污水处理技术在环保工程的应用论文

关键词：施工

污水处理技术在环保工程的应用论文（精选6篇）

篇1：污水处理技术在环保工程的应用论文

基因工程技术在废水处理中的应用

李孟廖改霞

（武汉理工大学市政工程系，湖北武汉 430070）

【摘要】基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术。本文介绍了基因工程技术的原理、特点和主要研究内容，重点阐述了基因工程技术在废水处理中的应用,并对其研究方向作了展望。关键词：基因工程技术废水处理应用

The application of gene engineering technique to wastewater treatment

Li Meng

Liao Gaixia(Department of Municipal Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070)Abstract: Gene engineering technique was the new technique for modifying living beings according to human wishes on the DNA molecular level and the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The paper introduced the principle, characteristic, main research content of gene engineering technique, emphasized on formulating the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering

technique

wastewater treatment

application

利用基因工程技术提高微生物净化污染物的能力是现代生物技术用于废水治理的一项关键技术。20世纪50年代初,由于分子生物学和生物化学的发展,对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)的结构和功能有了比较清晰的阐述。20世纪70年代初实现了DNA重组技术,逐步形成了以基因工程为核心内容,包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。这一技术发展到今天,正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力,将为世界面临的水污染等问题的解决提供广阔的应用前景[1]。基因工程技术概述

基因工程技术是一种按照人们的构思和设计,在体外将一种生物的个别基因插入病毒、质粒或其他载体分子,构成遗传物质的重组,然后导入到原先没有这类分子的受体细胞内，能持续稳定地进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产品的操作技术。基因工程技术是一项极为复杂的高新生物技术,它具有高效、经济、清洁、低耗、可持续发展、预见性和准确性等特点[2]。一个完整的基因工程技术流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、目的基因与载体的连接、基因的转移、阳性克隆的筛选、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程[1]。基因工程技术在废水处理中的应用

基因工程技术应用于废水处理是水处理领域一项具有广泛应用前景的新兴技术。常规的废水处理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的转移，不能从根本上治理，且容易造成二次污染，成本也较高，生物法逐渐成为废水处理的主要方法。但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技术对这些菌株进行遗传改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人们的重视。

2.1 利用基因工程菌富集废水中的重金属离子

近几十年来,经济的高速发展导致各种有毒、有害金属污染物,经生产和使用过程中的各种渠道进入环境。高稳定性和高脂溶性使其在环境中具有停留时间长、能沿着食物链富集等特点,严重威胁着人类的健康和生存。随着国家对污染物排放标准的要求日益严格,单纯使用传统生物法处理这类重金属废水在适应性和高效性等方面存在局限性。针对这一问题,一些新型生物处理技术应运而生,其中利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。此法采用生物工程技术将微生物细胞中参与富集的主导性基因导入繁殖力强、适应性能佳的受体菌株内,大大提高了菌体对重金属的适应性和处理效率。

X.W.Zhao等[3]研究发现,宿主菌在Hg2+浓度为1mg/L的LB培养液中生长严重受抑,而基因工程菌E.coliJM109在Hg2+浓度为7.4mg/L时仍能增殖,且Hg2+富集量为2.97mg/g(细胞干重),去除率达96%以上。

Carolina Sousa等[4]构建了表达酵母金属硫蛋白(CUP1)、哺乳动物金属硫蛋白(HMT-1A)和外膜蛋白LamB的融合蛋白的基因工程菌E.coli,该菌种的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15～20倍。K.Kuroda[5]等在酿酒酵母细胞壁处的凝集素蛋白中表达了含His的寡肽,增强了酵母对Cu2+的抗性和吸附能力,其Cu2+富集能力比对比菌株提高了8倍多。

X.Deng等[6]构建了同时表达镍转运系统和金属硫蛋白的基因重组菌E.coliJM10,将其用于处理含镍废水的试验研究时,发现其对Ni2+的富集能力比原始宿主菌增加了6倍多。

赵肖为等[7]利用基因工程菌E.coli SE5000 对水体中的镍离子进行富集研究。菌体细胞对Ni2+的富集速率很快,富集过程满足Langmuir 等温线模型。经基因改造的基因工程菌不仅最大镍富集容量与原始宿主菌相比增加了4倍多,而且对pH值的变化呈现出更强的适应性。袁建军等[8]利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子。模拟电解废水中除含有3.0 mg·L-1的汞离子外, 还含有十种以上的其它金属离子。实验表明,与重组菌对只含汞离子的水溶液的处理结果比较, 电解废水中其它组份的存在意外地增大了重组菌富集汞离子的作用速率, 但同时却使细菌的最大汞富集量降低了约30%。

张迎明等[9]利用基因重组技术构建出基因工程菌Staphylococcus aureusATCC6538，该工程菌在IPTG用量为1.00mmol·L-1,诱导时间为4 h的条件下培养对镍离子的富集能力最高。在不同镍离子浓度时,基因工程菌对溶液中Ni2+的平衡富集量为11.33mg·g-1,与原始宿主菌相比提高了3倍。对基因工程菌吸附镍和钴的实验表明,Staphylococcus aureusATCC6538的NiCoT对镍具有较高的特异性和富集容量,属于第Ⅲ类镍钴转运酶。

2.1 利用基因工程菌降解废水中的有机污染物

生物处理法是废水中有机污染物降解的主要方法，但是部分难降解有机污染物需要不同降解菌之间的协同代谢或共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式；其次,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性，对代谢活性有抑制作用；此外,将不同种属、来源的细菌的降解基因进行重组,把分属于不同菌体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力[10]。

Satoshi Soda等[11]将基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接种到SBR反应器的活性污泥中,用于处理500mg/L的苯酚废水,在大大提高苯酚去除率的同时改善了污泥沉降性能。南京大学、扬子石油化工有限责任公司、香港大学、国家环保总局南京环境科学研究所联合完成了跨界融合构建基因工程菌处理石化废水的生物工程技术。在优化调控技术的基础上,该菌株对二甲苯、苯甲酸、邻苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和对苯二甲酸的降解率分别高达86%、94%、99%、97%和94%,比原工艺提高了20%～30%,总有机碳去除率达到了94%；污水经过处理后,铜、锰、锌、硒的浓度符合国家规定排放标准,生物毒性明显降低。

刘春等[12]以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响。结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,平均去除率为95%,最大去除负荷可以达到70mg/(L·d)。生物强化的MBR对生活污水中COD的平均去除率为71%,COD平均出水浓度65mg/L。

陈俊等[13]采用跨界原生质融合技术,构建基因工程特效菌Fhhh,实现廉价工业化生产Fhhh菌剂,在10m3/d精对苯二甲酸废水处理实验装置中,容积负荷率达到3.0 kg/(L·d)以上,生物负荷率达到1.42d-1,出水水质达到国家一类标准,与国内外同类装置相比,生物负荷率处于先进水平。

蒋建东等[14]采用同源重组法成功构建了分别含1个和2个mpd 基因插入到rDNA位点且不带入外源抗性的多功能农药降解基因工程菌株CDS2mpd和CDS22mpd。基因工程菌遗传稳定,能同时降解甲基对硫磷和呋喃丹。甲基对硫磷水解酶(MPH)的比活在各生长时期均高于原始出发菌株,比活最高达6.22mu/μg。

刘智等[15]采用基因工程技术构建出具有耐盐、降解苯乙酸和水解甲基对硫磷的功能的基因工程菌H2pKT2MP和H2pBBR2MP,其中H2pBBR2MP水解酶活性与亲本菌株甲基对硫磷降解菌(Pseudomonas putida)DLL2E4相当,而H2pKT2MP水解酶活性要提高1倍左右。

吕萍萍等[16]研究发现，克隆有苯降解过程中的关键基因——甲苯加双氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)对苯具有较高的降解效率和降解速度,应用于固定化细胞反应器中效果突出。在较短的水力停留时间内,可以将1500mg/L苯降解70%,降解速度为1.11mg/(L·s),延长水力停留时间,可以使去除率达到95%以上。该反应器对高浓度的苯具有突出的处理效果。同时所得到的产物为环己二烯双醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。展望

随着基因工程菌的出现,基因工程技术将不断应用于更多的废水治理工程中。培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本；运用各种相关技术加以优化组合,尤其是高效、低能耗、易普及的特种微生物与特殊工艺的最佳结合；加强不同专业、不同学科之间的合作,如将毒理学和微生物学和环境工程学相结合；从根本上消除污染源,充分协调人与自然之间的关系,充分实现废水资源化,引入DNA 扩增和其它生物技术的环境监测方法等将是基因工程技术研究的侧重方向。基因工程技术作为一种新兴技术以极快的速度发展。以下两方面的研究将对水资源保护有着重要意义。一是对基因工程菌的深入研究,如基因工程菌对污染物的代谢途径、控制目的基因表达的启动子基因序列、降解基因表达的调控条件的优化等方面的研究；二是对环境中微生物的习性及基因工程菌与环境中微生物和污染物之间的相互作用进行研究。目前的研究主要是利用单一的基因工程菌对污染物进行处理,随着研究的不断深入,利用多种基因工程菌相结合对污染物进行处理,将对水资源保护起到更为重要的作用。

参考文献

[1]杨林,聂克艳,杨晓容,高红卫.基因工程技术在环境保护中的应用.西南农业学报,2007,20(5):1130 [2]邢雁霞,刘斌钰.基因工程技术的研究现状与应用前景.大同医学专科学校学报,2006年第3期:48

[3]Zhao, X.W., M.H.Zhou, Q.B.Li, et al.Simultaneous mercury bioaccumulation and cell propagation by genetically engineered Escherichia coli[J].Process Biochemistry,2005, 40(5):1 611-1 616 [4]Carolina,S., K.Pavel,R.Tomas,et al.Metalloadsorption by escherichia colicells displaying yeast and mammalian metallo thioneins anchored to the outer membrane protein lamb[J].Journal of Bacteriology,1998,180(9):2 280-2 284 [5]Kuroda,K.,S.Shibasaki,M.Ueda,et al.Cell surface-engineered yeast displaying a histidine oligopeptide(hexa-His)has enhanced adsorption of and tolerance to heavy metal ions[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2001,57(5—6):697-701 [6]Deng,X.,Q.B.Li,Y.H.Lu,et al.Bioaccumulation of nickel from aqueous solutions by genetically engineered Escherichia coli[J].Water Research,2003,37(10):2 505-2 511 [7]赵肖为,李清彪,卢英华,等.高选择性基因工程菌E.coli SE5000生物富集水体中的镍离子.环境科学学报.2004年3月,第24卷,第2期:231-232 [8]袁建军,卢英华.高选择性重组基因工程菌治理含汞废水的研究.泉州师范学院学报(自然科学).2003年11月,第21卷,第6期:71-72 [9]张迎明,尹华,叶锦韶,等.镍钴转运酶NiCoT基因的克隆表达及基因工程菌对镍离子的富集.环境科学, 2007年4月,第28卷,第4期:918-923 [10]郭杨,王世和.基因工程菌在重金属及难降解废水处理中的应用.安全与环境工程.2007年12月,第14卷,第4期:58-59 [11]Satoshi, S., I.Michihiko.Effects of inoculation of a genetically engineered bacterium on performance and indigenous bacteria of a sequencing batch activated sludge process

treating phenol[J].Journal of Fermentation and Bioengineering,1998,86(1):90-96.[12]刘春,黄霞,孙炜,王慧.基因工程菌生物强化MBR工艺处理阿特拉津试验研究.环境科学,2007年2月,第28卷,第2期:417-421 [13]陈俊,程树培,王洪丽,等.基因工程菌在精对苯二甲酸废水处理中的应用.工业用水与废水,2006年2月,37(1):32-35 [14]蒋建东,顾立锋,孙纪全,等.同源重组法构建多功能农药降解基因工程菌研究.生物工程学报.2005年11月,21(6):884-891 [15]刘智,洪青,徐剑宏,等.耐盐及苯乙酸、甲基对硫磷降解基因工程菌的构建.微生物学报,2003年10月,43(5):554-559 [16]吕萍萍,王慧,施汉昌,等.基因工程菌强化芳香化合物的处理工艺.中国环境科学

2003,23(1)：12-15

篇2：污水处理技术在环保工程的应用论文

摘要：随着科技的发展,产生了一系列严重的环境污染问题，尤其是对水的污染。越来越多的废水难以用传统方法进行处理，而基因工程技术作为一项新技术，逐渐应用到废水处理中。基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。本文介绍了基因工程技术的发展历程、基本原理，对该技术的特点及研究内容进行了说明，重点介绍了基因工程技术在废水处理中的应用，并对其发展趋势作了展望。

关键词：基因工程；原理；特点；废水处理；应用

1引言

众所周知，环境污染现已远远超出了自然界微生物的净化能力，尤其是在废水处理方面。如今生物法是废水处理的主要方法，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进化的微生物难于降解，而基因工程的引进开辟了培育高降解能力新品菌种的方法，利用基因工程技术检测微生物性状、提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术[1]。

20世纪50年代初, 由于分子生物学和生物化学的发展, 对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)的结构和功能有了比较清晰的阐述。20世纪70年代，Berg等首次用限制性内切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌体DNA，经过连接，组成重组DNA分子，宣告了基因工程的诞生[2]。这一技术发展到今天, 正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一, 广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力, 将为世界面临的环境保护等问题的解决提供广阔的应用前景。

2基因工程技术概述

基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术或DNA重组技术，是一项极为复杂的高新生物技术, 它利用现代遗传学与分子生物学的理论和方法,按照人类的需要, 用DNA重组技术对生物基因组的结构或组成进行人为修饰或改造, 从而改变生物的结构和功能, 使之有效表达出人类所需要的蛋白质或对人类有益的生物性状[3]。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

2.1 基因工程技术的原理

基因工程技术是一种按照人们的构思和设计,在体外将一种生物的个别基因插入质粒或其他载体分子, 构成遗传物质的重组, 然后导入到原先没有这类分子的受体细胞内进行无性繁殖, 使重组基因在受体细胞内表达, 产生出人类所需要的基因产品的操作技术。或者说, 基因工程技术是在生物体外, 通过对一种生物的DNA分子进行人工剪切和拼接, 对生物的基因进行改造和重新组合, 再把它导入另一种生物的细胞里, 定向地改造生物的遗传性状, 产生出具有新的遗传特性的生物[4]。

2.2 基因工程技术的特征

(1)跨物种性

外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。(2)无性扩增

外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。

2.3 基因工程技术的研究内容

一个完整的基因工程技术流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、基因的转移、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程。详细步骤和内容如下：(1)从复杂的生物有机体基因组中, 经过酶切消化或PCR扩增等步骤, 分离出带有目的基因的DNA片段；

(2)在体外, 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制并具有选择记号的载体分子上,形成重组DNA分子；

(3)将重组DNA分子转移到适当的受体细胞(亦称寄主细胞), 并与之一起增殖；(4)从大量的细胞增殖群体中, 筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆；(5)从这些筛选出来的受体细胞克隆, 提取出已经得到扩增的目的基因, 供进一步分析研究使用；

(6)将目的基因克隆到表达载体上, 导入受体细胞, 使之在新的遗传背景下实现功能表达, 产生出人类所需要的物质[5]。

3基因工程技术在废水处理中的应用

随着环境污染的加剧，出现了很多用传统方法难以解决的问题，于是基因工程技术逐渐被应用到环境保护中，尤其在废水的处理方面。

3.1基因工程技术在污水检测中的应用

3.1.1 聚合酶链反应(PCR)技术在污水检测中的应用

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)是20世纪80年代后期由K.Mullis等建立的一种体外酶促扩增特异DNA片段的技术，PCR是利用针对目的基因所设计的一对特异寡核苷酸引物，以目的基因为模板进行的DNA体外合成反应。由于反应循环可进行一定次数(通常为25~30个循环)，所以在短时间内即可扩增获得大量目的基因。这种技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等特点。PCR技术的基础是只有在微生物特定核酸存在的条件下，重复性酶促DNA合成和扩增才能够发生。PCR扩增产物可通过琼脂糖凝胶电泳来检验和纯化，也可以被用来克隆、转化和测序.在具体应用中往往采用经过修正的或与其它技术联合应用的PCR衍生技术，如RT-PCR、竞争PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等[6]。

PCR通过对待测DNA片段的特异性扩增，一方面作为菌株定性鉴定的重要手段，同时也为定性和定量研究微生物的群落特征提供帮助。自PCR技术问世以来，通过其自身的不断完善以及同其它相关技术的联用，在污水生物处理微生物的检测和鉴定方面得到了长足的发展，为该领域的研究提供了一个高效、灵敏、简便的研究工具。应用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法对环境微生物进行研究可以不经过培养，直接从样品中提取细菌的DNA，再将编码有16SrDNA的基因进行扩增。通过这种方法能够直接了解样品中微生物分布结构，并能大致比较相同条件下单一菌群的生物量。王峰等[7]采用PCR-DGGE技术来分析活性污泥与生物膜中微生物种群的结构，可以不经过常规培养而直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA；Marsh等[8]利用PCR-DGGE分析并获得了活性污泥中真核微生物的种群变化情况。以上的事实均说明，PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的适于环境样品微生物研究的快速分析方法。

3.1.2 荧光原位杂交技术(FISH)技术在污水检测中的应用

荧光原位杂交技术(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性，能够在自然的微生物环境中检测和鉴定不同的微生物个体，并提供污水处理过程中微生物的数量、空间分布和原位生理学等信息。FISH技术的基本原理是通过荧光标记的探针在细胞内与特异的互补核酸序列杂交，通过激发杂交探针的荧光来检测信号从而对未知的核酸序列进行检测[9]。

近年来，对污水处理的研究已经从简单研究污水处理的表征现象转移到更深入地研究活性污泥内部微生物种类及其特性。荧光原位杂交技术是一种微生物生态的研究技术，在测定过程中不破坏细胞、保持细胞形态完整，能够真实反映在自然环境下微生物的形态结构及分布状态。FISH技术的优势在于可以了解微生物在污泥中的数量、形态及分布状态等。虽然FISH技术在应用过程中还存在着一些问题，如：检测的假阳性、假阴性等。但是，目前FISH技术在不断发展完善的同时，已与其他分子生物技术相结合，这样更能反映出污水中微生物种群的多样性以及定量分析微生物种群在空间的动态变化[10]。

3.1.3 DNA重组技术在污水检测中的应用

DNA重组技术的实质是，将两个或多个单独的DNA片段连接起来产生一个能在特定宿主中自主复制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的获得；选择载体并进行处理；将目的DNA片段和处理后的载体连接；将连接产物导入合适的宿主细胞内，使重组DNA分子在宿主细胞内复制扩增；将转化菌落在平板培养基上培养成单个菌落，筛选获得含有重组DNA的阳性克隆[11]。在废水的处理过程中仅靠分离和筛选的功能性微生物是不够的。在混合的微生物群体中筛选特定的微生物菌种时往往得不到预期的结果；特定的微生物可能难以培养，从而无法应用到实际的生物反应器中；人类排放到环境中的污染物越来越复杂且难以处理。因此，有必要通过基因工程技术并根据具体的需要构建有效的基因工程菌或培育出可高效降解复杂多样的有害污染物的细菌来解决以上的问题。

3.2基因工程技术在有机废水处理中的应用

吕萍萍等[13]研究发现，克隆有苯降解过程中的关键基因——甲苯加双氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)对苯具有较高的降解效率和降解速度,应用于固定化细胞反应器中效果突出。在较短的水力停留时间内,可以将1500mg/L苯降解70%,降解速度为1.11mg/(L·s),延长水力停留时间,可以使去除率达到95%以上。该反应器对高浓度的苯具有突出的处理效果。同时所得到的产物为环己二烯双醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

3.3基因工程技术在重金属废水处理中的应用

处理重金属废水的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等。目前最常用的就是基因工程技术，它与传统的处理方法相比,具有以下优点[14]:(1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除；(2)节能,处理效率高；(3)操作时的pH值和温度条件范围宽；(4)易于分离回收重金属；(5)吸附剂易再生利用；(6)对钙、镁离子吸附量少；

(7)投资小,运行费用低,无二次污染。

3.3.1基因工程菌强化生物化学法处理重金属废水

生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法,该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,重金属离子和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高,从而形成重金属的氢氧化物而沉淀。中国科学院成都生物研究所从电镀污泥、废水及下水道铁管内分离筛选出35株菌株,从中获得高效净化Cr(VI)复合功能菌。

袁建军等[15]利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子,发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率,且该基因工程菌能在很宽的pH范围内有效地富集汞。但高浓度的重金属废水对微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不过,可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株,微生物处理重金属废水一定具有十分良好的应用前景。

3.3.2 基因工程强化生物絮凝法处理重金属废水

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂，是带电荷的生物大分子，主要有蛋白质、黏多糖、纤维素和核糖等。目前普遍接受的絮凝机理是离子键、氢键结合学说。前述硅酸盐细菌处理重金属废水可能的机理之一就是生物絮凝作用。目前对于硅酸盐细菌絮凝法的应用研究已有很多，有些已取得显著成果。运用基因工程技术，在菌体中表达金属结合蛋白分离后，再固定到某些惰性载体表面，可获得高富集容量絮凝剂[16]。

3.4基因工程菌在制药废水处理中的应用

化学合成制药废水中有机污染物浓度高、可生化性差且组分复杂, 属于难处理废水。利用基因工程技术构建高选择性基因工程菌可以提高微生物生物强化处理技术。因此，采用跨界融合技术，构建基因工程菌Xhhh处理制药废水，其出水水质可以达到《污水综合排放标准》GB 8978—1996 一级标准。运行结果表明，该工艺处理效果稳定高效[17]。

4结语自2000年，国际上提出基于系统生物学原理的基因工程概念后，基因工程被应用于社会各个领域，并且手段日新月异。在环境领域当中，基因工程正迅速应用到废水检测和废水治理当中，培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本。随着分子生物学技术、环境工程检测技术的发展，并结合我们已经掌握的微生物群落结构和功能方面的知识,我们逐渐了解到污水生物处理系统中微生物群体的多样性、实际生存状态、功能特点,并更有效地对其加以开发和利用。此外，基因工程菌的出现，使以往的一些难降解有机废水、制药废水、石油废水、重金属污染废水以及其他有毒有害废水等都得到了有效地治理，还会实现废水资源化。当前，引入DNA扩增和其它生物技术的环境监测方法等将是基因工程技术研究的侧重方向。

基因工程技术作为一种新兴技术以极快的速度发展着。以下两方面的研究将对水资源的保护有重要意义。一是对基因工程菌的深入研究，如基因工程菌对污染物的代谢途径、控制目的基因表达的启动子基因序列、降解基因表达的调控条件的优化等方面的研究。二是对环境中微生物的习性及基因工程菌与环境中微生物和污染物之间的相互作用进行研究。从而使基因工程菌在治理有机物污染方面的实际应用成为可能。目前的研究主要是利用单一的基因工程菌对污染物进行处理,随着研究的不断深入,利用多种基因工程菌相结合对污染物进行处理,将对水资源保护起到更为重要的作用。

参考文献

篇3：污水处理技术在环保工程的应用论文

PLC (Programmable Logic Controller)中文全称为可编程逻辑控制器,是一种数字运算操作的电子系统,专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

2 项目概述

安阳市西区污水处理厂位于于安阳钢铁集团公司厂区东北部,主要处理安阳市铁西区部分生活污水和安阳钢铁集团公司外排水为主的工业废水,处理采用以反渗透为主的脱盐工艺,处理规模12万m3/d(5000m3/h),所处理的污水100%回用。污水处理设施由污水收集与产品水回用、预处理系统、深度处理系统三部分组成。该污水处理厂的主要处理构筑物有:格栅间、曝气池、混凝配水构筑物、高密度沉淀池、后混凝池、V型滤池、污泥脱水间、提升泵站、鼓风机房、中央控制室、深度处理系统主厂房、高压泵房、压缩空气间和鼓风机房。

3 PLC控制系统功能概述

本工程的污水处理系统的自动控制系统采用Profibus现场总线程控系统。这是一种适应现场设备、仪表、控制系统与控制室之间的一种分散、全数字化、智能、多站的通讯系统,该系统的特点为自动化程度高、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快、维修成本低等。

本工程的系统控制设有中央控制室(设在综合楼)和现场控制站,实现仪表、PLC的完全自动检测控制及运行状况监控。中央控制室和现场控制站之间以一个冗余的100Mbps光纤工业以太网环网组成一个有线数据通信网络系统。现场控制站在现场进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、检测和控制,并通过该站的人机界面对设备运行操作,同时向中央控制室进行实时传送。中央控制室可监视现场站的全部运行信息,在中央控制室可通过上位计算机控制现场设备的启动和停止。

中央控制室设有数据库站,作为热备冗余的服务器,数据站通过VPN专网与现场控制站PLC通讯。来自现场的运行状态、工艺参数、生产设备的操作状态以及报警信号,通过PLC经VPN专网送至数据库站,数据库站的内容连续不断地更新。中央控制室内还设有操作员站,它与控制系统、工程师站组成以太网,可通过TCP/IP协议与INTERNET网络互连,使用户可以在任何地方,通过INTERNET对临近设备进行维护。操作员站用为数据站的客户机直接通过独立的终端总线与服务器通信,操作员站显示器的画面信息随数据库站服务器的周期刷新而更新,操作员站屏幕机显示平面图及工艺流程剖面图,剖面图上有动态的实时参数显示、机泵状态显示和事故报警信息显示以及电气运行状态显示等可切换的动态画面。工程师站的硬件配置与操作员站完全相同。当操作员站发生故障时,可以马上通过设定操作人员权限,将工程师站转换成为操作员工作站。

现场控制站主要负责现场设备的数据采集和控制,并通过操作员站对现场设备的运行情况进行实时监控管理,对整个系统的设备进行监视和集中控制。现场控制站主要在调试、维修设备时使用,也可以进行设备的手动和电动控制,现场控制站PLC的CPU通过Profibus-DP现场总线与分散型I/O控制子站相连接,实现系统向中央控制室和分散的现场设备(I/O、仪表、闸门等)的循环数据通信,实时采样现场资料,并对设备的运行状态和参数及运行过程进行控制;现场控制站PLC同时也接收来自中央控制室的命令,以实现远程控制。现场控制站在与设备自带的PLC通讯时,采用Profibus_FMS的方式,其通讯介质为屏蔽双绞线,其通讯速率最大可达1.5Mbit/s。

4 PLC控制系统组成

由于污水处理工程控制的设备比较分散、距离较远,所以该控制系统设有2套PLC柜,分别用光纤及光纤交换机,采用星型连接方式构成以太网络连接至中央控制室,另外,系统还采用光纤中继器的点对点RIO通信方式,这样可以增强整个网络的抗杂波干扰能力,提高整个控制系统数据交换的稳定性。

PLC系统硬件主要采用了德国SIEMENS公司的S7-300,主要由中央处理单元(CPU模块)、信号模块(SM)、功能模块(FM)、接口模块(IM)、电源模块(PS)、通信处理器(CP)、机架和编程设备组成。S7-300环境适应性强、耐振动和抗污染性高,具有多种网络通讯接口,人机界面组态方便、运算速度快,资源丰富等优点;具有CPU智能化论断功能,能稳定地实现该系统的全自动运行。

PLC系统的软件采用德国SIEMENS公司的编程组态软件STEP 7,它能够解决复杂的自动化任务,可以快速进入,节省编程时间,扩展功能,为本工程的自动化提供了所有阶段所需的功能,从而支持整个工程的工作流程。

5 PLC对主要设备的控制

5.1 对格栅间的控制

格栅间用于去除水中较大颗粒杂物保证后续系统的正常运行。其主要设备有:粗格栅、细格栅、进水电动闸板阀、事故电动排放阀等。在格栅机前后设置一台液位传感器,检测格栅机的前后液位差(设定低液位差LDF2、高液位差LDF1)。当污水处理厂处于运行状态时,PLC的CPU对变送器输入的信号进行比较处理后,如果液位差大于LDF1时,内部继电器常开点接通,从而接通格栅接触器,使格栅开始运行;如果液位差低于LDF2时,内部继电器常闭点打开,使格栅停止运行,这样就减少了运行时间,有效节约成本。

5.2 对曝气除油池的控制

钢铁企业污水含油量大,为避免对油对后续工艺的影响,设置了曝气除油池,它主要用于除去浮油和浮渣,它是污水处理的核心,对曝气除油池的控制,主要是对溶解浓度的控制。曝气量自动控制系统作为一个恒值控制系统,系统给定一个保侍不变的溶解氧值,PLC接收到溶解氧检测仪的模拟信号,信号经不经过转换后,与给定值相比较,如果污水中氧的浓度小于给定值,则电动阀打开,鼓风机开始运行,开始曝气;如果污水中的氧浓度大于给定值时,鼓风机停止运行,电动阀关闭,结束曝气。

5.3 对提升泵站的控制

提升泵站用于提升污水至混凝配水构筑物,其主要设备有:潜水泵5台,3用2备。PLC根据泵池液位高中低信号自动调节三台泵的启停;泵池水位到预设的低水位时启动1#泵,水位上升到预设的中水位时,1#泵由变频运行转换到工频运行,这时再变频启动2#泵,依次启动到3#泵;切换开始时,变频器停止输出(变频器设置为自由停车),利用水泵的惯性将第一台水泵切换到工频运行,变频器连接到第二台水泵上起动并运行,照此,将第二台水泵切换到工频运行,变频器连接到第三台水泵上起动并运行。水位下降需要减泵时,系统将第三台水泵停止,第二台水泵切换到变频调节状态。水位继续下降,系统将第二台水泵停止,第一台水泵切换到变频调节状态。另外设置软启动器作为备用,当变频器或PLC故障时,可用软起动器现场手动轮流起动各泵运行以保证供水。作为多台提升泵的自动控制,满足先启先停的原则,以优化资源的利用率。

6 PLC控制系统的特点

控制方式分集控自动、集控手动、就地控制三种方式,三种方式可切换使用。正常生产时,使用集控自动方式,设备按工艺要求的顺序和流程由操作员站自动启停;集控手动时,可在操作员站操作各设备,有联锁和联动关系;在检修设备时采用就地方式,每台设备旁边均设有就地操作控制箱,有工作方式转换开关和就地起停钮便于在现场操作。

可在操作员站上按照故障发生的时间顺序,集中显示所有控制设备的故障状态、故障类型、故障地点等信息,便于维护人员查找故障,及时快速的处理故障。

系统可构建基于同轴电缆方案的远程I/O的体系结构,系统具有较高的安全性,系统扩展方便。

7 PLC技术在污水处理工程中的展望

篇4：污水处理技术在环保工程的应用论文

摘要：当前，我国的建筑行业得到了非常显著的发展，人们的生活水平也在不断的提高，这对于建筑工程而言也提出了更为严格的要求，要想更好的确保工程的稳定性和安全性，就必须要采取有效的措施保证地基的施工质量，只有这样，才能更好的提升建筑地基的承载力。本文对地基施工处理技术在建筑工程中的具体应用进行了探讨。

关键词：地基处理技术；建筑工程；应用

当前我国建筑行业中的竞争逐渐呈现出白热化的趋势，此外，人们对建筑工程自身的性能也提出了更高的要求，在这样的情况下，在工程建设和施工的过程中就一定要对地基处理的质量予以高度的关注和重视，从而也使得建筑本身的质量和性能得到全面的提升。为工程的建设打下坚实的基础。

1、房屋地基存在的问题

如果在房屋地基的建设中存在着一定的质量问题，就会使得整个工程的质量都受到十分不利的影响。房屋地基的出现是多种因素共同影响的结果，大体上可以将这些因素归为三类：

首先是强度和稳定性不足。地基的强度和稳定性会对建筑结构的稳定性构成非常重大的影响，如果地基结构自身不具备非常好的抗剪强度，其就不能对一些外在的作用及荷载起到非常好的承受和支撑的作用，这样也就使得地基中出现非常明显的剪切破坏。其次是压缩和不均匀沉降的问题。在房屋建设的过程中，不均匀沉降是十分普遍的一个问题，所以这一问题一直都是人们十分关注的。在上部结构自重和外部荷载的影响下，在地基中会出现非常严重的变形现象，这样一来也就会对建筑物自身的性能产生非常显著的影响，如果不均匀沉降已经超过了具体的限度的时候，结构就会产生十分明显的开裂问题。再次是动荷载所引发的地基问题。地震和泥石流等自然灾害是不能避免的，这些因素的影响可能会使得地基结构出现非常严重的损坏，比如地基土液化和失稳等众多的问题。

2、地基施工的步骤

在地基工程中，需要对工程概况进行了解，结合工程的具体情况和工程量，来对基坑开挖进行有效的指导。在地基施工中，需要详细的规划机械设备和人员配置。在施工中，需要按照设计要求来控制土方开挖的顺序和方法，并且将先撑后挖、分层开挖的原则给贯彻落实下去。

2.1基坑开挖前的准备工作

在施工现场设置两扇大门，从而为施工车辆的运行提供更多的便利，还要完成施工道路的铺设，在路口和路线设置的过程中一定要充分的结合开挖和出土工作面上的要求，同时在排水系统设置的过程中一定要采取有效的措施防止水分进入到地基当中，此外，对弃土场也要科学合理的选择，不能对周围居民的正常生产生活构成不利的影响。在开挖之前，一定要对不同的观测点予以科学的合理的设置，同时还要保证初始数据的测定质量，监理人员在工程建设中一定要做好指导和管理工作。

2.2基坑土方开挖施工

在施工的过程中一定要详细的了解设计方案，同时还要对施工段的水文地质特征加以充分的了解，在施工的过程中，工程最终的质量和水平会受到当地水文地质条件的影响，所以我们要对深基坑自身的环境状况加以充分的了解，对基坑开挖中其他方面的一些内容进行科学的布置，防止施工中出现严重的安全事故。在施工中要对垫层进行科学合理的浇筑处理，防止其他因素对施工产生比较负面的影响，如果在基坑开挖施工中出现了土层质量方面的问题，施工人员一定要仔细的分析原因，同时还要采取有效的措施加以改进和处理。

2.3施工保障措施

在施工保障方面需要从质量技术、安全施工和施工工期三个方面入手，只有做好这三个方面的工作，才能充分的保证施工人员自身的安全不会受到非常大的影响，此外在实际的工作中也要建立比较完善的制度。

3、如今的一些地基处理技术

在设计地基处理方案时，需要将基础和地基的共同作用给充分纳入考虑范围，为了促使建筑物能够适应地基的不均匀变形，就需要将不同的处理方法给应用过来，以便实现地基强度和刚度得到强化的目的。

一是如果地基较为软弱，或者是不均匀地基，就可以将换填垫层法给应用过来，这种方法可以促使地基承载力得到提高，沉降量得到减少，软弱土层的排水固结得到加速，避免有冻胀问题出现。

二是如果地基是粉土和湿陷性黄土，因为饱和度较低，那么就可以将强夯法给应用过来，实践研究表明，将这种方法应用过来，土体抵抗振动液化的能力可以得到有效改善，土的湿陷性也可以得到消除。

三是地基为松散砂土、粉土或者杂填土，或者是液化地基，可以将砂石桩法给应用过来，以便促使地基承载力得到提升，压缩性得到降低。对于饱和黏性土地基，如淤泥质土和冲填土，为了促使地基的沉降以及稳定问题得到解决，就可以将预压法给应用过来。如果是碎石土地基，或者是人工填土，特别是大粒径块石较多，那么就可以将高压喷射注浆法给应用过来，高压旋喷桩的处理深度在30米以上，但是如果有大量植物存在于地基，或者是有着较高的有机质，那么就需要进行现场试验，来对它的实用性进行确定。在对砂土和粉质粘土、素填土以及杂填土等地基进行处理时，可以将振冲置换法给应用过来。

4、地基处理技术的新方法

4.1粉煤灰吹填法

粉煤灰有着较强的透水性，如果用其来对土地基进行加固处理，那么就可以促使吹填土的固结进行加速，加固处理费用成本较低，工期得到了缩短。具体做法是这样的，按照一定的比例，来混合吹填淤泥和粉煤灰，保证足够的均匀，以便对土的固结性质进行有效的改善。

4.2DDC灰土挤密法

DDC灰土挤密法的原理是将孔内深层强夯法的施工工艺给应用过来，利用螺旋钻机，来将灰土分层注入到孔中，分层夯实承装，同时反复的锤击，逐步扩大桩径，结合桩间部分土，形成复合地基。复合地基可以对湿陷性黄土的打孔结构进行有效的改善，地基土的湿陷性得到消除，这样地基土的承载力就可以得到提高，地基土的变形问题得到解决。通过大量的实践研究表明，DDC灰土挤密桩处理后，复合地基承载力得到了较大程度的提升，和单一的灰土桩相比，具有一系列的优势，并且处理地基的深度也得到了提升。

4.3IFCO强制固结法：

本种方法的应用，可以促使固结速率得到显著提高，在本种方法中，非常重要的一个环节就是排水系统和加压系统，排水系统作為纵向贯通的砂墙，可以促使排水通道得到扩大，固结速率得到加快。

5、结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，随着时代的发展和城市化进程的加快，建筑规模越来越多，高层建筑的数量越来越多，地基处理就发挥着更大的作用。要知道，地基处理的设计和施工质量会直接影响到建筑物的整体质量，如果有地基问题出现，那么就会有工程事故发生，需要引起人们足够的重视。在具体的工程施工中，需要结合具体情况，严格依据设计方案来进行施工，综合考虑诸多方面的因素，应用先进的地基处理施工技术，并且对质量控制和验收制度进行科学的构建，以便促使工程质量得到保证。

参考文献：

[1]郑刚，龚晓南，谢永利，李广信.地基处理技术发展综述[J].土木工程学报.2012（02）

篇5：污水处理技术在环保工程的应用论文

废水土地处理技术在沙地生态工程建设中的应用

研究在库布其沙地植被快速恢复中利用慢速渗滤土地处理技术实现电厂废水无害化、资源化的可行性.土地处理系统植物为乔木、灌木与牧草,分别选取新疆杨(Populus alba Var.Pyramidalis bunge)、沙棘(Hippophae rhamnoides)与黄花草木樨(Melilotus suaveolens).设计了高(H,3 000mm布水)、中(M,1 500 mm)和低(L,移栽时少量布水)3个水力负荷实验区.运行结果说明,电厂废水的预处理采用沉淀池和贮水塘的组合,净化功能好,出水可作为植物的灌溉用水.试验结果表明,M区和H区新疆杨树冠体积为L区(对照)的1.07倍和2.21倍;草木樨的年产量为L区的`2.33倍和3.0倍;沙棘株高为L区的1.08倍和1.32倍.在设计的3个水力负荷中,植物的生长状况与水力负荷呈明显正相关关系.高水力负荷不会对作物的品质造成影响,H区草木樨中的重金属含量(Cd 0.021 mg/kg、Pb＜0.001 mg/kg、Cr＜0.01mg/kg、As 0.043mg/kg)远远低于粮食、蔬菜的食品标准,因此牧草饲用是安全的.废水在本地区是一种宝贵的资源,合理开发利用,对于生态建设和高效农牧业的发展可产生重要的经济效益和生态效益.

作者：李培军 WANG Zhi-jiang 王治江孙铁珩台培东常士俊熊先哲李颖梅作者单位：刊名：环境科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE 年，卷(期)： 26(3) 分类号：X703.1 X171.4 关键词：库布其土地处理技术沙地生态工程