生物耦合技术精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的生物耦合技术主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：生物耦合技术范文

【关键词】厌氧氨氧化；反硝化；有机物；温度

0 引言

全球氮循环的研究引发人们极大兴趣，因为氮素是微生物及植物所必需的无机营养物质。氮素是细胞体内发现的第四大常见元素。人类活动排放的废水包含大量含氮化合物，它们以NH4+-N、有机氮、NO2-及NO3-的形式存在，会对水生生物产生毒害作用，消耗溶解氧，引起水体富营养化，影响废水再利用。废水中存在的氮化合物可通过一系列方法去除，其中生物脱氮技术被广泛应用。

厌氧氨氧化可去除进水中的氨氮及亚硝态氮，并产生硝态氮。低温及有机物会抑制厌氧氨氧化菌的活性[1]。直接应用厌氧氨氧化技术处理含氮含碳废水存在问题，它需要预先处理有机碳源。在实际生产中，工业废水水温通常在5-20℃，因此，探究低温及有机物对厌氧氨氧化菌及反硝化菌的影响，可为厌氧氨氧化与反硝化耦合反应同时脱氮除碳的发展为提供理论依据。

1 研究进展

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物以NH4+为电子供体，NO2-为电子受体，将NH4+、NO2-转化为N2的生物氧化过程。与传统生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化技术具有能耗低、无需外加碳源、产泥量少等优点。然而，由于NO3-的产生，使出水总氮浓度不达标。在实际废水处理中，常常含有有机污染物，而其可成为反硝化反应的电子供体，厌氧氨氧化反应产生的NO3-为电子受体，进行反硝化反应。

因此，厌氧氨氧化与反硝化反应的耦合既可为前者消除有机物的影响，又可为后者的进行提供反应基质，不仅可以去除有机物，还提高了总氮去除率。

1.1 有机物

目前，学者对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的研究认为，有机物浓度会影响厌氧氨氧化菌脱氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究认为50mM的乙酸盐会抑制70%的厌氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究发现0.5mM的甲醇会导致厌氧氨氧化菌立即完全失活；当COD负荷增加时，虽然厌氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增强[4]，这是因为当存在足够的有机物时，由于厌氧氨氧化菌与反硝化菌的生长比率不同，反硝化菌会在竞争中占据优势[5]。Chen等[6]通过PCR技术也验证了当COD浓度为400mg/L时，厌氧氨氧化菌的数量会减少而反硝化菌的数量会增多。

1.2 温度

厌氧氨氧化与反硝化反应对温度变化的反应不同。厌氧氨氧化菌的最适生长温度为30-40℃[7]，其对温度变化比较敏感，温度从32℃下降到17℃后，反应器内的厌氧氨氧化活性受到显著抑制[8]。温度对反硝化作用的影响比其它废水生物处理过程的影响要大，其适宜的温度范围为15-35℃，低于10℃时反硝化速率明显下降[9]。因此，厌氧氨氧化菌与反硝化菌的活性都会受低温抑制，但随温度升高而增加。

2 结语及展望

在处理含氮含碳废水时，应用厌氧氨氧化与反硝化耦合反应不仅在技术上是可行的，在经济成本上也是合理的。厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的发展对垃圾渗滤液、制药废水等的处理用处很大，其耗能小、经济成本低。然而，有机物的种类不同对耦合反应的影响存在差异，今后需对具体有机物做具体分析，会使生物脱氮工艺在实际应用中前景更广阔。

【参考文献】

[1]You J， Das A， Dolan E M， et al. Ammonia-oxidizing archaea involved in nitrogen removal[J]. Water Research， 2009，43（7）：1801-1809.

[2]Güven D， Dapena A， Kartal B， et al. Propionate oxidation by and methanol inhibition of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria[J]. Applied and environmental microbiology， 2005，71（2）：1066-1071.

[3]Dapena-Mora A， Fernandez I， Campos J， et al. Evaluation of activity and inhibition effects on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production[J]. Enzyme and Microbial Technology， 2007，40（4）：859-865.

[4]Kang J， Wang J-L. Influence of chemical oxygen demand concentrations on anaerobic ammonium oxidation by granular sludge from EGSB reactor[J]. Biomedical and environmental sciences： BES， 2006，19（3）：192-196.

[5]Molinuevo B， García M C， Karakashev D， et al. Anammox for ammonia removal from pig manure effluents： effect of organic matter content on process performance[J]. Bioresource Technology， 2009，100（7）：2171-2175.

[6]Chen C， Huang X， Lei C， et al. Effect of organic matter strength on anammox for modified greenhouse turtle breeding wastewater treatment[J]. Bioresource technology， 2013，148：172-179.

[7]Strous M， Kuenen J G， Jetten M S. Key physiology of anaerobic ammonium oxidation[J]. Applied and environmental microbiology， 1999，65（7）：3248-3250.

第2篇：生物耦合技术范文

1.1多尺度问题

由于酒精发酵过程是一个综合了微生物学、生物化学以及化学工程学的复杂过程，因此模拟计算该过程不能仅仅单一采用传统的生物学方法或化学工程的方法，而应对生物反应器中多尺度问题作综合考虑。“多尺度”理论的提出和研究最早出现在化学工程学科领域，该理论认为以“单元操作”和“过程传递”为标志的传统方法已经不能满足这一需求。研究流动、传递、分相和反应多尺度行为和同一尺度下这些现象共存的规律，是当前化学工程定量化的趋势。对生物反应器的研究表明，细胞代谢物质流与生物反应器物料流变化的相关性是研究生物反应器中多尺度关联问题的有效方法，从关系特征中区分不同层次的问题，才能有效实现发酵过程的优化[2]。当然在这些层次中，工程中最感兴趣的还是化学工程这一层面。在化学工程学角度看来，酒精发酵罐可以看做是反应器，理论上计算反应器的模型应可以适用于酒精发酵罐。

1.2动力学与放大

乙醇发酵过程前沿课题主要集中在液化、糖化和发酵过程节能降耗，包括：耐受高温、高糖浓度、高乙醇浓度的能力以及酵母高效发酵过程的基础研究；液化酶、糖化酶的作用机制及实际物系的动力学研究；同步糖化发酵工艺实际物系的代谢调控机制与酵母发酵动力学等方面的研究[3]。从化学工程角度看，上述问题涵盖发酵生物反应动力学及传递特性两个方面，动力学方程是发酵过程放大的理论基础。发酵动力学包括两个层次：一是本征动力学，它是指没有传递等工程因素影响时，发酵生物反应固有的速率；二是宏观动力学，它是指在反应器内所观测到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。对酶催化反应，最早和最广泛使用的生物相集总模型是Michaels-Menten方程，微生物生长和反应的模型是Monod方程，表示底物或产物抑制作用的方式也很多。结构模型最早是由Dean和Hinshelwood的提出的。他们把微生物细胞区分为两种不同的结构，具有独立的反应网络，用不同的动力学方程表示。Rankrishna把活性生物质分为两类，分别描述这两类生物质的动力学特性。但至目前，生化反应本征动力学的研究还处在发展阶段。由于生化反应常经历许多中间反应，要弄清整个反应历程和各中间反应的机理比较困难的，许多现象尚未完全弄清。德国GBF用系统工程方法对一些重要的工业生物过程进行了定量生理学、代谢工程、不同规模生物反应器波动环境条件的细胞动力学及动态特性研究，以图进行工业生物反应器的优化与放大，取得一系列重要成果。Ghaly等[4]建立了基于奶酪乳清连续发酵的动力学模型，结果表明，模型预测的细胞浓度和乙醇浓度十分准确。Birol等[5]研究了SaccharomycescerevisiaeATCC9763酵母间歇发酵的特征，并将实验结果用11种模型进行关联，比较表明Monod和Hinshelwood两种模型的关联结果较好。Li[6]研究了Zymomonasmobilis发酵时乙醇的抑制作用，并提出了3个关于乙醇抑制作用的模型。Shen等[7]研究了纤维素发酵生产乙醇的半糖化发酵动力学模型。从文献报道中看，关于发酵底物、细胞生长动力学的研究较多，乙醇产物动力学较少；同步糖化发酵工艺的研究较多，但发酵过程尤其是同步糖化发酵技术背后的物理、生物、化学机制及工程策略报道很少，该问题是生物学和化学工程的结合点，而该方面的研究将为优化设计控制提供强有力的理论依据和技术支撑。对于连续酒精发酵，情况要比间歇发酵复杂。因为要模拟计算连续酒精发酵过程，不仅要考虑酒精发酵过程中的生物化学反应特征，还要关注酒精发酵罐内的流动情况，即停留时间分布问题。在大多数情况下，只要体系的物性、流场、流态与在实际操作（热态）时比较接近，往往可以用冷模的实验方法模拟在热态下的流体力学状态，这对大设备的放大规律的研究是很有帮助的。因此，采用大型冷模研究在过程设备中流体的流体力学特性并与用小型热模所进行的动力学研究相结合，是研究发酵设备放大规律的一种有效方法[8]。生物反应工程的研究、开发与放大，目前仍然是以经验方法为主。随着科学技术的发展，用数学模型法对生物反应工程有关内容进行的研究也必将会有大的进展。

1.3发酵罐内多场分布

多场分布包括温度分布、浓度分布和速度分布。发酵生物反应器中的物理因素——传递特性将影响到反应器内基质和产物的浓度分布及温度分布，进而影响到反应器内某一组分的反应速率。例如氧在发酵液中的传质速率、固定化酶颗粒及菌丝团和菌体絮状物内反应组分的扩散传质，这些传质对反应结果都会产生影响，甚至成了反应的控制步骤，并将影响反应器的设计和放大。因此传递特性的研究是不可忽视的问题，研究发酵罐内的传热、传质及传动将是化学工程领域的一项重要任务，同时也为更好地控制发酵过程提供了理论依据。国内外许多学者在这方面开展了研究并已取得许多成果[9-13]。英国伯明翰大学Nienow采用用激光测速仪研究生物反应器中的流场，用计算机图形分析研究菌体形态与发酵液流变学、操作条件等因素；用流动跟踪法测试液相循环时间分布；用规模缩小法考察pH值、溶氧梯度对代谢过程的影响。Hristov等[14]、Zahradnik等[15]、Lee等[16]使用CFD模拟研究了生化反应器的混合、传质和反应情况，并建立了三维区域网络模型。相关传递特性的实验及模拟研究已取得一定进展，为发酵罐优化设计，工程放大提供了一定的基础数据积累与技术支撑。Xia等[17]使用CFD模拟了多搅拌器发酵罐内的速度分布。结果表明，不同的搅拌器会产生不同的速度场。质量传递结果表明，相同搅拌器的不同组合也会产生不同的质量传递系数。Lian等[18]使用CFD模拟了发酵罐内的热量传递，通过求解热量传递方程得出了发酵罐内的温度分布。CFD模型在模拟反应器内的温度、浓度和速度分布上是一种十分重要的方法，应该引起足够的重视。

2乙醇纯化过程中的化学工程问题

采用发酵的方法生产乙醇，在获得乙醇的同时不可避免地会生成水。要获得乙醇势必要对乙醇和水进行分离，从原理上讲分离乙醇和水的方法有精馏、萃取精馏、加盐萃取精馏、共沸精馏、吸附、渗透汽化膜分离等多种方法。然而发酵液中乙醇质量分数一般为5%～12%，而燃料乙醇产品的纯度却要在99%以上，因而从发酵液中分离出乙醇所耗费的能量占总能量的绝大部分。又由于乙醇易与水形成共沸物，使用普通精馏无法获得无水乙醇。所以从发酵液中分离乙醇-水混合液一般分两步：先用普通精馏方法得到质量分数为92.4%的乙醇，再用共沸精馏、萃取精馏、液液萃取、吸附或其它方法得到无水乙醇。精馏作为具有技术成熟度和应用成熟度较高的分离方法是分离乙醇-水溶液最早也是最普遍的方法。但由于溶液较高的蒸发热，精馏在操作过程中需要很高的能耗；并且随着原料中乙醇浓度的提高，精馏塔中回流比必须相应地提高，进一步提高了成本。文献报道主要有3种方法替代精馏法生产乙醇[19]：萃取法、超临界流体法和渗透蒸发膜分离法。Egan等使用多种溶剂从10%含量乙醇的水溶液中萃取乙醇，发现把乙醇含量浓缩至95%需耗能23.55kJ/L，但其所使用溶剂大多具有毒性容易造成环境污染。Brunner等利用超临界二氧化碳和乙烷作溶剂分离乙醇-水溶液，由于乙醇在气相相对较低的溶解性，超临界流体法被认为是一种较好的方法。Shah等[20]在多种条件下研究了NaA-沸石膜蒸发分离乙醇-水，120℃下可生产530L/h浓度高于99.8%的乙醇。Morigami等[21]指出了NaA-沸石膜对水表现出很高的选择透过性和渗透通量。由此可见，这部分的工艺几乎等同于化学工程的分离工艺技术，而这些化工分离工程技术趋于成熟，因而可完全加以应用。传统的分离经历了几十年的研究和发展，技术上已经比较成熟，但并不意味着它们不再发展，无论在理论上、设备的结构和效率上，仍在不断有所创新，目前呈现出分离与反应过程耦合（增加化学作用对分离过程的影响）、分离过程的集成以及多场耦合等趋势。王华军等[22]提出了一种新的乙醇除水技术路线，采用了反应+精馏同时进行的方式除去乙醇-水共沸物中的水。目前燃料乙醇工业中乙醇纯化过程一般采用多塔精馏，而向乙醇-水体系加入另一组分以增大原有体系的分离因子的萃取精馏分离方法也被采用。近年来研究工作呈现出采用复合溶剂特别是加盐萃取精馏获得无水乙醇的报道，加盐萃取精馏利用的是盐效应。加入盐溶液，可以使乙醇对水的相对挥发度大大提高，恒沸点消失，可以在较小回流比下较容易获取无水乙醇。Cook等[23]在泡罩塔中研究了加入乙酸钾萃取精馏乙醇-水共沸物的过程，结果表明加入少量的乙酸钾即可消除共沸点。他们还比较了加盐萃取精馏和传统的萃取精馏的优缺点，得出加盐萃取精馏应用于乙醇-水系统更高效。Barba等[24]从能耗的角度比较了加入CaCl2的加盐萃取精馏过程与使用苯、戊烷、二乙酯的共沸精馏过程和使用乙二醇和汽油的萃取精馏过程，结果表明以CaCl2为盐的加盐萃取精馏过程优于其它技术。从降低能耗角度而言，加盐萃取精馏更适用于从发酵液中制得无水乙醇；与只用乙二醇的萃取精馏相比，溶剂比减少了75%～80%，塔板数大幅度减少，能耗显著下降，然而加盐萃取精馏中盐的加入，不可避免导致对设备的腐蚀，盐有时会从溶剂中析出，使管道堵塞，这都是目前亟待解决的问题。离子液体萃取精馏、超枝聚合物萃取精馏是新颖的分离乙醇-水混合物的方法，有较高的分离能力。膜蒸发分离乙醇-水混合物也取得了较好的进展。膜蒸发技术是基于溶液扩散机理，其驱动力是膜两侧的化学势梯度。采用膜蒸发可比传统方法节能1/2～2/3，且可避免产品和环境受污染，具有明显的技术经济优势。采用吸附脱水分离乙醇-水共沸物也是研究热点，无机吸附剂如分子筛、氯化锂、硅胶已成功应用于发酵乙醇工业[25-27]。然而对吸附床的流场特性及放大规律认识还不是很清楚，这方面仍需要进一步研究。生物吸附剂，如谷粒、淀粉和纤维素以其良好的吸附性能、高的乙醇收率，引起人们的关注。Ladisch等[28]率先研究了使用生物吸附剂进行乙醇脱水研究，结果表明淀粉和纤维素可选择性的吸附水蒸气，可得到高于质量分数为99.5%的乙醇。Hu等[29]通过实验研究了使用玉米粉作为固定床吸附剂打破乙醇-水的共沸点，然后再经流化床重生。Hu的研究结果表明，影响吸附量的因素包括蒸汽流过固定床表面的速度、床层温度、玉米粉的粒径分布，玉米粉对水的吸附能力为0.14～0.025g水/g吸附剂。从目前研究来看，在燃料乙醇生产中对采用单一操作过程研究的较多。如单独研究吸附脱水分离乙醇-水共沸物；单独采用渗透蒸发分离乙醇-水；单独采用萃取精馏法分离乙醇-水混合物等。然而对这些分离技术的综合运用，研究单元操作的组合优化报道很少。具体来说，对于从发酵液到成品酒精采用何种单元操作以及单元操作如何组合、分析不同组合的能耗及分离效果等都是目前学术界关注的课题。通过实验研究这些单元操作组合以及流程优化，显然耗时耗力，得不偿失；然而采用计算机仿真，运用流程仿真软件研究工程放大，模拟并研究实际物系在不同单元操作组合下的规律和经济效益具有较大优势。计算机仿真将成为研究流程优化的重要手段和必然趋势。乙醇纯化过程中，各种单元操作的模拟，其分离过程的耦合可以采用商品化的流程模拟软件（如AspenPlus，ProⅡ等）。然而这些商品化模拟软件在进行过程设计时，一般采用“二步法”[30]。而采用该种方法设计操作困难，耗时耗力，各种单元操作方式通常依靠经验决定，不属于真正意义上的过程合成或集成[31]。在乙醇的纯化中，工程模拟的重点在于根据指定条件对各种单元操作和分离流程耦合筛选。这就要涉及到人工智能方面的理论，无疑当采用专家系统后，计算机本身就是一个经验丰富的工程师，它能够根据人设定的要求（目标函数），自动选择合适的流程组合，而不在需要工程师去依靠经验来选择流程、确定工艺了。这方面的研究对于进一步优化乙醇分离无疑是十分有利的，具有重要意义。

3生物发酵反应与分离过程耦合

现有燃料乙醇工艺的基础研究包括生产过程放大和流程创新、研究生物反应与分离过程的耦合、探索新的短流程工艺[3]。由于发酵反应和分离过程耦合并不仅仅是二者的简单叠加，流程的耦合往往会产生意想不到的效果，在这方面无论是理论还是技术上都有待于进一步创新。对于反应与分离过程的耦合问题的认识，需要追溯一下这个问题的源头。若通过化学反应所生成的产物就是最终产品，则相应的过程一般认为是反应过程。在工程上付诸实施的方法、设备以及其它问题的综合便是反应工程。分离过程是通过物质的迁移从物系中除去或浓集某一特定组分。在工业上实现分离过程所采用的方法、设备以及大规模生产中所遇到的问题的综合构成了分离工程。它们在工程上采用的物质和能量的传递、流体力学和化学反应的基本原理、规律是相同的，所采用的设备也有许多共同点[8]。因而耦合问题从原理上看是可行的，实验结果也进一步证实了这一点。有关生物发酵反应与分离过程耦合方面的研究已有一些报道，如液液萃取与发酵结合。Weilnhammer等[32]使用Clostridiumthermohydrosulfuricum进行连续发酵时，采用油烯基乙醇作为萃取剂消除乙醇的抑制作用，结果表明采用了现场萃取技术的乙醇收率是没有采用该技术的两倍。Gyamerah等[33]开发了一个中等规模的萃取发酵生产乙醇的流程，采用月桂醇作为萃取剂移除产物，余下的发酵液循环使用。由于发酵时进行萃取而移除产物，该流程避免了酒精对酵母的毒性，提高了发酵效率。他们的研究中也表明由于水的循环利用，新鲜水的用量减少了78%，而更加可贵的是采用稳态法将反应工程中的全混流模型和分离过程中的萃取模型结合建立了描述该萃取发酵的数学模型，在反应和分离的耦合方面做了有益的尝试。Boudreau等[34]使用戊酸、油酸和壬酸从发酵液中萃取乙醇，然后进行闪蒸。结果表明，与传统蒸馏过程相比，萃取与闪蒸过程的结合节约了38%能耗。此外，膜蒸馏与发酵结合也有报道。Gryta等[35]使用膜蒸馏生化反应器生产乙醇，采用多孔的聚丙烯膜从发酵液中分离乙醇和其它的抑制剂，从而增加乙醇的产率和糖转化为乙醇的速率。综上所述，将生物发酵直接看做反应并与分离技术耦合，来提高整个发酵及分离的效率，这种观点和方法的运用将会极大地推动燃料乙醇工艺的技术进步。采用反应工程学原理，并结合分离理论进行建模分析研究耦合过程的机理，也将会进一步推动工艺革新。然而报道中大都是生物萃取剂、膜材料及工艺条件等方面的研究，而从传递特性（传热、传质、动量传递）、多场耦合方面等化学工程角度进行的研究较少，这也是化工学科的进步滞后于科学技术整体的发展的原因之所在[1]。多场耦合对于开发新型的发酵与分离设备具有重要的指导意义，未来的发展趋势必将是将反应和分离以及多种分离结合在一起的设备。如精馏与吸附、发酵与精馏等通过一个设备操作即可实现两者的完美结合，而目前的多塔生产工艺将会被逐渐淘汰而发展对应的短流程工艺。这方面的研究及发展将极大地消减成本，同时也会降低能耗，对于改善反应与分离过程、提高效率具有很大的潜力。它的发展必将推动燃料乙醇工艺的技术进步，并有望解决乙醇生产中的能耗问题。

第3篇：生物耦合技术范文

【关键词】重金属；检测方法；发展趋势

随着工业经济的发展，重金属对环境的危害也日益加剧。在人类生存生活的环境中，重金属广泛存在于空气、泥土甚至是饮用水中，比如空气中的尘埃、汽车尾气、工业污水、化妆品等等，这些都严重危害到人们的生命健康。因此，对关系到人们生产生活的水、土壤、食物以及日用品等中的重金属进行检测，探索重金属污染的防治措施，具有重要意义。

一、重金属概述

目前，对重金属还没有严格的定义，一般情况下重金属是指的是比重大于5的金属，比如金、银、铜、铁、铅、汞等等都属于重金属。在水中，重金属元素不能被分解。一些微生物可与这些重金属元素产生反应，变成毒性更强的金属化合物。这些化合物可通过食物链将金属离子传到人体。在人体内，如果重金属离子达到一定的浓度，会致使人体重金属中毒，对人体机能和生命造成威胁。

二、重金属检测方法

1.原子荧光光度法

原子荧光光度法是利用原子蒸汽在辐射能激发下产生的荧光的发射强度来进行分析的一种方法。原子荧光光度法检测重金属具有灵敏度较高、线性范围大、适用于多元素分析等，但是可以用原子荧光进行测定的金属种类有限。

在对空气中的汞进行测定的实验中，许月辉利用原子荧光光度法测定0-10ng/mL系列共6次，其中r为0.9996，线性范围为0-30ng/mL，方法检出限为0.02ng/mL，回收率达到90%以上，标准差为2.3%-4.5%。另外，栾云霞等研究人员通过原子荧光光度法检测了土壤中的砷和汞的含量，Faouzia等研究人员也用氢化物荧光光度法检测了饮料中的砷含量。总之，荧光光度法对部分重金属含量的检测具有高灵敏和简便的优势。

2.电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法的原理即通过电感耦合等离子体使检测样本汽化并原子化，将检测金属分离出来，与质谱相结合，通过确定待测金属元素的质量进行重金属检测。电感耦合等离子体质谱法能和多种手段结合使用，进行不同重金属离子和同位素的检测、可激光采样、氢化物发生、低压色谱、高校液相色谱、气相色谱等。就目前重金属检测方法来看，电感耦合等离子体质谱法是比较先进、检测结果误差较小的检测方法。但其检测成本高和易受污染限制了该检测方法的普遍应用。

电感耦合等离子体质谱法可用来确定奶粉中铬的浓度，木腐真菌中铜、锌、镉、铅等金属元素的浓度，以及药物、调味品和海带等食物中的重金属的浓度。

3.电感耦合等离子发射光谱法

电感耦合等离子发射光谱法的检测原理是通过高频感应电流产生的高温，使反应气受热、电离，将待测金属元素发射的特征谱线进行检测判断，该金属的量与特征线谱的强度成正比例的关系。电感耦合等离子发射光谱法具有灵敏度高，不易受到外界环境条件的干扰，线性范围宽，可以对多种金属元素同时测量或者依次测量等优点。然而在反应灵敏度方面与电感耦合等离子体质谱法相比较差。

电感耦合等离子发射光谱法在对防腐处理后的木材、土壤、蜂蜜和蔗糖、水以及大气颗粒物中的重金属检测方面都得到了有效应用。

4.高效液相色谱法

高效液相色谱法以液体为流动相，通过高压输液系统，将含有不同极性的溶剂、缓冲液等流动相泵入配置有特定相色的色谱柱，各成分在柱内被分离后进入检测器进行检测。通过高效液相色谱法对样本元素进行分析，可同时对样本中的多种元素进行检测，该检测方法被很多研究者应用到实验研究中。但是由于用于形成稳定有色络合物的络合剂的选择有限，限制了高效液相色谱在重金属检测领域的广泛应用。

5.酶分析法

酶分析法是通过酶和重金属离子产生反应所产生变化来判断金属种类以及检测重金属的含量。一些重金属离子在遇到特定的酶时，会产生相应的反应，使显色剂的颜色、导电性、吸光率以及酸碱程度发生变化，这些反应可通过肉眼观察或者电信号传输、ph值检测等方便的获取实验结果，通过这些变化可以断定重金属元素及其含量。

6.生物传感器

生物传感器检测重金属法即利用重金属和特定的生物识别物质结合，将变化通过信号转换器转化成易于检测到的光信号或者电信号等，通过分析来断定重金属物质。常用的生物传感器有酶生物传感器、DNA传感器、细胞传感器、微生物传感器等。

7.免疫分析法

免疫分析法的工作原理即将重金属离子与合适的化合物结合，获得空间结构，产生反应原性，再将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上使其产生特异性抗体，通过对抗体的分析确定重金属元素及含量。该方法具有高度特异性和灵敏度的特点，其成功的关键在于选择合适的化合物与金属离子进行结合。

三、重金属检测方法的研究方向

在对传统的检测方法进行不断的改进和研究的同时，现代的高科技技术显然为重金属检测方法提供了新的思路。另外，还可以通过多种检测方法联合运用，优势互补，提高检测的灵敏度和降低检测成本，让金属检测方法更多的运用到切合人们生活的物品检测中，让人们更加放心。

第4篇：生物耦合技术范文

【关键词】电感耦合；离子体质谱法；金属元素

金属元素是人体必不可少的重要组成成分，但是部分金属元素超过一定浓度时，可引起中毒。职业人群生物样品检验能够较为准确地提供劳动者的实际接触水平，有毒物质的增高说明体内的过度吸收，尿中元素的生物学水平是反映环境质量和职业接触的重要指标。目前国内的标准分析方法多采用传统的原子吸收，原子荧光，分光光度法等检测方法，以上方法操作复杂，试剂繁多，需要逐一单项检测。本文使用电感耦合等离子体质谱法快速测定尿中钒、铬、钴、砷、镉、铅、铊。该方法可同时测定多种元素，具有灵敏度高、检出限低的优点。

一、材料与方法

1.仪器与试剂

1.1仪器

（1）电感耦合等离子体质谱仪 美国Agilent 7700X ICP-MS，碰撞/反应池，自动进样器，耐高盐雾化器，镍采样锥和截取锥；

（2）超纯水处理系统 美国Milli-Q，MILLIPORE公司。

1.2试剂与标准溶液

浓硝酸：68%（V/V），优级纯；单元素标准溶液：钒、铬、钴、砷、镉、铅、铊（国家标准物质物质研究中心）；内标溶液：用1.0%HNO3将钇（Y）、铟（In）、钬（Ho）单元素标准溶液配制成1.0mg/L的混合内标贮备液。

1.3仪器操作条件：射频功率：1450kW；采样深度：8.0mm；等离子体气：15.0L/min；炬管水平位置：-0.5mm；辅助气：0.25L/min；炬管垂直位置：-0.0mm；载气：0.85L/min；扫描模式：Fullquant；积分时间：0.10s（AsHg为0.2s）；采集次数：3；提取透镜1：2.0V；提取透镜2 ：-105.0V。

1.4标准曲线的配制

准确量取钒（V）、铬（Cr）、钴（Co）、砷（As）、镉（Cd）、铊（TL）、铅（Pb）的混合标准贮备液0.0mL、0.010mL、0.050mL、0.10mL、0.50mL、1.0mL置100mL容量瓶，用1% HNO3定容至刻度，配制成0.0?g/L、0.10?g/L、0.50?g/L、1.0?g/L、5.0?g/L、10.0?g/L标准曲线；用1.0%HNO3将内标溶液稀释成10.0?g/L的应用液。

1.5样品制备

用1%硝酸把尿样稀释20倍，直接进样。

二、结果与讨论

2.1前处理方法的选择

取一份混合尿样50mL，加入10.0 mg/L混合标准贮备溶液0.10mL，配制7种待测元素加标浓度为20.0?g/L的尿样，分别采用三种前处理方法进行测定：

方法1：用1.0%HNO3将尿样稀释20倍后测定，标准曲线以1.0%HNO3为介质；

方法2：用1.0%HNO3将尿样稀释10倍后测定，标准曲线以1.0%HNO3为介质；

方法3：用0.5%NH3H2O将尿样稀释20倍后测定，标准曲线以0.5%NH3H2O为介质；

结果表明，方法3的整体精密度较差，可能是因为有些元素与氨水形成的络合物较难电离；方法2的尿砷回收率偏高，可能是因为尿样的基体效应使As的信号增强，而方法1前处理效果最好，因为尿样稀释倍数加大后，基体效应减小，同时尿样中的Cl 含量降低，40Ar35Cl对砷的干扰也减少，其各项性能指标均能满足规范要求，因此我们选用方法1作为前处理方法。

2.2标准曲线和最低检出浓度

ICP-MS具有7个数量级的线性范围，因此实际应用时可根据实际需求进行调整。本方法的线性范围是结合待测元素的生物限值和本底值配制，各元素线性的相关系数和线性范围如表2所示；将仪器调至最佳状态，以研制的测定方法连续测定11次空白溶液，由测量值计算其浓度平均值和标准差，以标准差法计算各元素的检出限（3SD）和定量限（10SD），以尿样稀释20倍计算其最低检出浓度

2.3 精密度

将混合尿分成 4 组，每组100ml，其中 1 组为本底尿，其他 3 组分别加入镉标准溶液（1.0mg/L ）0.25mL、0.50mL、1.0mL，加入铅标准液（10.0mg/L ）0.20mL、0.50mL、1.0mL，加入钒、铬、钴、砷、铊混合标准液（10.0mg/L ）0.10mL、0.20mL、0.50mL，配制成镉的加标浓度为2.5?g/L、5.0?g/L、10.0?g/L，铅加标浓度为20.0?g/L、50.0?g/L、100?g/L，其他待测元素加标浓度为10.0?g/L、20.0?g/L、50.0?g/L的低、中、高浓度尿样；将上述加标尿样在配制当天进行6次重复测定，作为批内精密度，结果在1.69%～8.97%，3天内进行6次测定，作为批间精密度，结果在1.69%～8.97%，如见下表3、表4。

2.4 准确度

分别测定待测元素配制成低、中、高浓度的尿样，每组浓度测定3次，取平均值，减去空白本底后，分别计算每个元素的加标回收率在86.2%～105%，如表6所示。

用电感耦合等离子体质谱法快速测定尿中钒、铬、钴、砷、镉、铅、铊元素，简便、快速、准确、灵敏度高、覆盖元素种类多，合适人尿中微量元素的测定。采用1%硝酸稀释尿样直接进样，简化前处理过程，与碰撞池ICPMS技术结合，适用于尿样中多种微量元素的快速测定。

【参考文献】

[1] 中华人民共和国卫生部.GBZ/T210.5-2008 职业卫生标准制定指南第5部分：生物材料中化学物质测定方法[S].北京：人民卫生出版社，2009.

[2] 荆淼，沈阳，沈金灿等。应用带八级杆碰撞/ 反应池（ ORS） 的电感耦合等离子体质谱（ ICP-MS） 同时测定大洋海水中的痕量元素[J].2004，23（5）：600-604

[3] 董明，张爱华，王俊，等.电感耦合等离子质谱法测定全血中的痕量金属元素[J].中国职业医学，2009，36（6）：497-498

[4] 丁春光，朱醇，刘德晔等。电感耦合等离子体质谱方法检测全血中30种金属及类金属[J]. 中华预防医学杂志，2012，46（8）：745-749

第5篇：生物耦合技术范文

关键词：高功率光纤激光器 关键技术

在光纤激光器的所有研究领域中，高功率光纤激光器其是最具有代表性的，最热门的以及最具有应用前景的领域。目前，以包层抽运为核心技术的高功率光纤激光器已经走向实用化、产业化。光纤激光器以其高功率、高效率、宽波段、结构紧凑、运转可靠、性价比高、全固化等优点，在光通讯、光传感、激光医疗、工业加工、航空航天、科学材料、光谱学以及军事方面得到了广泛的应用。特种光纤技术、及是高功率光纤激光器赖以生存的关键技术。

1、高功率光纤激光器关键技术

1.1特种光纤技术

随着输出功率的不断提高，全光纤高光纤激光器需要使用双包层有源光纤、双包层光敏光纤、能量传输光纤等多种特种光纤，对特种光纤的技术要求也越来越高，因此，特种光纤的发展将在光纤激光器的发展中扮演重要角色。以光子晶体光纤为代表的新一代特种光纤会在光纤激光器的发展中逐步得到应用。特种光纤的发展，将使有源光纤的增益更高、承受的功率密度更大、对抽运光的吸收更有效；将使光栅的制作更容易、光栅的稳定性更好、使光栅在光纤激光器中的用途更广泛；将使能量传 输光纤能够传输更高的功率，能够将高功率激光传送更远的距离，能够传输的波长范围不断拓展；将使抽运耦合更加容易实现，能承受的抽运功率更高，损耗更小等等。

1.2包层抽运耦合技术

全光纤高光纤激光器的包层抽运耦合技术对决定光纤激光器性能和水平具有不可估量的作用。用于大功率全光纤激光器的光纤抽运耦合器件和光纤功率合成器件，均在很高的功率条件下使用，其耦合效率必须很高，损耗必须很小，承受的功率必须很大，并且，输入光的路数还需要尽可能的多。在如此众多的极限条件要求下，制作优质的抽运耦合器件和功率合成器件具有很高的难度，不过，实现的方式方法也多种多样，这是一项富有挑战性的技术。从大功率全光纤激光器的发展趋势来看，还要求抽运耦合器件在将抽运光耦合到内包层的同时，尽量不影响和损害双包层光纤的纤芯，因为只有这样才能在不影响信号激光的产生和传输的情况下实现级联抽运，实现超大功率的输出。因此，发展对纤芯影响最小的抽运耦合技术是抽运耦合器件的发展方向。对于光纤功率合成器件，所追求的目标就是不断提高合成的光功率。

1.3光纤光栅技术

光纤光栅在全光纤激光器中，目前的作用是反射纤芯中的信号激光器形成谐振腔，不过，随着光纤激光器技术的进一步发展，光纤光栅在光纤激光器中会有新的用途，从而对光纤光栅的制作技术提出新的挑战，其中值得关注的方向之一，是在大芯径多模光纤上制作高质量的光纤光栅。

1.4半导体抽运激光器技术

半导体抽运激光器是光纤激光器的关键器件，对光纤激光器的可靠性、寿命和制作成本等影响至关重要，发展单条宽发光区长寿命半导体抽运激光器已经成为光纤激光器用半导体抽运激光器的一种趋势，不断提高单个激光器的输出功率、不断降低成本和进一步提高可靠性是重点。

1.4.1单发射LD的光纤的耦合

一种是将列阵激光器的每个发射单元分别与单芯光纤耦合，其输出端为一束光纤的紧密排列面（通常为六边形结构），再把光纤束中的光耦合到一根光纤中，如Lumics公司宣布推出LU0940C1000高功率泵浦二极管激光器系统，输出功率为 1kW。该系统内部采用了多个单发射器激光二极管模块例如光纤束或者泵浦合束器。

1.4.2激光列阵的耦合

大功率二极管的光束质量很差，在两个方向上的发散性差异很大，对于一个几十瓦的条形bar，一组典型的参数为：bar由19个单管半导体激光器组成，每个单管的长度为150微米，相邻单管之间的距离为500微米。激光在快轴方向上的发散角为40°，慢轴方向上的发散角为6°。光束质量很差，不仅无法直接应用，而且无法用简单的透镜耦合法直接耦合到一根小于2.4mm、NA=0.22的光纤中。

要想将大功率半导体激光器的光耦合进光纤中，必须经过光束整形，列阵激光器的单芯光纤耦合输出涉及较为复杂的输出光束变换，其目的是将激光器的输出光束质量的严重不对称性经过适当的光学变换系统予以有效的对称化，以满足单芯圆形光纤的耦合。其耦合结构示意图如图1所示。

1.5光纤激光器整机技术

全光纤激光器的整机设计和制作所涉及的知识、 内容、技术、工艺和经验较多，是全光纤激光器设计和制作最核心、最关键的技术，尤其在新型大功率全光纤激光器的发展历史还相当短暂的今天，还有大量开创性的工作需要进行。进行全光纤激光器的整机设计和制作，不但需要面向应用进行合理设计，而且肩负着整机结构和方案的改进创新重任、肩负着各重要部件和关键技术的改进和创新重任。目前在世界范围内，进行光纤激光器整机设计和制作的厂家均在创新上有大量的投入。

2、展望

高功率、高质量激光武器一直是军事领域研究的重点，高功率光纤激光器以其高亮度、照射面积小、体积小等优点越来越受到重视，并有取代目前看好的化学武器和生物武器的趋势。作为武器，高功率光纤激光器的输出能量高度集中，光功率密度可达到MW/cm2，足以摧毁任何坚固的目标。目前，美国、日本等国的科学家都在致力于千瓦级激光武器的研制工作。可以预见，随着相关技术的完善，光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有可能成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源，形成一个新兴的产业。

第6篇：生物耦合技术范文

1 目前现状

1.1 制度与管理不完善。目前我国医院对超声探头没有出台一套较为完整的消毒管理制度。

1.2 超声探头比较贵重，不敢随意消毒，担心损坏探头。

1.3 缺乏消毒的意识，医生工作忙，病人多，怕麻烦，认为探头只是跟病人的皮肤接触，属于低度危险性物品，仅使用卫生纸擦试探头够了。

2 预防措施

2.1 加强理论知识培训。B超工作人员应具备无菌观念，应具备超声探头清洁消毒知识，对超声探头污染情况应有正确的认识，不要因为患者多，工作量大，就忽视消毒质量。院感办举办相关院感知识讲座，帮助掌握清洁、消毒、灭菌的质量标准以及实施办法。

2.2 成立院科二级医院感染管理组织。B超室设立1-2名兼职院感质控员，负责本科的探头清洁和消毒的指导及质量保证。

2.3 建立建全B超室医院感染管理制度，强化监督管理。虽然目前没有出台一套较为完整的超声探头消毒管理制度，但是院感办根据《消毒技术规范》，结合本院实际情况，根据不同种类探头微生物污染不同，科学制定了探头清洁和消毒质量考核标准和细则；科内质控员加强自查自控，院感办定期或不定期以抽查方式对B超室进行监督和指导，注重细节的质量控制，将检查结果纳入科室指控，与效益工资挂勾，对查出的问题及时反馈至科室质控员，提出整改意见，确保B超室医院感染管理制度有效落实。

2.4 定期对超声探头做细菌培养检测。院感办组织定期对B超室的探头、空气、工作人员手等做细菌培养检测，进行微生物监测。

3 控制方法

3.1 明确B超探头的院感管理。根据不同的用途和需要，体外探头（腹式探头、心脏探头、高频探头）每日工作完毕后用有肥皂液的软布擦试清洁后用生理盐水擦试消毒（擦试次数不得少5次）；每次检查完病人后75%医用酒精棉球擦净超声探头（擦试次数不得少2次）[3]，可以达到消毒效果；阴超探头每次检查前，工作人员会在探头上套一个，涂以耦合剂，虽然能有效的减少了微生物污染的几率，但是病人在进行B超检查时，不可能都出示白带方面的化验检查；安全套也可能会出现质量问题，所以未经消毒就进行下一次操作，很有可能造成病人间的交叉感染，因此阴式B超探头每次检查完毕取下后必须进行消毒处理；对有接触性传染病的病人用备用探头，严格消毒处理，防交叉感染。

3.2 超室医疗废物分类处理。医疗垃圾指定专人负责收集与集中处理，严格执行医疗垃圾和生活垃圾分开放置，警示标识醒目。医疗垃圾如医用手套和，擦拭探头用过的棉球，传染病用过的带有耦合剂的卫生纸、一次性治疗巾等放入黄色垃圾袋中，统一收集送供应室进行无害化处理。

参考文献

[1] 金铁,卢本先,陆如岳,等.某医院超声探头微生物污染流行病学调查[J].浙江预防医学,2009年第21期30～33

第7篇：生物耦合技术范文

传统生态浮床存在的不足包括：①植物根系悬浮在水体中无法从底泥中获取足够的微量元素而影响其生长效果；或悬浮的根系容易被水体中草食类动物吞噬；②低温下植物枯萎后整个生态浮床系统无任何净化效果，更有甚者会产生二次污染［2］；③仅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床净化效果相对低下。为此国内外进行诸多探索，并取得良好的效果。（1）强化浮床系统内的微生物。为了提高传统生态浮床的净化效果，业内人士进行了大量的探索。孙连鹏等［3］将固定化反硝化细胞应用到生态浮床的脱氮过程，使生态浮床系统脱氮效果大大提高；李淼等［4］将离子束辐照定向诱变技术应用于生态浮床除磷脱氮过程中，并取得了良好的效果；李先宁等［5］将滤食性动物和人工合成生物载体加入生态浮床系统中，利用滤食性动物的滤食能力提高水体的可生化性和人工材质生物载体富集微生物达到联合修复富营养化水体，取得了良好的效果。（2）强化水体的复氧过程。水体复氧过程是水体自净发生的主要成因之一。操家顺等［6］构建生物膜和浮床植物复合技术浮床，并设置了一定间距以形成大气复氧区，强化了待修复水体的复氧过程，从而提高了水体的修复效果。章永泰等［7］利用风力发电技术强化浮床系统水下曝气和水下照明，强化了水下生态系统的氧化能力和浮游植物的光合作用，从而提高水体修复效果。基于生态浮床实用性和成本低廉性原则以及各种强化手段中的共性部件（生物膜载体），业内人士均认为：人工合成生物载体加入生态浮床系统（组合式生态浮床）中是最可行、最低廉、最广泛的技术，故而被广泛研究和采用。

2组合式生态浮床和净化效果

将生物载体引入到传统生态浮床中而组建组合式生态浮床，通过提高浮床系统中微生物量和生态浮床的辐射“场强”使其净化效果得到了极大的提升［8，9］。其作用原理是：通过在不同材质生物载体上富集极其复杂的、大量的生物膜系统，提高组合式生态浮床系统内的生物量、生物种类以及系统的“生物场强”［10］，提高组合式生态浮床的净化效果。而且生物载体的应用可以避免冬季低温条件下因植物枯萎而出现无净化效果的情况，因为低温条件下生物载体上的微生物虽生物净化效果差，但是仍然会有一定净化效果。

2．1传统的组合式生态浮床存在的弊端生物载体是组合式生态浮床系统的重要组成部分，最原始的形式就是将人工合成生物载体悬挂在生态浮床的底部，仅仅就是为了提高生态浮床的生物持有量和净化效果以及生物场强，并取得了良好的效果。但是这种生态浮床系统，植物根系和生物载体相互独立，并无耦合效应，植物和生物载体之间并没有很好的配合。另外也有将生物载体作为生物膜附着体和植物根系基质，植物根系和生物载体相互作用、相互依赖，生物载体为根系提供保护和承受部分污染负荷，而根系为生物载体上的微生物提供氧气。而生物载体和植物根系自身的净化效果仍然在发挥优势，而且耦合了两者的优势。

2．2新型组合式生态浮床的净化效果和现状本课题组经过大量的实验研究认为，将生物载体不悬挂于浮床底部而是作为植物生长基质，即实现生物载体和植物根系“亲密接触”而形成湿地型新型组合式生态浮床，其净化效果和管理维护会更好些。而且业内人士对生物载体作为浮床基质时的效果也进行一定的探索研究。

2．2．1无机型生物载体在生态浮床中的应用徐丽花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3种生物载体系统的水质净化能力，结果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系统的TN平均去除率分别为68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系统的去除率最高，这是由于沸石和石灰石发生了协同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促进了硝化作用，使得系统对TN的去除效果好于其生物载体单独使用时的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等为植物生物载体强化脱氮过程，研究发现泥炭可提供碳源有利于脱氮，该系统中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分别为98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供过滤补充脱氮，两者结合的去除效果明显高于任一者的单独去除效果。无机生物载体在组合式生态浮床中具有较好的处理效果，但因其密度较大，在实际景观水体修复中需要浮体较多，增加处理成本，降低其推广效能。

2．2．2人工合成生物载体在生态浮床中的应用人工合成生物载体因其稳定性强、坚固耐用、能够有效抵挡水流冲击，在组合式生态浮床生物载体中被广泛应用。虞中杰等［13］通过构建美人蕉竹制框架下加挂球形生物载体的方式，该系统对TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分别达到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。这得益于人工合成的球形生物载体表面易于附着微生物，有利于强化水体中污染物的降解。张雁秋等［14］以传统生态浮床为对比照组，以空心塑料生物载体作为基质和生物载体组建的组合式生态浮床系统为实验组。初始进水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L时，该组合式生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而传统生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，显示出良好的脱氮效果，并使硝态氮浓度保持较低浓度。

2．2．3天然纤维素物质生物载体在生态浮床中的应用玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆和竹丝、树皮等植物茎秆类的废弃物均可以作为生物载体原料。而且用植物纤维素物质作生物载体的较其他人合成的生物载体更容易降解，使用一定时间会自行分解，比人工称合成的生物载体容易形成载体污泥更利于保护环境［15］。本课题组对植物纤维素物质进行预处理后作为组合式生态浮床的生物载体，既能合理利用秸秆资源，拓宽秸秆的利用价值，又能有效修复水体和生态环境，取得良好的效果。施亮亮等［16］构建以稻草为生物载体和植物生长基质，以美人蕉和菖蒲为植物的复合组合式生态浮床为实验组，以人工合成填料为基质的组合式生态浮床为对照组。添加稻草为生物载体的组合式生态浮床在去除污染物方面明显优于以人工合成填料为基质的组合式生态浮床。笔者在研究中发现以竹丝为生物载体的组合式生态浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分别为63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明显优于无生物载体组合式生态浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，镜检发现竹丝表面具有较丰富的生物相，大量活性良好的群居钟虫、草履虫、累枝虫和鞭毛虫等，活性、数量均占优势的指示性原生动物，处理过程竹丝稳定降解，释放无机盐类和小分子有机物为微生物生长提供必需的营养成分。楼菊青等［17］发现以毛竹为原料的生物载体在膜速度、挂膜量上有较明显的优势。以上文献研究均显示了天然纤维素物质在组合式生态浮床生物载体制造领域的潜在价值，为浮床生物载体基于天然纤维素物质资源化利用的多元化发展打下坚实的基础［18］。采用天然纤维素物质不仅作为亲水性很强的生物载体，还可以作为反硝化碳源，本课题组已经通过红外光谱分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有较丰富的亲水性基团（－OH（主要在纤维素、多糖物质中）、－CH2（主要在脂肪类物质中）、－NH2（主要为蛋白质）），可形成更为复杂的生物膜体系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物种群的多样性；②可生物降解材料使用过程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作为营养的物质，而强化微生物的生长，如果生物载体是固体碳源，释放出来的碳源有利于提高水体的脱氮效果。

3生物载体在生态浮床应用中急需解决的科学难题

3．1作为浮床基质的生物载体与植物根系交互作用机理研究作为浮床基质的生物载体与植物根系是一种相互耦合的关系，互为对方提供生长繁殖所需要的养分，在一定程度上促进提高了生态浮床系统的净化效果、净化进程和生物多样性。目前本课题组已经发现以可生物降解的稻草作为生态浮床系统中植物生长的基质时，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）叶子呈碧绿色，而以人工合成生物载体（塑料球）为植物基质或无任何基质时，2种浮床中水生植物叶子呈浅黄色。分析认为稻草、塑料球均作为生物载体和植物基质，生长速率缓慢的硝化菌更容易附着在亲水性良好的稻草上，塑料球因其亲水性差、生物亲和性欠缺而使硝化菌增殖缓慢，稻草上大量的硝化菌就能将相对不容易被植物吸收的氨氮转化为更容易被植物吸收的硝态氮，充分的氮素使稻草基质生态浮床中的植物叶子更为翠绿，生长速率更快。即稻草基质为植物根系提供充分的养料（硝酸盐）；而根系能为稻草表面微生物膜提供来自光合作用的氧气，并在稻草基质中产生脱氮所需要的好氧、缺氧环境，提高整个生态浮床的脱氮效果。但是根际微生物和生物膜相互作用、相互影响研究并没有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物载体表面和植物根系表面微生物种群差异分析由于根系表面和生物载体表面存在非常大的差异，根际微生物种群类别和生物载体表面微生物类别差异、数量差异和特性差异均需要深入研究，目前很多的研究仍然处于定性分析中阶段。微生物作为生态修复和污染物去除的主体，不同生理生化特性的微生物承担着不同生物降解过程，所以掌握不同生物载体和植物根系表面微生物种群存在的差异（生长速率、呼吸类型、降解底物酶系种类、微生物种群数和数量级等），对不同污染物采取不同的不同载体和植物，或不同生物载体组合，或不同植物的多样化组合，或人工干预提供不同的环境以实现污染物去除，实现通过对微生物相关特性的强化和调控而实现微生物对污染物的降解。

3．3生物载体材质在不同污染源种类的水体修复中的选择方法生物载体作为生态浮床中重要的生物附着场所，有时也作为浮床植物的基质，其作用较大，但是随着生物载体的材质和形态等不断多样化，生物载体形态主要由从水流速度、使用方便和造景等因素考虑，对水体修复效果不会造成实质上的影响，而生物载体材质的不同对水体修复效果会产生极大的影响。传统意义上的生物载体是塑料材质，并将悬挂在生物载体框架以下，其作用原理是：在生物载体表面形成生物膜以提高生态浮床系统中微生物量达到强化生态浮床的修复效果，在其表面形成的微生物是复杂的、多样的、杂乱的丛生，并无特定的靶向污染物，在复合污染较重的现在存在一定的优势。但是塑料材质生物载体存在亲和性和亲水性差而导致微生物量少、附着困难［19］。而且对于以氮素为主要污染物且C／N低的地表水修复过程中来说并无太大的价值，因为脱氮过程中涉及硝化和反硝化过程，反硝化过程需要补充有机碳以提高脱氮效果，而塑料材料生物载体并不能提供碳源，投加液体碳源存在计量无法控制和运行管理复杂等问题，如果以人工合成高聚物作为生物载体和碳源虽然可以实现良好的脱氮过程和硝化菌群的富集，但费用过高［20，21］；所以天然纤维素物质是理想的碳源、载体，不仅天然亲水性和生物亲和性可以实现生物量的最大化和挂膜的最快化，而且生物释碳按需供给和，其来自极为广泛（农业废弃物、林业废弃物等。对于磷含量相对较高的地表水体修复时，塑料材质或天然纤维素材质的生物载体应用于生态浮床中则效果较差，根据生物除磷均以排泥的方式，地表水体污染物浓度较轻，污泥量少或无污泥，无排泥也就除磷效果很低。现在一些工艺中为了提高除磷效果，采用一些孔隙多样化吸收磷或含有某些能够与磷发生化学反应的生物载体以提高除磷效果。

4展望

第8篇：生物耦合技术范文

循环经济与传统经济不同(笔者将二者用和作形象的比较)。从物质流的流径来看，传统经济是一种按“资源一十生产_÷废物_+排放”和“资源生产_+产品一消费废物排放”的流程运作的非循环或单向直线式的技术经济模式，所示的是对其抽象简化的情况。在这种模式下，生产所需要的资源几乎都直接取自于自然界；生产和生活垃圾(即“废物”)也几乎都直接排向了环境。自然环境成为人类经济活动赖以进行的“取料场”和“垃圾场”。循环经济则是一种按“资源生产废物废物资源化生产_+产品”和“资源_÷生产产品消费废物废物资源化生产”这两种循环式流程运作的技术经济模式。循环经济运行过程比较复杂，可以抽象简化为所示的情况。“废物资源化”是资源再生过程，即“废物”经过汇集、分解或某种技术的处理而成为可被再利用的资源的过程。前一种循环式流程，即“资源生产-+废物废物资源化生产_+产品一十”，是发生于生产领域的“小循环”或“中循环”。所谓小循环，‘是指发生于企业等经济实体单位内部不同工序或产品生产之间的“废物”循环再利用和余能梯级利用。中循环，则是指发生于产业集中区(包括虚拟型产业园区④)内企业之间、产业之间、生产区域之间的“废物”相互再利用和余能梯级利用。如通过建立产业生态园区，把属于不同产业的企业按照它们之间的生态关系集中并链接起来，构成产业生态链网，形成企业间的产业代谢和共生耦合关系，从而使一个企业的“三废”和余能成为其他企业所需要的投人物或能源。

后一种循环式流程，即“资源_生产产品_÷消费废物_÷废物资源化-+生产_+”，属于社会层面上的大循环，它是社会服务和消费领域产生的“废”旧物品通过回收和资源化处理回馈到生产领域加以循环再利用或再制造的过程。上述所有循环并非一次性的，而是循环往复以至无穷，是与社会生产和再生产活动相匹配的循环与再循环的永续过程。循环经济系统由动脉系统和静脉系统组成。动脉系统(如或上部所示)肩负着“生产一消费”职能，负责向社会提品，推动着“资源生产消费”过程。在该过程中，经过生产性消费，一部分投入物被有序化为产品，另一部分则被去功能化而成为“废物”。经过生活性消费，产品被去功能化而成为“废品”。但实际上大多“废物”和“废品”只是资源或产品被部分去功能化的结果，它们仍具有一定的使用价值。静脉系统(如下部所示)就担负着对这些“废物品”进行“汇集(回收)资源化处理循环再利用”或对无使用价值的有害废弃物进行最后的无害化处理的职能。循环经济在内容上既不单指静脉系统的经济活动(简称静脉经济)，更不单指动脉系统的经济活动(简称动脉经济)，而是指二者发生耦合与互动所共同形成的具有自我循环机制的经济复合体。在这里，耦合是指循环经济系统中某些企业(产业)之间或企业内部工序之间的关于“废物”的互补互需的“供求”关系，或者社会服务和消费领域指向生产领域的“废品”供给关系。如一个企业或工序输出的“废物”经过“废物资源化”处理成为另一个(一些)企业或工序所需要的输人物。只有发生耦合，静脉经济才能与动脉经济相互作用而形成更大的复合系统即循环经济系统，也才能产生新的系统功能或效应。笔者认为，循环经济是以动脉经济为基础，并以静脉经济的出现和发展及其与动脉经济的耦合互动为其形成和存在的标志的。动脉经济肩负着最基本的经济职能，即生产_÷流通_÷消费。没有动脉经济，“废物”就无以产生，更无以被循环再利用，静脉经济也不可能出现和存在，从而也就根本谈不上循环经济。但是，若没有静脉经济，也绝不会有通常意义上的循环经济。传统经济就基本属于没有静脉经济的较纯粹的动脉经济。

在传统经济模式下，由于不存在静脉经济系统，因而动脉经济带来的巨量人为的“废物”只能被直接排向自然环境。而正是由于自然环境对这些过量的突如其来的“废物”难以适时分解和承受才造成环境污染和生态破坏；而且，人类将这些具有剩余使用价值的“废物”置于无用之地而丢弃所造成的资源浪费，也导致动脉经济系统对原生物质资源消耗的激增而造成资源危机。笔者认为，循环经济本质上是以“废物”资源的循环再利用为核心和关键的自循环经济。所谓自循环，也可称“内循环”，是指由静脉经济与动脉经济的耦合与互动而形成的关于“废物”在经济系统内部的反馈式自我循环流动，包括前文提及的小循环、中循环和大循环。循环经济使原本在传统经济中被直接排向环境的“废物”被迫返回经济系统而与环境相脱离，与社会生产和再生产环节相链接，从而形成“废物”在经济系统内部的自我循环和再利用机制，使循环经济成为一种具有创造绿色GDP功能并有经济效率的环境友好型经济。循环经济之所以是环境友好型经济，完全是由其独特的白循环机制决定的。结合图l和④分析如下：假定在传统经济模式下，获得一定质和量的产出，需要消耗的原生物质资源数量为A，而排向环境的废物的数量为E(如图l所示)。而在循环经济模式下，获得同样的产出，需要消耗的原生物质资源的数量则仅为a(a<A甚至a<<A)，而排向环境的“废物”的数量则仅为e(e<E甚至e<<E)(如所示)。

这样，循环经济通过“废物”资源的循环再利用，不仅极大地提高了资源利用效率，节约了资源成本，而且最终被排向环境的废弃物大为减少，使环境污染压力骤减。这样，发展循环经济，可以在不影响经济流量甚至还可在适度增加经济流量的情况下，将污染排放降至环境自净能力所容许的范围之内，从而使经济与环境协调发展成为可能。需要指出的是，自然环境是人类赖以生存和发展的基础，因而任何技术经济模式都不可避免地会使人类的经济活动与外部自然环境达成“外循环”关系。这种“外循环”关系，是人与自然发生联系的“脐带”和桥梁：一方面，人类要从自然环境中获取物质和能源，另一方面又向自然环境排放或多或少的垃圾，从而对自然环境产生“索取”与“排放”的双重不利影响。笔者认为，人类经济活动的环境影响程度，却会因经济系统内部是否存在自循环机制而存在很大的差别。在循环经济模式下，经济活动中的“废物”一经产生便会被推向自我循环通道而被循环再利用，从而产生资源“减量化”效应，即降低经济系统与自然环境之间的物质(原生物质资源和废弃物)外循环流量，使经济系统能够与自然环境达成良性的“外循环”，实现经济与环境协调发展。由于传统经济系统不存在“废物”自循环机制，因而不得不使几乎所有“废物”一经产生便通过“外循环”通道而被直接排向环境，从而导致环境问题。可见，传统经济与自然环境之间所构成的外循环，是一种恶性的，让自然环境难以承受的，因而是不可持续的外循环。循环经济以“废物”在经济系统中的“内循环”来达到“双减量”的效果，既减少了对自然生态系统的原生物质资源的攫取和消耗，又减少了向自然生态系统的污染排放，从而使经济系统在“人”和“出”两个方面与自然环境达成和谐的“外循环”，促进经济与环境两个系统的协调共生。以“废物内循环”的强化来换取“外循环”的和谐与永续，正是循环经济的特殊功能。

二、循环经济是全生态仿生经济

经过极其长期的进化和自然选择而形成的生物个体，其结构、功能和运行方式最能体现大自然的和谐原则和优化原则，最符合“经济”规律。科学研究发现，动物器官用料耗能之节约，结构之精巧，“工作”性能之优越，是人造机器设备所无法比拟的。但它也为人类的技术发明展示了广阔的仿生前景，从而使人类技术仿生实践每每获得成功。类似地，自然生态系统的运行也有着非常突出的经济有效性和环境友好性。由于食物链(网)的存在，自然生态系统中的物质总能得到最充分的利用而几乎不产生废物。这种“先进”的自然生态原型，也为人类经济系统的优化设计提供了可资模仿的绝佳模板。以植物、动物和微生物为主体构成的自然生态系统，主要包含宏微观两种最基本的生物链，即捕食性食物链(如上部所示)与腐生性食物链(如下部所示)。前一种食物链以“生产者”植物为起点，由植物一食植动物食肉动物，后者捕食前者。该食物链呈现出“生产一消费”的宏观过程。后一种食物链即腐生性食物链，也叫分解链(如下部所示)，以生物残体(动植物和微生物的尸体)为起点，它们被微生物所分解，最终还原成能为植物所吸收利用的CO，、铵态氮、硝态氮、磷酸盐等无机营养物，还有有机质(植物的优质肥料)等，它呈现出“废物分解、原料再生”的微观还原过程。以上两种食物链耦合衔接，形成自然生态系统内部的物质循环代谢过程。通过比较可以发现，自然生态系统中的“无机营养物植物一食植动物食肉动物”捕食性食物链，与人类经济活动中的产业链即“自然资源一中间产品A一中间产品B一最终产品”是何其相似!

因此，我们可以把经济领域中产业链或产品循环(即动脉经济链)看成是人类不自觉地对自然生态系统中捕食性食物链的模仿。从这种意义上说，具有单纯动脉经济特征的传统经济，是一种半生态仿生经济。因为它未能将生态仿生进行到底，它只是模仿了自然生态系统的一部分(上部所示部分)而不是全部。对于自然生态系统来说，分解还原作用是至关重要的。假如自然界没有分解还原者(微生物)，那么，动物的排泄物和各种生物死亡后的残体就会越积越多，最终充斥地球，而作为初级生产者的植物也终将失去无机营养物来源而灭绝。地球物理环境中的无机营养物质是有限的，没有了分解还原(再生)作用，地球上的这些物质将会随着植物对其不断吸收利用和沿食物链的传递而最终被全部固化到生物残体中去，整个自然生态系统就会因彻底“断粮”而消亡。同样，“废物分解、原料或资源再生”功能对于人类经济社会也是极其重要的。传统经济正是因为缺乏这种功能而导致资源与环境问题的日益恶化。笔者认为，循环经济走的则是彻底的全生态仿生之路，即它是全面模仿自然生态系统的“产品循环”和“废物循环”机制或功能的全生态仿生经济。从产品的角度来看，传统经济中的企业或产业之间的关系也是一种循环关系，比如A企业的产品会成为B企业的投入，而B企业的产品会成为C企业的投入，最后，C企业的产品又可能成为A企业的投入；或者一个企业要输入多个企业的产品作为其生产所需的材料或零部件，又把本企业的产品输往多个其他企业——这种“产品循环”，是社会化、工业化大生产的基本要求和特征。

从这种意义上说，传统经济也是模仿了自然生态系统的“循环”功能的“循环经济”或“生态经济”。但是，传统经济是没有把“生态循环仿生”进行到底的“半循环经济”或“半生态经济”——因为它仅仅是对自然生态系统的“产品循环”的仿生而未包含对其“废物循环”的仿生的重要内容。量上的缺失必然导致质上的不同。部分地而不是全部地模仿自然生态系统的物质循环功能的传统经济，绝不是真正意义上的循环经济，它必然会因缺乏“废物循环”而使经济社会加速走向不可持续的尽头。只有全面彻底地模仿自然生态系统的“产品循环”和“废物循环”功能的经济，才是真正意义上的循环经济。实际上，现在学术界和产业界所指称的循环经济，实际上就是这样一种全面模仿自然生态系统即既模仿自然生态系统的“产品循环”功能，又模仿其“废物循环利用”机制的“双循环”技术经济模式，因而它在本质上是一种全生态仿生经济。经济系统也只有实施全面生态仿生，才能使“废物”在经济系统中循环利用起来，才能使产品与“废物”相互联系和转化起来，人类也才能够在这种转化过程中既源源不断地享受产品带给人们的效用而同时又不给自然环境带来伤害，最终实现经济与环境协调的可持续发展。当然，“废物”循环和再利用是循环经济的关键和核心，因为只有实现了“废物”循环和再利用，也才能实现原生资源消耗和污染排放的减量化，才能把人类经济活动的环境影响降到最低限度。循环经济对自然生态系统的模仿并非克隆式的，而主要是从技术经济角度，撇开自然生态系统的具体物质形态而对其捕食性食物链(相当于“产品循环”)与腐生性食物链(相当于“废物循环”)所体现出来的物质循环代谢功能和机制的模仿。循环经济也是节能的。

在能量流动方面，循环经济与自然生态系统相似，但在能量利用上，循环经济却比自然生态系统高明。自然生态系统中的能量是沿食物链单向逐级递减式流动的，每经过一级，就有大部分能量转化为热而散失掉，因而无法循环再利用。而循环经济中的能量，虽然也是逐级递减的，但能量可以得到一定程度的回收再利用，如垃圾回收焚烧产热发电。再者，循环经济通过能量梯级利用①的方式，在不增加投人的情况下即可大幅度地提高一次能源的利用率。循环经济模仿自然生态系统的物质(包括产品和废物)循环和能源梯级利用机制来组织生产，形成企业内部、产业之间和企业与社会之间的“废物”和余能的循环或梯级利用的闭环体系，从而获得有经济效率的经济与环境效果。丹麦卡伦堡生态工业园就是典型例证。丹麦卡伦镇将热力发电厂、炼油厂、生物制药厂、板材厂、硫酸厂、水泥厂、种植养殖、园艺等通过废物或副产品的贸易方式联系在一起，形成一个产业共生系统。不仅减少了废物产生量和处理费用，经济效益也十分明显，园区每年增收均达1000万美元。循环经济对自然生态系统全面仿生的结果，从内容上看，是“废物”循环与产品循环的耦合，是静脉经济与动脉经济的互动。从效果上看，是低消耗、低排放、无污染的经济与环境双赢的结局。根据生态仿生原理建立的循环经济系统，可以是有生命的(如生态农业)，也可以是非生命的(如生态工业)，但其内部各企业或产业之间的关系一定是“有机”的、生态化的。

农业是利用动物植物等生物的生长发育规律，通过培育动植物生产食品及工业原料的产业，因而农业生态化更接近自然生态系统的实际，更容易实现和发展。人类走上全生态仿生经济即循环经济之路，经历了一个长期认识和觉悟的自然历史过程。充裕的自然资源和广袤的清洁自然环境，使经济发展初期的人类很自然而然地选择了在当时来看是最省心、最易行的单向直线式经济模式，并确实取得了经济上的巨大成功。而随着时间的推移，尤其到20世纪60年，传统经济模式所导致的资源环境问题尤其环境污染问题日益凸现出来，使人类认识到环境保护的重要性。但在实践上所采取的末端治理措施仍未摆脱线性思维模式，既不能达到预期的环保效果，又缺乏经济效率。实际上，早在1966年，美国经济学家博尔丁(KennethE．Boulding)就在其《即将到来的地球宇宙飞船经济学》一文中首次提出了“循环经济”概念。在他看来，地球就像在太空中的宇宙飞船，经济的无序增长迟早会使其中有限的资源耗尽，而生产和消费过程中排出的废料也将使飞船污染，毒害船内的乘客，飞船内的生命系统就会走向毁灭。为避免这种悲剧发生，人类必须改变线性经济方式，向自然生态系统学习，以“循环式经济”替代“单程式经济”-3J。在循环经济方面，反倒是实践落后于理论，直到2O世纪8O年代，才有少数发达国家(如德国和日本)率先实行循环经济。

自然生态系统经过亿万年进化，形成了完备的、经济的运作机制(生态规律)，它像一只“无形的手”在支配着自然生态系统，使其以最经济有效的方式运作和调节。人类的经济系统也有一只“看不见的手”即市场机制，它也在调解着人类经济系统的运作，力图使资源得到最有效的配置。但是，在传统经济下，市场这只“看不见的手”对于曾使用过但尚有“剩余使用价值”的“废物”资源来说，其有效配置资源的功能却表现出极大的局限性。我们人类若能自觉地将经济和自然两种优化配置资源的“看不见的手”同时用于调节人类的经济活动，那将是完美的、理想的状态。循环经济就是向自然生态系统学习的一种技术经济模式，是全生态仿生经济。傅红春曾提出经济仿生学(EconomicBionics)概念_4J，强调经济活动要模仿生命活动。美国科学家本娜斯则进一步提出仿效大自然的经济学，强调人类想要“可持续的发展”，必须向“大自然”学习5J。也有一种权威观点认为，循环经济“本质上是一种生态经济，它要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动”_6J。笔者认为，“生态仿生经济”尤其“全生态仿生经济”的概念更符合循环经济的本质，循环经济学在本质上就是“全生态仿生经济学”。

三、循环经济是良性超非线性经济

从系统内在作用机制上看，循环经济是超非线性经济。所谓系统，是指由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有一定结构和待定功能的有机整体。经济系统的功能体现为它与外部环境之间的物质输入与输出的变换关系。根据系统各组成部分之间的作用性质和关系，系统可分为线性系统和非线性系统。线性系统只包含由单向作用形成的直线式因果链条，各部分之间是互不相干的独立关系，其输出与其输入成正比，符合叠加原理，即系统整体功效等于各部分单独作用时的功效之简单叠加，简言之，整体等于部分之和。而非线性系统的各部分之间却是彼此相互影响的，往往发生多重耦合作用和交互作用(也称循环作用)，从而形成双向或多向的交叉因果关系或因果网络，其输出不与其输入成正比，从而使叠加原理失效，即整体功效不再是简单地等于各部分功效之和，而可能出现不同于“线性叠加”的增益或亏损。如哺乳动物的两个眼睛就构成非线性作用关系：两个眼睛的视敏度不是一个眼睛的2倍，而是6一l0倍!

这是非线性作用产生“1+l>2”的系统放大效应之结果。以“废物”为媒介所形成的反馈、耦合及交互作用或自循环作用，使循环经济成为能够产生良性系统效应的超非线性经济。严格说来，包括传统经济在内的所有现实经济系统，都是非线性系统，因为它们都包含非线性作用。我们说传统经济是线性经济，是仅就其“废物”处理方式而言的。从物质流的流径来看，传统经济是一种按“资源一生产废物排放”和“资源生产一产品消费废物一排放”的流程运作的非循环的、单向直线式的技术经济模式，即在传统经济中，“废物”是直接被排向环境或经末端处理后排向环境而不是被再返回到经济系统中加以循环再利用的。但就其产品来说，包括传统经济在内的任何工业经济都是非线性经济。因为它们也存在由耦合作用而形成的物质耦合与循环，即反映社会化大生产要求和特征的产品耦合与循环。企业或产业问以产品为媒介而发生的生态关系、耦合关系和循环关系，导致经济系统中非线性作用的形成。但是，传统经济的这种非线性是基于产品循环(产品链)而非“废物”循环而产生的非线性。与循环经济相比，传统经济的非线性要简单得多，因而其功效也差得多。

就其整体而言，循环经济则是一种超非线性经济。它不仅包含传统经济所具有的由产品循环产生的非线性作用，更包含循环经济所特有的由“废物”循环所产生的非线性作用。不仅如此，循环经济中的这两种非线性作用之间又发生了有序的、相互交织的耦合，从而共同形成一种更加多元和复杂的非线性作用，我们把它称作超非线性作用或倍增非线性作用。因此，从这种意义上说，循环经济在本质上是一种由其内部的超非线性作用所调控的经济，简称超非线性经济。当然，非线性作用及其复杂性并非一定会使系统产生对人类或环境有利的功效。因为非线性作用可能导致不同于“线性叠加”的增益，也可能导致不同于“线性叠加”的亏损；既可能使系统整体功能大于部分之和，也可能小于部分之和。而到底出现什么样的系统效应结果，则决定于系统各部分之间以及系统与外部环境之间的相互作用的具体性质。

由于循环经济所具有的两种非线性作用及其耦合而形成的超非线性作用来自于对自然生态系统的两种宏微观物质(生物物种及其排泄物和死亡残体)循环机制的全面生态模仿，而且在循环经济实践中既考虑产品循环方面的生态优化，又特别重视“废物”循环方面的生态化的系统性设计，从而使循环经济系统的超非线性作用只产生良性的即对人类或环境有利的新功效。循环经济的成功实践已经表明，循环经济是统筹经济增长与生态环境保护的最佳路径，是实现经济与环境协调发展的理想的技术经济模式。“废物”循环及其产生的非线性作用，是使循环经济表现出其特质的关键所在。与传统经济相比，由“废物”循环产生的非线性作用，使循环经济发生了质的变化。第一，循环经济使经济活动的原因和结果发生了转换。在传统经济中，“废物”因果链条是直线式的，而且因和果是确定不变的。在“资源一生产一废物一排放”的经济链条中，资源投入是原因，产出“废物”是结果；在“资源一生产一产品消费废物排放”的经济链条中，产品消费是原因，产出“废物”是结果。在这里，没有反馈，“废物”均作为人类经济行为的结果而存在。若沿着上述链条继续追踪，可以发现，传统经济中的“废物”继续勇往直前而被直接排向环境，从而成为该直线链条的下一个结果(即环境污染)的原因。这种因果地位的变化是线性递推式的，而不是反馈互换式的。

而在循环经济中，由于“废物”的反馈和耦合式循环的存在，原因和结果经常发生位置转化。从“资源生产废物一废物资源化一生产一”循环链网来看，在最初，资源投入是原因，产出“废物”是结果；但在其后，接着又出现了“废物”被资源化之后而被重新再利用的情况，这时，原来作为结果的“废物”又成了作为原因的投人物(原材料)——这在典型的传统经济中是不存在的。而从循环经济的“资源生产一产品一消费-+废物一废物资源化生产”循环链网来看，生产和消费是原因，产生“废物”是结果；但是再往后，原来作为结果的“废物”又成了生产和消费的投入物(原材料)即原因了——这在典型的传统经济中也是不存在的。第二，循环经济改变并优化了生产函数。由于循环经济对各单项技术资源(可能还是旧有技术)进行了生态化的重新配置组合，从而使经济系统的投入与产出之间的数量关系即生产函数发生了重大变化。

与传统经济相比，在同样投入的情况下，循环经济会因“废物”的循环再利用而获得更大的总效益。这显然是循环经济引起生产函数变化的结果。如快堆核能发电，是一种核能循环经济，它可以对热堆产生的核垃圾(乏燃料)进行回收循环再利用，结果不仅可以降低核污染风险，而且可以使天然铀的利用率提高6O倍以上①!从长远来看，核循环经济将带来非常可观的经济和环境效益。第三，循环经济具有有机性，自调节性和自组织性。实际上，循环经济是把经济与环境视作有机整体来看待的，它扩展了经济领域，并将环境作为一种特殊的经济资源来配置；在将环境成本化的基础上，力图达到总体上的增收节支之经济目的。经过数十亿年的进化和优胜劣汰，现有生物物种皆是最适合生存的物种，它们各司其职，并极为善于相互合作，从而形成自动调节、自动抑制过度发展的机制和力量。作为生态仿生经济，循环经济应向自然生态系统学习，通过对技术或产业的生态化组合设计，也把自然生态系统的优良非线性作用继承下来，从而使循环经济也表现出有机，即主动性、自调节性、自组织性。当经济系统在远离平衡时，它的不同部分好象能够“互通信息”，相互制约，按一定方式在大范围内协调运动J。这不仅体现在循环经济系统内部，而且也存在于它与自然环境之间。当其输出终端排向环境的废物增多时，会提醒经济主体在输入端加大“减量化”力度，在过程控制中，增大“废物”的循环再利用强度；而当输出终端排向环境的废物过少而又造成废物资源化成本过高时，又会提醒经济主体适当降低“废物”资源化的力度，在保证排向环境的废物不超过环境的生态阈值或环境标准的前提下节约经济成本。

四、循环经济是全功能、低寿命周期成本和高价值经济

用价值工程的思维方法对循环经济的功能和价值进行分析，可以发现，与传统经济相比，循环经济是全功能、低寿命周期成本和高价值的经济。价值工程又称价值分析，是研究如何以最低的寿命周期成本使对象(产品或活动)具有必要的功能，从而提高其价值的一种技术经济思想方法。价值(V)是指对象所具有的必要功能(F)与获得该功能而发生的寿命周期成本(C)之比，即V=F／C②。价值工程的“价值”概念，不同于其他同名概念，它有“值得”、“合算”之意，类似于“性价比”。某项经济活动的价值越高，表明从事该经济活动就越值得、越合算，表明它越有经济效率。循环经济的追求与价值工程不谋而合，其基本思想均是：以最低的成本换取所需要的功能。与传统经济相比，循环经济使经济活动的功能或目的增加了，其寿命周期成本却降低了，因而循环经济的价值提高了。相对于传统经济，循环经济能够成为全功能、低成本、高价值的经济。下面从价值工程的角度，对循环经济与传统经济作些比较分析。

(一)功能分析。

在价值工程看来，对于不同的对象，功能有着不同的含义：对于物品来说，功能就是它的用途或效用；而对于活动来说，功能就是它所起的作用或要达到的目的。就经济活动来说，传统经济与循环经济的功能(目的)是不同的：传统经济的功能或目的只有一个，那就是经济目标，即创造GDP；而循环经济的功能或目的则是两个：经济目标和环境保护目标，即在创造GDP的同时也要保护好环境。创造GDP，是循环经济的基本功能(当然是必要功能)或目的；循环经济源于环境保护，环境保护是循环经济又一重要功能或必要功能。显然，传统经济在对经济活动的功能定位上出现了偏差，它仅仅将“创造GDP”作为经济活动的功能(目的)，从而导致“功能不足”的问题。循环经济正好弥补传统经济“功能不足”的缺陷，从而成为具有经济与环保双重功能(目的)的全功能经济。

(二)寿命周期成本分析。

根据价值工程，经济活动的周期寿命成本，是指经济主体从事的经济活动所引起的一切直接和间接的成本费用，包括生产成本、使用成本及环境成本。生产成本是指在产品研发、设计、生产制造过程中发生的全部成本费用；使用成本是指用户在使用(消费)产品的过程中所发生的全部费用；环境成本则是指由于生产、流通和消费等经济活动所引起的环境保护支出和环境污染退化损失。经济活动的其他成本费用往往随着经济活动的结束而全部(全额)发生。但是，经济活动的环境成本的发生则具有明显的滞后性和外部性。一方面，当一项经济活动结束时，其造成的环境影响往往不会立竿见影般的消失，而可能是缓慢的、持续的并具有积累性的发生，因而它所导致的环境保护费用和环境污染或生态破坏损失(环境成本)的发生往往是滞后的。另一方面，无论是经济活动导致的即时发生的环境成本费用，还是滞后发生的环境成本费用，经济活动主体往往是不承担的，即环境成本具有外部性。所谓外部性，也称为外部效应，是指某经济行为人的活动对其他经济行为人产生了影响，而这种影响又未能通过市场交易或价格体系反映出来的的情形。若这种影响是有益的(如收益增加)，则属于正外部性；若这种影响是有害的，如企业排污给周围居民带来健康损害这种环境外部性，则属于负外部性。在市场失灵和政府没有管制的情况下，那些破坏环境的人可以顺利地将他们造成的费用的一部分转嫁到别人甚至后人身上。在历史上，早期的厂商目光短浅，只重视生产成本的降低；后来，尤其价值工程原理被发现(20世纪50年代)以后，厂商变得更聪明了，懂得在产品的设计和生产阶段就着手控制产品的使用成本。谁的产品使用成本低，谁的产品就会赢得更多的买者。因为买者既重视商品的购买成本(与生产成本有关)，又很在意商品的使用成本。但是，在传统经济模式下，几乎所有的经济人(包括厂商和消费者)都完全忽视由其经济行为所导致的“那些只是在晚些时候才显现出来的、通过逐渐的重复和积累才产生效应的较远的结果”_9j，如经济活动的远期环境影响。因为在他们看来，近期的环境影响是外部性的(污染者不用付费)，而远期的环境影响不仅是外部性的，而且按贴现率来衡量其现值，往往又是小得可以忽略不计的。当然，远期环境损失对当代人是没有什么影响，可对于后代人来说，却是原原本本的现实伤害。环境影响导致的治理成本和环境损失是经济活动造成的，理应被视作经济活动的寿命周期成本的组成部分。早期的传统经济根本不考虑经济活动的环境成本，但这并不意味着它的环境成本不存在。而恰恰相反，在传统经济模式下，由于市场对具有公共品特性的环境资源的配置或调节作用失灵，经济活动带来的环境成本往往是比较大的。对于我国尤其如此。权威数据表明，近十几年来，我国由于环境污染造成的经济损失约占GDP的10％左右_1，而2003年的环境污染和生态破坏造成的损失竞占到GDP的15％Ll。所以，若将环境成本考虑进去，传统经济模式下的经济活动的实际寿命周期成本将会是比较高的。而在循环经济模式下，由于“废物再循环原则”的作用，使循环经济的环境成本大为降低；还由于余能的回收利用和能量梯级利用带来节能效果，也使循环经济的能耗成本得以降低；再由于输入端的物质“减量化原则”的作用及消费端的产品“再使用原则”的作用，又使得循环经济的材耗成本得以降低。这一切，使循环经济的寿命周期成本得到显著的降低。从这种意义上说，循环经济是低寿命周期成本(低代价)经济。

(三)价值分析。

与传统经济相比，循环经济使经济活动的功能倍增了，同时其寿命周期成本也能够得到大幅度的降低。因而根据价值公式即“价值=必要功能÷寿命周期成本”，循环经济模式下的经济活动的价值将有大幅度提高的空间。所以，从价值分析的角度看，循环经济是一种全功能、低寿命周期成本、具有高价值潜能的经济。当然，我们在发展循环经济的实践中，只有按照循环经济的生态化特征和“减量化”原则，并用价值工程和技术经济分析等优化方法，科学地设计和优化循环经济系统，才能实现低寿命周期成本和高价值目标。

五、循环经济是技术经济范式革命和环境保护范式革命

传统经济模式存在着机制上的重大缺陷，因而导致经济与环境之间的尖锐矛盾。人类以这种经济模式与自然界打交道，“起初确实取得了我们预期的结果，但是往后和再往后却发生完全不同的、出乎预料的影响，常常把最初的结果又消除了”-l。绿色GDP之所以小于GDP，就是由于经济活动的环境影响将一部分经济成果给抵消的结果。人类怎样才能跳出经济与环境矛盾的“怪圈”，实现经济与环境协调发展呢?显然，最重要的是要从根本上改变传统技术经济范式。“所谓技术经济范式，是指人类为达到一定的经济社会发展目标而选择的技术经济模式”_1。在技术经济范式中，技术范式决定经济范式。直线式技术配置模式带来传统技术经济模式，而生态化循环式技术配置模式则带来非线性的循环经济的技术经济模式。．传统线性技术经济范式是导致资源环境问题的根源，因而试图通过改良该技术经济范式的办法来解决资源环境问题是徒劳的。因为在旧范式下去解决旧范式自身带来的问题，往往存在着“准解决与余留问题”-l。

一方面，从理论上看，由于存在技术路径依赖，“每一项技术进步都与以前的相应技术有关，既要吸取其成果与工艺方法，又要克服其所包含的与面临的矛盾，因此，又必然带来新矛盾，产生新的余留问题，而新的矛盾与余留问题既要求进一步加以解决，事实上又比前面的矛盾与问题更难解决”_l。另一方面，从实践上看亦如此，在传统技术经济范式下，人类对环境问题的解决也作过不少尝试，但事实证明，效果并不理想。首先，从技术路线来看，在传统技术经济范式下，解决环境污染问题采用的主要是“末端治理”的技术路线。但这是一种线性治理模式，它存在着技术难度和经济成本双递增的问题，并存在二次污染的可能。其次，从环境规制或政策来看：(1)“命令一控制”型环境规制属于行政手段，它虽能在环境保护方面起到立竿见影之效，但它明显缺乏经济效率。(2)外部性理论从经济学角度，将环境污染问题归属于负的外部性，而归罪于市场失灵，因而主张通过征收“庇古税”或者依照科斯定理对环境权或污染权进行产权界定等经济手段来解决污染问题。虽然其效果明显并具有一定的经济效率，但它在实践上尚存在不少棘手问题和障碍。总之，传统技术经济范式下的这些措施对于污染问题的解决，都是一种不彻底的“准解决”。循环经济则另辟蹊径，跳出传统技术经济范式，以技术生态化集成为手段，巧妙地消除了技术进步非对称性，实现了技术经济范式和环境保护范式的革命，使资源与环境问题一并得到迎刃而解。18世纪工业革命以来，技术进步显著加快，但也加剧了技术进步非对称性趋势，并因而导致环境问题【1。从技术应用的环境影响来看，可将技术分为三种类型：A型技术，是指用于经济活动但会带来明显污染排放的技术；B型技术，是指污染治理技术；C型技术，是指用于经济活动但不会或很少带来污染排放的环境友好型技术。所谓技术进步非对称性，则是指A型技术与B、c型技术在创新速度和扩散规模上的不匹配现象：A型技术进步处于强势，B、C型技术进步处于弱势。显然，要解决环境污染问题，必须消除技术进步非对称性问题。

但是，在传统技术经济模式下，试图通过消除技术进步非对称性的办法来解决环境问题，只能得到一种“准解决”的效果：(1)强化B型技术创新，以应对A型技术应用带来的污染排放，但如前所述，这种末端治理模式难以彻底解决问题；(2)强化C型技术创新，以更多的c型技术代替A型技术。虽然这是消除技术进步非对称性的理想选择，但从单项技术角度来看，c型技术创新难度较大，需要长时间积累，况且有不少A型技术难有适合的C型技术来替代的。笔者认为，循环经济是人类技术经济思维方式的革命和技术经济范式的革命。因为在循环经济的技术经济模式下，通过对单项或集成A型技术资源的生态化配置，即以恰当的顺序、方式和比例对各种A型产业技术进行生态化集成，就能在整体上使其转化为无(低)污染排放的c型集成技术。循环经济通过生态化技术集成的方法，既能够巧妙地消除技术进步非对称性，从而达到使经济活动“产污而不排污”及其经济与环境的效果。这表明，技术的综合运用即对原有技术的生态化集成也是一种创新，而且这种创新甚至比单项技术发明更能解决资源环境问题，从局部和经济环节上看，经济活动不产生“废物”几乎是不可能的。但是，循环经济的长处就在于，它通过生态化技术集成的办法而使其动脉经济过程所产生的“废物”被资源化(不是将其排向环境)，从而达到发展经济与环境保护的双重目的——显然，循环经济体现的是“对原有技术的一种颠覆和全面改革”_l，是一种新颖的技术经济思维方式，是一种特别的技术进步，是一种技术经济范式革命，也是一种环境保护范式的革命。从另一种意义上说，循环经济是方法论经济或知识经济。循环经济所体现的生态仿生经济特征，为我们提供了一种新的观察角度、新的思维模式和新的行为选择。为我们解决环境经济难题，提供了方法论上的灵感。循环经济最讲究技术生态化集成方法和方案的创新，最讲究方法和方案对环境经济整体功效的贡献。从某种意义上说，循环经济更像田忌赛马，它可以凭借对原有技术资源的生态化组合而不是单项技术创新而获得成功。在循环经济中，方法和方案创新的作用是非常突出的，但其物质投入成本相对较低。因为它更倚重思维投入、智力投入，更倚重通过“想方设法”或“千方百计”所形成的技术生态化集成的方案的优化，而非大量的物质或资金的投入，但它获得的却是实实在在的经济效率和环境保护效果，获得的是技术环境经济进步。

六、结论与政策启示

(一)结论

循环经济是全然模仿自然生态系统的物质循环机制和能量梯级利用规律而重构经济系统，使经济活动的环境影响(资源开采、环境污染、生态冲击)和寿命周期成本最小化、价值最大化，从而实现经济与环境协调发展的技术经济模式。从不同角度看，循环经济都表现出一定的特质：从资源经济学角度看，循环经济在本质上是以资源循环利用为核心的自循环经济；从环境经济学角度看，循环经济是环境友好型经济；从生态学角度看，循环经济是全生态仿生经济；从系统论角度看，循环经济是具有良性系统效应的超非线性经济；从经济学角度看，循环经济是实现技术资源、自然资源与环境资源综合优化配置的可持续发展经济；从价值工程角度看，循环经济是全功能、低寿命周期成本(低代价)、高价值的经济；从哲学角度看，循环经济是方法论经济，是知识经济；从技术进步角度看，循环经济是消除技术进步非对称性的理想路径，是人类技术经济思维方式的革命、技术经济范式革命和环境保护范式革命。

(二)政策启示

本文从不同视角审视循环经济的本质特征，有助于我们深刻认识循环经济，更好地驾驭和发展循环经济。循环经济的本质特征，对于我们发展循环经济具有以下政策启示意义：

第一，在发展循环经济的过程中，应着眼于从更大空间范围来规划和设计循环经济实体系统。根据自然资源、产业资源及其“废物”资源、技术资源等分布情况，对循环经济进行宽视野的系统性设计，以使更大范围的更多的经济活动能够纳入到统一的循环经济系统之中，从而实现资源更充分的循环再利用，提高规模效益。

第二，发展循环经济，应重点配套发展静脉经济产业。静脉经济的存在和完善与否，是循环经济能否形成和发展的决定性因素。因此，要发展循环经济，必须相应发展静脉经济，并使之与动脉经济相匹配、耦合与协调发展。

第三，按照循环经济的客观要求，推动循环经济的接口技术、端口技术和整体设计优化技术的创新和进步。笔者把能够通过“废物”、副产品和余能将各产业(或企业、工序、产业园区)按照其生态关系(产业链网)链接起来的技术，叫做循环经济的接口技术。它主要包括“废物”资源化技术(如回收处理技术、“废物”再利用技术、绿色再制造技术)、能源梯级利用技术(如低温余热发电技术)等。有了更多更先进的接口技术，就能使更多的产业或企业链接耦合起来，从而实现内容更广泛的“废物”和余能的循环再利用或梯级利用，提高循环经济的覆盖范围，提高“废物”资源的配置效率和经济效率。笔者把与循环经济系统的输入端和输出端的环境经济活动有关的技术，如资源减量化技术或替代技术、可再生能源技术等，叫做端口技术。如我国的SWR技术，可将生活垃圾进行分离(能对垃圾中的金属、玻璃、纸张、电池等废弃物进行自动分离回收)，并能将分离所得到的固体有机废弃物进行迅速的分解并转化为有机肥料，既实现了垃圾的资源化，又减少了环境污染，是目前生活垃圾资源化处理的国际顶尖技术。开发先进适用的输入端技术，有助于原生资源的节约利用，也有助于有效减少后续经济活动的产污量；开发先进适用的输出端技术，有助于末端治理的有效性的提高。在不少情况下，即使是在循环经济的“终端”也可能有废弃物排放。零排放是理想境界，也能在一定程度上实现，但不可能完全实现。先进的末端治理技术、无害化技术有助于实现零污染或轻污染。笔者把根据产业之间的生态关系对循环经济系统进行整体优化设计的技术，叫做整体设计优化技术，它包括生态产业园区技术集成与优化技术、生态农业技术；除此之外，还应该包括关于循环经济建设项目的技术经济分析技术和环境影响评价技术，这些技术对于优化循环经济系统设计是不可缺少的。

第四，在实施循环经济的过程中，既要从技术上设计一个合理可靠的循环经济系统，使其具有技术上的可行性和环保上的有效性；更须从经济角度建立健全循环经济各经济主体之间的责任落实、收益分享、风险分担、共同发展的机制和体制。循环经济系统是超非线性经济系统，循环经济实体中的各产业、企业或工序处于一种产业代谢和共生耦合的复杂关系之中，因而一个微小的涨落都有可能与系统内部的非线性相互作用藕合而形成“巨涨落”¨，导致无法衡量的戏剧性后果。因此，建立可靠、稳固的循环经济的经济共同体，是极其重要的。

第五，循环经济是低成本地实现环境外部性内部化的理想方式。循环经济中动脉经济具有传统主流经济特征，市场机制对其传统资源的配置和调节是有效的。但是，循环经济中的静脉经济却是非传统、非主流的“新生”经济，是市场失灵和外部性易发领域。虽然循环经济在技术上已巧妙地将环境外部性内部化了，但由于受到传统经济惯性和“废物观”的影响，在循环经济发展初期，发展循环经济仍需要政府政策的引导、推动和全社会的支持。当循环经济发展到一定阶段，“视废为宝”的价值观得到一定程度的普及之时，市场机制将会自发地对“废物”资源(剩余资源)的配置发挥应有的市场调节作用，从而整个循环经济就能全面融入市场经济体系之中。

第9篇：生物耦合技术范文

一、生物法

生物法在污水处理中应用广泛，能够有效地去除BOD5、COD、氨氮、硫化物及油类，有降解污染物种类多，效率高、抗冲击能力强、运行费用低等优点，目前，国内外应用广泛的生物处理方法主要有活性污泥法和膜生物反应器法。

1.活性污泥法

活性污泥法为最早的生物处理法，目前炼油厂采用的活性污泥法多为好氧曝气活性污泥法，此法对BOD5和COD的去除比较有效，但是无法除磷脱氮，而且容易出现污泥膨胀或者流失的现象，导致外排水的水质不稳定。为了达到更高的排放要求，一些新的工艺和技术被研究并应用于生产中。

1.1A/O法

这种工艺是在膜法A/O工艺的基础上改造而成的，主要是为了克服污水中油类在生物膜上形成油膜而影响处理效果的问题，试验将A段改为了活性污泥系统，颜家保等[1]对这种工艺进行了试验研究，结果表明对于氨氮、COD、油类等去除较好，出水的水质能够满足国家相关的废水排放标准，但是当水中的油类浓度高于22mg/L时，对消化反应有明显的抑制作用，因此进水中油类浓度的高低成为这种工艺处理效果的限制因素之一。

1.2氧化沟法

采用常规的推流式鼓风曝气，氧化沟出水后经消毒池消毒后进入过滤罐过滤，处理合格后的水进行回用，这种方法在我国也有应用，如抚顺石化公司二厂污水处理氧化沟工程，广州石油化工总厂等。

2.膜生物反应器法

膜生物反应器法中发展较快且应用较多的有生物滤池法和生物接触氧化法。生物滤池是一种废水处理的生物反应器，用于废水处理的各类微生物附着生长在上面，该工艺可以单独用于废水处理，也可以和其他的工艺组合处理废水。生物接触氧化法兼有生物膜和活性污泥法的优点，工作稳定、操作简单、悬浮生长、与废水接触性良好。陈洪斌等[2]将悬浮调料生物接触氧化法应用于炼油废水的处理中，这种工艺COD、BOD5的去除较好，而且对于油类、硫化物和酚类等污染物可以彻底去除。

二、化学法

化学法主要有高级氧化技术、电化学凝聚法和化学絮凝法。它的处理对象主要是废水中的生物毒性物质、难于生物降解的溶解性有机物或胶体物质。

1.高级氧化技术

主要是通过氧化剂在催化或者非催化条件下所产生的自由基在一段时间内迅速分解水中的有机污染物，特别是能够高效分解水中的剧毒物质氰化物和氨氮，对于酚类、醛类、卤代烃类污染物也有极高的分解能力。目前，应用较广的高级氧化技术主要有 Fenton 氧化、臭氧氧化、超声氧化和光催化氧化等技术 。高级氧化技术最显著的特点是能够产生大量而活泼的羟基自由基（・OH），并能与有机物发生反应，生成的自由基可以继续参加羟基自由基的链式反应，进一步发生氧化分解反应直至有机物降解为二氧化碳、水和无害盐。陈怡[3]等采用絮凝气浮-臭氧生物活性碳串联工艺对炼油废水进行深度处理。研究结果表明，工艺运行控制条件成熟可靠，具有较好的抗冲击性能。对主要污染物如 COD、石油类等去除率可达到 80%左右，单位运行成本可控制在0.754 元/m3。

2.电化学凝聚法

利用可溶性电极（铁电极或铝电极）电解产生的阳离子与由水电离产生的氢氧根负离子结合生成的胶体与废水中的污染物颗粒发生凝聚作用来达到净化废水的目的的一种方法。目前，国内外使用较多的是小间隙(1mm)高流速旋转电极装置，普遍存在的问题是阳极易发生钝化现象，虽然这方面的研究较多，但仍然没有在根本上得到解决。 Ivonne[4]等将以铝为电极的电化学凝聚工艺与生物吸附工艺联合处理成分复杂的工业含盐废水。结果显示，在最优操作条件（pH 值为 8，电流密度为 45.45 A/m2）下，CODcr 去除率达 84%，BOD 去除率达 78%，色度和浊度去除率分别达到 97%、98%。

3.化学絮凝法

化学絮凝法是向废水中投加絮凝剂，通过絮凝和凝聚作用产生的絮状体带走水体中悬浮物、胶体等污染物，实现去除水中污染物、净化水质的目的。郭亚妮[9]等采用聚硅酸硫酸铝絮凝剂处理炼油废水，并与传统使用的 PAC进行絮凝比较。结果表明，PASS 效果优于 PAC，炼油废水经过絮凝-砂滤处理后，出水 pH、COD、石油类物质指标均达到国家一级排放标准。

三、物化法

利用物理化学的原理和化工单元操作去除水中的杂质。既能处理杂质浓度低的污水，也能处理杂质浓度很高的污水，通常作为废水的深度处理技术。物理化学法深度处理含盐废水的技术主要有膜分离技术（电渗析、反渗透、膜蒸馏技术）和吸附法等。

1.膜分离技术

主要用于炼油废水的脱油、去除悬浮物或者除盐，能够有效地脱除废水中色度、臭味，去除多种离子、有机物和微生物，出水水质稳定可靠，但是需要投资大，污水处理量小。

2.吸附法

主要是利用了多孔性固体（称为吸附剂）吸附废水中一种或几种污染物（称为吸附质），以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。常用的吸附剂有活性炭与大孔吸附树脂等。吸附法的主要优点在于废水处理程度高，出水水质比较稳定，处理后水中的 BOD、COD、SS 等通常都很低，如果辅以其他处理措施，可以达到饮用水标准。缺点是投资和处理费用高。Abe[5]指出在炼油废水经 API 隔油池-压力浮选-砂滤处理后，再以活性炭吸附，对于污染物的去除有良好的效果。

四、组合法

在实际处理中，运用单一的方法往往效果不好，近年来，发展了一些生物、化学及物化方法之间相互组合的方法，得到了良好的处理废水的效果。

1.生物活性炭法

这种方法既有很高的吸附性能，又能利用微生物的分解作用去除被吸附的物质，提高活性炭的使用周期，降低水处理的成本。刘铁民等[6]对抚顺石化分公司石油二厂污水处理场出水采用 PAC、PAM 絮凝沉淀池精滤器臭氧氧化活性炭塔除氨器工艺进行深度处理，出水油、CODMn、NH3-N、悬浮物分别在 0.15 mg/L、2.13 mg/L、0.20 mg/L、7mg/L。

2.电-生物耦合技术

硝基苯类、 卤代酚、 卤代烃、 还原染料等都是重要的工业原料或产品, 但它们都很难被微生物所降解。以前这类废水的处理一直是企业面临的一项难题。中国科学院过程工程研究所经过深入研究发明了电- 生物耦合技术, 利用电催化反应将水中难降解有机物催化还原(或氧化 )成生物易降解的有机分子,微生物则在同一个反应器中同时将它们彻底去除。以含硝基苯质量浓度为 100 mg /L的废水为例, 经过 10h的处理,硝基苯去除率大于 98%，COD去除率大于 90%,出水达到国家排放标准[7]。

3.絮凝-磁分离技术

这种技术是化学絮凝法和磁分离技术的相互结合，是在传统的絮凝工艺基础上加入磁粉，形成絮凝核心强化了絮凝的效果，提高了絮凝体的密实性，大大加快了絮体的沉降速度。鲁风芹等[8]采用了这种技术对炼油中的含盐废水进行了处理和研究，研究发现盐的最高去除率可以达到 56 % ,CODcr浓度由 120 mg/L降到 54 mg /L，能够满足外排废水的新排放标准要求。这种技术具有处理能力大、效率高占地面积小、能量消耗少、设备简单紧凑等一系列优点。

五、展望

综上所述，目前国内外学者对炼油废水深度处理作了比较多的研究。但由于处理技术的局限性、经济性和稳定性的限制，影响了其工业化应用。就目前研究成果来看，炼油废水的处理可能在以下几个方面有良好的发展前景：

1.将膜技术和微生物技术结合起来在含油废水处理方面有着广阔的应用前景

2.寻求更加经济、简单、处理时间短的技术解决当前臭氧氧化、厌氧生物滤池、电解氧化的不足，提高处理效果

3.高效菌群选育及生物强化技术的应用

参考文献：

[1]颜家保，夏明桂，余锋.泥法A/O工艺处理炼油废水[J].石油炼制与化工, 2004，35(2):63-66.

[2]陈洪斌，庞小东，李建忠等.悬浮填料生物接触氧化法处理炼油废水明[J].中国给水排水，2002,.18(9):42一44.

[3]陈怡,卢建国.混凝气浮-臭氧生物活性碳串联工艺深度处理炼油废水的应用研究[J].石油化工环境保护,2005,28（2）:7-11

[4] IvonneLinares-Hernandez, CarlosBarrera-Diaz, GabrielaRoa-Morales, etal.A combined electrocoagulationsorption process applied to mixed industrial wastewater [J]. Journalof Hazardous Materials,2007,144(1-2):240-248..

[5]Abe T. Carbonsystemsolvesrefinerywastewaterproblem[J].Waste Conf.Purdue Univ, 1997, 25: 527-533.

[6]刘铁民,王铁汉,王春芝,等.臭氧―活性炭技术在炼油厂污水深度处理及回用中的应用[J].辽宁城乡环境科技,2003,23(4): 43- 44.