城市生活垃圾卫生填埋毕业论文

白色污染是我国城市特有的环境污染，在各种公共场所到处都能看见大量废弃的塑料制品，他们从自然界而来，由人类制造，最终归结于大自然时却不易被自然所消纳，从而影响了大自然的生态环境。从节约资源的角度出发，由于塑料制品主要来源是面临枯竭的石油资源，应尽可能回收，但由于现阶段再回收的生产成本远高于直接生产成本，在现行市场经济条件下难以做到。面对日益严重的白色污染问题，人们希望寻找一种能替代现行塑料性能,又不造成白色污染的塑料替代品,可降解塑料应运而生，这种新型功能的塑料，其特点是在达到一定使用寿命废弃后，在特定的环境条件下，由于其化学结构发生明显变化，引起某些性能损失及外观变化而发生降解，对自然环境无害或少害。例如淀粉填充塑料，首先其所含淀粉在短时间内被土壤中的微生物分泌的淀粉酶迅速分解而生成空洞，导致薄膜力学性能下降，同时配方中添加的自氧剂与土壤中的金属盐反应生成过氧化物，使聚乙烯的链断裂而降解成易被微生物吞噬的小碎片被自然环境所消纳，同时起到改良土壤的作用。生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。垃圾分类是指按照垃圾的不同成分、属性、利用价值以及对环境的影响，并根据不同处置方式的要求，分成属性不同的若干种类。生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。目前常用的垃圾处理方法主要有综合利用、卫生填埋、焚烧和堆肥。可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。如每回收1吨废纸可造好纸850公斤，节省木材300公斤，比等量生产减少污染74％；每回收1吨塑料饮料瓶可获得0．7吨二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢0．9吨，比用矿石冶炼节约成本47％，减少空气污染75％，减少97％的水污染和固体废物。厨房垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0．3吨有机肥料。有害垃圾包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等，这些垃圾需要特殊安全处理。其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物，采取卫生填埋可有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。医疗废物分类。使用后的一次性医疗器械，不论是否剪除针头，是否被病人体液、血液、排泄物污染，均属于医疗废物，均应作为医疗废物进行管理。使用后的各种玻璃（一次性塑料）输液瓶（袋），未被病人血液、体液、排泄物污染的，不属于医疗废物，不必按照医疗废物进行管理，但这类废物回收利用时不能用于原用途，用于其他用途时应符合不危害人体健康的原则。 球是我们赖以生存的家园，并为我们提供了如此美丽的环境。但是随着社会经济的迅速发展和城市人口的高度集中，生活垃圾的产量正在逐步增加，我们的这个家园正在被垃圾所包围。一般生活垃圾可分为废纸、塑料、玻璃、金属和生物垃圾等五类。垃圾对人类生活和环境的主要危害是：第一、占地过多。堆放在城市郊区的垃圾，侵占了大量农田。垃圾在自然界停留的时间也很长：烟头、羊毛织物1—5年；橘子皮2年；易拉罐80—100年；塑料100—200年；玻璃1000年。第二、污染空气。垃圾是一种成份复杂的混合物。在运输和露天堆放过程中，有机物分解产生恶臭，并向大气释放出大量的氨、硫化物等污染物，其中含有机挥发气体达100多种，这些释放物中含有许多致癌、致畸物。塑料膜、纸屑和粉尘则随风飞扬形成“白色污染”。第三、污染水体。垃圾中的有害成份易经雨水冲入地面水体，在垃圾堆放或填坑过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物，同时将垃圾中的重金属溶解出来。垃圾直接弃入河流、湖泊或海洋，则会引起更严重的污染。你看：秦淮河水面上漂着的塑料瓶和饭盒，树枝上挂着的塑料袋、面包纸等，不仅造成环境污染。而且如果动物误食了白色垃圾不仅会伤及健康，甚至会死亡。第四、火灾隐患。垃圾中含有大量可燃物，在天然堆放过程中会产生甲烷等可燃气，遇明火或自燃易引起火灾、垃圾爆炸事故不断发生，造成重大损失。第五、有害生物的巢穴。垃圾不但含有病原微生物，而且能为老鼠、鸟类及蚊蝇提供食物、栖息和繁殖的场所，也是传染疾病的根源。城市生活垃圾作为一个严峻的环境问题，已摆在城市管理者的面前，全国668座大中城市2000年生活垃圾清运量粗略统计已超过亿t，由于受资金及技术等因素的制约，绝大部分的生活垃圾没有得到及时有效的处理，许多城市已陷入垃圾的包围之中，成为城市管理者们十分头疼的问题。笔者认为，生活垃圾的处理也应坚持可持续发展的原则，实行最大限度地实现减量化，进而实行资源化、产业化。以下对生活垃圾减量化的可行性、社会效益及具体操作等问题进行探讨。1 减量化的可行性当前我国最常见的生活垃圾处理方法是垃圾卫生填埋法，这些生活垃圾大多没有经过分类处理，里面掺杂着一些有毒害性的物质如废旧电池、废旧电器等(此类物质属于危险废物，国家明文规定严禁用填埋法处理)，也有许多可回收利用的物质如废纸、金属、玻璃等，这些垃圾不经处理，直接填埋，既会造成严重的污染又会造成部分可利用资源的浪费，同时还会增大填埋场的处理量，缩短填埋场的使用寿命，造成不必要的经济损失。在目前生活用能源仍以燃煤为主的能源结构未调整以前，中小城市的生活垃圾可以首先进行减量化后再进行其他处理，为此笔者进行了一次实地调查，调查的对象是长沙市的一所寄宿制学校和某居民区，学校占地约151 800m2，有学生1 300人，教职工及家属等400人；居民区占地约20 000m2，有住户112户，居住人口约400人。表1是笔者在某学校和某居民区进行了为期l周(7天)的实地调查后得出的生活垃圾成分及含量；表2是长沙市和郴州市城市生活垃圾的成分及含量；表3是北京市事业区和平房区(1995年)生活垃圾成分及含量。地点废纸金属塑料玻璃腐殖质灰份电池皮革织物学校/% 居民区/% 02(32支)位于长沙市的某居民小区，全封闭物业管理，无其他拾荒者进入小区，无烧煤户，属中等以上的生活水平。调查时，由物业管理公司协助，每天安排3名保洁员将各楼道口垃圾桶中的垃圾就地按纸类、金属玻璃、塑料、腐质类、电池、皮革及织物、渣土分别进行过磅、填表。学校区内绿树丛荫，每天产生大量的落叶和拔出的杂草都归类于腐殖质类，学校锅炉供给学生食堂蒸饭的蒸气和学生的开水、热水，锅炉产生的炉渣没有计算在内，若将锅炉产生的炉渣计入其中，则各成分的统计数据将变为：地点废纸金属塑料玻璃腐殖质 灰份电池皮革织物学校/%居民区/%(32支)表2 长沙市和郴州市生活垃圾的成分及含量地域动物植物炉灰渣石纸类塑料玻璃金属布竹木长沙(1995)～ ～ ～ ～～～～ ～～～郴州(2001)表3 北京市事业区和平房区生活垃圾成分及含量(1995年)地点灰土食品纸类砖瓦塑料草木玻璃织物金属事业区 平房区 从生活垃圾分类调查的情况来看，各组份含量特点如下：各种可利用的废纸、金属、塑料(含饮料瓶等)、皮革等的含量是卫生保洁工已经粗选一次后剩余的，但总的来说与长沙、郴州等地区的生活垃圾统计数据相似。如将现在的生活垃圾中可利用的物质再进一步分检、回收，则将直接减少垃圾重量的％，将腐殖质(主要成分为：树叶、杂草、蔬菜叶、水果皮、废弃食品类等)分类收集集中处理，不但可变成很好的肥料，而且生活垃圾重量将减少50％左右，由此看来，对生活垃圾减量化处理是可行的。当然垃圾减量化的途径还有很多，比如从垃圾源头减少垃圾的产生量，实行净菜进城，把不能食用的菜根、菜叶和牲畜屠宰物留在城外农村，作农肥利用，净菜进入普通家庭，腐殖质也将减少。而纸类等物质的含量将会提高，从而生活垃圾中可利用成分会越来越多，需进行填埋处理的垃圾越来越少。我国政府有关部门已经就此作出了一些具体规定，许多城市也正在开展此项工作，并取得了一定的成效。随着城市居民生活水平的提高，居民燃料结构的变化，生活燃料方式的改进，石油液化气、煤气、天然气将逐步代替煤碳，灰分的产生量将急剧下降，将对垃圾减量产生明显的效果。2 减量化带来的效益垃圾经减量化后再进行填埋所带来的效益可以从两个方面来计算。第一是间接效益。建一个填埋场需要大面积的空旷地带，且一个耗资几千万元甚至上亿元资金的填埋场的使用寿命是有限的，如长沙市1998年投资达6 620万元动工新建的一个占地792 000m2，容积为5 000万m3的垃圾填埋场，使用寿命预计60年；郴州市投资达l 944万元的垃圾填埋场从2002年8月开始兴建预计到2003年8月底竣工的一个占地98l 000m2，每年接纳万t生活垃圾，使用寿命预计ll～12年，同时新建填埋场的场地按规定要求场址距离市区7km以远，在城市周围满足这种条件的地方已越来越难以寻找，因此建场成本、管理成本、运输成本也将越来越大。生活垃圾减量化后再进行填埋处理能延长填埋场的使用时间，间接地降低了垃圾填埋场的年均成本，提高了经济效益。第二是直接效益。就现在的生活垃圾成分而言，如果废纸按元/kg、金属按元/kg、玻璃按元/kg、塑料按元/kg、饮料瓶按元/个计算，在一个不到l 500人生活的小区内，每月分选出来的废品卖出后将有l 元(元/周X4周)的收益，这些钱可用于支付保洁工的工资或补贴他们的奖金。据有关资料表明(北京日报2000年1月13日)1998年，北京万人的垃圾大军从源头上捡走垃圾350万t，总收入达到亿元。而当年，北京 市城八区由环卫局清运的垃圾仅为270万t，市政府用于处理这些垃圾的费用就达亿元，因此，实行垃圾减量化，不仅能增加就业机会，提高相关人员收入，而且能减少政府财政支出。3 减量化的有序操作实行垃圾减量化的关键是对垃圾进行分类处理，这不单是环保、环卫部门的工作，也涉及到一个社区、一个城市的综合管理的问题，它需要多部门的配合和社区、城市中所有公民的配合。生活垃圾分类处理是一种有序的、有目的活动，这需要大批受过一定专门训练的保洁人员来进行收集、分类，同时相应地解决了一批富余劳动力的再就业问题。一、城市生活垃圾处理业的现状及利用研究（一）城市生活垃圾及其处理现状目前，市生活垃圾日产生量为837吨（以实际吨位计），年产生活垃圾30．55万吨，垃圾产生量随城市人口的不断增长而呈稳定上升趋势。生活垃圾全部由城南生活垃圾卫生填埋场和石西垃圾无害化处理厂进行集中处理，其中，城南厂以卫生填埋方式处理量为23万吨，石西厂以堆肥方式处理约为7万吨。现阶段城市生活垃圾处理的措施如下：1．为进一步治理“垃圾乱扔”现象，南宁市政府发出通告，采取教育和处罚相结合的管理办法，对个人乱扔垃圾的行为最高处以200元的罚款。通告规定，对随地乱扔口香糖、瓜果皮核、烟头、食品包装等废弃物的，处以10元以上50元以下罚款；随地吐痰、便溺，从建筑物或者车体内向外抛物、泼水的，处以50元以上200元以下罚款；随意倾倒、抛散或者堆放建筑垃圾的，对单位处5000元以上5万元以下罚款，对个人最高处以200元罚款。市所辖七县的医疗废物有统一的“归宿”。为了减少医疗垃圾的污染，六县医疗垃圾将全部集中到特种垃圾处理有限责任公司统一处置。2．市民得为生活垃圾掏腰包。市人民政府从2003年7月10日起开始收取城市生活垃圾处理费，对离休人员免予征收，享受低保的居民等弱势群体减半。生活垃圾（包括建筑垃圾和渣土，不包括工业固体废物和危险垃圾）处理费具体征收标准为：城镇居（村）民以户为单位收费，2005年7月10日前每户每月7元（与目前收取的垃圾清洁费合并收费）；城市暂住人口以人为单位收费，2005年7月10日前每人每月2元；国家机关、事业单位、社会团体和其他经营单位以人为单位按2．5元／人／月进行收费；餐饮娱乐业按3．3元/萝/次收费（一萝为25公斤）；市场摊点按1．3元至1．8元/摊／天收费；宾馆饭店、招待所按实有床位数每月每床2元收取；生产加工企业，按80元／吨收费；餐饮娱乐业以外的商业网，按经营面积收费；过往长短途客运车辆按核定的座位1元／座／月收费；单位自行清运垃圾到垃圾场的，按50元／吨收费；建筑垃圾按15．8元／吨收费。据了解，生活垃圾处理，95%以上都在位于良庆区的城南生活垃圾填埋处理场进行无公害填埋处理。该场建于1995年，至今已处理生活垃圾300多万吨，远远超出了原设计能力。2004年，南宁市委、市政府把该场二期扩建工程列入为民办实事的重点工程。据市政相关部门介绍，该项扩建工程计划投资达2个多亿，为西南地区最大的生活垃圾场，使用年限达21年；在环保方面，采用国内先进的水平防渗技术，对渗沥液进行同步污水处理，达到国内高标准要求；综合利用率高，填埋场建设与引进外资cdm项目（生活垃圾废气处理综合利用）同步进行。（2）处理中存在的主要问题及解决问题的建议对策城市生活垃圾处理中存在的主要问题是二次污染严重，排放的废水、废气、废渣对外界环境造成一定的污染。占垃圾处理比例较大的卫生填埋只是将产生的生活垃圾从一个地方转移到另一个地方把垃圾全部作为废物处理，垃圾资源的利用率为零，不符合我国建设节约型社会的要求。因此垃圾处理引起的二次污染令人触目惊心，比垃圾本身的危害还大。采用其他方式的垃圾处理场均因处理成本较高，产品无市场而运行不畅。生活生垃圾热值其趋势线性较平缓，随垃圾含水率变化而呈相反变化，且低位热值与国家焚烧处理进炉垃圾热值5000kj/kg以上的要求还有一定差距，同时，因受地区经济的制约，生活垃圾还不能直接进行焚烧处理，而垃圾中氮、磷、钾和有机质含量都较高，垃圾特性仍较适合于堆肥处理，加上地方对垃圾堆肥产品的需求市场仍较大，可见，在今后一段时期内，市城市生活垃圾方式以卫生填埋为主，高温堆肥为辅的处理模式是切合实际的，也是科学的。然而，由于堆肥处理场的运行费用较高及肥料销路困难等原因，南宁市城市生活垃圾的堆肥处理方式发展并不顺利。近年来，由于堆肥技术改进和成本降低等方面的原因，堆肥处理又被重新列为南宁市城市生活垃圾资源化处理的重要方式之一。综上所述，由于回收再利用简便易行且成本低廉，而焚烧发电和堆肥存在着资金和技术等方面的局限性，故优先开展回收再利用，适度发展堆肥处理，是符合发展实际的最优的城市生活垃圾资源化处理方式。二、美国的垃圾堆肥及多途径回收利用经验及启示城市生活垃圾堆肥曾是美国主要垃圾处理方式，也是废物变资源的主要措施之一。由于垃圾堆肥产品质量，堆肥设施运营资金和堆肥产品市场拓展等问题，美国在上世纪80～90年代就基本上关闭了所有的大型机械化垃圾堆肥厂，使垃圾堆肥进入低谷期。近年来，随着开发利用废物资源在美国日益得到重视，垃圾堆肥作为废物资源化的重要组成部分也得到了广泛应用，尤其庭院垃圾和餐厨垃圾堆肥等在美国应用广泛，已经成为废物资源回收与循环再生的主要措施之一。美国平均每年产生餐厨垃圾2629万吨，占整个城市固体废物总量的11．4%。如何利用堆肥方式处理好餐厨垃圾，并使之变废为宝，美国各州都进行了大量有效尝试，效果也比较明显。美国实现多途径回收的实施措施主要有：1．从产品的设计、制造和包装等方面进行改进。积极使用替代材料进行生产使产品便于回收再利用，简化商品包装，采用便于循环再利用的材料制造绿色包装。在美国，已有近半数州的法律禁止生产和使用不能进行分解还原处理或不能回收再利用的产品包装。2．建立路边资源垃圾分类回收系统。从20世纪80年代末开始，就有一些城市开始积极建立路边资源垃圾分类回收系统，即要求居民将生活垃圾进行分类集中，并放置在路边等候专人回收，以促进资源垃圾的再利用。目前已有44个州制定了有关分类回收的法规。3．实施多种形式的回收方式。除路边回收方式外，美国还建立了其它形式的城市生活垃圾回收方式，如投放中心回收方式、商业网点回收方式和街头大型集装箱分类回收方式等，通过在人口密集地区设置大型分类集装箱，以方便人们投放资源垃圾。美国城市生活垃圾资源化处理的有益启示为：通过制定由政府相关部门主导的城市生活垃圾资源化处理法规体系和政策，激发企业和居民共同参与和支持的热情，从而加快城市生活垃圾的资源化处理，最终实现城市发展与生态环境的和谐。三、城市生活垃圾资源化产业发展的对策建议无论是从资源的稀缺性出发，还是从国外的有效经验来看，逐步发展城市生活垃圾资源化产业，既是缓解城市资源紧张局面，也是落实科学发展观，达到经济可持续发展的目的。（一）加强城市生活垃圾的分类回收城市生活垃圾分类回收是实现城市垃圾资源化的重要前提。为了促进垃圾的分类回收，应在居民区、商业、文化及娱乐中心放置不同标志的垃圾容器。同时，制定相应的惩罚制度和措施来保证居民自觉地分类放置垃圾，实现垃圾的分类收集。若垃圾不能分类收集或分选，垃圾中的有用的资源就不能得到回收利用。发达国家在分类回收这方面都有各自的有效方法和制度，它们的经验表明，垃圾的分类投放、分类收集可以起到事半功倍的效果。因此，建立垃圾分类投放、回收制度是必须的。（二）逐步完善城市生活垃圾处理收费制度。完善城市生活垃圾处理的收费制度的关键是建立符合市场经济的有效运行机制。城市垃圾处理收费工作从2003年下半年开始进行宣传试点，2004年逐步走上正轨，垃圾处理收费工作在全市范围内全面铺开，并取得了突破性的进展，全年共收缴生活垃圾处理费2372．3万元。这在一定程度上为城市垃圾处理企业的有效运营提供了一定的资金保证。尽管费用本身与环境影响不直接相关，但是通过这种经济刺激手段，可以使垃圾产生者承担部分环境外部费用，增加市政垃圾资源化处理经费，提高城市居民的环保意识，迫使他们通过回收再利用等方式减少城市生活垃圾的产生量，推动城市生活垃圾的资源化处理。（三）实现城市生活垃圾处理的产业化经营城市生活垃圾处理的产业化是在实现环境效益和社会效益的同时可以实现经济效益。要实现城市生活垃圾处理的产业化，政府应该从下面几个方面入手：1．经营主体多元化。就城市生活垃圾处理的现状来看，还不具备条件实现完全市场化。所以只有执行半市场化、半社会化的管理模式。改变过去完全由政府控制、政府单一的经营的局面，实现处理方面的多元化。可以由政府投资，建成后由委托专业化运营公司负责经营的方式。城市生活垃产业化的实现必须遵循市场经济规律，在保证社会效益的基础上，不断拓宽渠道，实现产业化经营。2．鼓励垃圾处理技术的创新研发，提高技术含量，发展循环经济。在实现城市生活垃圾综合利用的前提下，通过科技进步与创新，充分依托市场，实现规模化生产。通过技术引进、消化吸收和重点扶持科研单位开发研究等途径，逐步形成完善的城市生活垃圾资源化处理科技体系，推动城市生活垃圾资源化处理产业发展。3．引入竞争机制，逐步实现生活垃圾市场化管理。城市生活垃圾处理产业在很多发达国家已经是朝阳产业，不少的企业家看中这个契机，在这方面收到不少的收益。在我国，由于中央一直坚持科学发展观和发展循环经济，使不少企业认识到城市生活垃圾存在的经济效益潜力，把垃圾作为一种可以回收的资源可以加以利用。经过一段时间的宣传，环保产业越来越被受到重视。政府应该积极的引导经济参与城市生活垃圾的处理中来，这样就形成了竞争机制，从而促进城市生活垃圾的市场化管理。4．开发和培育城市生活垃圾处理的产业市场。我国单一的投资机制，以及政府全额投资不是长久之计。政府应特别注重培育城市生活垃圾资源化处理的技术产品市场、资本投资市场、技术服务市场等，公众也要积极支持城市生活垃圾资源化处理企业的生产经营活动，为企业的发展壮大营造良好的政策环境和市场空间。参考文献：[1]．刘勇．吕军．城市化背景下我国城市生活垃圾资源化处理产业的发展研究．[j]．科技进步与对策．2007．10[2]．张瑞久．逄辰生．美国城市生活垃圾处理现状与趋势．[j]．研究探讨．2007．11

提供一些资源环境和城市管理专业的毕业论文选题，供参考 。1、含砷废水的处理与工艺2、含酚废水的处理与工艺3、含氟废水的处理与工艺4、含甲醇废水的处理与工艺5、含氨氮废水的处理与工艺6、粉末活性炭的水处理工艺7、制药厂污水特性及其处理工艺8、造纸厂污水特性及其处理工艺9、制革厂污水特性及其处理工艺10、医院污水处理技术11、电镀污水处理技术12、炼油厂污水处理技术13、农药生产单位废水处理与处置技术14、啤酒工业废水处理与利用技术15、铜冶炼废水的处理技术16、工业生产中重金属废水的处理技术17、氮肥厂废水特性及其处理技术18、磷肥厂废水特性及其处理技术19、水处理常用工艺及其特点20、水处理新工艺及其应用前景21、水处理中脱氮除磷常用工艺及其特点22、我国中水回用现状及其发展前景23、好氧处理常用工艺及其适应性24、厌氧处理常用工艺及其适应性25、城市生活污水的处理技术与应用现状26、UASB反应器处理酒精废水的研究27、A/O法对含氮化工废水的处理研究28、SBR工艺脱氮除磷研究进展29、我国水处理剂的现状及发展前景30、中高浓度氨氮废水的综合处理31、废水脱氮除磷生物处理技术32、沉淀池类型及其应用33、氨氮废水处理技术现状及发展34、奥贝尔氧化沟的应用现状及其发展35、生物膜反应器在污水处理中的应用及研究进展36、餐饮废水的处理方法37、城市污水资源化的开发利用及其对策38、颗粒污染物净化技术39、机械式除尘器的应用现状及其研究进展40、过滤式除尘器的应用现状及其研究进展41、静电式除尘器的应用现状及其研究进展42、气态污染物净化的常用方法及其适应性研究43、烟气中SO2净化技术的研究现状及进展44、烟气中NOx净化技术的研究现状及进展45、含氟废气净化技术的研究现状及进展46、含挥发性有机物废气净化技术的研究现状及进展47、火电厂氮氧化物的处理技术48、机动车尾气的净化处理技术49、固体废物填埋场对环境的影响研究50、城市生活垃圾处理工艺51、生活固体废物的处理工艺52、城市生活垃圾的焚烧技术53、热电厂粉煤灰的综合利用54、卫生填埋法处理城市垃圾55、有机固体废物的沼气化处理56、城市垃圾的回收与利用57、城市污水污泥处理与处置58、城市污水厂污泥处置方式及资源化利用59、农村生活垃圾的处理与处置60、城市生活垃圾的分类收集与处理61、工业固体废弃物的处理与处置62、农业固体废弃物的处理与处置63、城市生活垃圾的成分及处理对策64、我国城市垃圾资源化现状及其发展前景65、我国现有环境管理制度综述66、我国现有自然资源环境管理综述67、我国现有区域环境管理综述68、水环境质量现状评价常用方法及其特点69、空气环境质量现状评价常用方法及其特点70、水质现状评价的新方法及其应用71、空气质量现状评价的新方法及其应用72、乡镇工业对农村（周边）的环境影响73、加快城镇化建设应注意的问题74、我国五大淡水湖的水质现状及其治理对策75、我国七大水系的水质现状及其治理对策76、松花江哈尔滨段水质现状及其治理对策77、哈尔滨市空气质量现状及其治理对策78、我国西部大开发的利与弊79、环境保护、可持续发展与政府政策80、湖泊富营养化的成因及其治理对策

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 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。 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。 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。 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 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。 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。 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。 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， mentsearehtool . 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