70%。

3.4 印染、造纸废水的处理

印染、造纸废水的水量大, 污染物质也比较复杂, 是比较难处理的工业废水。周林成[12]等人采用固定化微生物工艺, 对混凝沉淀后退浆工序的印染废水进行了现场中试处理研究。实验结果表明, 在水力停留时间 (HRT) 为20h的条件下, 对于进水化学需氧量 (CODCr) 为1.0~1.2g/L的退浆废水, 经过两级水解酸化、两级好氧处理后, 其出水CODCr<100mg/L, 达到国家一级排放标准。其中, 水解酸化阶段的HRT为10h, CODCr复合1.7kg/ (d·m3) , 去除率为44%;好氧阶段HRT为10h, CODCr复合1.9kg/ (d·m3) , 去除率为83%。

4. 固定化微生物技术的发展前景及处理废水的发展趋势

综上所述, 固定化微生物技术, 不论从技术本身, 还是反映特性, 都具其绝对的优势, 也引起了人们的广泛关注和对其进一步的研究。

但同时, 我们也看到了, 要将固定化微生物技术工业化, 还需要进一步的研究:

4.1 降低载体的成本和延长载体的寿命, 是使其工业化, 实现经济可行性的关键因素。

4.2 固定化微生物在废水处理过程中, 不是对所

有物质都能做到很好的处理效果, 所以需要进一步研究, 将固定化微生物技术与其他废水处理技术相结合, 以达到最佳处理效果。

4.3 如何选取固定化微生物的最佳活性, 分析在不

同固定化方法和不同载体中的最佳参数, 是此项技术应用的关键。

通过不断的深入研究, 固定化微生物技术一定会很快成熟起来, 并高效而实用的应用于各种废水处理。

参考文献

[1]彭云华.对固定微生物技术净化有机废水最佳方法的探讨[J].城市给排水, 2005.

[2]吴伟.固定化微生物技术在处理高浓度有机废水中的应用[J].环境科学与管理, 2011, 36 (7) .

[3]武淑文、杨迎冬、黄兵.净化SO2气体的固定化微生物性能研究[J].安徽农业科学, 2011, 39 (20) .

[4]蒋宇红等.几种固定化细胞载体的比较[J].环境科学, 1993, 14 (2) .

[5]陈芳艳、梁林林、唐玉斌等.聚乙烯醇/思托石复合载体固定菲降解菌的研究[J].工业水处理.2007, 27 (11) .

[6]李杰、王志盈、毛玉红.固定化微生物抗Cr6+毒性能力及其去除特性研究[J].工业水处理.2008, 24 (1) .

[7]罗晓虹、戴松林、李雪芳.固定化铜绿假单胞菌吸附Cu2+的特性[J].环境科学与技术.2008.31 (11) .

[8]吕志刚、李飏、王长城.包埋固定化菌去除絮凝余水中氨氮的研究[J].环境科技.2009, 22 (5) .

[9]周珊、周汇、单胜道.竹炭固定化微生物去除水样中氨氮的研究[J].农业科学.2009, 46 (6) .

[10]陶凌燕、蔡文祥、吴静、叶衰园、李伟.固定化微生物法处理对氯苯酚废水的研究[J].环境污染与防治.2007.29 (9) .

[11]孙翔、周汇、沈宇、周珊.竹炭固定化微生物处理低浓度含酚废水的初步研究[J].环境科学与技术.2009, 32 (3) .