生物技術研究進展

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生物技術研究進展范文第1篇

關鍵詞：城鎮生活；污水處理；技術；研究

中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：

據國家相關部門統計，我國城市生活污水的排放量在逐年增加，但處理能力卻十分有限，大部分生活污水未經任何處理直接排入自然水體，對環境造成嚴重的危害。同時，由于淡水資源的缺乏，人們越來越關注生活污水回用技術的發展，在節約用水的同時積極使用生活污水作為第二水資源。因此，加強生活污水處理技術的研究具有重要的意義。

我國生活污水屬于點污染源, 是人們日常生活中產生的污染, 主要來自家庭, 商業,學校旅游服務業及其他城市功用設施, 包括廁所沖洗水, 廚房洗滌水, 洗衣機排水, 沐浴排水及其它排水等。

一、生活污水的危害性

生活污水排入水體或滲入地下水將造成污染, 微生物在分解有機物時消耗水中的氧, 當溶解氧低于3~4mg/L, 就會影響魚類的生活。當溶解氧耗盡后, 在厭氧狀態下,厭氧菌分解有機物產生硫化氫, 使水體黑臭, 魚蝦絕跡。據世界衛生組織報告, 全世界80%的疾病與水有關系, 世界上每天大約有2.5 萬人因水污染引起的疾病死亡; 生活污水中的氮, 磷營養物質排放到水體中, 特別是湖泊, 水庫, 將引起水體富營養化, 使水體在一定時間處于嚴重的缺氧狀態, 使魚類大量死亡。

二、城鎮生活污水處理技術研究

1、膜- 生物反應器處理生活污水

鑒于膜分離技術在污水處理中通過固液分離機制去除污染物和細菌方法有獨到的優勢，人們對膜分離技術應用于給水和污水處理方面進行了多途徑的開發和應用。膜分離技術（如微濾、超濾）在城市生活污水處理應用方面也有了較大進展，已經部分商業化用作回用水。

膜生物反應器技術, 是將膜分離技術與廢水生物處理技術組合而成的新系MBR(Membrance Biological Reactor) , 該系統以膜分離技術替代傳統二級生物處理工藝中的二沉池, 具有工藝流程簡單, 占地少, 管理方便, 處理效率高, 出水率可直接回用等特點。工藝流程如圖2:其中, 生物處理單元為接觸氧化工藝。試驗裝置為折流式水槽, 有效體積27L, 內裝彈性立體填料, 主要性能: 絲條與中心繩材質均為聚酰胺材料; 單元直徑為173mm; 耐熱溫膜分離單元為超濾膜分離工藝, 試驗采用外壓式中空纖維組件,膜材料為PS, 膜面積為1.1m2; 膜切割分子量30000; 工作壓力為0~0.294Mpa 。生物接觸氧化是處理生活污水的有效工藝, 可較好地對水中的非溶解性的物質進行分離, 確保處理后的生活污水能夠達到中水回用標準, 系統運行穩定, 排泥很少。另外, 考慮到膜- 生物反應器的生物特性, 可以采用無泡供氧[8]的新工藝以達到更好的去污和經濟效果, 同時在生物處理池中也可以同時加入鐵鹽, 混凝除磷效果也很理想。

圖1 膜- 生物反應器處理生活污水工藝流程圖

2、活性泥技術

簡單來說活性泥技術就是利用活性污泥去除水中的有機物。首先是回流的活性污泥和污水同時進入曝氣池，并將空氣打入曝氣池，使污水和活性污泥充分混合，曝氣池中微生物吸附、混合液進入二次沉淀池進行分離操作。最后就可以向外排放凈化后的水，分離出一部分活性污泥通過回流系統，回流至曝氣池，另一部分將從系統出中排出?；钚阅嗉夹g的主要設備為曝氣池和二次沉淀池。由活性泥技術，還衍生出了很多更先進的方法，例如AB 法和SBR 法。在SBR 法的基礎上，又發展出了CAST 法，即循環式活性污泥技術。作為目前比較先進的污水處理技術，CAST 法具有以下幾點優勢：1）生物選擇區的設置有助于抑制污泥膨脹。2）高效的同步硝化與反硝化。3）健全完善的生物除磷系統。4）抗沖擊負荷功效顯著。但是由于這種技術正處于起步階段，各方面的性能于功效還不夠完善，以此對其進行更為深入的分析研究使其在原理、操作等各方面得到不斷的發展與完善，是目前亟待解決的問題。但作為新興技術的代表，CAST 法無疑還是有很好的發展前景的，而作為其根源的活性泥法，無論從實用性還是發展潛力來說，都是目前的佼佼者。

3、生物接觸氧化法

生物接觸氧化法就是在生物接觸氧化池內安裝一定數量的填料，為了使污水達到凈化的目的，通過填料上的生物膜和供應的氧氣發生生物氧化作用，以此來將氧化分解廢水中的有機物。生物接觸氧化法是生物法處理廢水中的一種重要方法。生物接觸氧化法是一種高效凈化有機廢水的處理工藝。其不但具有生物膜法的特點，還具有活性泥法的優點。該方法不但適用于處理生活污水，還適用于工業污水和養殖污水等，并且已經取得了較好的處理效果和經濟效益。生物接觸氧化法具有高效節能、耐沖擊負荷等優點，并且被廣泛應用于污水處理系統中。

生物接觸氧化法是生活廢水經過物理處理后的重要環節，也是整個處理工藝中的重要環節，經過生物接觸氧化法的處理，亞硝酸和硫化氰等有害物質都可以被有效的除去，對后續的處理工藝起到重要的關鍵作用。

同一般的生物膜相比，生物接觸氧化法是以生物膜吸附廢水中的有機物，通過微生物和供應的氧氣發生生物氧化作用，凈化廢水。一般來說，在氧化池內的生物膜主要是由菌膠團、絲狀菌和真菌等微生物組成。生物接觸氧化法同和普通生物膜法相比，區別在于填料的應用，也就是微生物在氧化池內的狀態不同。例如：對于活性污泥法中的絲狀菌，是會影響生物凈化作用的因素。但是在生物接觸氧化池內，由于填料的存在，使絲狀菌呈立體結構，增加了與廢水接觸的表面面積，而且絲狀菌對有機物，具有氧化能力，并且適應負荷變化較大的水質，可以極大地提高凈化的能力。

生物接觸氧化法具有以下幾個特點：1）容積負荷高，耐沖擊負荷能力強；2）具有膜法的優點，剩余污泥量少；3）具有活性污泥法的優點，輔以機械設備供氧，生物活性高，泥齡短；4）能分解其它生物處理難以處理分解的物質；5）容易管理，消除污泥上浮和膨脹等弊端。生物接觸氧化法優點眾多，但也有幾處弊端，首先是濾料間水流緩慢，水力沖擊力小。并且生物膜只能自行脫落，剩余污泥不易排走，滯留在濾料之間容易引起水質的惡化，影響處理效果。同時，濾料的更換和建筑物的維修比較困難。但是，隨著未來技術水平的不斷研究與發展，以上幾個問題必將得到很好的解決。

總之，這些方法由于各自具有不同的優點和缺點, 通過科學設計、優化組合，可望在實際應用中獲得技術與功能上一定程度的互補, 有效降低城鎮生活污水的處理與運轉費用, 從而推進城鎮生活污水處理的技術革命。

參考文獻：

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生物技術研究進展范文第2篇

【關鍵詞】食品微生物；檢測技術；進展研究

doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2014.01.689文章編號：1004-7484（2014）-01-0569-02

1前言

食品微生物是指與食品有關的微生物的統稱，包括有食源性病原微生物、生產型食品微生物、食物變質。由于食品微生物對人身體健康的重要影響，采用先進的檢測技術對其進行準確、有效的檢測也顯得尤為重要。

2食品微生物檢測技術進展及研究

2.1分析化學檢測技術進展及研究近年來，在食品微生物檢測技術中，隨著應用儀器與技術的不斷更新，分析化學檢測技術也朝著多元化的方向進行發展。分析化學檢測技術包括有氣相色譜·質譜聯用檢測、高效液相色譜檢測、液相色譜·質譜聯用檢測、氣相色譜檢測等。分析化學檢測技術主要是通過對食品微生物化學組成的分析來進行鑒定與區分。此種檢測技術的應用，開辟了食品微生物檢測與鑒定的新途徑，對微生物檢測的準確性有著顯著的促進作用。

2.2PCR檢測技術的進展及研究PCR檢測是利用聚合酶鏈反應，將模板DNA、Taq酶、鎂離子、雙蒸水、緩沖液等混合物裝入PCR微型管內，并在可編程調控的PCR儀上來完成檢測。PCR檢測技術自從1985年發明以來，通過不斷地完善與改進，應用于食品微生物檢測中時具有較高的敏感性與準確性。PCR檢測技術包括有免疫PCR、多重PCR、反轉錄PCR等，每種PCR檢測技術都可準確地檢測到相對應的病菌與微生物，但其也主要是針對食品當中病原菌的特異性靶基因進行定位檢測，且PCR檢測技術還存在假陽性、定量困難等問題，還需進一步地完善[1]。

2.3核酸探針檢測技術的進展及研究核酸探針技術主要是利用同位素或者其他標記方法，對已知核苷酸的序列DN段進行標記，并將其加入已變異的DNA樣品當中，進而通過一定的條件作用達到食品微生物檢測的目的。核酸探針技術檢測食品微生物具有敏感性、特異性等優勢，但其在檢測時需對檢測樣品進行一段時間的培養，且檢測方法及過程比較復雜，并對毒素污染的不含產毒菌的食品無法進行準確檢測。

2.4免疫分析檢測技術的進展及研究免疫分析檢測技術包括酶聯免疫吸附技術與免疫熒光技術，酶聯免疫吸附技術是將抗體或抗原吸附于固相載體上并進行免疫酶染色，待底物顯色后，再經由定量或定性來分析有色產物量，進而得到微生物的檢測結果。此種檢測技術結合了放射免疫測定法與免疫熒光法兩者的優勢，具有反應靈敏、準確性高、可定量、適用范圍廣等優點。近年來，隨著酶聯免疫吸附技術的完善，對檢測食品中沙門氏菌、大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌等檢測做出了卓越的貢獻。

而免疫熒光技術主要是通過在食品樣品上直接滴加已知特異性熒光標記的抗血清，并經洗滌后在熒光顯微鏡下進行觀察，從而得出檢測結果；另外，也可采用間接法先于檢樣上滴加已知特異性熒光標記的抗血清，待其產生反應后再進行洗滌，并加入熒光標記的抗體進行觀察。免疫熒光技術主要可用來檢測葡萄球菌毒素、李斯特菌、沙門氏菌等，其特異性強、敏感性高、檢測速度快，但也存在一些客觀性的不足，還有待進一步在研究與改進。

2.5生物傳感器檢測技術的進展及研究對食品微生物以生物傳感器檢測技術進行檢測時，其主要是將生物受體復合物（包括酶、核酸、抗體、多糖化合物等）與物理化學傳感器直接連接，并通過動態、實時觀察特異性生物，來分析其微生物的種類。生物傳感器檢測技術包括有免疫傳感器、酶傳感器、DNA雜交傳感器、微生物傳感器等，雖然其在食品微生物檢測領域中的應用比較廣泛，但其敏感性還存在一定程度的欠缺，具體的發展與完善有待進一步研究。

2.6放射測量檢測技術的進展及研究放射測量技術作為化學與物理相結合的一種微生物檢測技術，主要是對培養基內的微生物進行檢測。放射測量法的檢測原理比較簡單，其檢測方法類似于碳元素追蹤法，通過利用培養基內細菌生長、繁殖的過程，來確定樣品中微生物存在與種類。放射測量檢測技術具有簡單、準確、快速、自動化等諸多優勢，其也被廣泛應用于食品微生物中大腸埃希菌的定量檢測當中[2]。

2.7電阻抗檢測技術的進展及研究電阻抗檢測技術的檢測原理為，培養基中微生物在不斷生長過程中，可將其電惰性底物代謝成為活性底物，進而使得培養基中電導性增大，且培養物的阻抗降低。另外，培養基中微生物在生長過程中可產生一種特征性阻抗曲線，可依據電阻改變的圖形對檢測細菌進行鑒定。電阻抗檢測技術具有反應速度快、重復性好、敏感性與特異性強等優點，在食品微生物檢測中的應用也比較廣泛。

3食品微生物檢測技術的發展趨勢

基于食品微生物檢測技術中目前存在的不足之處，其發展趨勢必將朝著以下幾點進行：

①標準化與國產化。從我國目前對食品微生物的檢測情況來看，大多數檢測都是采用國外的快速檢測法，這也造成了檢測成本高，缺乏國家相應的標準等缺點。因此，大力在引進并融合國外的先進技術，研究出符合我國檢測產品標準的檢測技術，同時還需加大力度建立國家標準與規范。②提高質量與準確性。應用新工藝、高科技，提高與實驗相關產品的質量，并優化設計特殊培養基，進而提高檢測技術的靈敏度與特異性。③充分發揮各檢測技術的優勢。在進行食品微生物檢測時，必須熟知各種檢測技術的優缺點，有效地做到揚長避短，從而使其檢測技術能夠最大程度地發揮自己的優勢[3]。

4結束語

隨著科技的快速發展，相信在不久的將來，各種存在缺點的食品微生物檢測技術將會被新型、先進、簡便的微生物快速檢測技術所替代。通過對檢測技術與標準的不斷完善與規范，使其能為人類的公共衛生、疾病預防、飲食健康等方面做出巨大的貢獻。

參考文獻

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生物技術研究進展范文第3篇

1　生物電阻抗斷層成像的基本原理

電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography，EIT)是根據人體內不同組織具有不同的電阻抗這一物理原理，通過給人體注入小的安全電流，測量體表的電位來重建人體內部的電阻抗分布圖像，是醫學成像技術的一個新方向.

電阻抗斷層成像系統由數據測量系統（Data Measurement System， DMS）及圖像重構軟件兩大部分組成. 數據測量系統的作用就是在正弦激勵下從體表測量中解調出反映體內阻抗分布的電信號，經A/D及數據處理后為阻抗圖像重構算法提供高精度的數據. EIT系統的總體結構如Fig 1所示.

其中，激勵源的作用是產生對人體安全的正弦激勵并以一定的激勵模式施加于激勵電極上；測量系統的主要功能是從測量電極以一定測量模式獲取正弦激勵下的體表電信號，經高精度放大后采用解調技術提取反映成像目標內阻抗分布信息，供算法重構阻抗圖像應用；控制電路作為計算機與激勵源及測量電路間的接口電路，主要負責激勵源及測量電路的參數及模式設置，以及校正和定標等功能；計算機主要進行總體控制、數據處理、圖像重構、圖像顯示等功能.

EIT技術具有很多優勢. 既往研究表明某些人體組織的生理功能變化能引起組織阻抗的變化（如：組織充血和放電等），某些組織病理改變也能引起組織阻抗的變化（如癌變等）［1］，這些信息將會在EIT圖像中體現出來. 所以EIT具有功能成像的性質. 該技術對人體無創無害，系統結構簡單，測量簡便，在對于患者長期的圖像監護這方面具有廣泛的應用前景，這些是目前多數臨床成像手段難以做到的. 同時該技術造價低、費用低的特點也非常適合進行廣泛的醫療普查. 雖然目前其圖像分辨率不能與CT等成像技術相比，但它仍是一種有應用前景的新型成像技術，是對目前醫學成像手段的一個有力的補充.

2　生物電阻抗斷層成像的研究概況

電阻抗斷層成像是國外近些年的一個研究熱點，歐洲、北美、前蘇聯等地區有許多研究小組在進行這方面的工作. 歐洲已建立了歐洲EIT統一行動組織（CAIT）來組織和協調EIT研究工作.

目前，根據成像的區別電阻抗斷層成像技術主要可分為兩種，一種以電阻抗分布的絕對值為成像目標，稱為靜態EIT；另一種是以電阻抗分布的相對值（差別）為成像目標，被稱為動態EIT.

從激勵頻率上可將EIT分為單頻及多頻EIT，單頻EIT只采用單一頻率激勵成像目標，而多頻EIT采用多個激勵頻率（10 kHz－1 MHz），充分提取了成像目標內組織的阻抗頻率特性，在此基礎上還可得到組織的特征參數圖像，為進一步鑒別和區分組織打下了基礎，因而多頻及參數成像越來越受到人們的重視.

從激勵方式上可將EIT分為注入電流式(Injected Current EIT )和感應電流式（Induced Current EIT). 前者就是采用驅動及測量電極從成像目標表面激勵及獲取信息，而后者是近三年才提出的采用激勵線圈及體表測量電極獲取成像目標內感應電流場的分布信息，這種技術因成像精度相對不高，目前僅處于實驗階段.

EIT的圖像重構算法是EIT成像系統的重要環節. EIT圖像重建中的正問題和逆問題是其圖像重建中兩個關鍵性過程. 由模型的阻抗分布及驅動信號，求其內部的電壓和電流分布，這在電磁場分析中被稱為正問題，即由ρ求Φ；阻抗成像被認為是一個逆問題，被定義為：給出邊界電流和邊界電壓的測量值，求模型內的阻抗分布，即，由和v求ρ. 正問題的求解可以利用求解拉普拉斯方程得出區域內部節點電壓， 進而利用給定邊 界條件和阻抗分布模型計算其內部電流密度達到全面分析這一電場的目的.

逆問題求解比正問題要復雜的多， 就目前來說可借助于數值方法通過多次迭代修正阻抗分布的估計值來實現. 在迭代過程中要調用正問題求解過程， 利用正問題的解不斷修正阻抗分布模型，以使之最接近真實阻抗分布.

有限元方法（FEM）是常用的求解電磁場的數值方法［2］，在EIT中這一方法被廣泛用于正問題過程的求解，其基本思想是通過泛函求極值來為非線性方程求解. 為EIT構造FEM模型，其主要目的是通過將這一特殊邊界條件的電場或場域邊界作線性化近似，以解決人體外加電場在人體內引起的電流分布的非線性和非均勻性，其實質上是利用數值方法求解具有特殊定解條件的一組偏微分方程.

圖像重構算法也是EIT研究的熱點，目前研究的算法主要有擾動法(Perturbation Method)［3］修正的Newton-Raphson方法［4］雙限定方法(Double Constraint Method)［5］敏感性方法（Sensitivity Method）［6］等位線反投影算法［7］. 譜展開法［8］M.Zadehkoochak算法［9］基于神經網絡的重構算法［10］:廣義逆法［11］等.

英國Sheffield大學Brown等［12］1987年建立了第一個完整的DMS（Mark I System），有16個激勵及測量電極，采用相鄰電極5 mA p-p 51 kHz恒流激勵. 該系統有51 dB的信噪比，及每秒10幅圖像數據獲取速度. 1995年Smith等［13］在Mark I的基礎上建立了第一個實時的供臨床基礎研究用的Mark Ⅱ系統，有16個電極，使用20 kHz 5 mA p-p恒流激勵，采用16通道并行測量、數字相敏檢測（Digital Phase Sensitivity Detector，DPSD）等技術，使成像速度達到25幀/s，測量電路CMRR＞60 dB， SNR＞60 dB，所測阻抗數據信噪比達到68 dB，該系統用于人體胸腔得到了初步成像結果，并已用于臨床基礎研究.

美國紐約Rensselaer Polytechnic Institute的Cook等于1988年建立了基于物理模型的自適應電流激勵成像系統（Adaptive Current Tomograph， ACT2)［14］. 該系統采用32電極并行自適應電流15 kHz激勵，單通道電壓測量，電流幅值及電壓測量有12 bit分辨率，30 s獲取一組測量數據. 1991年Saulnier等在ACT2的基礎上建立了32電極并行激勵、并行測量、并行校正及補償的高精度、高速度DMS（ACT3）［15］，激勵頻率30 kHz，系統精度可達16 bit，在此精度下獲取一幅圖像數據需133 ms，若將測量精度降為13 bit，則獲取一幅圖像數據只需2 ms. 該系統對一直徑8 mm的銅擺進行動態連續成像（銅擺在盛鹽水的直徑30 cm的容器中擺動），成像結果較好，能對銅擺在不同時相的位置定位，但銅擺圖像模糊，且明顯大于實際尺寸.

美國Wisconsin-Madison大學的SaKamoto等1987年建立了基于物理模型的測量系統［16］. 該系統采用16個條形電極、50 kHz 1 mA(峰峰值)的恒流激勵及模擬解調技術，測量最大誤差3%，放大器CMRR＞80 dB、輸入阻抗大于1 MΩ、噪聲水平10 μV(50 kHz時）. 該系統基于12 cm×12 cm的方形物理模型得到了初步成像結果. 1991年Hua等，基于直徑30 cm圓柱形物理模型建立了32通道優化電流激勵測量系統［17］，采用32個外圈電流驅動、內部電壓測量的不銹鋼復合 電極（Stainless current/voltage compound electrode)，激勵頻率50 kHz，32通道激勵電流在每次圖像迭代重構后都重新計算及校正，以得到最優電流激勵模式（Optimal Current Pattern)，測量系統有12 bit的幅值分辨率. 該系統對位于模型中心、直徑6 cm的絕緣體等進行了成像，經10次迭代后得到了較清楚的圖像.

上面介紹了幾個有代表性的電流驅動的測量系統，在電壓驅動的DMS中，美國Washington大學的Woo等在1986年建立了32電極、激勵頻率100 KHz的測量系統［18］；比利時Geeraerts等在1992年建立了基于物理模型的32電極14 bit 精度的電壓激勵電流測量系統［19］；英國Oxford Polytechnic的Zhu等［20］在上述ACT2，ACT3的基礎上于1992年設計了有32個復合電極的自適應電壓激勵及電壓測量系統.

上述研究小組的數據測量系統大部分僅限于對物理模型的測量，只有Sheffield大學的Smith等在Mark Ⅱ測量系統的基礎上結合等位線反投影圖像重構算法，在英國皇家Hallamshire醫院建立了第一個供臨床基礎研究用的動態EIT實時系統，用于人體肺、胃、大腦、食管等不同部位的成像，證明其具有功能成像的特點［21］. 近三年來，電阻抗成像在二維和單頻的基礎上向三維［22］及多頻［23］成像方面發展，也有學者從事感應電流（induced current）EIT的研究［24］.

我國在EIT領域的研究起步較晚，重慶大學、中國醫學科學院、第四軍醫大學有研究小組在進行電阻抗成像系統的研究，這方面的工作才剛剛起步，目前完整的EIT數據測量系統國內未見報道.

幾年來，該技術又有了許多新的發展，出現了以人體三維阻抗分布為成像目標的三維EIT技術，以外圍線圈激勵的感應EIT以及多頻激勵測量進行復阻抗成像的多頻EIT，這些研究都得到了初步的實驗結果［25］.

3　EIT研究的關鍵及難點

3.1　信息的質量、數量問題

3.1.1　電場在體內的分布的研究　電場在人體內的分布是非線性的，而人體的結構又是非常復雜的，對其進行深刻的研究掌握其在各種組織各種體液中的分布規律對研究驅動測量技術、圖象重構算法有重大意義.

3.1.2　高精度、高信噪比的數據測量系統　目前EIT因采用體表弱電流激勵及體表測量技術，使內部阻抗信息在體表測量中表現為弱信號、大動態范圍. 有文獻報道［26］，在一個心動周期中血流入肺而導致肺組織的阻抗變化為3%，從體表僅能測量到這種變化的1/20，即內部3%的阻抗變化在體表只能得到0.15%的改變. 由此看出，由生理特性決定EIT技術對DMS提出了具有高精度、高信噪比的要求. 另外，阻抗圖像重構的算法中有大量矩陣運算或多次迭代運算，經測量系統得到的數據的信噪比大小將直接影響成像質量. 因此，為得到質量較好的重構圖像，也要求DMS必須有高精度、高信噪比的基本特性.

3.1.3　新的驅動檢測原理技術研究　由于測量電極的限制，每次只能得到非常有限的獨立測量數據（N個電極能得到N（N-1）/2個數據），因此需對驅動檢測方法做進一步的研究探討，驅動檢測技術包括向人體施加電能的原理（電流或電壓等）研究；施加電能的方式（接觸或感應等）研究；電極的尺寸、個數和排列方法研究等；電極的尺寸與斷層截面的厚度、電極的數量與信息量的矛盾、電極固定位置與測量的穩定性的矛盾等問題的研究. 這些問題需有新的突破才能使阻抗斷層成像技術上一個新臺階.

3.2　關于重構算法問題　由于EIT是非線性問題，在求解算法方面存在很多困難，雖然在動態及靜態EIT技術都提出很多種算法，但是圖像重構效果都不能令人滿意. 這些算法基本上都是基于有限元方法，目前各種算法的主要問題在于收斂性能、抗噪能力較差，而且隨著拋分規摸的增加計算量也大幅度增加，病態性程度也增加等.

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生物技術研究進展范文第4篇

關鍵詞 地下水；生物脫氮；異養反硝化；自養反硝化

中圖分類號X3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）110-0148-02

近年來，生物反硝化法得到了較為廣泛的關注，高效低耗的特點，使其被認定為最具發展潛力、最為實用的一種脫氮方法。生物反硝化包括異養反硝化和自養反硝化。

1異養反硝化

異養反硝化以有機碳為碳源和電子供體，利用反硝化細菌脫除地下水中硝酸鹽。1983年，法國建成第一個以生產飲用水為目的的地下水生物脫氮處理工廠。采用Biodent工藝(如圖1所示)。通過補充乙醇和磷酸鹽的待處理水，使得硝酸鹽濃度大幅度下降，出水亞硝酸鹽濃度明顯降低[1]。

圖1Biodent生物脫氮工藝

1.硝酸鹽污染水；2.厭氧生物反應器；3.空氣；4.生物碳濾器；5.凝聚劑；6.活性碳； 7.砂；8.臭氧；9.出水貯池；10.投加氯氣和硫代硫酸鈉

德國研發固定床生物脫氮技術（Denipor工藝），用NaOH調節pH，乙醇和磷酸鹽作基質，漂浮性Styropor球作填料，硝酸鹽去除率大于90% [2]。Nilsson等[3]以乙醇作電子供體將脫氮假單胞菌固定于藻酸鈣凝膠中進行生物脫氮，硝酸鹽被完全去除，亞硝酸鹽濃度也接近于零。Kokofuta等[4]用聚乙烯乙醇硫酸鹽和聚二丙烯基二甲氨鹽酸鹽組成的復合物固定脫氮假單胞菌。在中性條件下，出水亞硝酸鹽濃度接近于零，脫氮率為80%。異養反硝化處理費用低，將硝酸鹽轉化為氮氣，不產生廢液，但必須嚴格控制有機物投加量，否則造成二次污染。

2自養反硝化

自養反硝化以無機碳為碳源，以還原性硫化物為電子供體脫除地下水中硝酸鹽，其包括氫自養反硝化和硫自養反硝化。

2.1 氫自養反硝化

H2無毒、無污染，以H2為電子供體的自養反硝化是較理想的脫氮方法。Ginocchio等[5]在原水中注入大量H2，經過1.5h后，水中30mg/L硝酸鹽全部脫除。Robert等[6]將生物反硝化與電解供氫相結合，脫氮率為100%。Kurt等[7]采用氫作基質，利用混合培養物，在流化床中研究了自養型生物脫氮。當pH升至9.0時，生成大量亞硝酸鹽，故將pH調至7.5為最適。Denitropur工藝是利用氫和脫氮菌混培物開發的另一自養型生物脫氮技術[8](如圖2所示)，由9個固定床反應器串聯組成，以三維波紋結構的Mellapack為填料。被處理水用氫加壓飽和，并補充CO2和磷酸鹽。脫氮水先充氧，然后在雙層濾池中過濾，最后用紫外線消毒。該裝置水處理能力為50m3/h，對硝酸鹽處理能力為90kg/d。當停留時間為1h時，硝酸鹽可從75mg/L降至5mg/L。氫自養反硝化以純H2為氫供體，存在安全隱患，且其溶解度較小，并非理想的脫氮方法。

圖2Denitropur生物脫氮工藝

1.污染水；2.氫；3.氫飽和；4.生物反應池；5.逆向充氧；6.空氣；7.雙層濾池；8.紫外線消毒；9.脫氮水

2.2 硫自養反硝化

除H2外，硫也被用于自養型生物脫，在缺氧條件下，以硫或還原性硫化物為電子供體進行自養反硝化。劉玲花等[9]利用硫/石灰石濾柱脫除地下水中硝酸鹽氮，水中硝酸鹽基本被除盡，反應產物中幾乎無亞硝酸鹽氮。姜巍等[10]采用裝填硫磺和石灰石的生物膜反應器脫除地下水中硝酸鹽氮，去除率達80%以上。荷蘭利用硫/石灰石濾器建立了一個自養型生物脫氮示范工廠[11]，如圖3所示。該系統包括真空脫氣，充氧和回灌等操作。為避免反應器堵塞和短流，并去除反應產生的氮氣，因此采用真空脫氣。反應器長20m，寬7m，深2m，其內充填石灰石顆粒和硫，水處理能力為35m3/h。對于含高濃度硝酸鹽的污水，經過一段時間的運試，硝酸鹽氮去除率超過90%。脫氮水的細菌數達-個/mL，回灌并停留10～12周后，菌落全部去除，細菌學指標良好。硫自養反硝化在反應過程中會產生大量硫酸根離子，污染水質，因此該法只適合處理硫酸根離子濃度低的地下水。

圖3 硫/石灰石濾器生物脫氮工藝

1.污染水；2.真空脫氣；3.硫/石灰石脫氮反應器；4.階式充氧；5.滲濾塘

參考文獻

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[9]劉玲花，工占生，工志石.硫/石灰石濾柱去除地下水中硝酸鹽的研究[J].環境工程，1995，13(3)：11-15.

生物技術研究進展范文第5篇

關鍵詞：城市污水；生物除磷脫氮；厭氧微環境；化學除磷；碳源；反硝化除磷；

中圖分類號：U664.9+2文獻標識碼： A

引言

近幾十年來，污水的氮磷去除技術一直是污水處理領域的研究和開發熱點。盡管傳統活性污泥法能有效地去除污水中BOD、COD、SS及其它易澄清的物質，但是其對污水中氮磷等營養物去除一般低于30%。這樣低的氮磷去除率并不能滿足水體富營養化控制的要求。要更多更高效地去除污水中氮磷，就需要采用專門的氮磷去除技術。目前生物法脫除氮磷技術由于成本較低而受到廣泛的關注。本文對生物除磷脫氮技術的研究與應用進展進行了綜述，并提出生物除磷脫氮技術發展的主要方向。

1 生物除磷脫氮主流工藝

全世界范圍內，開發和應用了許多工藝以有效去除污水中的氮磷。比較典型的有缺氧-好氧（A1/O）脫氮工藝、厭氧-好氧（A2/O）除磷工藝、厭氧-缺氧-好氧（A2/O）同步除磷脫氮工藝及其改進型新工藝（如倒置A2/O工藝、UCT工藝、MUCT工藝等），此外還包括一些具有除磷脫氮功能的SBR工藝(如CAST工藝、DAT-IAT工藝、MSBR工藝等)以及氧化溝工藝（如Orbal工藝、卡魯賽爾氧化溝工藝等）等。

盡管上述這些工藝得到了廣泛的應用，但由于除磷和脫氮各自所需不同泥齡的矛盾，除磷效率高的系統脫氮效果差，脫氮效率高的系統除磷效果又不理想，或者脫氮和除磷效果都不理想。

2 城市污水的生物除磷脫氮工藝研究與應用發展方向

2.1 厭氧微環境的改善

通過減少進入厭氧區的硝態氮和溶解氧，可以提高厭氧區厭氧微環境，從而提高聚磷菌厭氧釋磷和好氧過量攝磷的能力而提高生物除磷效率。這一方向的典型工藝有UCT工藝和MUCT工藝。盡管UCT和MUCT這類工藝成功地減少了進入厭氧池的DO和硝態氮，對除磷的效果有所改善。但是由于這類改進工藝除磷與脫氮采用的是同一個系統的污泥，故而仍然沒有解決除磷與脫氮所需泥齡不同的問題，因此沒能實現理想的氮磷同時去除效果。

2.2 化學除磷與生物脫氮除磷組合工藝

化學除磷與生物除磷的組合工藝有兩類。其一是Phostrip工藝，它先利用聚磷菌在好氧條件下過量攝磷，然后把泥水分離的高含磷菌體在厭氧條件下釋磷，釋磷后菌體回流到好氧池重新攝磷。而投加化學藥劑到厭氧釋磷后的高含磷上清液，把厭氧釋放的磷沉淀去除。Phostrip工藝以較低的成本取得了較好的除磷效果。由于旁流厭氧釋磷，污水中堿度對投藥量影響很小，此外上清液中磷含量較高（可達100mgP/L），其投加的化學藥劑（常用石灰）量相對傳統化學除磷而言要少很多。實踐表明，在較低的碳磷比和碳氮比污水條件下系統出水TP低于1mg/L[1]。

其二是把化學藥劑直接投加到生物脫氮除磷系統中，彌補生物脫氮除磷系統中生物除磷效果的不足，保證出水TP水質達標排放，即所謂的生物化學協同除磷技術。采用的藥劑有硫酸亞鐵、三氯化鐵和鋁鹽等。藥劑投加點可以是初沉池出水、曝氣池或二沉池前。盡管投加藥劑加大了運行成本，但是投加藥劑后系統出水TP可以低于1mg/L或0.5mg/L。因此，這種生物化學協同除磷技術在國內外城市污水處理廠中得到了廣泛應用[2]。

2.3 生物除磷脫氮技術所需碳源的開發

近年來城市污水的C/N和C/P比不斷下降，形成了低碳高氮磷的所謂低碳源城市污水。由于生物脫氮和生物除磷都需要有一定的碳源，去除1m g磷一般需要7～9mg的V F A， 反硝化過程的需要量更多。因此，生物脫氮系統一般要求進水BOD5/TN不小于4，而生物除磷系統則要求進水BOD5/TP大于17。這種低碳高氮磷的污水無法滿足脫氮除磷的要求。如何補充污水中的有效碳源，滿足生物除磷脫氮的要求已經成為城市污水處理領域研究開發和應用的熱點之一。

一些污水處理廠采用了投加甲醇等外加碳源，盡管取得較好氮磷去除效果，卻明顯增大了運行成本。通過污水在線預發酵技術，利用兼性發酵細菌把污水中脫氮除磷微生物不能直接利用的大分子復雜有機物轉化為低分子揮發性脂肪酸，提高污水中脫氮除磷微生物可以利用的有效碳源含量，從而可以改善系統生物除磷脫氮的效果[3]。也有研究者對初沉污泥進行發酵生產VFA以補充生物除磷脫氮所需碳源，其一是在線發酵的深池型初沉池，另一種是離線發酵池。近年來一些研究也致力于發酵剩余污泥生產VFA補充生物除磷脫氮所需碳源[4]。

隨著氮磷去除要求的進一步提高，對污水中有效碳源的需求也會進一步提高。準確衡算和判斷城市污水中的有效碳源量，充分利用城市污水和污泥中的有機物補充有效碳源，實現低碳高氮磷城市污水的氮磷去除，仍將是今后技術發展方向之一。

2.4 反硝化聚磷新工藝

反硝化聚磷現象的發現和研究，為城市污水的同步除磷脫氮技術注入了新的活力[5]。反硝化聚磷的原理是在厭氧過程中，反硝化除磷菌釋磷并在細胞內合成PHB；在缺氧過程 中反硝化除磷菌以硝酸鹽氮取代氧作為胞內PHB氧化的電子受體，并完成磷的吸收。據測算，反硝化除磷工藝能節省碳源50%，節省能源30%。人們已經開發了許多基于反硝化聚磷理論的新工藝，如Dephanox工藝、BCFS工藝、生物膜反硝化除磷工藝、A2N雙污泥反硝化脫氮除磷工藝和短程硝化反硝化聚磷工藝等[6]。目前，相關的工藝研究和開發仍然比較受到關注，其中對這些工藝的生物學特性、尤其是系統中反硝化聚磷菌本身的研究將會進一步深入。

3 結語

隨著社會經濟的發展，對于水體水質的要求日益提升。城市污水處理廠面臨日益嚴格的氮磷排放標準。經濟高效地去除城市污水中的氮磷營養鹽仍然將是廣大環境工作者的重要目標之一。進一步深入研發和應用將圍繞著生物除磷脫氮的厭氧與缺氧微環境、有效碳源、化學除磷與生物除磷脫氮技術的耦合、以及反硝化除磷新工藝等方面展開。

參考文獻

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