生物膜法毕业论文

生物膜法毕业论文

书名:环境科学与工程进展丛书--SBR及其变法污水处理与回用技术
出版社:化学工业出版社
定价:60
条形码:9787502543594
ISBN:ISBN 7-5025-4359-7
作者:张统
印刷日期:2003-3-1
出版日期:2003-3-1
精装平装_开本_页数:平装16开，394页
中图法:
中图法一级分类:
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书号:
简介:本书为《环境科学与工程进展》系列丛书之一，对近年来国内间歇式活性污泥法污水工艺处理的研究和应用进行了介绍，基本上包括了国内的最新研究成果。主要有五个方面的内容：SBR工艺在不同废水中的应用研究；SBR脱氮除磷研究；CASS工艺研究及应用；各种SBR的变形工艺应用研究；污水处理与回用及其他技术与工艺。
本书大多数文章均为作者最新的研究成果和工程应用经验，均为宝贵的第一手资料，具有较高的学术价值和工程指导意义。本书适用于污水处理技术研究人员，污水处理工程的规划、设计、施工、管理等人员参阅；也对给水排水、环境工程专业的大专院校师生有一定参考价值。

目录:第一章 SBR工艺原理及应用
一、间歇式活性污泥工艺的发展与应用
二、SBR的工艺发展和应用适用性问题的讨论
三、SBR工艺的分类和特点
四、SBR法与活性污泥膨胀
……
二十三、UASBAF-SBR工艺处理屠宰废水
二十四、铁屑过滤-SBR工艺处理棉纺印染废水的研究
二十五、开发厌氧/好氧序批式一体化反应器的构想
二十六、猪场废水厌氧消化液SBR处理技术研究及工程应用
第二章 SBR工艺用于污水脱氮除磷
一、供氧方式对SBR法硝化反应控制参数的影响
二、间歇式生物膜法除磷工艺特性研究
三、间歇式生物膜法除磷机理研究
四、间歇式生物膜法的脱氮特征及机理研究
……
十二、应用SBR工艺强化生物除磷系统的研究
十三、SBR法处理城市污水的脱氮除磷功效
十四、活性污泥外循环SBR系统的生物除磷能力
十五、SBR工艺用于生活污水除磷脱氮的试验研究
第三章 CASS工艺原理及应用
一、建筑小区污水处理技术及设计实例
二、CASSL+膜过滤工艺处理中小城市污水与水回用
……
十四、循环式活性污泥法(CAST)工艺及设计
十五、CASS工艺在处理低温生活污水中的应用研究
第四章 SBR其他变形原理及应用
一、MSBR系统的特点及其除磷脱氮的机理分析
二、MSBR工艺的运行机理
……
九、SBR法DAT-IAT技术在大型城市污水处理厂的应用
十、UNITANK工艺处理城市污水工程实践
第五章 污水处理与回用其他技术进展
一、我国城市污水回收和再用的实例分析
二、我国污水处理事业现状及今后发展的趁势
三、生态卫生(排水)系统国内外发展比较
四、关于天津市城市污水污泥处理与处置的技术研究与探索
……
二十一、集成电路废水处理系统设计
二十二、新型气浮器及其处理造纸废水的工程设计
二十三、航天发射场推进剂废水对地下水影响程度分析与研究
二十四、集中供暖主管道腐蚀查定及防腐方法
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小区污水处理系统

摘要：述 医院、港口、公园、商业中心、新建的郊外住宅区、高级住宅区、疗养区、学校、农场、渔场、狩猎场等均可称为小区，我们最常遇到的主要是由居住区、疗养院、商业中心、机关学校等一种功能或多种功能构成的相对独立的区域，其排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内。根据当地的环保标准，必须设置独立的污水处理设施，这就是我们所指的小区污水处理。

关键词：污水处理

一、概 述
医院、港口、公园、商业中心、新建的郊外住宅区、高级住宅区、疗养区、学校、农场、渔场、狩猎场等均可称为小区，我们最常遇到的主要是由居住区、疗养院、商业中心、机关学校等一种功能或多种功能构成的相对独立的区域，其排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内。根据当地的环保标准，必须设置独立的污水处理设施，这就是我们所指的小区污水处理。
小区污水系统的处理能力，各国并无统一的限定。前苏联曾建议单个构筑物的处理能力不宜超过1400m3/d，美国则把小厂的处理能力限定在3785 m3/d的范围内。根据我国情况，建议把等于或小于4000 m3/d的处理厂定义为小区污水处理厂。
小区污水不同于城市污水（常包括部分工业废水），属于生活污水范畴。其水质水量特征可概括为：水质水量变化较大，污染物浓度偏低，即比城市污水低，污水可生化性良好，处理难度小。
小区污水的处理工艺依据小区污水排入水体的功能不同而异，常用处理方法有：化粪池、一级处理（初次沉淀池）、生物二级处理及二级处理后再经消毒回用等。由于小区污水处理水量较小，管理水平不高，所以，在工艺设计时尽可能选用无污泥或少污泥的处理工艺，以防止因污泥处理不善造成二次污染。目前，较为常用的处理工艺有：①污水→调节池→初次沉淀池→生物接触氧化池→二沉池→出水，生物接触氧化是应用最广泛的方法，主要优点是停留时间短、易挂膜，尤其适合设备化，埋地建设倍受环保公司及用户青睐，但由于维修管理及设备防腐等方面的问题，近年来应用受到限制。但如果建成地下钢筋混凝土形式，设置人员通道以便维修，此种地下建设方式在小区水处理中具有较大市场，但这种方式一般处理规模较小，每天排放污水量小于几百吨的小区较为理想。对上千吨的小区污水处理，推荐采用地面建设方式，生物处理部分可采用接触氧化，也可采用SBR或其改进型CASS工艺，曝气方式建议采用低噪音的风机或水下曝气机。②污水→调节池→混凝沉淀→过滤→出水，对处理程度要求不高，且水量较小时，可采用此工艺，具有占地面积小，异味小，管理简单等优点。另外，在好氧生物处理之前加上酸化水解，有利于降低能耗，提高系统的总去除率。生活小区通常有较大的绿地面积，如果把污水处理后回用于浇灌绿地、道路、冲洗汽车，应在上述处理出水后加上消毒或其它补充措施。

二、小区污水处理厂设计原则
1. 处理出水要求和处理程度
一般来说，不同小区对出水的要求差异较大。应根据我国《地面环境质量标准》（GB3838—88）和《污水综合排放标准》（GB8978—96）的有关规定和当地环保部门的要求确定处理程度，以确保出水水质。如果出水采用土地处理法处理，则按土地处理法的要求计算；
2. 污水处理设施的设计和建设必须结合小区的整体规划和建筑特点，即外观设计上要与小区建筑环境相协调，以求美观；
3. 在污水处理工艺上力求简单实用，以方便管理；
4. 在高程布置上应尽量采用立体布局，充分利用地下空间。平面布置上要紧凑，以节省用地；
5. 污水处理厂位置应尽可能位于小区下风向，与其它建筑物有一定的距离，以减少对环境的影响；
6. 设备化，定型化，模块化，施工安装方便，运行简易，设备性能稳定，
适合分期建设；
7．处理程度高，污泥产量少，并尽可能采用节能处理技术；
8．处理构筑物对水力负荷和有机物负荷的适应范围较大，使系统有较好的经受冲击负荷的能力。
9．小区内的人口是逐渐增加的。因此，小区污水处理厂应按可预期的发展规划作为流量设计的基础。根据我国情况，可考虑采用20年的设计周期。

三、小区污水处理流程
根据小区废水处理的原则，应选择处理效果稳定、产泥少、节能的处理方法。小区系统中的各类建筑物一般均建有化粪池，所以，化粪池应与污水处理方法相结合。
几种常用的处理工艺：
（1）污水→格栅→调节池→提升泵→接触氧化池→沉淀池→出水

（2）污水→格栅→调节池→提升泵→曝气池→沉淀池→出水
污泥回流
（3）污水→格栅→调节池→提升泵→SBR池或CASS→出水
加药
↓
（4）污水→格栅→调节池→提升泵→混凝沉淀→过滤→出水(物化方法)

回用工艺流程： 生物处理出水再经混凝过滤和消毒

在流程开始时一般要考虑设置均化池，这是因为小区在水质和水量上的变化都比城市污水处理厂大。均化池一般设在格栅以后。物化和生化处理是去除污染物的核心部分。

四、组合式污水处理厂或设备
组合式处理厂以装配好的或易于组装的标准定型设备部件出售。在国内埋地设备曾风靡一时，主要优点是施工快，不占地面绿地，很多设计单位和用户非常欢迎，设计人员选设备很简单，而要设计污水处理厂工作量较大，所以，非常喜欢用设备化产品。环保公司制造设备利润丰厚，而土建工程利润较低，因此，企业大做广告和公关。但是实际应用表明，确实存在不少问题，对设备的维修管理困难，对运行情况考核不便，单机处理水量有限，使用寿命等均有待时间验证，因此，对埋地设备一直争议很大，现在，埋地设备热已经降温。建于地下的可检修、便于操作（有人员操作空间）污水处理设计方式应于推荐。上千吨的污水处理厂建议采用地上式。在水量不大，场地十分紧张时仍可考虑用埋地设备。埋地设备的确工艺流程一般均采用两段接触氧化和沉淀工艺，水力停留时间一般为2小时，污水进入设备前，先进行水量调节和提升。

五、SBR及CASS处理工艺的原理及参数选择
(一)序批式活性污泥法(SBR)
SBR的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体。典型SBR工艺的一个完整运行周期由五个阶段组成，即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段。从第一次进水到第二次进水称为一个工作周期。
从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看，SBR称得上简易、快速、低耗的污水处理工艺。与连续式活性污泥法比较，SBR法具有以下特点：①SBR装置结构简单，运转灵活，操作管理方便。②投资省，运行费用低。Ketchum等人的统计结果表明：采用SBR法处理小城镇污水，要比用普通活性污泥法节省基建投资30%。③可抑制丝状菌生长繁殖，不易发生污泥膨胀，污泥指数SVI较低，有利于活性污泥的沉淀和浓缩。④SBR处于好氧/厌氧的交替运行过程中，能够在去除碳物质的同时实现脱氮除磷。⑤SBR处理工艺系统布置紧凑、节省占地。⑥运行稳定性好，能承受较大的水质水量冲击。⑦各项运行控制参数都能通过计算机加以控制，易于实现系统优化运行。

(三)周期循环曝气活性污泥法(CASS工艺)
CASS（Cyclic Activated Sludge System ）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。该工艺是在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿长度方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，在主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置，曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。

（四）CASS与SBR曝气方式的选择
由于小区大都是居民居住区，对环境的要求比较高，因此，污水厂建设时应充分考虑噪音扰民问题和污水厂操作人员的工作环境，采用水下曝气机代替传统的鼓风机曝气可有效解决噪音污染。另外，由于CASS工艺独特的运行方式，采用水下曝气机可省去复杂的管路及阀门，安装、维修方便，使用灵活，可根据进出水情况开不同的台数，在保证效果的条件下，达到经济运行的目的。

（五）CASS与SBR撇水机的选择
撇水机是CASS工艺的关键组成部分，其性能是否稳定可靠直接影响到CASS工艺的正常运行。目前，国内外对撇水机仍在进行研究和开发，按照目前所用的原理撇水机可分为三种类型，即浮球式、旋转式和虹吸式。撇水机研制的关键是解决滗水过程中，堰口、导水软管和升降控制装置与水流之间形成的动态平衡，使之可随排水量的不同调整浮动水堰浸没的深度，并随水位均匀地升降，将排水对底层污泥的干扰降低到最低限度，保证出水水质稳定。
我院自主研制开发的撇水机属丝杠旋转式，自动撇水装置主要组成部分是：滗水器、可扰动的软管、水位控制器、可伸缩推动杆和驱动电机等。其中滗水器又叫自动浮动式水堰，上部为堰口和防止浮渣进入出水的浮筒，下部出水管兼起支撑作用，部分浸没在水中，通过可伸缩推动杆使方形堰口达到连续均匀地排出反应池中的上清液。实际应用表明，所研制的撇水装置达到了国内外同类产品的先进水平。具有升降平稳、排水均匀、自动控制、价格低廉等优点，该项研究不仅满足了工程的需要，而且具有创新，属专项保密技术之一。

五、处理小区污水主要设计参数
SBR设计参数：污泥负荷0.1~0.15kgBOD5/kgMLSS.d, 污泥龄20~30天
工作周期12小时, 其中, 进水2.5小时(曝气或不曝气),反应6小时, 沉淀0.75~1小时, 排水2小时,闲置0.5~0.75小时。出水指标：COD〈50mg/L, BOD5〈20mg/L， SS〈10mg/L
CASS设计参数：污泥负荷0.1~0.2kgBOD5/kgMLSS.d, 污泥龄15~30天
水力停留时间12小时，工作周期4小时，其中曝气2.5小时, 沉淀0.75小时,排水0.5~0.75小时，出水指标与SBR相近。

六 、污泥处理
污水处理量上千吨时，一般采用浓缩后脱水处理，小规模时一般浓缩后定期用大粪车运至填埋或作农肥。

七、小区污水处理厂址选择和布置
小区系统的厂址选择和厂区布置在基本原则上与大厂是一致的。但是考虑到小区系统在服务对象和流程选择上的独特性，在厂址选择和布置时也应考虑到小区系统的特点。
1．厂址规划
（l）与服务地区的卫生防护区应有一定距离
（2）风向（不影响所服务地区和周围地区）
（3）交通运输和水电供应。
（4）便于兼顾小区其它生活保障设施的统一管理。
2．厂区道路和构筑物之间的间距
由于小区系统选用较小的设备和构筑物，厂区交通、维修及卫生要求所需的空间相应较小。厂区内应设计充足的车辆通道，路宽设计可以轻型载重汽车的回转半径为依据。主要构筑物之间的间距可考虑在3－5m之间。

参考资料


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简述污水处理工艺的优选与比较

论文关键词：城市污水处理 运行管理 工艺选择
论文摘要：针对目前城市现有污水处理厂在建设和运行管理的过程中所暴露出来的问题，从建设规模和工艺确定等角度进行对比分析，并对应注意的环节提出了看法。

由于工业废水处理设施一般规模小、技术性强，工艺组合灵活，结构通常为钢制，即使内部管线穿插较多，运行维护也不太困难。工业废水处理在技术上是与城市污水处理类同的，但是如果把工业废水处理设施的设计思路简单地套用在城市污水处理工程中会带来很多预想不到的问题。

1.合理确定建设规模

城市污水厂建设规摸的确定，是根据城市总体规划和排水规划，分期分批地建设污水管网和污水处理厂，要根据水环境保护的目标，分期实施，逐步到位。城市排水工程建设是一项系统工程，涉及城区管渠改造，污水的收集、输送(包括泵站)，污水处理和排放利用，以及污泥处置等问题在。

2.城市污水处理厂的工艺选择

具体工程的选择要求包括：
①技术合理。技术先进而成熟，对水质变化适应性强，出水达标且稳定性高，污泥易于处理。
②经济节能。耗电小，造价低，占地少。
③易于管理。操作管理方便，设备可靠。
④重视环境。厂区平面布置与周围环境相协调，注意厂内噪声控制和臭气的治理，绿化、道路与分期建设结合好。
⑴好氧生物处理技术是世界各国城市污水处理厂普遍采用的污水处理工艺，分为活性污泥法和生物膜法两种。活性污泥法是水体自净的人工强化，是使微生物群体“聚居”在活性污泥上，活性污泥在反应器－曝气池内呈悬浮状，与污水广泛接触，使污水净化的技术；生物膜法是土壤自净的人工强化，是使微生物群体以膜状附着在物体的表面上，与污水接触，使污水净化的技术。活性污泥法、生物膜法及其变种变工艺，各有特点和应用条件，在选择的时候，应根据各地区的水质、水量、受纳水体、气候、环境、经济情况等条件确定。
⑵活性污泥法工艺在净化机制上，没有什么突破，历经几十年的发展与革新，现已拥有以传统活性污泥法为基础的多种运行方式，如A/O除磷工艺、A/O脱氮工艺、A2/O同步脱氮除磷工艺、氧化沟工艺、A/B法、各种SBR法、载体活性污泥法、一体化活性污泥法等等。近十几年来，活性污泥法最大进步就是将厌氧机制引入到生化反应池之中来，使厌氧和好氧状况在生化池中同时存在或反复周期性地实现，但其基本流程原理与标准法是一致的。
⑶厌氧－好氧活性污泥法工艺（A/O法），是具有生物选择机能并兼有脱氮除磷功能的标准活性污泥法变法。所谓厌氧就是生化反应段内溶解氧趋于零状态。在这种环境下迫使专性好氧微生物－丝状菌代谢机能锐减，抑制了其繁殖，起到了厌氧生物选择作用，从而可以防止污泥膨胀现象发生。A/O活性污泥法工艺在普遍活性污泥法前段加入厌氧段，通过污泥负荷的变化来实现除磷或脱氮的功能。在A/O法的基础上又发展了A2/O法，即在厌氧、好氧段之间加入缺氧段以实现同步除磷脱氮，由于其污泥负荷适应范围较小，因此在实际运行中往往按偏重于除磷或脱氮之一功能进行。A/O法、A2/O法工艺由于出水水质稳定、能耗不高、运行管理方便等特点，在国内外大中型污水厂中采用最多。
⑷载体活性污泥法，是在活性污泥法反应池内投加固体颗粒或软性、半软性填料，以增加单位反应空间的微生物量，提高反应器容积负荷。是一种活性污泥法与生物膜法的良好结合，一般适于污水厂挖潜改造，提高处理能力，其核心技术为专利填料，近几年林泡工艺作为其代表应用于大连春柳污水厂和铁岭污水厂。
⑸氧化沟法，于五十年代由荷兰人巴斯维尔所开发，主要有卡鲁塞尔（Carrousel）式、三沟式、一体化式、奥贝尔（Orbal）式等几种技术形式。氧化沟法是一条闭合的生化反应沟渠，以转碟或转刷为充氧和水流动力，流程简单，对运行管理要求较低，多用于延时曝气，产生污泥量少，污泥易于脱水。氧化沟法在我国南方地区及中西部地区得到广泛应用。
⑹A/B法（Absoption-Biodegradation），是两级生化反应系统。一级为生物吸附，污泥负荷高，反应时间短（30分钟）；二级为一般生化反应池，污泥负荷同普通活性污泥法。A/B法的一、二级都有自己的二次沉淀池和污泥回流系统，多用于浓度高的生活污水，其国内典型应用为乌鲁木齐河东污水处理厂和青岛海泊河污水处理厂。
⑺序批式活性污泥法（SBR-Sequencing Batch Reactor）是1914年由英国学者Ardern和Locket发明的水处理工艺。70年代初，美国Natre Dame大学的教授采用实验室规模对SBR工艺进行了系统深入的研究，并于1980年在美国环保局（EPA）的资助下，在印第安纳州的Culwer城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂。
⑻间歇式循环延时曝气活性污泥法（ICEAS－Intermittent Cyclic Extended System）是在1968年由澳大利亚新威尔士大学与美国ABJ公司合作开发的。1976年世界上第一座ICEAS工艺污水厂投产运行。ICEAS与传统SBR相比，最大特点是:在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶段，因此处理费用比传统SBR低。该工艺在我国典型的应用为昆明第三污水处理厂，在国内影响较大。
⑼生物膜法，是另一种广为采用的污水生化处理方法。这种处理法是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型生物附着在载体或滤料上生长繁殖，并在其上形成膜性生物污泥－生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。
3、根据以上工艺技术对比分析，结合奎屯市污水水质情况，认为较合适的处理工艺优选为：
第一方案：A/O工艺
近二十年来活性污泥法的最大进步就是将厌氧机制引入到生化反应池之中，厌氧、好氧的间歇周期运行给活性污泥法带来新的技术经济效果，即生物脱氮、生物除磷、生物选择等。
厌氧－好氧活性污泥法脱氮工艺（A/O法），是具有生物选择机能并兼有脱氮功能的标准活性污泥法变法。
第二方案：DAT－IAT工艺
好氧间歇曝气系统（DAT－IAT－Demand AerationTank-Intermittent Tank）是一种SBR新工艺。它介于传统活性污泥法与典型的SBR之间，采用连续进水连续－间歇曝气的运行方式，适用于进水水质水量变化幅度较大的情况。主体构筑物是由需氧池DAT池和间歇曝气池IAT池组成，DAT池连续进水连续曝气，其出水从中间墙进入IAT池，IAT池连续进水间歇排水。同时，IAT池污泥DAT池。它属延时曝气工艺，实际上为A/O脱氮工艺与传统SBR的结合，该工业具有较低的污泥负荷，因此具有抗冲击能力强的特点，并有脱氮功能。该工业国内应用于天津技术开发区污水处理厂和抚顺三宝屯污水处理厂，是一种适合于较大水量的SBR工艺。

4、科学的进行工艺方案比较：

因地制宜地进行工艺方案(主要是生物处理方案)比较是必要的。对工艺方案的比较力求客观全面，在同等进水、出水条件下，其设计参数应包括对各种污染物的去除率、曝气时间、污泥负荷和容积负荷、曝气量和氧的利用率(及动力效率)、污泥产量(及污泥指数)等作全面分析，数据丰富就可以集思广益，扬长避短，根据技术上 合理，经济上合算，管理方便，运行可靠且有利于近、远期结合的原则，进行工艺方案的优化抉择。

参考资料

生物技术应用大专毕业论文怎么写

分子生物技术在微生物降解环境 污染物中的应用 [摘要〕介绍了与环境微生物关键降解酶基因的筛选、克隆及应用相关的分r生物技术，包括聚合酶链式反应技 术、基因重组技术、荧光原位杂交技术和生物信息学等技术，并对这些技术在污染物降解基因检测、筛选和克隆方 面的应用进行了阐述与探讨、 [关键词]分子生物技术;微生物;基因;环境污染物;降解 随着现代j:\地技术的发展，多环芳烃、含氯有 机物和硝基苯类化合物等人工合成井难以降解的 污染物大量排放，造成世界范围内的环境污染和生 态破坏，严重地威胁人类和其他生物的正常生存和 发展。利用微生物修复技术对受污染的水体及土 壤进行处理，凸显了其重要的意义和可行性。研究 人员发现并筛选到一些微生物，它们不仅对环境有 较高的适应性、对污染物有较高的耐受性，而且对 污染物有较强的降解效率和专一性。然而环境中 存在的大量微生物中仅有少于1%可通过传统的培 养方法进行培养、分离和纯化，绝大多数细菌需要 非常严格的营养条件川。因此，为了对修复环境有 所贡献却难以培养的微生物进行更全面了解，也为 了筛选到更多有利于降解环境污染物的微生物菌 种及其关键酶基因，分子生物技术和手段逐渐被广 泛应用到环境可降解污染物及降解机理方面的研 究中。 本文对近年来发展起来的聚合酶链式反应 (PCR)技术、基因重组技术、荧光原位杂交(FISH) 技术和生物信息学等多种分子生物技术进行了介 绍，并总结了它们在污染物降解基因检测、筛选和 克隆方面的应用。 1与环境污染物降解相关的分子生 物技术 1.1PCR及其相关技术 PCR是一种利用脱氧核糖核酸(DNA)半保留 复制原理，在体外扩增位于两段已知序列之间的 DNA区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。根 据其模板、引物来源或扩增条件的不同，PcR技术 可分为以下几种:(l)反转录pCR(RT一PeR)技 术，将mRNA反转录为cDNA后再对其进行PCR 扩增，可用来构建cDNA文库，分析不同生长时期 的mRNA表达状况和相关性以及mRNA的定量测 定等;(2)巢式PCR技术，在扩增大片段目的DNA 时，先用非特意性引物扩增再用特意性引物对第一 次扩增产物进行第二次扩增，以获得可供分析的 DNA;(3)竞争PCR技术，是一种定量PCR，向PCR 反应体系中加人人工构建的带有突变的竞争模板， 通过控制竞争模板的浓度来确定目的模板的浓度， 对目的模板作定量研究;(4)实时荧光定量PCR技 术，在PCR反应体系中加人荧光基团，利用荧光信 号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线 对未知模板进行定量分析，该法已广泛用于基因表 达研究、转基因研究等方面;(5)扩增的rDNA限制 酶切分析技术，根据原核生物rDNA序列的保守性， 将扩增的rDNA片段进行酶切，通过酶切图谱来分 析菌间的多样性;(6)RNA随机引导PCR技术，基 于任意寡核昔酸引物与RNA之间可能的配对，在 低严谨度条件下经聚合酶催化使链延伸，将细胞总 RNA或InRNA作为反转录反应的模板，此技术结 合单链构象多态性，用非变性胶分辨大小相同而构 象不同的片段，可用于诊断遗传突变及分析污染条 件下序列的多态性;(7)随机扩增多态DNA (RAPD)技术，是一种基于PCR检测PCR引物结合 位点序列改变的方法，通常以10bp的寡核昔酸序 列为引物，对基因组DNA随机扩增，电泳分离染色 扩‘增产物，再分析多态性。 1.2FISH技术 FISH技术利用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。荧光探针比放射性探针更安全，具有 较好的分辨力，不需要额外的检测步骤。近年来， 由于FISH技术具有灵敏、便捷等优点，迅速发展完 善成为研究环境微生物的有力工具。此外，可用不 同激发和散射波长的荧光染料标记探针，在一步反 应中同时检测几个靶序列。该技术主要包括试样 固定、预处理、预杂交、探针和试样变性、杂交、漂洗 去除未结合的探针、检测杂交信号等步骤。由于 165rRNA具有遗传稳定性，因此成为FISH技术检 测最常用的靶序列。 1.3基因重组技术 基因重组技术是从供体生物的基因组中通过 酶切扩增等手段获取目的基因，与载体连接形成重 组DNA分子，再导入到受体细胞中，让外源基因得 以表达。在已经分离出的许多菌株中，与降解能力 有关的基因多在质粒体上。由于质粒很容易在细 菌的繁殖过程中遗失，对细菌降解能力的长期稳定 非常不利，可将其与污染物降解有关的酶基因重组 到大肠杆菌等微生物中进行表达，以此构建的各种 生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治 理修复或发酵某些废弃物。 1.4生物信息学 20世纪后期，生物学的迅猛发展，从数量上和 质量上极大地丰富了基因组数据库、蛋白质数据 库、酶数据库和文献数据库等许多生物科学的数据 资源。已有多个国家和国际科研组织建立了生物 信息数据库，如欧洲分子生物学实验室(Eur叩ean MolecularBiologyLaboratory)核酸序列数据库和美 国国家生物技术情报中心(Nationaleente:fo:Bio- technologyInformation，NCBI)基因序列数据库等。 科学家利用计算机及生物信息分析软件分析这些 数据资源，确定大分子序列、结构、表达模式和生化 途径与生物数据之间的关系，区分生物个体间遗传 差异，揭示DNA多样性。例如，基本局部比对搜索 工具(BasieLoealAlignmentSearehTool，BLAST)， 是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似 性比较的分析工具。它基于Altschul等的方法「2〕， 在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。 BLAST程序可对一条或多条、任何数量、任何形式的 序列在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对，甚 至将有缺口的比对序列也考虑在内，利用比较结果中 的得分对序列进行相似性说明。基因的序列分析可 揭示出生物物种之间的关系，在污染治理研究中可用 于生物基因组特殊区域或特异基因的测序。 2分子生物技术在环境污染物降解 中的应用 2.1土壤试样总DNA的提取 用适当方法直接从土壤中提取DNA并纯化， 是从分子生物学角度对土壤微生物进行研究的前 提条件，而后可进行酶切、PCR扩增、核酸分子杂交 等分子生物学技术操作。从土壤中提取微生物 DNA主要分为汽接法和间接法}’{。直接法是在 ogram等的方法基础卜发展起来的，其主要包括2 个步骤:(l)原位细胞裂解;(2)DNA提取和纯化。 直接法提取的DNA超过细菌总DNA的60%且省 力，但提取的DNA常常有折断、腐殖酸污染、甚至 提取物中还夹杂有未知的胞外DNA和真核生物的 DNA。最先报道间接法的是Faegri等[‘〕，其主要包 括4个步骤:(l)分散土壤;(2)分离细胞与土壤; (3)细胞裂解;(4)DNA纯化。间接法提取DNA 产量低且费力，但纯度较高、DNA损伤小，提取的 大片段DNA可用来构建cos而d和细菌人工染色体 文库等。 2.2采用PCR及相关技术扩增分析DNA片段 可降解污染物的微生物必然能产生分解代谢 该污染物的酶。selvaratnam等L’l用编码苯酚单加 氧酶dmpN摹因的RT一PCR技术来检测序列间歇 式活性污泥反应器‘{一，降解酚的假单胞菌。检测结 果表明，RT一PCR技术不仅能检测微生物降解酚的 能力，还能测量dmpN基因的转录水平，从而确定假 单胞菌特殊的分解活性，发现了在转录水平下，酚 浓度与通气时间之问存在正相关关系。 将PCR技术和变性梯度凝胶电泳(DGGE)结 合起来，在变性条件适当的情况下能分辨一个碱基 对，分辨率较高。染色后的凝胶用成像系统进行分 析，可在一定程度l几反应试样的复杂性。条带的多 少能反应试样「 一 }1微生物组成的差异，条带的亮度能 反应试样中微生物的多少。基于以上优点，日前该 技术在微生物群落结构的分析和动态研究方面得 到了厂‘泛应用。DGGE可通过分析PCR扩增的基 因点突变来探索微生物的复杂性。徐玉泉等[“〕从 某废水中分离出一株能以苯酚为惟一碳源的菌株 PHEA一2，使用PCR一DGGE技术对该菌165 rDNA进行分析，发现该菌与醋酸钙不动杆菌同源。 M盯sh等r了)利用PcR一DGGE技术获得了活性污泥 中真核微生物的种群变化情况。王峰等下8〕采用 PCR一DGGE技术对城市污水化学生物絮凝处理中 活性污泥和生物膜微生物种群结构进行了分析，结 果表明活性污泥培养前后微生物种群结构发生r 很大改变。 RAPD技术也是一种应用比较广泛的以多态性 引物来扩增某些片段的技术。RAPD技术可用于检 测含有混合微生物种群的各种微生物反应器中微 生物的多样性。用RAPD技术分析检测实验室规 模的油脂淤泥培养料中的细菌菌群发现，用油脂淤 泥改良过的培养料比未改良的更适于不同的微生 物种群生长[9j。vainio等t’。〕从516种孤立的菌落 中提取出165rDNA，经PCR扩增后进行测序，检测 活性污泥中微生物种群的结构。这些组合技术的 应用显著增强r对微生物的检测和鉴定能力，为理 论研究工艺优化及提高生物处理效率提供了条件。 2.3基因重组 基因工程技术应用于环境保护起始于20世纪 80年代。其基本原理是通过基因分离和重组技术， 将目的基因片段，比如可编码降解某种污染物的 酶，转移到受体生物细胞中并表达，使受体生物具 有该目的基因表达显现的特殊性状，从而达到治理 污染的目的。找到特定污染的抗性基因，利用基因 重组技术转基因后也可获得其他抗性植株以及筛 选到可转化污染物的植物，还可开发超量积累植物 进行污染土壤的生物修复。 罗如新等L”〕用放射性同位素标记tfdc基因片 段作探针，Southemblot杂交定位Ll菌株的邻苯二 酚1，2一双加氧酶基因位于Pstl的I片段和BamH I的M、N片段，回收并将其直接克隆至表达载体 pKT230卜，获得的重组子能转化不具开环酶活性 的甲胺磷降解菌P2，得到高于天然宿主21倍的邻 苯二酚1，2一双加氧酶。stingley等{”〕通过构建基 因文库和重组质粒等基因工程方法证实了NidAB 双加氧酶是降解菲的关键酶类，并首次鉴定出此基 因通过磷苯二甲酸实现降解功能。chae等‘”}发现 不能降解苯酚的su如lobusso扣taricu、98/2菌株中 的儿茶酚2，3一双加氧酶基因与能降解苯酚的 sulfolo右u，，o如taricu、咫有[6J源区，分析得知它们 是山共同祖先进化而来。把儿茶酚2，3一双加氧酶 基因克隆到大肠杆菌中表达，可获得有较高降解活 性的双加氧酶。 重金属污染是环境污染的重要方面之一。随 着分子生物学技术的发展，越来越多的修复性蛋白 基因正被从植物、微生物和动物中陆续分离出来， 如汞离子还原酶基因、有机汞裂解酶基因、汞转运 蛋自基因、金属硫蛋白基因、植物络合素合成酶基 因、铁离子还原酶基因和锌转运蛋白基因L’‘〕。这些 基因通过基因工程的改造，重组到合适的受休细胞 中表达相应的蛋白质和酶，达到治理难以降解的有 毒有害污染物的目的。sorsa等〔”〕把MTS插人 LamB序列的153位点，在中表达MTs，解决 r细胞内MTs对金属离子有限的吸附能力。综L 所述，基因重组技术具有快速、高效的特性，已逐渐 成为环境生物技术的研究热点。 2.4FISH技术 FISH技术利用核糖体内长度适中(约1500bp)、 高度保守的165:RNA序列作为理想的基因分类靶 序列，其中使用的165:RNA寡核普酸探针一般是 进行了荧光标记的20bp左右特异性核昔酸片段， 利用该报告分子(如生物素、地高辛)与荧光素标记 的特异亲和素之间的免疫化学反应，经荧光检测系 统对待测DNA进行定性、定量或相对定位分析。 FISH技术能提供处理过程中微生物的数量、空间分 布和原位生理学等信息。 硝化细菌是一类生理上非常特殊的化能自氧 菌，传统的研究方法要经过富集、分离、分类和鉴定 步骤，耗时长。HSH技术的引人解决了上述困难。 FlsH技术还被广泛用于活性污泥系统、硝化流化床 反应器和膜生物反应器等废水处理系统}’61。 基因工程微生物越来越多地被用于农业害虫 控制和环境污染的生物修复，对人类健康和环境的 影响引起广泛关注。1994年出现了一种新的标记 系统:绿色荧光蛋白(GFP)，由于GFP基因表达产 物对细胞没有毒害作用，且由GFP产生的荧光标记 检测卜分方便、简单。在某些被污染的环境中可分 离出降解该污染物的细菌，通过基因重组等手段使 用GFP分子标记，可更容易的分离检测被标记的 细胞叫。 Bastes等[’8]进行了苯酚降解菌染色体GFP基 因标记实验。通过PCR和Southemblot分析，证明 GFP基因已成功整合到宿主细胞的染色体中。对 标记菌与野生型的降解能力比较结果证明，GFP分 子标记的插人并不影响细胞的苯酚降解能力。 用G即标记Pseudomonasputida，研究活性淤 泥中细菌存活情况{’9飞。Pseudomonasputida被转到 活性淤泥2min后，观察到细胞在淤泥絮凝物间自 由游动;培养3d后，发现荧光细胞减少，大部分已 被合并到淤泥絮凝物中，以防止细菌被原生动物捕 食。用oFP标记石.eozi和Serraliamarceseern，考 察菌株附到絮凝物卜的过程{’()j。使用表面荧光显 微镜能将带有GFP标记的细胞从活性污泥中区分 开，井进行观察和记数。而聚焦激光扫描显微镜 (cLsM)可使GFP标记细菌产生三维轮廓，结合表 面荧光显微镜和CLSM观察GFP标记细胞，结果表 明，细胞表面疏水性在细菌附到絮凝物的过程中起 重要作用，两种细菌附在絮凝物上的模式有很大不 同，通过这种方法可更好地理解细菌赫附机理，有 助于提高废水处理效果。 3结语 分子生物技术的应用使研究人员可从微观的 角度更细致深人地了解微生物对污染物降解的具 体生理生化机制，在分子水平 _ _ [揭示生物体吸收、 迁移、积累有害物质最终被毒害，及适应、抗性等生 态问题，从而筛选到更多有利用价值的微生物。随 着越来越多微生物全部基因序列的解码，对各种细 菌体内可降解基因的分布和表达会有更深人的了 解，有关技术的发展和成熟必将对污染物的降解过 程有一个整体的、生态水平上的认识。 参考文献 l李凤，刘世贵 . 分子生物学技术在环境微生物研究中的 应用 . 世界科技研究与发展，2003，25(4):88一92 2AltsehulSF，GishW，MillerW，oealalign- mentsearehtool . 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