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第1篇：生物耦合技術范文

【關鍵詞】厭氧氨氧化；反硝化；有機物；溫度

0 引言

全球氮循環的研究引發人們極大興趣，因為氮素是微生物及植物所必需的無機營養物質。氮素是細胞體內發現的第四大常見元素。人類活動排放的廢水包含大量含氮化合物，它們以NH4+-N、有機氮、NO2-及NO3-的形式存在，會對水生生物產生毒害作用，消耗溶解氧，引起水體富營養化，影響廢水再利用。廢水中存在的氮化合物可通過一系列方法去除，其中生物脫氮技術被廣泛應用。

厭氧氨氧化可去除進水中的氨氮及亞硝態氮，并產生硝態氮。低溫及有機物會抑制厭氧氨氧化菌的活性[1]。直接應用厭氧氨氧化技術處理含氮含碳廢水存在問題，它需要預先處理有機碳源。在實際生產中，工業廢水水溫通常在5-20℃，因此，探究低溫及有機物對厭氧氨氧化菌及反硝化菌的影響，可為厭氧氨氧化與反硝化耦合反應同時脫氮除碳的發展為提供理論依據。

1 研究進展

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下，微生物以NH4+為電子供體，NO2-為電子受體，將NH4+、NO2-轉化為N2的生物氧化過程。與傳統生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化技術具有能耗低、無需外加碳源、產泥量少等優點。然而，由于NO3-的產生，使出水總氮濃度不達標。在實際廢水處理中，常常含有有機污染物，而其可成為反硝化反應的電子供體，厭氧氨氧化反應產生的NO3-為電子受體，進行反硝化反應。

因此，厭氧氨氧化與反硝化反應的耦合既可為前者消除有機物的影響，又可為后者的進行提供反應基質，不僅可以去除有機物，還提高了總氮去除率。

1.1 有機物

目前，學者對厭氧氨氧化與反硝化耦合反應的研究認為，有機物濃度會影響厭氧氨氧化菌脫氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究認為50mM的乙酸鹽會抑制70%的厭氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究發現0.5mM的甲醇會導致厭氧氨氧化菌立即完全失活；當COD負荷增加時，雖然厭氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增強[4]，這是因為當存在足夠的有機物時，由于厭氧氨氧化菌與反硝化菌的生長比率不同，反硝化菌會在競爭中占據優勢[5]。Chen等[6]通過PCR技術也驗證了當COD濃度為400mg/L時，厭氧氨氧化菌的數量會減少而反硝化菌的數量會增多。

1.2 溫度

厭氧氨氧化與反硝化反應對溫度變化的反應不同。厭氧氨氧化菌的最適生長溫度為30-40℃[7]，其對溫度變化比較敏感，溫度從32℃下降到17℃后，反應器內的厭氧氨氧化活性受到顯著抑制[8]。溫度對反硝化作用的影響比其它廢水生物處理過程的影響要大，其適宜的溫度范圍為15-35℃，低于10℃時反硝化速率明顯下降[9]。因此，厭氧氨氧化菌與反硝化菌的活性都會受低溫抑制，但隨溫度升高而增加。

2 結語及展望

在處理含氮含碳廢水時，應用厭氧氨氧化與反硝化耦合反應不僅在技術上是可行的，在經濟成本上也是合理的。厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳的發展對垃圾滲濾液、制藥廢水等的處理用處很大，其耗能小、經濟成本低。然而，有機物的種類不同對耦合反應的影響存在差異，今后需對具體有機物做具體分析，會使生物脫氮工藝在實際應用中前景更廣闊。

【參考文獻】

[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：生物耦合技術范文

1.1多尺度問題

由于酒精發酵過程是一個綜合了微生物學、生物化學以及化學工程學的復雜過程，因此模擬計算該過程不能僅僅單一采用傳統的生物學方法或化學工程的方法，而應對生物反應器中多尺度問題作綜合考慮。“多尺度”理論的提出和研究最早出現在化學工程學科領域，該理論認為以“單元操作”和“過程傳遞”為標志的傳統方法已經不能滿足這一需求。研究流動、傳遞、分相和反應多尺度行為和同一尺度下這些現象共存的規律，是當前化學工程定量化的趨勢。對生物反應器的研究表明，細胞代謝物質流與生物反應器物料流變化的相關性是研究生物反應器中多尺度關聯問題的有效方法，從關系特征中區分不同層次的問題，才能有效實現發酵過程的優化[2]。當然在這些層次中，工程中最感興趣的還是化學工程這一層面。在化學工程學角度看來，酒精發酵罐可以看做是反應器，理論上計算反應器的模型應可以適用于酒精發酵罐。

1.2動力學與放大

乙醇發酵過程前沿課題主要集中在液化、糖化和發酵過程節能降耗，包括：耐受高溫、高糖濃度、高乙醇濃度的能力以及酵母高效發酵過程的基礎研究；液化酶、糖化酶的作用機制及實際物系的動力學研究；同步糖化發酵工藝實際物系的代謝調控機制與酵母發酵動力學等方面的研究[3]。從化學工程角度看，上述問題涵蓋發酵生物反應動力學及傳遞特性兩個方面，動力學方程是發酵過程放大的理論基礎。發酵動力學包括兩個層次：一是本征動力學，它是指沒有傳遞等工程因素影響時，發酵生物反應固有的速率；二是宏觀動力學，它是指在反應器內所觀測到的總反應速率及其影響因素，這些影響因素包括反應器的形式和結構、操作方式、物料的流動與混合、傳質與傳熱等。對酶催化反應，最早和最廣泛使用的生物相集總模型是Michaels-Menten方程，微生物生長和反應的模型是Monod方程，表示底物或產物抑制作用的方式也很多。結構模型最早是由Dean和Hinshelwood的提出的。他們把微生物細胞區分為兩種不同的結構，具有獨立的反應網絡，用不同的動力學方程表示。Rankrishna把活性生物質分為兩類，分別描述這兩類生物質的動力學特性。但至目前，生化反應本征動力學的研究還處在發展階段。由于生化反應常經歷許多中間反應，要弄清整個反應歷程和各中間反應的機理比較困難的，許多現象尚未完全弄清。德國GBF用系統工程方法對一些重要的工業生物過程進行了定量生理學、代謝工程、不同規模生物反應器波動環境條件的細胞動力學及動態特性研究，以圖進行工業生物反應器的優化與放大，取得一系列重要成果。Ghaly等[4]建立了基于奶酪乳清連續發酵的動力學模型，結果表明，模型預測的細胞濃度和乙醇濃度十分準確。Birol等[5]研究了SaccharomycescerevisiaeATCC9763酵母間歇發酵的特征，并將實驗結果用11種模型進行關聯，比較表明Monod和Hinshelwood兩種模型的關聯結果較好。Li[6]研究了Zymomonasmobilis發酵時乙醇的抑制作用，并提出了3個關于乙醇抑制作用的模型。Shen等[7]研究了纖維素發酵生產乙醇的半糖化發酵動力學模型。從文獻報道中看，關于發酵底物、細胞生長動力學的研究較多，乙醇產物動力學較少；同步糖化發酵工藝的研究較多，但發酵過程尤其是同步糖化發酵技術背后的物理、生物、化學機制及工程策略報道很少，該問題是生物學和化學工程的結合點，而該方面的研究將為優化設計控制提供強有力的理論依據和技術支撐。對于連續酒精發酵，情況要比間歇發酵復雜。因為要模擬計算連續酒精發酵過程，不僅要考慮酒精發酵過程中的生物化學反應特征，還要關注酒精發酵罐內的流動情況，即停留時間分布問題。在大多數情況下，只要體系的物性、流場、流態與在實際操作（熱態）時比較接近，往往可以用冷模的實驗方法模擬在熱態下的流體力學狀態，這對大設備的放大規律的研究是很有幫助的。因此，采用大型冷模研究在過程設備中流體的流體力學特性并與用小型熱模所進行的動力學研究相結合，是研究發酵設備放大規律的一種有效方法[8]。生物反應工程的研究、開發與放大，目前仍然是以經驗方法為主。隨著科學技術的發展，用數學模型法對生物反應工程有關內容進行的研究也必將會有大的進展。

1.3發酵罐內多場分布

多場分布包括溫度分布、濃度分布和速度分布。發酵生物反應器中的物理因素——傳遞特性將影響到反應器內基質和產物的濃度分布及溫度分布，進而影響到反應器內某一組分的反應速率。例如氧在發酵液中的傳質速率、固定化酶顆粒及菌絲團和菌體絮狀物內反應組分的擴散傳質，這些傳質對反應結果都會產生影響，甚至成了反應的控制步驟，并將影響反應器的設計和放大。因此傳遞特性的研究是不可忽視的問題，研究發酵罐內的傳熱、傳質及傳動將是化學工程領域的一項重要任務，同時也為更好地控制發酵過程提供了理論依據。國內外許多學者在這方面開展了研究并已取得許多成果[9-13]。英國伯明翰大學Nienow采用用激光測速儀研究生物反應器中的流場，用計算機圖形分析研究菌體形態與發酵液流變學、操作條件等因素；用流動跟蹤法測試液相循環時間分布；用規模縮小法考察pH值、溶氧梯度對代謝過程的影響。Hristov等[14]、Zahradnik等[15]、Lee等[16]使用CFD模擬研究了生化反應器的混合、傳質和反應情況，并建立了三維區域網絡模型。相關傳遞特性的實驗及模擬研究已取得一定進展，為發酵罐優化設計，工程放大提供了一定的基礎數據積累與技術支撐。Xia等[17]使用CFD模擬了多攪拌器發酵罐內的速度分布。結果表明，不同的攪拌器會產生不同的速度場。質量傳遞結果表明，相同攪拌器的不同組合也會產生不同的質量傳遞系數。Lian等[18]使用CFD模擬了發酵罐內的熱量傳遞，通過求解熱量傳遞方程得出了發酵罐內的溫度分布。CFD模型在模擬反應器內的溫度、濃度和速度分布上是一種十分重要的方法，應該引起足夠的重視。

2乙醇純化過程中的化學工程問題

采用發酵的方法生產乙醇，在獲得乙醇的同時不可避免地會生成水。要獲得乙醇勢必要對乙醇和水進行分離，從原理上講分離乙醇和水的方法有精餾、萃取精餾、加鹽萃取精餾、共沸精餾、吸附、滲透汽化膜分離等多種方法。然而發酵液中乙醇質量分數一般為5%～12%，而燃料乙醇產品的純度卻要在99%以上，因而從發酵液中分離出乙醇所耗費的能量占總能量的絕大部分。又由于乙醇易與水形成共沸物，使用普通精餾無法獲得無水乙醇。所以從發酵液中分離乙醇-水混合液一般分兩步：先用普通精餾方法得到質量分數為92.4%的乙醇，再用共沸精餾、萃取精餾、液液萃取、吸附或其它方法得到無水乙醇。精餾作為具有技術成熟度和應用成熟度較高的分離方法是分離乙醇-水溶液最早也是最普遍的方法。但由于溶液較高的蒸發熱，精餾在操作過程中需要很高的能耗；并且隨著原料中乙醇濃度的提高，精餾塔中回流比必須相應地提高，進一步提高了成本。文獻報道主要有3種方法替代精餾法生產乙醇[19]：萃取法、超臨界流體法和滲透蒸發膜分離法。Egan等使用多種溶劑從10%含量乙醇的水溶液中萃取乙醇，發現把乙醇含量濃縮至95%需耗能23.55kJ/L，但其所使用溶劑大多具有毒性容易造成環境污染。Brunner等利用超臨界二氧化碳和乙烷作溶劑分離乙醇-水溶液，由于乙醇在氣相相對較低的溶解性，超臨界流體法被認為是一種較好的方法。Shah等[20]在多種條件下研究了NaA-沸石膜蒸發分離乙醇-水，120℃下可生產530L/h濃度高于99.8%的乙醇。Morigami等[21]指出了NaA-沸石膜對水表現出很高的選擇透過性和滲透通量。由此可見，這部分的工藝幾乎等同于化學工程的分離工藝技術，而這些化工分離工程技術趨于成熟，因而可完全加以應用。傳統的分離經歷了幾十年的研究和發展，技術上已經比較成熟，但并不意味著它們不再發展，無論在理論上、設備的結構和效率上，仍在不斷有所創新，目前呈現出分離與反應過程耦合（增加化學作用對分離過程的影響）、分離過程的集成以及多場耦合等趨勢。王華軍等[22]提出了一種新的乙醇除水技術路線，采用了反應+精餾同時進行的方式除去乙醇-水共沸物中的水。目前燃料乙醇工業中乙醇純化過程一般采用多塔精餾，而向乙醇-水體系加入另一組分以增大原有體系的分離因子的萃取精餾分離方法也被采用。近年來研究工作呈現出采用復合溶劑特別是加鹽萃取精餾獲得無水乙醇的報道，加鹽萃取精餾利用的是鹽效應。加入鹽溶液，可以使乙醇對水的相對揮發度大大提高，恒沸點消失，可以在較小回流比下較容易獲取無水乙醇。Cook等[23]在泡罩塔中研究了加入乙酸鉀萃取精餾乙醇-水共沸物的過程，結果表明加入少量的乙酸鉀即可消除共沸點。他們還比較了加鹽萃取精餾和傳統的萃取精餾的優缺點，得出加鹽萃取精餾應用于乙醇-水系統更高效。Barba等[24]從能耗的角度比較了加入CaCl2的加鹽萃取精餾過程與使用苯、戊烷、二乙酯的共沸精餾過程和使用乙二醇和汽油的萃取精餾過程，結果表明以CaCl2為鹽的加鹽萃取精餾過程優于其它技術。從降低能耗角度而言，加鹽萃取精餾更適用于從發酵液中制得無水乙醇；與只用乙二醇的萃取精餾相比，溶劑比減少了75%～80%，塔板數大幅度減少，能耗顯著下降，然而加鹽萃取精餾中鹽的加入，不可避免導致對設備的腐蝕，鹽有時會從溶劑中析出，使管道堵塞，這都是目前亟待解決的問題。離子液體萃取精餾、超枝聚合物萃取精餾是新穎的分離乙醇-水混合物的方法，有較高的分離能力。膜蒸發分離乙醇-水混合物也取得了較好的進展。膜蒸發技術是基于溶液擴散機理，其驅動力是膜兩側的化學勢梯度。采用膜蒸發可比傳統方法節能1/2～2/3，且可避免產品和環境受污染，具有明顯的技術經濟優勢。采用吸附脫水分離乙醇-水共沸物也是研究熱點，無機吸附劑如分子篩、氯化鋰、硅膠已成功應用于發酵乙醇工業[25-27]。然而對吸附床的流場特性及放大規律認識還不是很清楚，這方面仍需要進一步研究。生物吸附劑，如谷粒、淀粉和纖維素以其良好的吸附性能、高的乙醇收率，引起人們的關注。Ladisch等[28]率先研究了使用生物吸附劑進行乙醇脫水研究，結果表明淀粉和纖維素可選擇性的吸附水蒸氣，可得到高于質量分數為99.5%的乙醇。Hu等[29]通過實驗研究了使用玉米粉作為固定床吸附劑打破乙醇-水的共沸點，然后再經流化床重生。Hu的研究結果表明，影響吸附量的因素包括蒸汽流過固定床表面的速度、床層溫度、玉米粉的粒徑分布，玉米粉對水的吸附能力為0.14～0.025g水/g吸附劑。從目前研究來看，在燃料乙醇生產中對采用單一操作過程研究的較多。如單獨研究吸附脫水分離乙醇-水共沸物；單獨采用滲透蒸發分離乙醇-水；單獨采用萃取精餾法分離乙醇-水混合物等。然而對這些分離技術的綜合運用，研究單元操作的組合優化報道很少。具體來說，對于從發酵液到成品酒精采用何種單元操作以及單元操作如何組合、分析不同組合的能耗及分離效果等都是目前學術界關注的課題。通過實驗研究這些單元操作組合以及流程優化，顯然耗時耗力，得不償失；然而采用計算機仿真，運用流程仿真軟件研究工程放大，模擬并研究實際物系在不同單元操作組合下的規律和經濟效益具有較大優勢。計算機仿真將成為研究流程優化的重要手段和必然趨勢。乙醇純化過程中，各種單元操作的模擬，其分離過程的耦合可以采用商品化的流程模擬軟件（如AspenPlus，ProⅡ等）。然而這些商品化模擬軟件在進行過程設計時，一般采用“二步法”[30]。而采用該種方法設計操作困難，耗時耗力，各種單元操作方式通常依靠經驗決定，不屬于真正意義上的過程合成或集成[31]。在乙醇的純化中，工程模擬的重點在于根據指定條件對各種單元操作和分離流程耦合篩選。這就要涉及到人工智能方面的理論，無疑當采用專家系統后，計算機本身就是一個經驗豐富的工程師，它能夠根據人設定的要求（目標函數），自動選擇合適的流程組合，而不在需要工程師去依靠經驗來選擇流程、確定工藝了。這方面的研究對于進一步優化乙醇分離無疑是十分有利的，具有重要意義。

3生物發酵反應與分離過程耦合

現有燃料乙醇工藝的基礎研究包括生產過程放大和流程創新、研究生物反應與分離過程的耦合、探索新的短流程工藝[3]。由于發酵反應和分離過程耦合并不僅僅是二者的簡單疊加，流程的耦合往往會產生意想不到的效果，在這方面無論是理論還是技術上都有待于進一步創新。對于反應與分離過程的耦合問題的認識，需要追溯一下這個問題的源頭。若通過化學反應所生成的產物就是最終產品，則相應的過程一般認為是反應過程。在工程上付諸實施的方法、設備以及其它問題的綜合便是反應工程。分離過程是通過物質的遷移從物系中除去或濃集某一特定組分。在工業上實現分離過程所采用的方法、設備以及大規模生產中所遇到的問題的綜合構成了分離工程。它們在工程上采用的物質和能量的傳遞、流體力學和化學反應的基本原理、規律是相同的，所采用的設備也有許多共同點[8]。因而耦合問題從原理上看是可行的，實驗結果也進一步證實了這一點。有關生物發酵反應與分離過程耦合方面的研究已有一些報道，如液液萃取與發酵結合。Weilnhammer等[32]使用Clostridiumthermohydrosulfuricum進行連續發酵時，采用油烯基乙醇作為萃取劑消除乙醇的抑制作用，結果表明采用了現場萃取技術的乙醇收率是沒有采用該技術的兩倍。Gyamerah等[33]開發了一個中等規模的萃取發酵生產乙醇的流程，采用月桂醇作為萃取劑移除產物，余下的發酵液循環使用。由于發酵時進行萃取而移除產物，該流程避免了酒精對酵母的毒性，提高了發酵效率。他們的研究中也表明由于水的循環利用，新鮮水的用量減少了78%，而更加可貴的是采用穩態法將反應工程中的全混流模型和分離過程中的萃取模型結合建立了描述該萃取發酵的數學模型，在反應和分離的耦合方面做了有益的嘗試。Boudreau等[34]使用戊酸、油酸和壬酸從發酵液中萃取乙醇，然后進行閃蒸。結果表明，與傳統蒸餾過程相比，萃取與閃蒸過程的結合節約了38%能耗。此外，膜蒸餾與發酵結合也有報道。Gryta等[35]使用膜蒸餾生化反應器生產乙醇，采用多孔的聚丙烯膜從發酵液中分離乙醇和其它的抑制劑，從而增加乙醇的產率和糖轉化為乙醇的速率。綜上所述，將生物發酵直接看做反應并與分離技術耦合，來提高整個發酵及分離的效率，這種觀點和方法的運用將會極大地推動燃料乙醇工藝的技術進步。采用反應工程學原理，并結合分離理論進行建模分析研究耦合過程的機理，也將會進一步推動工藝革新。然而報道中大都是生物萃取劑、膜材料及工藝條件等方面的研究，而從傳遞特性（傳熱、傳質、動量傳遞）、多場耦合方面等化學工程角度進行的研究較少，這也是化工學科的進步滯后于科學技術整體的發展的原因之所在[1]。多場耦合對于開發新型的發酵與分離設備具有重要的指導意義，未來的發展趨勢必將是將反應和分離以及多種分離結合在一起的設備。如精餾與吸附、發酵與精餾等通過一個設備操作即可實現兩者的完美結合，而目前的多塔生產工藝將會被逐漸淘汰而發展對應的短流程工藝。這方面的研究及發展將極大地消減成本，同時也會降低能耗，對于改善反應與分離過程、提高效率具有很大的潛力。它的發展必將推動燃料乙醇工藝的技術進步，并有望解決乙醇生產中的能耗問題。

第3篇：生物耦合技術范文

【關鍵詞】重金屬；檢測方法；發展趨勢

隨著工業經濟的發展，重金屬對環境的危害也日益加劇。在人類生存生活的環境中，重金屬廣泛存在于空氣、泥土甚至是飲用水中，比如空氣中的塵埃、汽車尾氣、工業污水、化妝品等等，這些都嚴重危害到人們的生命健康。因此，對關系到人們生產生活的水、土壤、食物以及日用品等中的重金屬進行檢測，探索重金屬污染的防治措施，具有重要意義。

一、重金屬概述

目前，對重金屬還沒有嚴格的定義，一般情況下重金屬是指的是比重大于5的金屬，比如金、銀、銅、鐵、鉛、汞等等都屬于重金屬。在水中，重金屬元素不能被分解。一些微生物可與這些重金屬元素產生反應，變成毒性更強的金屬化合物。這些化合物可通過食物鏈將金屬離子傳到人體。在人體內，如果重金屬離子達到一定的濃度，會致使人體重金屬中毒，對人體機能和生命造成威脅。

二、重金屬檢測方法

1.原子熒光光度法

原子熒光光度法是利用原子蒸汽在輻射能激發下產生的熒光的發射強度來進行分析的一種方法。原子熒光光度法檢測重金屬具有靈敏度較高、線性范圍大、適用于多元素分析等，但是可以用原子熒光進行測定的金屬種類有限。

在對空氣中的汞進行測定的實驗中，許月輝利用原子熒光光度法測定0-10ng/mL系列共6次，其中r為0.9996，線性范圍為0-30ng/mL，方法檢出限為0.02ng/mL，回收率達到90%以上，標準差為2.3%-4.5%。另外，欒云霞等研究人員通過原子熒光光度法檢測了土壤中的砷和汞的含量，Faouzia等研究人員也用氫化物熒光光度法檢測了飲料中的砷含量。總之，熒光光度法對部分重金屬含量的檢測具有高靈敏和簡便的優勢。

2.電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法的原理即通過電感耦合等離子體使檢測樣本汽化并原子化，將檢測金屬分離出來，與質譜相結合，通過確定待測金屬元素的質量進行重金屬檢測。電感耦合等離子體質譜法能和多種手段結合使用，進行不同重金屬離子和同位素的檢測、可激光采樣、氫化物發生、低壓色譜、高校液相色譜、氣相色譜等。就目前重金屬檢測方法來看，電感耦合等離子體質譜法是比較先進、檢測結果誤差較小的檢測方法。但其檢測成本高和易受污染限制了該檢測方法的普遍應用。

電感耦合等離子體質譜法可用來確定奶粉中鉻的濃度，木腐真菌中銅、鋅、鎘、鉛等金屬元素的濃度，以及藥物、調味品和海帶等食物中的重金屬的濃度。

3.電感耦合等離子發射光譜法

電感耦合等離子發射光譜法的檢測原理是通過高頻感應電流產生的高溫，使反應氣受熱、電離，將待測金屬元素發射的特征譜線進行檢測判斷，該金屬的量與特征線譜的強度成正比例的關系。電感耦合等離子發射光譜法具有靈敏度高，不易受到外界環境條件的干擾，線性范圍寬，可以對多種金屬元素同時測量或者依次測量等優點。然而在反應靈敏度方面與電感耦合等離子體質譜法相比較差。

電感耦合等離子發射光譜法在對防腐處理后的木材、土壤、蜂蜜和蔗糖、水以及大氣顆粒物中的重金屬檢測方面都得到了有效應用。

4.高效液相色譜法

高效液相色譜法以液體為流動相，通過高壓輸液系統，將含有不同極性的溶劑、緩沖液等流動相泵入配置有特定相色的色譜柱，各成分在柱內被分離后進入檢測器進行檢測。通過高效液相色譜法對樣本元素進行分析，可同時對樣本中的多種元素進行檢測，該檢測方法被很多研究者應用到實驗研究中。但是由于用于形成穩定有色絡合物的絡合劑的選擇有限，限制了高效液相色譜在重金屬檢測領域的廣泛應用。

5.酶分析法

酶分析法是通過酶和重金屬離子產生反應所產生變化來判斷金屬種類以及檢測重金屬的含量。一些重金屬離子在遇到特定的酶時，會產生相應的反應，使顯色劑的顏色、導電性、吸光率以及酸堿程度發生變化，這些反應可通過肉眼觀察或者電信號傳輸、ph值檢測等方便的獲取實驗結果，通過這些變化可以斷定重金屬元素及其含量。

6.生物傳感器

生物傳感器檢測重金屬法即利用重金屬和特定的生物識別物質結合，將變化通過信號轉換器轉化成易于檢測到的光信號或者電信號等，通過分析來斷定重金屬物質。常用的生物傳感器有酶生物傳感器、DNA傳感器、細胞傳感器、微生物傳感器等。

7.免疫分析法

免疫分析法的工作原理即將重金屬離子與合適的化合物結合，獲得空間結構，產生反應原性，再將結合了金屬離子的化合物連接到載體蛋白上使其產生特異性抗體，通過對抗體的分析確定重金屬元素及含量。該方法具有高度特異性和靈敏度的特點，其成功的關鍵在于選擇合適的化合物與金屬離子進行結合。

三、重金屬檢測方法的研究方向

在對傳統的檢測方法進行不斷的改進和研究的同時，現代的高科技技術顯然為重金屬檢測方法提供了新的思路。另外，還可以通過多種檢測方法聯合運用，優勢互補，提高檢測的靈敏度和降低檢測成本，讓金屬檢測方法更多的運用到切合人們生活的物品檢測中，讓人們更加放心。

第4篇：生物耦合技術范文

【關鍵詞】電感耦合；離子體質譜法；金屬元素

金屬元素是人體必不可少的重要組成成分，但是部分金屬元素超過一定濃度時，可引起中毒。職業人群生物樣品檢驗能夠較為準確地提供勞動者的實際接觸水平，有毒物質的增高說明體內的過度吸收，尿中元素的生物學水平是反映環境質量和職業接觸的重要指標。目前國內的標準分析方法多采用傳統的原子吸收，原子熒光，分光光度法等檢測方法，以上方法操作復雜，試劑繁多，需要逐一單項檢測。本文使用電感耦合等離子體質譜法快速測定尿中釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈。該方法可同時測定多種元素，具有靈敏度高、檢出限低的優點。

一、材料與方法

1.儀器與試劑

1.1儀器

（1）電感耦合等離子體質譜儀 美國Agilent 7700X ICP-MS，碰撞/反應池，自動進樣器，耐高鹽霧化器，鎳采樣錐和截取錐；

（2）超純水處理系統 美國Milli-Q，MILLIPORE公司。

1.2試劑與標準溶液

濃硝酸：68%（V/V），優級純；單元素標準溶液：釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈（國家標準物質物質研究中心）；內標溶液：用1.0%HNO3將釔（Y）、銦（In）、鈥（Ho）單元素標準溶液配制成1.0mg/L的混合內標貯備液。

1.3儀器操作條件：射頻功率：1450kW；采樣深度：8.0mm；等離子體氣：15.0L/min；炬管水平位置：-0.5mm；輔助氣：0.25L/min；炬管垂直位置：-0.0mm；載氣：0.85L/min；掃描模式：Fullquant；積分時間：0.10s（AsHg為0.2s）；采集次數：3；提取透鏡1：2.0V；提取透鏡2 ：-105.0V。

1.4標準曲線的配制

準確量取釩（V）、鉻（Cr）、鈷（Co）、砷（As）、鎘（Cd）、鉈（TL）、鉛（Pb）的混合標準貯備液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標準曲線；用1.0%HNO3將內標溶液稀釋成10.0?g/L的應用液。

1.5樣品制備

用1%硝酸把尿樣稀釋20倍，直接進樣。

二、結果與討論

2.1前處理方法的選擇

取一份混合尿樣50mL，加入10.0 mg/L混合標準貯備溶液0.10mL，配制7種待測元素加標濃度為20.0?g/L的尿樣，分別采用三種前處理方法進行測定：

方法1：用1.0%HNO3將尿樣稀釋20倍后測定，標準曲線以1.0%HNO3為介質；

方法2：用1.0%HNO3將尿樣稀釋10倍后測定，標準曲線以1.0%HNO3為介質；

方法3：用0.5%NH3H2O將尿樣稀釋20倍后測定，標準曲線以0.5%NH3H2O為介質；

結果表明，方法3的整體精密度較差，可能是因為有些元素與氨水形成的絡合物較難電離；方法2的尿砷回收率偏高，可能是因為尿樣的基體效應使As的信號增強，而方法1前處理效果最好，因為尿樣稀釋倍數加大后，基體效應減小，同時尿樣中的Cl 含量降低，40Ar35Cl對砷的干擾也減少，其各項性能指標均能滿足規范要求，因此我們選用方法1作為前處理方法。

2.2標準曲線和最低檢出濃度

ICP-MS具有7個數量級的線性范圍，因此實際應用時可根據實際需求進行調整。本方法的線性范圍是結合待測元素的生物限值和本底值配制，各元素線性的相關系數和線性范圍如表2所示；將儀器調至最佳狀態，以研制的測定方法連續測定11次空白溶液，由測量值計算其濃度平均值和標準差，以標準差法計算各元素的檢出限（3SD）和定量限（10SD），以尿樣稀釋20倍計算其最低檢出濃度

2.3 精密度

將混合尿分成 4 組，每組100ml，其中 1 組為本底尿，其他 3 組分別加入鎘標準溶液（1.0mg/L ）0.25mL、0.50mL、1.0mL，加入鉛標準液（10.0mg/L ）0.20mL、0.50mL、1.0mL，加入釩、鉻、鈷、砷、鉈混合標準液（10.0mg/L ）0.10mL、0.20mL、0.50mL，配制成鎘的加標濃度為2.5?g/L、5.0?g/L、10.0?g/L，鉛加標濃度為20.0?g/L、50.0?g/L、100?g/L，其他待測元素加標濃度為10.0?g/L、20.0?g/L、50.0?g/L的低、中、高濃度尿樣；將上述加標尿樣在配制當天進行6次重復測定，作為批內精密度，結果在1.69%～8.97%，3天內進行6次測定，作為批間精密度，結果在1.69%～8.97%，如見下表3、表4。

2.4 準確度

分別測定待測元素配制成低、中、高濃度的尿樣，每組濃度測定3次，取平均值，減去空白本底后，分別計算每個元素的加標回收率在86.2%～105%，如表6所示。

用電感耦合等離子體質譜法快速測定尿中釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈元素，簡便、快速、準確、靈敏度高、覆蓋元素種類多，合適人尿中微量元素的測定。采用1%硝酸稀釋尿樣直接進樣，簡化前處理過程，與碰撞池ICPMS技術結合，適用于尿樣中多種微量元素的快速測定。

【參考文獻】

[1] 中華人民共和國衛生部.GBZ/T210.5-2008 職業衛生標準制定指南第5部分：生物材料中化學物質測定方法[S].北京：人民衛生出版社，2009.

[2] 荊淼，沈陽，沈金燦等。應用帶八級桿碰撞/ 反應池（ ORS） 的電感耦合等離子體質譜（ ICP-MS） 同時測定大洋海水中的痕量元素[J].2004，23（5）：600-604

[3] 董明，張愛華，王俊，等.電感耦合等離子質譜法測定全血中的痕量金屬元素[J].中國職業醫學，2009，36（6）：497-498

[4] 丁春光，朱醇，劉德曄等。電感耦合等離子體質譜方法檢測全血中30種金屬及類金屬[J]. 中華預防醫學雜志，2012，46（8）：745-749

第5篇：生物耦合技術范文

關鍵詞：高功率光纖激光器 關鍵技術

在光纖激光器的所有研究領域中，高功率光纖激光器其是最具有代表性的，最熱門的以及最具有應用前景的領域。目前，以包層抽運為核心技術的高功率光纖激光器已經走向實用化、產業化。光纖激光器以其高功率、高效率、寬波段、結構緊湊、運轉可靠、性價比高、全固化等優點，在光通訊、光傳感、激光醫療、工業加工、航空航天、科學材料、光譜學以及軍事方面得到了廣泛的應用。特種光纖技術、及是高功率光纖激光器賴以生存的關鍵技術。

1、高功率光纖激光器關鍵技術

1.1特種光纖技術

隨著輸出功率的不斷提高，全光纖高光纖激光器需要使用雙包層有源光纖、雙包層光敏光纖、能量傳輸光纖等多種特種光纖，對特種光纖的技術要求也越來越高，因此，特種光纖的發展將在光纖激光器的發展中扮演重要角色。以光子晶體光纖為代表的新一代特種光纖會在光纖激光器的發展中逐步得到應用。特種光纖的發展，將使有源光纖的增益更高、承受的功率密度更大、對抽運光的吸收更有效；將使光柵的制作更容易、光柵的穩定性更好、使光柵在光纖激光器中的用途更廣泛；將使能量傳 輸光纖能夠傳輸更高的功率，能夠將高功率激光傳送更遠的距離，能夠傳輸的波長范圍不斷拓展；將使抽運耦合更加容易實現，能承受的抽運功率更高，損耗更小等等。

1.2包層抽運耦合技術

全光纖高光纖激光器的包層抽運耦合技術對決定光纖激光器性能和水平具有不可估量的作用。用于大功率全光纖激光器的光纖抽運耦合器件和光纖功率合成器件，均在很高的功率條件下使用，其耦合效率必須很高，損耗必須很小，承受的功率必須很大，并且，輸入光的路數還需要盡可能的多。在如此眾多的極限條件要求下，制作優質的抽運耦合器件和功率合成器件具有很高的難度，不過，實現的方式方法也多種多樣，這是一項富有挑戰性的技術。從大功率全光纖激光器的發展趨勢來看，還要求抽運耦合器件在將抽運光耦合到內包層的同時，盡量不影響和損害雙包層光纖的纖芯，因為只有這樣才能在不影響信號激光的產生和傳輸的情況下實現級聯抽運，實現超大功率的輸出。因此，發展對纖芯影響最小的抽運耦合技術是抽運耦合器件的發展方向。對于光纖功率合成器件，所追求的目標就是不斷提高合成的光功率。

1.3光纖光柵技術

光纖光柵在全光纖激光器中，目前的作用是反射纖芯中的信號激光器形成諧振腔，不過，隨著光纖激光器技術的進一步發展，光纖光柵在光纖激光器中會有新的用途，從而對光纖光柵的制作技術提出新的挑戰，其中值得關注的方向之一，是在大芯徑多模光纖上制作高質量的光纖光柵。

1.4半導體抽運激光器技術

半導體抽運激光器是光纖激光器的關鍵器件，對光纖激光器的可靠性、壽命和制作成本等影響至關重要，發展單條寬發光區長壽命半導體抽運激光器已經成為光纖激光器用半導體抽運激光器的一種趨勢，不斷提高單個激光器的輸出功率、不斷降低成本和進一步提高可靠性是重點。

1.4.1單發射LD的光纖的耦合

一種是將列陣激光器的每個發射單元分別與單芯光纖耦合，其輸出端為一束光纖的緊密排列面（通常為六邊形結構），再把光纖束中的光耦合到一根光纖中，如Lumics公司宣布推出LU0940C1000高功率泵浦二極管激光器系統，輸出功率為 1kW。該系統內部采用了多個單發射器激光二極管模塊例如光纖束或者泵浦合束器。

1.4.2激光列陣的耦合

大功率二極管的光束質量很差，在兩個方向上的發散性差異很大，對于一個幾十瓦的條形bar，一組典型的參數為：bar由19個單管半導體激光器組成，每個單管的長度為150微米，相鄰單管之間的距離為500微米。激光在快軸方向上的發散角為40°，慢軸方向上的發散角為6°。光束質量很差，不僅無法直接應用，而且無法用簡單的透鏡耦合法直接耦合到一根小于2.4mm、NA=0.22的光纖中。

要想將大功率半導體激光器的光耦合進光纖中，必須經過光束整形，列陣激光器的單芯光纖耦合輸出涉及較為復雜的輸出光束變換，其目的是將激光器的輸出光束質量的嚴重不對稱性經過適當的光學變換系統予以有效的對稱化，以滿足單芯圓形光纖的耦合。其耦合結構示意圖如圖1所示。

1.5光纖激光器整機技術

全光纖激光器的整機設計和制作所涉及的知識、 內容、技術、工藝和經驗較多，是全光纖激光器設計和制作最核心、最關鍵的技術，尤其在新型大功率全光纖激光器的發展歷史還相當短暫的今天，還有大量開創性的工作需要進行。進行全光纖激光器的整機設計和制作，不但需要面向應用進行合理設計，而且肩負著整機結構和方案的改進創新重任、肩負著各重要部件和關鍵技術的改進和創新重任。目前在世界范圍內，進行光纖激光器整機設計和制作的廠家均在創新上有大量的投入。

2、展望

高功率、高質量激光武器一直是軍事領域研究的重點，高功率光纖激光器以其高亮度、照射面積小、體積小等優點越來越受到重視，并有取代目前看好的化學武器和生物武器的趨勢。作為武器，高功率光纖激光器的輸出能量高度集中，光功率密度可達到MW/cm2，足以摧毀任何堅固的目標。目前，美國、日本等國的科學家都在致力于千瓦級激光武器的研制工作。可以預見，隨著相關技術的完善，光纖激光器將向更廣闊的領域發展，并有可能成為替代固體激光器和半導體激光器的新一代光源，形成一個新興的產業。

第6篇：生物耦合技術范文

1 目前現狀

1.1 制度與管理不完善。目前我國醫院對超聲探頭沒有出臺一套較為完整的消毒管理制度。

1.2 超聲探頭比較貴重，不敢隨意消毒，擔心損壞探頭。

1.3 缺乏消毒的意識，醫生工作忙，病人多，怕麻煩，認為探頭只是跟病人的皮膚接觸，屬于低度危險性物品，僅使用衛生紙擦試探頭夠了。

2 預防措施

2.1 加強理論知識培訓。B超工作人員應具備無菌觀念，應具備超聲探頭清潔消毒知識，對超聲探頭污染情況應有正確的認識，不要因為患者多，工作量大，就忽視消毒質量。院感辦舉辦相關院感知識講座，幫助掌握清潔、消毒、滅菌的質量標準以及實施辦法。

2.2 成立院科二級醫院感染管理組織。B超室設立1-2名兼職院感質控員，負責本科的探頭清潔和消毒的指導及質量保證。

2.3 建立建全B超室醫院感染管理制度，強化監督管理。雖然目前沒有出臺一套較為完整的超聲探頭消毒管理制度，但是院感辦根據《消毒技術規范》，結合本院實際情況，根據不同種類探頭微生物污染不同，科學制定了探頭清潔和消毒質量考核標準和細則；科內質控員加強自查自控，院感辦定期或不定期以抽查方式對B超室進行監督和指導，注重細節的質量控制，將檢查結果納入科室指控，與效益工資掛勾，對查出的問題及時反饋至科室質控員，提出整改意見，確保B超室醫院感染管理制度有效落實。

2.4 定期對超聲探頭做細菌培養檢測。院感辦組織定期對B超室的探頭、空氣、工作人員手等做細菌培養檢測，進行微生物監測。

3 控制方法

3.1 明確B超探頭的院感管理。根據不同的用途和需要，體外探頭（腹式探頭、心臟探頭、高頻探頭）每日工作完畢后用有肥皂液的軟布擦試清潔后用生理鹽水擦試消毒（擦試次數不得少5次）；每次檢查完病人后75%醫用酒精棉球擦凈超聲探頭（擦試次數不得少2次）[3]，可以達到消毒效果；陰超探頭每次檢查前，工作人員會在探頭上套一個，涂以耦合劑，雖然能有效的減少了微生物污染的幾率，但是病人在進行B超檢查時，不可能都出示白帶方面的化驗檢查；安全套也可能會出現質量問題，所以未經消毒就進行下一次操作，很有可能造成病人間的交叉感染，因此陰式B超探頭每次檢查完畢取下后必須進行消毒處理；對有接觸性傳染病的病人用備用探頭，嚴格消毒處理，防交叉感染。

3.2 超室醫療廢物分類處理。醫療垃圾指定專人負責收集與集中處理，嚴格執行醫療垃圾和生活垃圾分開放置，警示標識醒目。醫療垃圾如醫用手套和，擦拭探頭用過的棉球，傳染病用過的帶有耦合劑的衛生紙、一次性治療巾等放入黃色垃圾袋中，統一收集送供應室進行無害化處理。

參考文獻

[1] 金鐵,盧本先,陸如岳,等.某醫院超聲探頭微生物污染流行病學調查[J].浙江預防醫學,2009年第21期30～33

第7篇：生物耦合技術范文

傳統生態浮床存在的不足包括：①植物根系懸浮在水體中無法從底泥中獲取足夠的微量元素而影響其生長效果；或懸浮的根系容易被水體中草食類動物吞噬；②低溫下植物枯萎后整個生態浮床系統無任何凈化效果，更有甚者會產生二次污染［2］；③僅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床凈化效果相對低下。為此國內外進行諸多探索，并取得良好的效果。（1）強化浮床系統內的微生物。為了提高傳統生態浮床的凈化效果，業內人士進行了大量的探索。孫連鵬等［3］將固定化反硝化細胞應用到生態浮床的脫氮過程，使生態浮床系統脫氮效果大大提高；李淼等［4］將離子束輻照定向誘變技術應用于生態浮床除磷脫氮過程中，并取得了良好的效果；李先寧等［5］將濾食性動物和人工合成生物載體加入生態浮床系統中，利用濾食性動物的濾食能力提高水體的可生化性和人工材質生物載體富集微生物達到聯合修復富營養化水體，取得了良好的效果。（2）強化水體的復氧過程。水體復氧過程是水體自凈發生的主要成因之一。操家順等［6］構建生物膜和浮床植物復合技術浮床，并設置了一定間距以形成大氣復氧區，強化了待修復水體的復氧過程，從而提高了水體的修復效果。章永泰等［7］利用風力發電技術強化浮床系統水下曝氣和水下照明，強化了水下生態系統的氧化能力和浮游植物的光合作用，從而提高水體修復效果。基于生態浮床實用性和成本低廉性原則以及各種強化手段中的共性部件（生物膜載體），業內人士均認為：人工合成生物載體加入生態浮床系統（組合式生態浮床）中是最可行、最低廉、最廣泛的技術，故而被廣泛研究和采用。

2組合式生態浮床和凈化效果

將生物載體引入到傳統生態浮床中而組建組合式生態浮床，通過提高浮床系統中微生物量和生態浮床的輻射“場強”使其凈化效果得到了極大的提升［8，9］。其作用原理是：通過在不同材質生物載體上富集極其復雜的、大量的生物膜系統，提高組合式生態浮床系統內的生物量、生物種類以及系統的“生物場強”［10］，提高組合式生態浮床的凈化效果。而且生物載體的應用可以避免冬季低溫條件下因植物枯萎而出現無凈化效果的情況，因為低溫條件下生物載體上的微生物雖生物凈化效果差，但是仍然會有一定凈化效果。

2．1傳統的組合式生態浮床存在的弊端生物載體是組合式生態浮床系統的重要組成部分，最原始的形式就是將人工合成生物載體懸掛在生態浮床的底部，僅僅就是為了提高生態浮床的生物持有量和凈化效果以及生物場強，并取得了良好的效果。但是這種生態浮床系統，植物根系和生物載體相互獨立，并無耦合效應，植物和生物載體之間并沒有很好的配合。另外也有將生物載體作為生物膜附著體和植物根系基質，植物根系和生物載體相互作用、相互依賴，生物載體為根系提供保護和承受部分污染負荷，而根系為生物載體上的微生物提供氧氣。而生物載體和植物根系自身的凈化效果仍然在發揮優勢，而且耦合了兩者的優勢。

2．2新型組合式生態浮床的凈化效果和現狀本課題組經過大量的實驗研究認為，將生物載體不懸掛于浮床底部而是作為植物生長基質，即實現生物載體和植物根系“親密接觸”而形成濕地型新型組合式生態浮床，其凈化效果和管理維護會更好些。而且業內人士對生物載體作為浮床基質時的效果也進行一定的探索研究。

2．2．1無機型生物載體在生態浮床中的應用徐麗花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3種生物載體系統的水質凈化能力，結果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系統的TN平均去除率分別為68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系統的去除率最高，這是由于沸石和石灰石發生了協同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促進了硝化作用，使得系統對TN的去除效果好于其生物載體單獨使用時的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等為植物生物載體強化脫氮過程，研究發現泥炭可提供碳源有利于脫氮，該系統中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分別為98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供過濾補充脫氮，兩者結合的去除效果明顯高于任一者的單獨去除效果。無機生物載體在組合式生態浮床中具有較好的處理效果，但因其密度較大，在實際景觀水體修復中需要浮體較多，增加處理成本，降低其推廣效能。

2．2．2人工合成生物載體在生態浮床中的應用人工合成生物載體因其穩定性強、堅固耐用、能夠有效抵擋水流沖擊，在組合式生態浮床生物載體中被廣泛應用。虞中杰等［13］通過構建美人蕉竹制框架下加掛球形生物載體的方式，該系統對TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分別達到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。這得益于人工合成的球形生物載體表面易于附著微生物，有利于強化水體中污染物的降解。張雁秋等［14］以傳統生態浮床為對比照組，以空心塑料生物載體作為基質和生物載體組建的組合式生態浮床系統為實驗組。初始進水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L時，該組合式生態浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質量濃度分別為（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而傳統生態浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質量濃度分別為（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，顯示出良好的脫氮效果，并使硝態氮濃度保持較低濃度。

2．2．3天然纖維素物質生物載體在生態浮床中的應用玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農作物秸稈和竹絲、樹皮等植物莖稈類的廢棄物均可以作為生物載體原料。而且用植物纖維素物質作生物載體的較其他人合成的生物載體更容易降解，使用一定時間會自行分解，比人工稱合成的生物載體容易形成載體污泥更利于保護環境［15］。本課題組對植物纖維素物質進行預處理后作為組合式生態浮床的生物載體，既能合理利用秸稈資源，拓寬秸稈的利用價值，又能有效修復水體和生態環境，取得良好的效果。施亮亮等［16］構建以稻草為生物載體和植物生長基質，以美人蕉和菖蒲為植物的復合組合式生態浮床為實驗組，以人工合成填料為基質的組合式生態浮床為對照組。添加稻草為生物載體的組合式生態浮床在去除污染物方面明顯優于以人工合成填料為基質的組合式生態浮床。筆者在研究中發現以竹絲為生物載體的組合式生態浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分別為63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明顯優于無生物載體組合式生態浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，鏡檢發現竹絲表面具有較豐富的生物相，大量活性良好的群居鐘蟲、草履蟲、累枝蟲和鞭毛蟲等，活性、數量均占優勢的指示性原生動物，處理過程竹絲穩定降解，釋放無機鹽類和小分子有機物為微生物生長提供必需的營養成分。樓菊青等［17］發現以毛竹為原料的生物載體在膜速度、掛膜量上有較明顯的優勢。以上文獻研究均顯示了天然纖維素物質在組合式生態浮床生物載體制造領域的潛在價值，為浮床生物載體基于天然纖維素物質資源化利用的多元化發展打下堅實的基礎［18］。采用天然纖維素物質不僅作為親水性很強的生物載體，還可以作為反硝化碳源，本課題組已經通過紅外光譜分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有較豐富的親水性基團（－OH（主要在纖維素、多糖物質中）、－CH2（主要在脂肪類物質中）、－NH2（主要為蛋白質）），可形成更為復雜的生物膜體系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物種群的多樣性；②可生物降解材料使用過程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作為營養的物質，而強化微生物的生長，如果生物載體是固體碳源，釋放出來的碳源有利于提高水體的脫氮效果。

3生物載體在生態浮床應用中急需解決的科學難題

3．1作為浮床基質的生物載體與植物根系交互作用機理研究作為浮床基質的生物載體與植物根系是一種相互耦合的關系，互為對方提供生長繁殖所需要的養分，在一定程度上促進提高了生態浮床系統的凈化效果、凈化進程和生物多樣性。目前本課題組已經發現以可生物降解的稻草作為生態浮床系統中植物生長的基質時，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）葉子呈碧綠色，而以人工合成生物載體（塑料球）為植物基質或無任何基質時，2種浮床中水生植物葉子呈淺黃色。分析認為稻草、塑料球均作為生物載體和植物基質，生長速率緩慢的硝化菌更容易附著在親水性良好的稻草上，塑料球因其親水性差、生物親和性欠缺而使硝化菌增殖緩慢，稻草上大量的硝化菌就能將相對不容易被植物吸收的氨氮轉化為更容易被植物吸收的硝態氮，充分的氮素使稻草基質生態浮床中的植物葉子更為翠綠，生長速率更快。即稻草基質為植物根系提供充分的養料（硝酸鹽）；而根系能為稻草表面微生物膜提供來自光合作用的氧氣，并在稻草基質中產生脫氮所需要的好氧、缺氧環境，提高整個生態浮床的脫氮效果。但是根際微生物和生物膜相互作用、相互影響研究并沒有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物載體表面和植物根系表面微生物種群差異分析由于根系表面和生物載體表面存在非常大的差異，根際微生物種群類別和生物載體表面微生物類別差異、數量差異和特性差異均需要深入研究，目前很多的研究仍然處于定性分析中階段。微生物作為生態修復和污染物去除的主體，不同生理生化特性的微生物承擔著不同生物降解過程，所以掌握不同生物載體和植物根系表面微生物種群存在的差異（生長速率、呼吸類型、降解底物酶系種類、微生物種群數和數量級等），對不同污染物采取不同的不同載體和植物，或不同生物載體組合，或不同植物的多樣化組合，或人工干預提供不同的環境以實現污染物去除，實現通過對微生物相關特性的強化和調控而實現微生物對污染物的降解。

3．3生物載體材質在不同污染源種類的水體修復中的選擇方法生物載體作為生態浮床中重要的生物附著場所，有時也作為浮床植物的基質，其作用較大，但是隨著生物載體的材質和形態等不斷多樣化，生物載體形態主要由從水流速度、使用方便和造景等因素考慮，對水體修復效果不會造成實質上的影響，而生物載體材質的不同對水體修復效果會產生極大的影響。傳統意義上的生物載體是塑料材質，并將懸掛在生物載體框架以下，其作用原理是：在生物載體表面形成生物膜以提高生態浮床系統中微生物量達到強化生態浮床的修復效果，在其表面形成的微生物是復雜的、多樣的、雜亂的叢生，并無特定的靶向污染物，在復合污染較重的現在存在一定的優勢。但是塑料材質生物載體存在親和性和親水性差而導致微生物量少、附著困難［19］。而且對于以氮素為主要污染物且C／N低的地表水修復過程中來說并無太大的價值，因為脫氮過程中涉及硝化和反硝化過程，反硝化過程需要補充有機碳以提高脫氮效果，而塑料材料生物載體并不能提供碳源，投加液體碳源存在計量無法控制和運行管理復雜等問題，如果以人工合成高聚物作為生物載體和碳源雖然可以實現良好的脫氮過程和硝化菌群的富集，但費用過高［20，21］；所以天然纖維素物質是理想的碳源、載體，不僅天然親水性和生物親和性可以實現生物量的最大化和掛膜的最快化，而且生物釋碳按需供給和，其來自極為廣泛（農業廢棄物、林業廢棄物等。對于磷含量相對較高的地表水體修復時，塑料材質或天然纖維素材質的生物載體應用于生態浮床中則效果較差，根據生物除磷均以排泥的方式，地表水體污染物濃度較輕，污泥量少或無污泥，無排泥也就除磷效果很低。現在一些工藝中為了提高除磷效果，采用一些孔隙多樣化吸收磷或含有某些能夠與磷發生化學反應的生物載體以提高除磷效果。

4展望

第8篇：生物耦合技術范文

循環經濟與傳統經濟不同(筆者將二者用和作形象的比較)。從物質流的流徑來看，傳統經濟是一種按“資源一十生產_÷廢物_+排放”和“資源生產_+產品一消費廢物排放”的流程運作的非循環或單向直線式的技術經濟模式，所示的是對其抽象簡化的情況。在這種模式下，生產所需要的資源幾乎都直接取自于自然界；生產和生活垃圾(即“廢物”)也幾乎都直接排向了環境。自然環境成為人類經濟活動賴以進行的“取料場”和“垃圾場”。循環經濟則是一種按“資源生產廢物廢物資源化生產_+產品”和“資源_÷生產產品消費廢物廢物資源化生產”這兩種循環式流程運作的技術經濟模式。循環經濟運行過程比較復雜，可以抽象簡化為所示的情況。“廢物資源化”是資源再生過程，即“廢物”經過匯集、分解或某種技術的處理而成為可被再利用的資源的過程。前一種循環式流程，即“資源生產-+廢物廢物資源化生產_+產品一十”，是發生于生產領域的“小循環”或“中循環”。所謂小循環，‘是指發生于企業等經濟實體單位內部不同工序或產品生產之間的“廢物”循環再利用和余能梯級利用。中循環，則是指發生于產業集中區(包括虛擬型產業園區④)內企業之間、產業之間、生產區域之間的“廢物”相互再利用和余能梯級利用。如通過建立產業生態園區，把屬于不同產業的企業按照它們之間的生態關系集中并鏈接起來，構成產業生態鏈網，形成企業間的產業代謝和共生耦合關系，從而使一個企業的“三廢”和余能成為其他企業所需要的投人物或能源。

后一種循環式流程，即“資源_生產產品_÷消費廢物_÷廢物資源化-+生產_+”，屬于社會層面上的大循環，它是社會服務和消費領域產生的“廢”舊物品通過回收和資源化處理回饋到生產領域加以循環再利用或再制造的過程。上述所有循環并非一次性的，而是循環往復以至無窮，是與社會生產和再生產活動相匹配的循環與再循環的永續過程。循環經濟系統由動脈系統和靜脈系統組成。動脈系統(如或上部所示)肩負著“生產一消費”職能，負責向社會提品，推動著“資源生產消費”過程。在該過程中，經過生產性消費，一部分投入物被有序化為產品，另一部分則被去功能化而成為“廢物”。經過生活性消費，產品被去功能化而成為“廢品”。但實際上大多“廢物”和“廢品”只是資源或產品被部分去功能化的結果，它們仍具有一定的使用價值。靜脈系統(如下部所示)就擔負著對這些“廢物品”進行“匯集(回收)資源化處理循環再利用”或對無使用價值的有害廢棄物進行最后的無害化處理的職能。循環經濟在內容上既不單指靜脈系統的經濟活動(簡稱靜脈經濟)，更不單指動脈系統的經濟活動(簡稱動脈經濟)，而是指二者發生耦合與互動所共同形成的具有自我循環機制的經濟復合體。在這里，耦合是指循環經濟系統中某些企業(產業)之間或企業內部工序之間的關于“廢物”的互補互需的“供求”關系，或者社會服務和消費領域指向生產領域的“廢品”供給關系。如一個企業或工序輸出的“廢物”經過“廢物資源化”處理成為另一個(一些)企業或工序所需要的輸人物。只有發生耦合，靜脈經濟才能與動脈經濟相互作用而形成更大的復合系統即循環經濟系統，也才能產生新的系統功能或效應。筆者認為，循環經濟是以動脈經濟為基礎，并以靜脈經濟的出現和發展及其與動脈經濟的耦合互動為其形成和存在的標志的。動脈經濟肩負著最基本的經濟職能，即生產_÷流通_÷消費。沒有動脈經濟，“廢物”就無以產生，更無以被循環再利用，靜脈經濟也不可能出現和存在，從而也就根本談不上循環經濟。但是，若沒有靜脈經濟，也絕不會有通常意義上的循環經濟。傳統經濟就基本屬于沒有靜脈經濟的較純粹的動脈經濟。

在傳統經濟模式下，由于不存在靜脈經濟系統，因而動脈經濟帶來的巨量人為的“廢物”只能被直接排向自然環境。而正是由于自然環境對這些過量的突如其來的“廢物”難以適時分解和承受才造成環境污染和生態破壞；而且，人類將這些具有剩余使用價值的“廢物”置于無用之地而丟棄所造成的資源浪費，也導致動脈經濟系統對原生物質資源消耗的激增而造成資源危機。筆者認為，循環經濟本質上是以“廢物”資源的循環再利用為核心和關鍵的自循環經濟。所謂自循環，也可稱“內循環”，是指由靜脈經濟與動脈經濟的耦合與互動而形成的關于“廢物”在經濟系統內部的反饋式自我循環流動，包括前文提及的小循環、中循環和大循環。循環經濟使原本在傳統經濟中被直接排向環境的“廢物”被迫返回經濟系統而與環境相脫離，與社會生產和再生產環節相鏈接，從而形成“廢物”在經濟系統內部的自我循環和再利用機制，使循環經濟成為一種具有創造綠色GDP功能并有經濟效率的環境友好型經濟。循環經濟之所以是環境友好型經濟，完全是由其獨特的白循環機制決定的。結合圖l和④分析如下：假定在傳統經濟模式下，獲得一定質和量的產出，需要消耗的原生物質資源數量為A，而排向環境的廢物的數量為E(如圖l所示)。而在循環經濟模式下，獲得同樣的產出，需要消耗的原生物質資源的數量則僅為a(a<A甚至a<<A)，而排向環境的“廢物”的數量則僅為e(e<E甚至e<<E)(如所示)。

這樣，循環經濟通過“廢物”資源的循環再利用，不僅極大地提高了資源利用效率，節約了資源成本，而且最終被排向環境的廢棄物大為減少，使環境污染壓力驟減。這樣，發展循環經濟，可以在不影響經濟流量甚至還可在適度增加經濟流量的情況下，將污染排放降至環境自凈能力所容許的范圍之內，從而使經濟與環境協調發展成為可能。需要指出的是，自然環境是人類賴以生存和發展的基礎，因而任何技術經濟模式都不可避免地會使人類的經濟活動與外部自然環境達成“外循環”關系。這種“外循環”關系，是人與自然發生聯系的“臍帶”和橋梁：一方面，人類要從自然環境中獲取物質和能源，另一方面又向自然環境排放或多或少的垃圾，從而對自然環境產生“索取”與“排放”的雙重不利影響。筆者認為，人類經濟活動的環境影響程度，卻會因經濟系統內部是否存在自循環機制而存在很大的差別。在循環經濟模式下，經濟活動中的“廢物”一經產生便會被推向自我循環通道而被循環再利用，從而產生資源“減量化”效應，即降低經濟系統與自然環境之間的物質(原生物質資源和廢棄物)外循環流量，使經濟系統能夠與自然環境達成良性的“外循環”，實現經濟與環境協調發展。由于傳統經濟系統不存在“廢物”自循環機制，因而不得不使幾乎所有“廢物”一經產生便通過“外循環”通道而被直接排向環境，從而導致環境問題。可見，傳統經濟與自然環境之間所構成的外循環，是一種惡性的，讓自然環境難以承受的，因而是不可持續的外循環。循環經濟以“廢物”在經濟系統中的“內循環”來達到“雙減量”的效果，既減少了對自然生態系統的原生物質資源的攫取和消耗，又減少了向自然生態系統的污染排放，從而使經濟系統在“人”和“出”兩個方面與自然環境達成和諧的“外循環”，促進經濟與環境兩個系統的協調共生。以“廢物內循環”的強化來換取“外循環”的和諧與永續，正是循環經濟的特殊功能。

二、循環經濟是全生態仿生經濟

經過極其長期的進化和自然選擇而形成的生物個體，其結構、功能和運行方式最能體現大自然的和諧原則和優化原則，最符合“經濟”規律。科學研究發現，動物器官用料耗能之節約，結構之精巧，“工作”性能之優越，是人造機器設備所無法比擬的。但它也為人類的技術發明展示了廣闊的仿生前景，從而使人類技術仿生實踐每每獲得成功。類似地，自然生態系統的運行也有著非常突出的經濟有效性和環境友好性。由于食物鏈(網)的存在，自然生態系統中的物質總能得到最充分的利用而幾乎不產生廢物。這種“先進”的自然生態原型，也為人類經濟系統的優化設計提供了可資模仿的絕佳模板。以植物、動物和微生物為主體構成的自然生態系統，主要包含宏微觀兩種最基本的生物鏈，即捕食性食物鏈(如上部所示)與腐生性食物鏈(如下部所示)。前一種食物鏈以“生產者”植物為起點，由植物一食植動物食肉動物，后者捕食前者。該食物鏈呈現出“生產一消費”的宏觀過程。后一種食物鏈即腐生性食物鏈，也叫分解鏈(如下部所示)，以生物殘體(動植物和微生物的尸體)為起點，它們被微生物所分解，最終還原成能為植物所吸收利用的CO，、銨態氮、硝態氮、磷酸鹽等無機營養物，還有有機質(植物的優質肥料)等，它呈現出“廢物分解、原料再生”的微觀還原過程。以上兩種食物鏈耦合銜接，形成自然生態系統內部的物質循環代謝過程。通過比較可以發現，自然生態系統中的“無機營養物植物一食植動物食肉動物”捕食性食物鏈，與人類經濟活動中的產業鏈即“自然資源一中間產品A一中間產品B一最終產品”是何其相似!

因此，我們可以把經濟領域中產業鏈或產品循環(即動脈經濟鏈)看成是人類不自覺地對自然生態系統中捕食性食物鏈的模仿。從這種意義上說，具有單純動脈經濟特征的傳統經濟，是一種半生態仿生經濟。因為它未能將生態仿生進行到底，它只是模仿了自然生態系統的一部分(上部所示部分)而不是全部。對于自然生態系統來說，分解還原作用是至關重要的。假如自然界沒有分解還原者(微生物)，那么，動物的排泄物和各種生物死亡后的殘體就會越積越多，最終充斥地球，而作為初級生產者的植物也終將失去無機營養物來源而滅絕。地球物理環境中的無機營養物質是有限的，沒有了分解還原(再生)作用，地球上的這些物質將會隨著植物對其不斷吸收利用和沿食物鏈的傳遞而最終被全部固化到生物殘體中去，整個自然生態系統就會因徹底“斷糧”而消亡。同樣，“廢物分解、原料或資源再生”功能對于人類經濟社會也是極其重要的。傳統經濟正是因為缺乏這種功能而導致資源與環境問題的日益惡化。筆者認為，循環經濟走的則是徹底的全生態仿生之路，即它是全面模仿自然生態系統的“產品循環”和“廢物循環”機制或功能的全生態仿生經濟。從產品的角度來看，傳統經濟中的企業或產業之間的關系也是一種循環關系，比如A企業的產品會成為B企業的投入，而B企業的產品會成為C企業的投入，最后，C企業的產品又可能成為A企業的投入；或者一個企業要輸入多個企業的產品作為其生產所需的材料或零部件，又把本企業的產品輸往多個其他企業——這種“產品循環”，是社會化、工業化大生產的基本要求和特征。

從這種意義上說，傳統經濟也是模仿了自然生態系統的“循環”功能的“循環經濟”或“生態經濟”。但是，傳統經濟是沒有把“生態循環仿生”進行到底的“半循環經濟”或“半生態經濟”——因為它僅僅是對自然生態系統的“產品循環”的仿生而未包含對其“廢物循環”的仿生的重要內容。量上的缺失必然導致質上的不同。部分地而不是全部地模仿自然生態系統的物質循環功能的傳統經濟，絕不是真正意義上的循環經濟，它必然會因缺乏“廢物循環”而使經濟社會加速走向不可持續的盡頭。只有全面徹底地模仿自然生態系統的“產品循環”和“廢物循環”功能的經濟，才是真正意義上的循環經濟。實際上，現在學術界和產業界所指稱的循環經濟，實際上就是這樣一種全面模仿自然生態系統即既模仿自然生態系統的“產品循環”功能，又模仿其“廢物循環利用”機制的“雙循環”技術經濟模式，因而它在本質上是一種全生態仿生經濟。經濟系統也只有實施全面生態仿生，才能使“廢物”在經濟系統中循環利用起來，才能使產品與“廢物”相互聯系和轉化起來，人類也才能夠在這種轉化過程中既源源不斷地享受產品帶給人們的效用而同時又不給自然環境帶來傷害，最終實現經濟與環境協調的可持續發展。當然，“廢物”循環和再利用是循環經濟的關鍵和核心，因為只有實現了“廢物”循環和再利用，也才能實現原生資源消耗和污染排放的減量化，才能把人類經濟活動的環境影響降到最低限度。循環經濟對自然生態系統的模仿并非克隆式的，而主要是從技術經濟角度，撇開自然生態系統的具體物質形態而對其捕食性食物鏈(相當于“產品循環”)與腐生性食物鏈(相當于“廢物循環”)所體現出來的物質循環代謝功能和機制的模仿。循環經濟也是節能的。

在能量流動方面，循環經濟與自然生態系統相似，但在能量利用上，循環經濟卻比自然生態系統高明。自然生態系統中的能量是沿食物鏈單向逐級遞減式流動的，每經過一級，就有大部分能量轉化為熱而散失掉，因而無法循環再利用。而循環經濟中的能量，雖然也是逐級遞減的，但能量可以得到一定程度的回收再利用，如垃圾回收焚燒產熱發電。再者，循環經濟通過能量梯級利用①的方式，在不增加投人的情況下即可大幅度地提高一次能源的利用率。循環經濟模仿自然生態系統的物質(包括產品和廢物)循環和能源梯級利用機制來組織生產，形成企業內部、產業之間和企業與社會之間的“廢物”和余能的循環或梯級利用的閉環體系，從而獲得有經濟效率的經濟與環境效果。丹麥卡倫堡生態工業園就是典型例證。丹麥卡倫鎮將熱力發電廠、煉油廠、生物制藥廠、板材廠、硫酸廠、水泥廠、種植養殖、園藝等通過廢物或副產品的貿易方式聯系在一起，形成一個產業共生系統。不僅減少了廢物產生量和處理費用，經濟效益也十分明顯，園區每年增收均達1000萬美元。循環經濟對自然生態系統全面仿生的結果，從內容上看，是“廢物”循環與產品循環的耦合，是靜脈經濟與動脈經濟的互動。從效果上看，是低消耗、低排放、無污染的經濟與環境雙贏的結局。根據生態仿生原理建立的循環經濟系統，可以是有生命的(如生態農業)，也可以是非生命的(如生態工業)，但其內部各企業或產業之間的關系一定是“有機”的、生態化的。

農業是利用動物植物等生物的生長發育規律，通過培育動植物生產食品及工業原料的產業，因而農業生態化更接近自然生態系統的實際，更容易實現和發展。人類走上全生態仿生經濟即循環經濟之路，經歷了一個長期認識和覺悟的自然歷史過程。充裕的自然資源和廣袤的清潔自然環境，使經濟發展初期的人類很自然而然地選擇了在當時來看是最省心、最易行的單向直線式經濟模式，并確實取得了經濟上的巨大成功。而隨著時間的推移，尤其到20世紀60年，傳統經濟模式所導致的資源環境問題尤其環境污染問題日益凸現出來，使人類認識到環境保護的重要性。但在實踐上所采取的末端治理措施仍未擺脫線性思維模式，既不能達到預期的環保效果，又缺乏經濟效率。實際上，早在1966年，美國經濟學家博爾丁(KennethE．Boulding)就在其《即將到來的地球宇宙飛船經濟學》一文中首次提出了“循環經濟”概念。在他看來，地球就像在太空中的宇宙飛船，經濟的無序增長遲早會使其中有限的資源耗盡，而生產和消費過程中排出的廢料也將使飛船污染，毒害船內的乘客，飛船內的生命系統就會走向毀滅。為避免這種悲劇發生，人類必須改變線性經濟方式，向自然生態系統學習，以“循環式經濟”替代“單程式經濟”-3J。在循環經濟方面，反倒是實踐落后于理論，直到2O世紀8O年代，才有少數發達國家(如德國和日本)率先實行循環經濟。

自然生態系統經過億萬年進化，形成了完備的、經濟的運作機制(生態規律)，它像一只“無形的手”在支配著自然生態系統，使其以最經濟有效的方式運作和調節。人類的經濟系統也有一只“看不見的手”即市場機制，它也在調解著人類經濟系統的運作，力圖使資源得到最有效的配置。但是，在傳統經濟下，市場這只“看不見的手”對于曾使用過但尚有“剩余使用價值”的“廢物”資源來說，其有效配置資源的功能卻表現出極大的局限性。我們人類若能自覺地將經濟和自然兩種優化配置資源的“看不見的手”同時用于調節人類的經濟活動，那將是完美的、理想的狀態。循環經濟就是向自然生態系統學習的一種技術經濟模式，是全生態仿生經濟。傅紅春曾提出經濟仿生學(EconomicBionics)概念_4J，強調經濟活動要模仿生命活動。美國科學家本娜斯則進一步提出仿效大自然的經濟學，強調人類想要“可持續的發展”，必須向“大自然”學習5J。也有一種權威觀點認為，循環經濟“本質上是一種生態經濟，它要求運用生態學規律而不是機械論規律來指導人類社會的經濟活動”_6J。筆者認為，“生態仿生經濟”尤其“全生態仿生經濟”的概念更符合循環經濟的本質，循環經濟學在本質上就是“全生態仿生經濟學”。

三、循環經濟是良性超非線性經濟

從系統內在作用機制上看，循環經濟是超非線性經濟。所謂系統，是指由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的、具有一定結構和待定功能的有機整體。經濟系統的功能體現為它與外部環境之間的物質輸入與輸出的變換關系。根據系統各組成部分之間的作用性質和關系，系統可分為線性系統和非線性系統。線性系統只包含由單向作用形成的直線式因果鏈條，各部分之間是互不相干的獨立關系，其輸出與其輸入成正比，符合疊加原理，即系統整體功效等于各部分單獨作用時的功效之簡單疊加，簡言之，整體等于部分之和。而非線性系統的各部分之間卻是彼此相互影響的，往往發生多重耦合作用和交互作用(也稱循環作用)，從而形成雙向或多向的交叉因果關系或因果網絡，其輸出不與其輸入成正比，從而使疊加原理失效，即整體功效不再是簡單地等于各部分功效之和，而可能出現不同于“線性疊加”的增益或虧損。如哺乳動物的兩個眼睛就構成非線性作用關系：兩個眼睛的視敏度不是一個眼睛的2倍，而是6一l0倍!

這是非線性作用產生“1+l>2”的系統放大效應之結果。以“廢物”為媒介所形成的反饋、耦合及交互作用或自循環作用，使循環經濟成為能夠產生良性系統效應的超非線性經濟。嚴格說來，包括傳統經濟在內的所有現實經濟系統，都是非線性系統，因為它們都包含非線性作用。我們說傳統經濟是線性經濟，是僅就其“廢物”處理方式而言的。從物質流的流徑來看，傳統經濟是一種按“資源一生產廢物排放”和“資源生產一產品消費廢物一排放”的流程運作的非循環的、單向直線式的技術經濟模式，即在傳統經濟中，“廢物”是直接被排向環境或經末端處理后排向環境而不是被再返回到經濟系統中加以循環再利用的。但就其產品來說，包括傳統經濟在內的任何工業經濟都是非線性經濟。因為它們也存在由耦合作用而形成的物質耦合與循環，即反映社會化大生產要求和特征的產品耦合與循環。企業或產業問以產品為媒介而發生的生態關系、耦合關系和循環關系，導致經濟系統中非線性作用的形成。但是，傳統經濟的這種非線性是基于產品循環(產品鏈)而非“廢物”循環而產生的非線性。與循環經濟相比，傳統經濟的非線性要簡單得多，因而其功效也差得多。

就其整體而言，循環經濟則是一種超非線性經濟。它不僅包含傳統經濟所具有的由產品循環產生的非線性作用，更包含循環經濟所特有的由“廢物”循環所產生的非線性作用。不僅如此，循環經濟中的這兩種非線性作用之間又發生了有序的、相互交織的耦合，從而共同形成一種更加多元和復雜的非線性作用，我們把它稱作超非線性作用或倍增非線性作用。因此，從這種意義上說，循環經濟在本質上是一種由其內部的超非線性作用所調控的經濟，簡稱超非線性經濟。當然，非線性作用及其復雜性并非一定會使系統產生對人類或環境有利的功效。因為非線性作用可能導致不同于“線性疊加”的增益，也可能導致不同于“線性疊加”的虧損；既可能使系統整體功能大于部分之和，也可能小于部分之和。而到底出現什么樣的系統效應結果，則決定于系統各部分之間以及系統與外部環境之間的相互作用的具體性質。

由于循環經濟所具有的兩種非線性作用及其耦合而形成的超非線性作用來自于對自然生態系統的兩種宏微觀物質(生物物種及其排泄物和死亡殘體)循環機制的全面生態模仿，而且在循環經濟實踐中既考慮產品循環方面的生態優化，又特別重視“廢物”循環方面的生態化的系統性設計，從而使循環經濟系統的超非線性作用只產生良性的即對人類或環境有利的新功效。循環經濟的成功實踐已經表明，循環經濟是統籌經濟增長與生態環境保護的最佳路徑，是實現經濟與環境協調發展的理想的技術經濟模式。“廢物”循環及其產生的非線性作用，是使循環經濟表現出其特質的關鍵所在。與傳統經濟相比，由“廢物”循環產生的非線性作用，使循環經濟發生了質的變化。第一，循環經濟使經濟活動的原因和結果發生了轉換。在傳統經濟中，“廢物”因果鏈條是直線式的，而且因和果是確定不變的。在“資源一生產一廢物一排放”的經濟鏈條中，資源投入是原因，產出“廢物”是結果；在“資源一生產一產品消費廢物排放”的經濟鏈條中，產品消費是原因，產出“廢物”是結果。在這里，沒有反饋，“廢物”均作為人類經濟行為的結果而存在。若沿著上述鏈條繼續追蹤，可以發現，傳統經濟中的“廢物”繼續勇往直前而被直接排向環境，從而成為該直線鏈條的下一個結果(即環境污染)的原因。這種因果地位的變化是線性遞推式的，而不是反饋互換式的。

而在循環經濟中，由于“廢物”的反饋和耦合式循環的存在，原因和結果經常發生位置轉化。從“資源生產廢物一廢物資源化一生產一”循環鏈網來看，在最初，資源投入是原因，產出“廢物”是結果；但在其后，接著又出現了“廢物”被資源化之后而被重新再利用的情況，這時，原來作為結果的“廢物”又成了作為原因的投人物(原材料)——這在典型的傳統經濟中是不存在的。而從循環經濟的“資源生產一產品一消費-+廢物一廢物資源化生產”循環鏈網來看，生產和消費是原因，產生“廢物”是結果；但是再往后，原來作為結果的“廢物”又成了生產和消費的投入物(原材料)即原因了——這在典型的傳統經濟中也是不存在的。第二，循環經濟改變并優化了生產函數。由于循環經濟對各單項技術資源(可能還是舊有技術)進行了生態化的重新配置組合，從而使經濟系統的投入與產出之間的數量關系即生產函數發生了重大變化。

與傳統經濟相比，在同樣投入的情況下，循環經濟會因“廢物”的循環再利用而獲得更大的總效益。這顯然是循環經濟引起生產函數變化的結果。如快堆核能發電，是一種核能循環經濟，它可以對熱堆產生的核垃圾(乏燃料)進行回收循環再利用，結果不僅可以降低核污染風險，而且可以使天然鈾的利用率提高6O倍以上①!從長遠來看，核循環經濟將帶來非常可觀的經濟和環境效益。第三，循環經濟具有有機性，自調節性和自組織性。實際上，循環經濟是把經濟與環境視作有機整體來看待的，它擴展了經濟領域，并將環境作為一種特殊的經濟資源來配置；在將環境成本化的基礎上，力圖達到總體上的增收節支之經濟目的。經過數十億年的進化和優勝劣汰，現有生物物種皆是最適合生存的物種，它們各司其職，并極為善于相互合作，從而形成自動調節、自動抑制過度發展的機制和力量。作為生態仿生經濟，循環經濟應向自然生態系統學習，通過對技術或產業的生態化組合設計，也把自然生態系統的優良非線性作用繼承下來，從而使循環經濟也表現出有機，即主動性、自調節性、自組織性。當經濟系統在遠離平衡時，它的不同部分好象能夠“互通信息”，相互制約，按一定方式在大范圍內協調運動J。這不僅體現在循環經濟系統內部，而且也存在于它與自然環境之間。當其輸出終端排向環境的廢物增多時，會提醒經濟主體在輸入端加大“減量化”力度，在過程控制中，增大“廢物”的循環再利用強度；而當輸出終端排向環境的廢物過少而又造成廢物資源化成本過高時，又會提醒經濟主體適當降低“廢物”資源化的力度，在保證排向環境的廢物不超過環境的生態閾值或環境標準的前提下節約經濟成本。

四、循環經濟是全功能、低壽命周期成本和高價值經濟

用價值工程的思維方法對循環經濟的功能和價值進行分析，可以發現，與傳統經濟相比，循環經濟是全功能、低壽命周期成本和高價值的經濟。價值工程又稱價值分析，是研究如何以最低的壽命周期成本使對象(產品或活動)具有必要的功能，從而提高其價值的一種技術經濟思想方法。價值(V)是指對象所具有的必要功能(F)與獲得該功能而發生的壽命周期成本(C)之比，即V=F／C②。價值工程的“價值”概念，不同于其他同名概念，它有“值得”、“合算”之意，類似于“性價比”。某項經濟活動的價值越高，表明從事該經濟活動就越值得、越合算，表明它越有經濟效率。循環經濟的追求與價值工程不謀而合，其基本思想均是：以最低的成本換取所需要的功能。與傳統經濟相比，循環經濟使經濟活動的功能或目的增加了，其壽命周期成本卻降低了，因而循環經濟的價值提高了。相對于傳統經濟，循環經濟能夠成為全功能、低成本、高價值的經濟。下面從價值工程的角度，對循環經濟與傳統經濟作些比較分析。

(一)功能分析。

在價值工程看來，對于不同的對象，功能有著不同的含義：對于物品來說，功能就是它的用途或效用；而對于活動來說，功能就是它所起的作用或要達到的目的。就經濟活動來說，傳統經濟與循環經濟的功能(目的)是不同的：傳統經濟的功能或目的只有一個，那就是經濟目標，即創造GDP；而循環經濟的功能或目的則是兩個：經濟目標和環境保護目標，即在創造GDP的同時也要保護好環境。創造GDP，是循環經濟的基本功能(當然是必要功能)或目的；循環經濟源于環境保護，環境保護是循環經濟又一重要功能或必要功能。顯然，傳統經濟在對經濟活動的功能定位上出現了偏差，它僅僅將“創造GDP”作為經濟活動的功能(目的)，從而導致“功能不足”的問題。循環經濟正好彌補傳統經濟“功能不足”的缺陷，從而成為具有經濟與環保雙重功能(目的)的全功能經濟。

(二)壽命周期成本分析。

根據價值工程，經濟活動的周期壽命成本，是指經濟主體從事的經濟活動所引起的一切直接和間接的成本費用，包括生產成本、使用成本及環境成本。生產成本是指在產品研發、設計、生產制造過程中發生的全部成本費用；使用成本是指用戶在使用(消費)產品的過程中所發生的全部費用；環境成本則是指由于生產、流通和消費等經濟活動所引起的環境保護支出和環境污染退化損失。經濟活動的其他成本費用往往隨著經濟活動的結束而全部(全額)發生。但是，經濟活動的環境成本的發生則具有明顯的滯后性和外部性。一方面，當一項經濟活動結束時，其造成的環境影響往往不會立竿見影般的消失，而可能是緩慢的、持續的并具有積累性的發生，因而它所導致的環境保護費用和環境污染或生態破壞損失(環境成本)的發生往往是滯后的。另一方面，無論是經濟活動導致的即時發生的環境成本費用，還是滯后發生的環境成本費用，經濟活動主體往往是不承擔的，即環境成本具有外部性。所謂外部性，也稱為外部效應，是指某經濟行為人的活動對其他經濟行為人產生了影響，而這種影響又未能通過市場交易或價格體系反映出來的的情形。若這種影響是有益的(如收益增加)，則屬于正外部性；若這種影響是有害的，如企業排污給周圍居民帶來健康損害這種環境外部性，則屬于負外部性。在市場失靈和政府沒有管制的情況下，那些破壞環境的人可以順利地將他們造成的費用的一部分轉嫁到別人甚至后人身上。在歷史上，早期的廠商目光短淺，只重視生產成本的降低；后來，尤其價值工程原理被發現(20世紀50年代)以后，廠商變得更聰明了，懂得在產品的設計和生產階段就著手控制產品的使用成本。誰的產品使用成本低，誰的產品就會贏得更多的買者。因為買者既重視商品的購買成本(與生產成本有關)，又很在意商品的使用成本。但是，在傳統經濟模式下，幾乎所有的經濟人(包括廠商和消費者)都完全忽視由其經濟行為所導致的“那些只是在晚些時候才顯現出來的、通過逐漸的重復和積累才產生效應的較遠的結果”_9j，如經濟活動的遠期環境影響。因為在他們看來，近期的環境影響是外部性的(污染者不用付費)，而遠期的環境影響不僅是外部性的，而且按貼現率來衡量其現值，往往又是小得可以忽略不計的。當然，遠期環境損失對當代人是沒有什么影響，可對于后代人來說，卻是原原本本的現實傷害。環境影響導致的治理成本和環境損失是經濟活動造成的，理應被視作經濟活動的壽命周期成本的組成部分。早期的傳統經濟根本不考慮經濟活動的環境成本，但這并不意味著它的環境成本不存在。而恰恰相反，在傳統經濟模式下，由于市場對具有公共品特性的環境資源的配置或調節作用失靈，經濟活動帶來的環境成本往往是比較大的。對于我國尤其如此。權威數據表明，近十幾年來，我國由于環境污染造成的經濟損失約占GDP的10％左右_1，而2003年的環境污染和生態破壞造成的損失競占到GDP的15％Ll。所以，若將環境成本考慮進去，傳統經濟模式下的經濟活動的實際壽命周期成本將會是比較高的。而在循環經濟模式下，由于“廢物再循環原則”的作用，使循環經濟的環境成本大為降低；還由于余能的回收利用和能量梯級利用帶來節能效果，也使循環經濟的能耗成本得以降低；再由于輸入端的物質“減量化原則”的作用及消費端的產品“再使用原則”的作用，又使得循環經濟的材耗成本得以降低。這一切，使循環經濟的壽命周期成本得到顯著的降低。從這種意義上說，循環經濟是低壽命周期成本(低代價)經濟。

(三)價值分析。

與傳統經濟相比，循環經濟使經濟活動的功能倍增了，同時其壽命周期成本也能夠得到大幅度的降低。因而根據價值公式即“價值=必要功能÷壽命周期成本”，循環經濟模式下的經濟活動的價值將有大幅度提高的空間。所以，從價值分析的角度看，循環經濟是一種全功能、低壽命周期成本、具有高價值潛能的經濟。當然，我們在發展循環經濟的實踐中，只有按照循環經濟的生態化特征和“減量化”原則，并用價值工程和技術經濟分析等優化方法，科學地設計和優化循環經濟系統，才能實現低壽命周期成本和高價值目標。

五、循環經濟是技術經濟范式革命和環境保護范式革命

傳統經濟模式存在著機制上的重大缺陷，因而導致經濟與環境之間的尖銳矛盾。人類以這種經濟模式與自然界打交道，“起初確實取得了我們預期的結果，但是往后和再往后卻發生完全不同的、出乎預料的影響，常常把最初的結果又消除了”-l。綠色GDP之所以小于GDP，就是由于經濟活動的環境影響將一部分經濟成果給抵消的結果。人類怎樣才能跳出經濟與環境矛盾的“怪圈”，實現經濟與環境協調發展呢?顯然，最重要的是要從根本上改變傳統技術經濟范式。“所謂技術經濟范式，是指人類為達到一定的經濟社會發展目標而選擇的技術經濟模式”_1。在技術經濟范式中，技術范式決定經濟范式。直線式技術配置模式帶來傳統技術經濟模式，而生態化循環式技術配置模式則帶來非線性的循環經濟的技術經濟模式。．傳統線性技術經濟范式是導致資源環境問題的根源，因而試圖通過改良該技術經濟范式的辦法來解決資源環境問題是徒勞的。因為在舊范式下去解決舊范式自身帶來的問題，往往存在著“準解決與余留問題”-l。

一方面，從理論上看，由于存在技術路徑依賴，“每一項技術進步都與以前的相應技術有關，既要吸取其成果與工藝方法，又要克服其所包含的與面臨的矛盾，因此，又必然帶來新矛盾，產生新的余留問題，而新的矛盾與余留問題既要求進一步加以解決，事實上又比前面的矛盾與問題更難解決”_l。另一方面，從實踐上看亦如此，在傳統技術經濟范式下，人類對環境問題的解決也作過不少嘗試，但事實證明，效果并不理想。首先，從技術路線來看，在傳統技術經濟范式下，解決環境污染問題采用的主要是“末端治理”的技術路線。但這是一種線性治理模式，它存在著技術難度和經濟成本雙遞增的問題，并存在二次污染的可能。其次，從環境規制或政策來看：(1)“命令一控制”型環境規制屬于行政手段，它雖能在環境保護方面起到立竿見影之效，但它明顯缺乏經濟效率。(2)外部性理論從經濟學角度，將環境污染問題歸屬于負的外部性，而歸罪于市場失靈，因而主張通過征收“庇古稅”或者依照科斯定理對環境權或污染權進行產權界定等經濟手段來解決污染問題。雖然其效果明顯并具有一定的經濟效率，但它在實踐上尚存在不少棘手問題和障礙。總之，傳統技術經濟范式下的這些措施對于污染問題的解決，都是一種不徹底的“準解決”。循環經濟則另辟蹊徑，跳出傳統技術經濟范式，以技術生態化集成為手段，巧妙地消除了技術進步非對稱性，實現了技術經濟范式和環境保護范式的革命，使資源與環境問題一并得到迎刃而解。18世紀工業革命以來，技術進步顯著加快，但也加劇了技術進步非對稱性趨勢，并因而導致環境問題【1。從技術應用的環境影響來看，可將技術分為三種類型：A型技術，是指用于經濟活動但會帶來明顯污染排放的技術；B型技術，是指污染治理技術；C型技術，是指用于經濟活動但不會或很少帶來污染排放的環境友好型技術。所謂技術進步非對稱性，則是指A型技術與B、c型技術在創新速度和擴散規模上的不匹配現象：A型技術進步處于強勢，B、C型技術進步處于弱勢。顯然，要解決環境污染問題，必須消除技術進步非對稱性問題。

但是，在傳統技術經濟模式下，試圖通過消除技術進步非對稱性的辦法來解決環境問題，只能得到一種“準解決”的效果：(1)強化B型技術創新，以應對A型技術應用帶來的污染排放，但如前所述，這種末端治理模式難以徹底解決問題；(2)強化C型技術創新，以更多的c型技術代替A型技術。雖然這是消除技術進步非對稱性的理想選擇，但從單項技術角度來看，c型技術創新難度較大，需要長時間積累，況且有不少A型技術難有適合的C型技術來替代的。筆者認為，循環經濟是人類技術經濟思維方式的革命和技術經濟范式的革命。因為在循環經濟的技術經濟模式下，通過對單項或集成A型技術資源的生態化配置，即以恰當的順序、方式和比例對各種A型產業技術進行生態化集成，就能在整體上使其轉化為無(低)污染排放的c型集成技術。循環經濟通過生態化技術集成的方法，既能夠巧妙地消除技術進步非對稱性，從而達到使經濟活動“產污而不排污”及其經濟與環境的效果。這表明，技術的綜合運用即對原有技術的生態化集成也是一種創新，而且這種創新甚至比單項技術發明更能解決資源環境問題，從局部和經濟環節上看，經濟活動不產生“廢物”幾乎是不可能的。但是，循環經濟的長處就在于，它通過生態化技術集成的辦法而使其動脈經濟過程所產生的“廢物”被資源化(不是將其排向環境)，從而達到發展經濟與環境保護的雙重目的——顯然，循環經濟體現的是“對原有技術的一種顛覆和全面改革”_l，是一種新穎的技術經濟思維方式，是一種特別的技術進步，是一種技術經濟范式革命，也是一種環境保護范式的革命。從另一種意義上說，循環經濟是方法論經濟或知識經濟。循環經濟所體現的生態仿生經濟特征，為我們提供了一種新的觀察角度、新的思維模式和新的行為選擇。為我們解決環境經濟難題，提供了方法論上的靈感。循環經濟最講究技術生態化集成方法和方案的創新，最講究方法和方案對環境經濟整體功效的貢獻。從某種意義上說，循環經濟更像田忌賽馬，它可以憑借對原有技術資源的生態化組合而不是單項技術創新而獲得成功。在循環經濟中，方法和方案創新的作用是非常突出的，但其物質投入成本相對較低。因為它更倚重思維投入、智力投入，更倚重通過“想方設法”或“千方百計”所形成的技術生態化集成的方案的優化，而非大量的物質或資金的投入，但它獲得的卻是實實在在的經濟效率和環境保護效果，獲得的是技術環境經濟進步。

六、結論與政策啟示

(一)結論

循環經濟是全然模仿自然生態系統的物質循環機制和能量梯級利用規律而重構經濟系統，使經濟活動的環境影響(資源開采、環境污染、生態沖擊)和壽命周期成本最小化、價值最大化，從而實現經濟與環境協調發展的技術經濟模式。從不同角度看，循環經濟都表現出一定的特質：從資源經濟學角度看，循環經濟在本質上是以資源循環利用為核心的自循環經濟；從環境經濟學角度看，循環經濟是環境友好型經濟；從生態學角度看，循環經濟是全生態仿生經濟；從系統論角度看，循環經濟是具有良性系統效應的超非線性經濟；從經濟學角度看，循環經濟是實現技術資源、自然資源與環境資源綜合優化配置的可持續發展經濟；從價值工程角度看，循環經濟是全功能、低壽命周期成本(低代價)、高價值的經濟；從哲學角度看，循環經濟是方法論經濟，是知識經濟；從技術進步角度看，循環經濟是消除技術進步非對稱性的理想路徑，是人類技術經濟思維方式的革命、技術經濟范式革命和環境保護范式革命。

(二)政策啟示

本文從不同視角審視循環經濟的本質特征，有助于我們深刻認識循環經濟，更好地駕馭和發展循環經濟。循環經濟的本質特征，對于我們發展循環經濟具有以下政策啟示意義：

第一，在發展循環經濟的過程中，應著眼于從更大空間范圍來規劃和設計循環經濟實體系統。根據自然資源、產業資源及其“廢物”資源、技術資源等分布情況，對循環經濟進行寬視野的系統性設計，以使更大范圍的更多的經濟活動能夠納入到統一的循環經濟系統之中，從而實現資源更充分的循環再利用，提高規模效益。

第二，發展循環經濟，應重點配套發展靜脈經濟產業。靜脈經濟的存在和完善與否，是循環經濟能否形成和發展的決定性因素。因此，要發展循環經濟，必須相應發展靜脈經濟，并使之與動脈經濟相匹配、耦合與協調發展。

第三，按照循環經濟的客觀要求，推動循環經濟的接口技術、端口技術和整體設計優化技術的創新和進步。筆者把能夠通過“廢物”、副產品和余能將各產業(或企業、工序、產業園區)按照其生態關系(產業鏈網)鏈接起來的技術，叫做循環經濟的接口技術。它主要包括“廢物”資源化技術(如回收處理技術、“廢物”再利用技術、綠色再制造技術)、能源梯級利用技術(如低溫余熱發電技術)等。有了更多更先進的接口技術，就能使更多的產業或企業鏈接耦合起來，從而實現內容更廣泛的“廢物”和余能的循環再利用或梯級利用，提高循環經濟的覆蓋范圍，提高“廢物”資源的配置效率和經濟效率。筆者把與循環經濟系統的輸入端和輸出端的環境經濟活動有關的技術，如資源減量化技術或替代技術、可再生能源技術等，叫做端口技術。如我國的SWR技術，可將生活垃圾進行分離(能對垃圾中的金屬、玻璃、紙張、電池等廢棄物進行自動分離回收)，并能將分離所得到的固體有機廢棄物進行迅速的分解并轉化為有機肥料，既實現了垃圾的資源化，又減少了環境污染，是目前生活垃圾資源化處理的國際頂尖技術。開發先進適用的輸入端技術，有助于原生資源的節約利用，也有助于有效減少后續經濟活動的產污量；開發先進適用的輸出端技術，有助于末端治理的有效性的提高。在不少情況下，即使是在循環經濟的“終端”也可能有廢棄物排放。零排放是理想境界，也能在一定程度上實現，但不可能完全實現。先進的末端治理技術、無害化技術有助于實現零污染或輕污染。筆者把根據產業之間的生態關系對循環經濟系統進行整體優化設計的技術，叫做整體設計優化技術，它包括生態產業園區技術集成與優化技術、生態農業技術；除此之外，還應該包括關于循環經濟建設項目的技術經濟分析技術和環境影響評價技術，這些技術對于優化循環經濟系統設計是不可缺少的。

第四，在實施循環經濟的過程中，既要從技術上設計一個合理可靠的循環經濟系統，使其具有技術上的可行性和環保上的有效性；更須從經濟角度建立健全循環經濟各經濟主體之間的責任落實、收益分享、風險分擔、共同發展的機制和體制。循環經濟系統是超非線性經濟系統，循環經濟實體中的各產業、企業或工序處于一種產業代謝和共生耦合的復雜關系之中，因而一個微小的漲落都有可能與系統內部的非線性相互作用藕合而形成“巨漲落”¨，導致無法衡量的戲劇性后果。因此，建立可靠、穩固的循環經濟的經濟共同體，是極其重要的。

第五，循環經濟是低成本地實現環境外部性內部化的理想方式。循環經濟中動脈經濟具有傳統主流經濟特征，市場機制對其傳統資源的配置和調節是有效的。但是，循環經濟中的靜脈經濟卻是非傳統、非主流的“新生”經濟，是市場失靈和外部性易發領域。雖然循環經濟在技術上已巧妙地將環境外部性內部化了，但由于受到傳統經濟慣性和“廢物觀”的影響，在循環經濟發展初期，發展循環經濟仍需要政府政策的引導、推動和全社會的支持。當循環經濟發展到一定階段，“視廢為寶”的價值觀得到一定程度的普及之時，市場機制將會自發地對“廢物”資源(剩余資源)的配置發揮應有的市場調節作用，從而整個循環經濟就能全面融入市場經濟體系之中。

第9篇：生物耦合技術范文

一、生物法

生物法在污水處理中應用廣泛，能夠有效地去除BOD5、COD、氨氮、硫化物及油類，有降解污染物種類多，效率高、抗沖擊能力強、運行費用低等優點，目前，國內外應用廣泛的生物處理方法主要有活性污泥法和膜生物反應器法。

1.活性污泥法

活性污泥法為最早的生物處理法，目前煉油廠采用的活性污泥法多為好氧曝氣活性污泥法，此法對BOD5和COD的去除比較有效，但是無法除磷脫氮，而且容易出現污泥膨脹或者流失的現象，導致外排水的水質不穩定。為了達到更高的排放要求，一些新的工藝和技術被研究并應用于生產中。

1.1A/O法

這種工藝是在膜法A/O工藝的基礎上改造而成的，主要是為了克服污水中油類在生物膜上形成油膜而影響處理效果的問題，試驗將A段改為了活性污泥系統，顏家保等[1]對這種工藝進行了試驗研究，結果表明對于氨氮、COD、油類等去除較好，出水的水質能夠滿足國家相關的廢水排放標準，但是當水中的油類濃度高于22mg/L時，對消化反應有明顯的抑制作用，因此進水中油類濃度的高低成為這種工藝處理效果的限制因素之一。

1.2氧化溝法

采用常規的推流式鼓風曝氣，氧化溝出水后經消毒池消毒后進入過濾罐過濾，處理合格后的水進行回用，這種方法在我國也有應用，如撫順石化公司二廠污水處理氧化溝工程，廣州石油化工總廠等。

2.膜生物反應器法

膜生物反應器法中發展較快且應用較多的有生物濾池法和生物接觸氧化法。生物濾池是一種廢水處理的生物反應器，用于廢水處理的各類微生物附著生長在上面，該工藝可以單獨用于廢水處理，也可以和其他的工藝組合處理廢水。生物接觸氧化法兼有生物膜和活性污泥法的優點，工作穩定、操作簡單、懸浮生長、與廢水接觸性良好。陳洪斌等[2]將懸浮調料生物接觸氧化法應用于煉油廢水的處理中，這種工藝COD、BOD5的去除較好，而且對于油類、硫化物和酚類等污染物可以徹底去除。

二、化學法

化學法主要有高級氧化技術、電化學凝聚法和化學絮凝法。它的處理對象主要是廢水中的生物毒性物質、難于生物降解的溶解性有機物或膠體物質。

1.高級氧化技術

主要是通過氧化劑在催化或者非催化條件下所產生的自由基在一段時間內迅速分解水中的有機污染物，特別是能夠高效分解水中的劇毒物質氰化物和氨氮，對于酚類、醛類、鹵代烴類污染物也有極高的分解能力。目前，應用較廣的高級氧化技術主要有 Fenton 氧化、臭氧氧化、超聲氧化和光催化氧化等技術 。高級氧化技術最顯著的特點是能夠產生大量而活潑的羥基自由基（?OH），并能與有機物發生反應，生成的自由基可以繼續參加羥基自由基的鏈式反應，進一步發生氧化分解反應直至有機物降解為二氧化碳、水和無害鹽。陳怡[3]等采用絮凝氣浮-臭氧生物活性碳串聯工藝對煉油廢水進行深度處理。研究結果表明，工藝運行控制條件成熟可靠，具有較好的抗沖擊性能。對主要污染物如 COD、石油類等去除率可達到 80%左右，單位運行成本可控制在0.754 元/m3。

2.電化學凝聚法

利用可溶性電極（鐵電極或鋁電極）電解產生的陽離子與由水電離產生的氫氧根負離子結合生成的膠體與廢水中的污染物顆粒發生凝聚作用來達到凈化廢水的目的的一種方法。目前，國內外使用較多的是小間隙(1mm)高流速旋轉電極裝置，普遍存在的問題是陽極易發生鈍化現象，雖然這方面的研究較多，但仍然沒有在根本上得到解決。 Ivonne[4]等將以鋁為電極的電化學凝聚工藝與生物吸附工藝聯合處理成分復雜的工業含鹽廢水。結果顯示，在最優操作條件（pH 值為 8，電流密度為 45.45 A/m2）下，CODcr 去除率達 84%，BOD 去除率達 78%，色度和濁度去除率分別達到 97%、98%。

3.化學絮凝法

化學絮凝法是向廢水中投加絮凝劑，通過絮凝和凝聚作用產生的絮狀體帶走水體中懸浮物、膠體等污染物，實現去除水中污染物、凈化水質的目的。郭亞妮[9]等采用聚硅酸硫酸鋁絮凝劑處理煉油廢水，并與傳統使用的 PAC進行絮凝比較。結果表明，PASS 效果優于 PAC，煉油廢水經過絮凝-砂濾處理后，出水 pH、COD、石油類物質指標均達到國家一級排放標準。

三、物化法

利用物理化學的原理和化工單元操作去除水中的雜質。既能處理雜質濃度低的污水，也能處理雜質濃度很高的污水，通常作為廢水的深度處理技術。物理化學法深度處理含鹽廢水的技術主要有膜分離技術（電滲析、反滲透、膜蒸餾技術）和吸附法等。

1.膜分離技術

主要用于煉油廢水的脫油、去除懸浮物或者除鹽，能夠有效地脫除廢水中色度、臭味，去除多種離子、有機物和微生物，出水水質穩定可靠，但是需要投資大，污水處理量小。

2.吸附法

主要是利用了多孔性固體（稱為吸附劑）吸附廢水中一種或幾種污染物（稱為吸附質），以回收或去除某些污染物，從而使廢水得到凈化的方法。常用的吸附劑有活性炭與大孔吸附樹脂等。吸附法的主要優點在于廢水處理程度高，出水水質比較穩定，處理后水中的 BOD、COD、SS 等通常都很低，如果輔以其他處理措施，可以達到飲用水標準。缺點是投資和處理費用高。Abe[5]指出在煉油廢水經 API 隔油池-壓力浮選-砂濾處理后，再以活性炭吸附，對于污染物的去除有良好的效果。

四、組合法

在實際處理中，運用單一的方法往往效果不好，近年來，發展了一些生物、化學及物化方法之間相互組合的方法，得到了良好的處理廢水的效果。

1.生物活性炭法

這種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質，提高活性炭的使用周期，降低水處理的成本。劉鐵民等[6]對撫順石化分公司石油二廠污水處理場出水采用 PAC、PAM 絮凝沉淀池精濾器臭氧氧化活性炭塔除氨器工藝進行深度處理，出水油、CODMn、NH3-N、懸浮物分別在 0.15 mg/L、2.13 mg/L、0.20 mg/L、7mg/L。

2.電-生物耦合技術

硝基苯類、 鹵代酚、 鹵代烴、 還原染料等都是重要的工業原料或產品, 但它們都很難被微生物所降解。以前這類廢水的處理一直是企業面臨的一項難題。中國科學院過程工程研究所經過深入研究發明了電- 生物耦合技術, 利用電催化反應將水中難降解有機物催化還原(或氧化 )成生物易降解的有機分子,微生物則在同一個反應器中同時將它們徹底去除。以含硝基苯質量濃度為 100 mg /L的廢水為例, 經過 10h的處理,硝基苯去除率大于 98%，COD去除率大于 90%,出水達到國家排放標準[7]。

3.絮凝-磁分離技術

這種技術是化學絮凝法和磁分離技術的相互結合，是在傳統的絮凝工藝基礎上加入磁粉，形成絮凝核心強化了絮凝的效果，提高了絮凝體的密實性，大大加快了絮體的沉降速度。魯風芹等[8]采用了這種技術對煉油中的含鹽廢水進行了處理和研究，研究發現鹽的最高去除率可以達到 56 % ,CODcr濃度由 120 mg/L降到 54 mg /L，能夠滿足外排廢水的新排放標準要求。這種技術具有處理能力大、效率高占地面積小、能量消耗少、設備簡單緊湊等一系列優點。

五、展望

綜上所述，目前國內外學者對煉油廢水深度處理作了比較多的研究。但由于處理技術的局限性、經濟性和穩定性的限制，影響了其工業化應用。就目前研究成果來看，煉油廢水的處理可能在以下幾個方面有良好的發展前景：

1.將膜技術和微生物技術結合起來在含油廢水處理方面有著廣闊的應用前景

2.尋求更加經濟、簡單、處理時間短的技術解決當前臭氧氧化、厭氧生物濾池、電解氧化的不足，提高處理效果

3.高效菌群選育及生物強化技術的應用

參考文獻：

[1]顏家保，夏明桂，余鋒.泥法A/O工藝處理煉油廢水[J].石油煉制與化工, 2004，35(2):63-66.

[2]陳洪斌，龐小東，李建忠等.懸浮填料生物接觸氧化法處理煉油廢水明[J].中國給水排水，2002,.18(9):42一44.

[3]陳怡,盧建國.混凝氣浮-臭氧生物活性碳串聯工藝深度處理煉油廢水的應用研究[J].石油化工環境保護,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]劉鐵民,王鐵漢,王春芝,等.臭氧―活性炭技術在煉油廠污水深度處理及回用中的應用[J].遼寧城鄉環境科技,2003,23(4): 43- 44.