第一篇：改性淀粉絮凝劑在工業廢水處理的應用研究論文

1改性淀粉的種類

1.1陰離子型改性淀粉絮凝劑

淀粉陰離子改性絮凝劑的制得主要是通過酯化、交聯等反應，使淀粉或淀粉共聚物陰離子化，進而得到陰離子型改性淀粉絮凝劑。陰離子淀粉絮凝劑可以從水中除去重金屬離子，并可與許多高價金屬離子生成難溶性鹽，從而達到更好的絮凝效果。

1.2非離子型改性淀粉絮凝劑

非離子型改性淀粉絮凝劑可分為非離子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝劑和羥丙基淀粉絮凝劑。非離子型丙烯酰胺接枝淀粉是在半剛性的淀粉分子鏈上接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈，在水中溶脹后具有很大的體積和很長的直鏈，具有一定的吸附架橋性能，但該種改性淀粉絮凝劑在實際生產當中的應用效果并不是很好。同樣為非離子型改性淀粉絮凝劑的羥丙基淀粉絮凝劑在實際應用中的效果也不是十分理想。目前，部分研究學者通過非離子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝劑與其他無機絮凝劑復配來改善絮凝效果。

1.3兩性淀粉絮凝劑

兩性淀粉絮凝劑是指同時具有陽離子和陰離子特征基團的改性淀粉，因其能夠同時具有捕捉帶負電荷的懸浮粒子和架橋助凝作用，對不同基團均具備較好的吸附性能而得到理想的絮凝效果。

2改性淀粉絮凝劑在工業廢水處理中的應用

2.1在處理含油廢水中的應用

含油廢水的來源很廣，在石油工業的各生產過程及石油化學工業生產過程中都會產生大量含油廢水，絮凝法是一種常見的含油廢水處理技術。劉貴毅等人用玉米淀粉與氫氧化鈉、三氯化鋁和無水碳酸鈉制得改性淀粉絮凝劑，對含油廢水進行處理取得了較好的效果。范洪波通過共聚反應合成了玉米淀粉改性絮凝劑CSF，對江蘇某油田的含油廢水取得了較好的處理效果。趙樹發等人利用硝酸鈰銨為引發劑，對淀粉進行糊化并與丙烯酰胺發生共聚反應，制成的淀粉改性高分子絮凝劑對含油廢水中含油量進行處理取得了較高的去除率。

2.2在處理印染廢水中的應用

印染廢水主要由退漿廢水、煮練廢水、漂白廢水、絲光廢水、染色廢水和印花廢水等組成，且成分復雜，可生化性差，是當前國內外公認的較難處理的工業廢水之一。馬永梅等人采用玉米淀粉為原料制備陽離子淀粉絮凝劑，該淀粉絮凝劑在與聚丙烯酰胺復配處理印染廢水時，對色度和COD都得到了較高的去除率。張倩倩等以玉米淀粉和異丙醇在無催化劑的條件下合成陽離子淀粉絮凝劑，對活性染料的色度去除率最高達到97.1%、COD去除率達到83.3%。聶新衛等人進行了硼泥－改性淀粉絮凝劑處理印染廢水的實驗研究，其研究結果表明，該絮凝劑在處理印染廢水時能有效降低廢水體系濁度。

2.3在處理造紙廢水中的應用

造紙工業是我國環境污染的主要行業之一。造紙工業廢水可以分為黑液(制漿廢水)、中段廢水(包括洗漿廢水和漂白廢水)、白水(抄紙廢水)以及目前較多的廢紙再生廢水。莊云龍等人對淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝劑在處理造紙廢水方面進行了研究，研究表明，該絮凝劑對處理廢紙脫墨廢水有較好的處理效果。張光華等人以丙烯酰胺和淀粉為原料，制得淀粉丙烯酰胺陽離子接枝共聚物(簡稱SAM)，另加入陽離子單體二甲基二烯丙基氯化銨制得另一接枝共聚物(C－SAM)，研究表明，淀粉、丙烯酰胺以及陽離子單體二甲基二烯丙基氯化銨在特定的質量比時，兩種接枝共聚物對造紙白水有比較理想的絮凝效果。唐宏科等人利用淀粉和聚丙烯酰胺制的共聚物，并加入一定量的甲醛和二甲胺發生Mannich反應，得到改性淀粉絮凝劑對造紙白水等廢水具有良好的絮凝效果。

2.4處理其他廢水的應用

隨著近年來國內外學者對于改性淀粉絮凝劑的研制開發越來越關注，改性淀粉絮凝劑處理工業廢水的范圍也愈加廣泛。改性淀粉絮凝劑在處理焦煤懸浮液、煤礦井廢水以及洗羊毛廢水等諸多的工業廢水處理中均取得了良好的處理效果。

3問題與展望

(1)目前多數的改性淀粉絮凝劑均處于實驗室應用研究階段，缺少在實際生產中的應用。

(2)淀粉改性絮凝劑的生產成本較高，因此相比普通絮凝劑的價格也就偏高，限制了改性淀粉絮凝劑的推廣與應用。

(3)影響淀粉改性絮凝劑使用效果的因素較多，如廢水的pH值、溫度以及絮凝時間等。盡管改性淀粉絮凝劑應用存在著一些問題，但通過進一步加大工業化應用研發力度，降低使用成本，改善改性淀粉絮凝劑的性能，其應用前景與市場還是廣闊和巨大的。同時，改性淀粉絮凝劑作為一種綠色、環保的化學水處理試劑，對環境保護和資源再生利用都有著重要的意義。

作者:楊爽 單位:沈陽市環境技術評估中心

第二篇：變性淀粉在工業廢水處理技術中的應用及研究進展

專業：化學工程與工藝年級：2010級

選題類別：變性淀粉在工業廢水處理技術中的應用及研究進展

學號：2010507345姓名：郭曉萍

成績:

變性淀粉在工業廢水處理技術中的應用及研究進展

摘要：描述了變性淀粉在工業水處理行業中的應用現狀，主要研究變性淀粉作為絮凝劑的現狀及進展。因為淀粉來源廣，價格低廉，并且產物完全可被生物降解，因此，進入20世紀80年代以來，變性淀粉絮凝劑的研制開發呈現出明顯的增長勢頭，美、日、英等國家在廢水處理中已開始使用淀粉衍生物絮凝劑，近幾年，我國研究淀粉衍生物作為水處理絮凝劑也已取得了較大的進展。

關鍵字：變性淀粉；工業廢水處理；絮凝劑；接枝共聚；交聯；

隨著水資源的緊缺和水環境污染的加劇。近年來工業水處理技術有了很大的發展.目前的技術主要有化學法、物理法、物理化學法等和各種方法的集成組合.大都少不了用到化學方法即投加藥劑，因為它是一種處理工藝簡單，占地面積少，處理速度快。處理成本相對較低的成熟方法。而改性淀粉水處理劑作為天然高分子碳水化合物改性而得的水處理劑，它對環境無毒無害，且其處理殘渣易被微生物降解。因此，不會對環境造成二次污染.有著廣闊的應用前景。變性后的天然高分子絮凝劑與合成有機高分子絮凝劑相比，具有選擇性大、無毒、價廉等顯著特點。

在眾多天然改性高分子絮凝劑中，淀粉改性絮凝劑的研究、開發尤為引人注目。因為淀粉來源廣，價格低廉，并且產物完全可被生物降解，因此，進入20世紀80年代以來，改性淀粉絮凝劑的研制開發呈現出明顯的增長勢頭，美、日、英等國家在廢水處理中已開始使用淀粉衍生物絮凝劑，近幾年，我國研究淀粉衍生物作為水處理絮凝劑也已取得了較大的進展。

一、淀粉衍生物絮凝劑研究現狀

淀粉分子帶有很多羥基，通過這些羥基的醚化、氧化、酯化、交聯、接枝共聚等化學改性，其活性基團大大增加，聚合物呈枝化結構，分散了絮凝基團，因而對懸浮體系中顆粒物有更強的捕捉與促沉作用。改性淀粉絮凝劑性質比較穩定，能夠進行生物降解，不會對環境造成二次污染，從而減輕污水后續處理的壓力。

淀粉衍生物絮凝劑主要有以下4種。

（一）陽離子型淀粉衍生物絮凝劑

陽離子型淀粉衍生物絮凝劑可以與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩、絮凝而有助于沉降和過濾脫水。它對無機物質懸浮液或有機物質懸浮液都有很好的凈化作用，使用的pH范圍寬，用量少，成本低。

陽離子淀粉是在堿性介質中，由胺類化合物與淀粉的羥基直接發生親核取代反應而得到的。

D.Sableviciene等以N-(2，3-環氧丙基)三甲基氯化銨(CHPTAC)為醚化劑，合成高取代度馬鈴薯陽離子淀粉，用其處理以高嶺土配制成的50g/L的高濁度水，實驗結果表明，在相同投加量條件下，取代度為0.27～0.32的陽離子淀粉絮凝劑的絮凝效果最佳。

S.Pal等將CHPTAC引入到淀粉骨架中，合成的一系列陽離子淀粉對硅土懸浮物具有良好的絮凝效果，且絮凝效果隨CHPTAC鏈增長而增加。

王琛等以CHPTAC為醚化劑，制得取代度為0.32的玉米陽離子淀粉，對高濁度的高嶺土懸浮液的絮凝試驗結果表明，在相同投加量條件下，陽離子淀粉絮凝劑的絮凝效果與聚丙烯酰胺相當。通過乙烯基單體與淀粉的接枝共聚物陽離子化可制得陽離子改性絮凝劑。

趙彥生等利用硝酸鈰銨為引發劑，將玉米淀粉與丙烯酰胺接枝共聚，再加入甲醛和二甲

胺進行陽離子化，制得陽離子淀粉絮凝劑，用這種絮凝劑處理印染廢水取得了良好效果。

裘兆蓉等以淀粉、丙烯酰胺、環氧丙基三甲基氯化銨為原料合成了高密度陽離子高分子絮凝劑F2。發現相對分子質量為66萬的F2對石油污水的澄清效果比常用的相對分子質量為800萬的聚丙烯酰胺絮凝劑效果好。潘松漢等用木薯淀粉為原料，采用兩步法合成了陽離子淀粉絮凝劑，該陽離子淀粉絮凝劑處理洗煤廢水的沉降速度和上層清液的透光率較聚丙烯酰胺的好。

（二）陰離子型淀粉衍生物絮凝劑

陰離子淀粉可以從水中除去重金屬離子，并可與許多高價金屬離子生成難溶性鹽。

1.含羧基淀粉

羧甲基淀粉和氧化淀粉具有含羧基高分子化合物所固有的螯合、離子交換、絮凝作用和酸功能等性質，能與重金屬離子、鈣離子等生成沉淀。

B.S.Kim等以玉米淀粉、三氯氧磷、氯乙酸鈉為原料合成的交聯羧甲基淀粉，用于處理含銅、鉛、鎘、汞廢水，銅的脫除率達到80%以上，鉛、鎘、汞脫除率大于99%。全易用高交聯的淀粉跟氯乙酸反應，得到在淀粉骨架上含有羧甲基的羧甲基交聯淀粉(CCMS)，CCMS具有優良的吸附重金屬離子的能力，且可再生重復使用。

D.K.Kweon等對比研究了氧化淀粉對銅、鋅、鉛、鎘的吸附效果，結果表明，在相同條件下，氧化淀粉對銅離子的吸附效果最佳。筆者以玉米淀粉為主要原料合成了交聯氧化淀粉、交聯羧甲基淀粉、氧化羧甲基淀粉阻垢劑，其鈣去除率大于93%。

2.淀粉黃原酸酯

淀粉黃原酸酯是20世紀70年代發展起來的淀粉衍生物，主要用于處理含重金屬廢水。將淀粉在堿性介質中與二硫化碳發生磺化后可得到淀粉黃原酸酯。

張淑媛將淀粉黃原酸酯用來處理含鎳電鍍廢水，鎳脫除率達到95%以上，鎳殘余質量濃度小于0.2mg/L，低于國家規定的排放標準。

王愛明將淀粉用環氧氯丙烷交聯，交聯淀粉用氫氧化鈉、二硫化碳、硫酸處理，得到不溶性黃原酸酯，再以雙氧水作氧化劑制得不溶性淀粉黃原酸化二硫，它是一種高效重金屬脫除劑。鄧再輝用不溶性淀粉黃原酸酯(ISX)處理含銅廢水，實驗表明，當ISX加入量為理論

2+2+加入量的1.4倍時，在室溫攪拌反應40min，Cu的去除率可達97%以上，處理后的廢水中Cu

小于0.2mg/L。

宋輝等以玉米淀粉為基材，與丙烯腈進行接枝共聚，經水解制得弱陰離子型絮凝劑，并進一步羧甲基化和磺化，從而合成強陰離子型天然高分子改性絮凝劑SAH。將SAH應用于印染廢水及造紙廠污水的處理，COD去除率和濁度去除率都達到90%以上，取得了良好的絮凝效果。

另外，磷酸酯淀粉也可用作絮凝劑，林紅梅等研究了磷酸酯淀粉/聚胺復合物絮凝劑對脫墨廢水的作用效果，磷酸酯淀粉/聚胺復合物對脫墨廢水的絮凝性能優于聚丙烯酰胺、硫酸鋁和聚胺等。

（三）非離子淀粉衍生物絮凝劑

1.接枝淀粉

淀粉鏈與乙烯基單體在引發劑作用下接枝共聚是淀粉改性制備生物可降解高分子材料的重要途徑之一。近20年來，國內外研究人員在該領域取得了突破性的進展。要使淀粉鏈接上適宜的活性基團，成為理想的改性淀粉絮凝劑，引發劑的篩選是接枝共聚反應的關鍵所在。國內外許多學者對于將乙烯基單體接枝到淀粉上的試驗做了很多。

N.C.Karmakar等合成了淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支鏈淀粉接枝丙烯酰胺共聚物，將

它們用于處理不結焦煤懸浮液效果良好，且淀粉接枝丙烯酰胺共聚物比支鏈淀粉接枝丙烯酰胺共聚物的絮凝效果好。

常文越利用Ce(Ⅳ)作為引發劑，進行了淀粉接枝丙烯酰胺共聚反應，淀粉的接枝率高達94.9%，支鏈相對分子質量超過300萬，對多種工業污水的絮凝效果不亞于聚丙烯酰胺。

郭玲等采用60Co-γ射線預輻照的方法制備淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，將其用作絮凝劑處理生活污水，最佳投加質量濃度為10mg/L，可作為工藝控制的參數;接枝物具有良好的絮凝沉降性能，加入3min就有明顯的絮凝，且絮粒粗大沉降性能好，處理效果優于國產聚丙烯酰胺。

羅逸等用工業淀粉與丙烯酰胺反應得到改性淀粉HD-6，用于處理吉林油田碳酸鹽型污水、勝利油田低礦化度污水、江漢油田高礦化度污水、中原油田煉油“三泥”廢水，廢水處理效果、藥劑的毒性及經濟可行性等綜合評估效果優于聚丙烯酰胺類水處理劑。

2.糊精

糊精可用作絮凝劑或抑制劑。在浮選金礦時，加入糊精可改善礦物的可浮性，提高浮選的選擇性。煤和焦抽砂等礦藏開采時，常伴隨很多淤泥，用糊精做絮凝劑，可使淤泥沉積下來。

（四）兩性淀粉衍生物絮凝劑

兩性淀粉絮凝劑分子上兼具陰離子、陽離子兩種基團，與僅含有一種電荷的陰離子或陽離子淀粉相比，它的性能較為獨特。例如，用作絮凝劑的兩性高分子淀粉因具有適用于陰、陽離子共存的污染體系、pH適用范圍寬及抗鹽性好等應用特點而成為國內外的研究熱點。特別是近十年，水溶性兩性高分子在水處理行業的應用取得了較大的發展，主要用作染料廢水的脫色、污泥脫水劑及金屬離子螯合劑等。目前，國外對兩性高分子水處理劑研究較多的國家有美國、德國、法國和日本。我國對兩性高分子水處理劑的研究起步較晚，僅有少數幾個單位進行了實驗研究，還沒有工業化產品。

兩性淀粉的制備是利用淀粉葡萄糖單元中羥基的反應活性，將其分別與陰、陽離子基團反應得到的。陰離子基團一般是由羧基、膦酰基或磺酸基構成，陽離子基團主要由季銨基團構成。鄒新僖先將淀粉用環氧乙烷交聯，再與氯乙酸和3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨分別進行陰、陽離子化反應制備了兩性淀粉螯合劑，它對陰離子和重金屬離子均有很強的吸附能力和較高的吸附容量，因此可望用于電鍍廢水、礦物及冶金工業提取重金屬離子和污水處理。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

王杰等以天然高分子植物粉F691為原料，通過羧甲基化、接枝共聚和Alemannic三步反應合成出兩性天然高分子改性絮凝劑CGWLC。其對造紙混合污泥的脫水實驗表明：在用量為10～20mg/L的范圍內，對造紙混合污泥有較佳的絮凝脫水效果，能明顯改善污泥的沉降性能和過濾性能，其脫水性能優于陽離子聚丙烯酰胺。馬希晨等以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物為原料，通過Alemannic反應和水解反應，合成了同時具有陰、陽離子基團的兩性高分子絮凝劑。產物對印染和造紙污水的濁度和COD去除率優于部分水解聚丙烯酰胺。

二、存在的問題

近年來，我國在淀粉衍生物絮凝劑方面的研究和開發工作已取得了很大進展，合成出一系列環保型絮凝劑。但與國外發達國家相比還存在較大差距，尚存在以下幾方面的問題。

（一）開展機理研究

我國淀粉衍生物絮凝劑品種少、質量不穩定、生產工藝落后、成本高。因而，應充分利用我國豐富的淀粉資源，繼續加強對改性淀粉絮凝劑的研究。在對淀粉進行物化改性的同時，應更加系統、全面地開展機理研究，掌握其微觀結構，使其成為不僅具有絮凝功能，而且具

有緩蝕、阻垢等多種功能的水處理藥劑，以滿足復雜多變的水質情況的需要。

（二）使用性能

我國對淀粉改性絮凝劑的實際應用還存在一些不足，尤其是對水處理工藝研究較少。因為影響絮凝劑絮凝效果的因素是多方面的，除與絮凝劑本身的性質及結構特點有關外，還跟水處理工藝有密切關系，如絮凝劑用量、溶液pH、溫度、離子強度、絮凝時間、攪拌時間和強度等都會影響絮凝效果。因此，今后應加強對絮凝處理工藝的研究，優化絮凝劑產品，開發出更加有效的絮凝劑。

（三）價格

目前，改性淀粉絮凝劑的價格比普通絮凝劑產品高3～8倍，盡管在現有的天然高分子絮凝劑種類中，改性淀粉絮凝劑是最有希望與普通絮凝劑價格持平的，但目前國內外的改性淀粉絮凝劑的價格都較普通絮凝劑高許多，推廣使用受到限制。因此淀粉類絮凝劑目前還難以涉足水處理行業。由于淀粉價格便宜，改性淀粉絮凝劑是天然高分子絮凝劑中成本最低的，隨著研究的深入，改性淀粉絮凝劑與一般絮凝劑的價格相當是完全可能的。

以上幾個方面是目前國內外改性淀粉絮凝劑研究中亟待解決的問題，進一步完善改性淀粉絮凝劑的生產技術，改進工藝，提高改性淀粉絮凝劑的性價比是改性淀粉絮凝劑研究發展的趨勢。

三、前景

改性淀粉絮凝劑的潛在市場是巨大的，目前在水處理行業中改性淀粉絮凝劑約占絮凝劑總產量的0.1%。作為新一代的環境友好材料，開發改性淀粉絮凝劑對環境的保護和再生資源的利用有重要意義。改性淀粉絮凝劑的生產以淀粉為原料，可減少對石油的依賴，同時可促進農業經濟的發展。改性淀粉絮凝劑可以在自然環境中生物降解，最終分解為二氧化碳和水，不會對環境產生任何污染。隨著對絮凝劑制品需求量的增加和人們環保意識的提高，研究開發淀粉衍生物絮凝劑的前景是非常廣闊的。

參考文獻

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第三篇：新型改性煤瀝青在公路中的應用研究

新型改性煤瀝青在公路中的應用研究

《新型改性煤瀝青在公路中的應用研究》課題是由山西省交通廳立項的科技項目，合同編號是08—17。

應用領域和技術原理是利用納米技術、表面活性劑技術和聚合物對煤瀝青進行改性，利用多碎石瀝青混凝土SAC專利技術，使新型改性煤瀝青SAC25混合料技術性能達到中國公路瀝青路面施工技術規范要求，用于公路路面施工。

合同要求的主要技術指標和主要經濟指標是改性煤瀝青混合料技術性能指標滿足公路瀝青路面施工技術規范要求，改性煤瀝青出廠價接近道路石油瀝青價格。經研究，SAC25改性煤瀝青混合料技術性能滿足于公路瀝青路面施工技術規范要求，性能優良。改性煤瀝青出廠價比道路石油瀝青價格低1000元/噸。

與國外同類技術比較，國外上世紀混合瀝青的性能指標低于目前歐洲CEN（EN12591：2000）瀝青標準70/100等級要求值。混合瀝青已經被石油瀝青替代。近年來，由于歐洲國家煤瀝青產量減少，混合瀝青研究沒有更多的成果報道，也沒有應用到高等級公路的文獻報道。有資料顯示，美國開發的筑路焦油，在煤瀝青中添加高分子聚合物，增加煤瀝青延度，但添加的高分子聚合物價格相對較高，只能用于高負荷的高等級公路，如機場路面等，沒有筑路焦油混合料路用性能指標值的資料。用于高速公路中、下面層的40號改性煤瀝青，與美國開發的能用于高負荷的高等級公路的筑路焦油相比，具有明顯的價格優勢。

成果有8個創新點，該項目通過理論研究，利用納米材料、聚合物對煤瀝青進行改性研究，降低3，4苯并芘等有毒、有害成分；開展低于120℃拌和煤瀝青混合料級配研究；高效液相（氣相）色譜和質譜聯用，研究低于120℃拌和過程逸散物的濃度，對比石油瀝青路面施工，綜合評價溫拌煤瀝青路面施工對作業環境和作業人群的影響；提出了路用煤瀝青技術要求。該項目研究用高科技改造傳統煤化工產品，為煤化工業的主要產品解決了出路，變廢為寶，大幅度地減少多環芳烴致癌物排放，減少溫室氣體和煙塵排放，是旨在減少污染、提高效率的煤炭轉化和污染控制的潔凈煤瀝青技術（Clean Coal Tar Pitch Technology）。

首次將硬煤瀝青改性為潔凈路用煤瀝青。

首次在高速公路路面工程中采用復合路面結構，將改性煤瀝青用于高速公路路面中、下面層。

首次將改性煤瀝青用于SAC多碎石瀝青混凝土，用SGC制作煤瀝青混合料試件，用簡易剪切試驗儀做抗剪試驗，作為煤瀝青混合料車轍試驗的預試驗。

研究工作發了煤瀝青蒸餾新工藝，改善了煤瀝青組分和路用性能。

研制了納米復合材料DLN作為改性劑，有效提高了煤瀝青的高溫穩定性、低溫抗裂性和抗老化性等主要性能指標。

研發了低碳改性煤瀝青生產工藝。

研制了環保型煤瀝青透層油DL412、DL508。

提出了改性煤瀝青和煤瀝青透層油技術要求。

該項目實施后，新型改性煤瀝青將在高速公路、一、二級公路透層、粘層、中、下面層替代石油瀝青，產生巨大的經濟效益和社會效益。

1.替代石油瀝青，保障能源安全。

2.拉動經濟，保護環境。該項目研究充分發揮交通建設對經濟和社會發展的拉動作用，為煤化工主要污染物解決了出路，變廢為寶，既促進煤的潔凈利用，推動煤炭循環經濟，又大幅度地減少多環芳烴致癌物排放，減少溫室氣體和煙塵排放，保護了環境。

3.節能減排，經濟效益顯著。該項目采用先進的工藝技術與設備，利用煤焦油加工余熱改性、生產、儲運。煤瀝青每噸價格比石油瀝青低約1000元，煤瀝青混合料拌和溫度低30%，瀝青用量減少13%，減少了中、下面層間粘層油，減少了一次面層施工。用新型改性煤瀝青替代石油瀝青，每建設1000公里高速公路，可節約直接投資6.55億元，并可節約2.82萬噸標準煤，向大氣少排放330萬億焦熱量，少排放二氧化碳1.25萬噸，少排放二氧化硫560.8噸，少排放粉塵352.5噸，少排放灰渣7417.2噸。每建設2萬公里二級公路，可節約直接投資19億元，并可節約15萬噸標準煤，向大氣少排放1736.4萬億焦熱量，少排放二氧化碳6.4萬噸，少排放二氧化硫2839.3噸，少排放粉塵1869.23噸，少排放灰渣3.93噸。

實施該項目，能夠降低公路建設成本，降低公路建設能耗，促進交通低碳綠色發展。該項目具有自主知識產權，技術含量高、產品附加值高、市場容量大，應用推廣前景廣闊。

第四篇：工業工程論文：人因工程在生產車間的應用研究

人因工程學是一門新興的正在迅速發展的交叉學科，涉及多種學科，如：生理學、心理學、解剖學、管理學、工程學、系統科學、勞動科學、安全科學、環境科學等，應用領域十分廣闊。下面是小編為你帶來的工業工程論文：人因工程在生產車間的應用研究，歡迎閱讀。

摘要：隨著工業工程和管理科學的迅猛發展，人們越來越重視人的因素。人因工程在生產車間現場中的應用研究是現代工業工程研究和應用的熱點。在我國的大型企業中以人因工程為代表的工業工程有較多的應用。但在近些年大量涌現的中小型公司普遍存在生產車間環境較差、設備布置不合理等阻礙工作效率提高的問題。文章由人因工程學角度出發，從操作臺、安全色、控制器三方面分析人因工程在生產車間的應用，然后應用人因工程學相關理論，探索生產車間人因工程改善的應用原則，改善現場環境，構建舒適、安全且符合實際生產的作業空間。

關鍵詞：人因工程；作業空間；控制器；安全色

1.引言

隨著社會和科學技術的飛速發展，人類的生產活動由“人適機”轉向“機宜人”。“以人為本”的理念不斷受到人們的關注，安全、健康、舒適的生活、工作環境、作業條件等越來越受到社會的重視。在傳統的生產過程中，企業往往是片面的強調生產的數量和質量，而忽略了人的因素，這樣就會使員工在工作中過度疲勞或者容易發生生產事故，也容易讓員工對工作產生厭倦。人因工程的出現為減少這些不良狀況提出了很好的方法。在我國，人因工程的應用比較好的一般都是在大企業，而中小型的企業在這方面還存在很大的不足。研究人因工程學在生產車間的應用對我國企業在提高生產效率、降低成本、提供安全、舒適的工作環境等有重要的意義。而對于成本高效率低的中小型企業，人因工程是使其在激烈市場競爭中生存和發展的重要措施之一。

人因工程起源于歐洲，發展于美國，關于人因工程的研究及應用國外的研究較國內的研究起步早，但研究的重點都集中在人因工程的應用方面。在我國，關于人因工程學應用的研究在逐年上升，其中在工程技術領域的應用研究領先于在經濟管理、醫藥衛生等方面的研究[1]。而在國外，人因工程研究的重點是工作負荷和職業健康，研究成果比例達到17.01%，在人因工程學研究中是最大的比例[2]。關于人因工程在生產車間的研究，主要偏向安全和衛生方面。于洪濤[3]提到：人們在從事受某種約束的活動時，不加檢點采用姿勢、占有的空間大小或不知不當，這些不僅會影響工作效率、作業質量，還容易產生疲勞，在特定條件下還會出現傷亡事故，這說明人因工程在生產車間中關于安全的研究，可以從設備布置、工人操作方法的角度出發，進而提高生產效率。如龐如英在基于人因工程的提高生產率模型的設計與應用中從機器布置、工人操作方法、工作環境等來闡述人因工程的應用。基于同樣的思路文章將探討人因工程在電纜生產車間的應用。

2.人因工程相關理論

2.1 人因工程的內涵

人因工程學（Human Factors Engineering），也稱為工效學（Ergonomics），是研究人—機—環境三者相互關系的學科，是一門實踐性、綜合性、交叉性的邊緣性應用學科。《中國企業管理百科全書》這樣定義人因工程：研究人和機器、環境的相互作用及其合理結合，使設計的機器和環境系統適合人的生理、心里等特征，達到在生產中提高效率、安全、健康、舒適的目的。

上述的人—機—環境系統中，人是處于主體地位的決策者，也是操縱者或是使用者；機是指人所操縱或使用的一切物的總稱，它可以是機器，也可以是設施、工具或用具等；環境是人、機所處的物質和社會環境。三者相互作用、相互制約，且以人為本[4]。

人因工程研究方法的核心是以人為本，其方法主要有調查法、觀測法、實驗法、心理測量法、圖示模型法。

2.2 作業空間

作業空間，是指人、機器設備、工裝以及加工物所占的空間[5]。在工作系統中，人、機、環境這三個要素是相互關聯而存在的，生產中人通過機器完成某些任務，都需要通過一定的作業空間來完成。在設計作業空間時，要符合安全距離（為了防止操作人碰到對人造成危險的東西而設計的障礙物距離作業者的尺寸范圍）和最小距離（操作者在操作時所必須的最小范圍）。操作姿勢是影響空間設計的主要因素之一，正確的操作姿勢可以減少疲勞，可以讓操作者更有效率的完成任務。在作業空間中，對于不同的操作姿勢，操作臺的高度即工作面高度是有所不同。操作姿勢一般分為三種：坐姿、站姿、坐立交替。站姿一般能進行較大范圍的活動和較大力量的操作，一般操作范圍大的作業且不是站立很久的工作，適合采用站姿的作業姿勢。

2.3 控制器及色彩

人因工程研究人、機器、環境這三個要素的相互作用及其合理性。人是通過控制器才能把信息傳遞給機器，以達到控制或某特定運行狀態的功能，控制器對人—機—環境有著極其重要的作用。為了實現控制器符合人因工程的要求，為了使用者更易辨別其功能，要充分考慮控制器形狀、位置、大小、顏色、標記等編碼的設計。文章主要研究控制器的顏色編碼和標記編碼。其中，顏色編碼：是利用各個顏色不同來快速分辨出控制器的方式。一般停止、關斷控制器采用紅色；啟動控制器采用綠色。標記編碼：是一種利用文字、符號在控制器的近旁做出簡明表示的編碼方法。當控制器數量較多時，且控制器的形狀相差不大時，利用標記編碼可以提高辨別控制器的效率，進而達到減少時間，對生產效率有一定的促進作用。

3.結語

在利用人因工程改善生產車間存在的問題時，要遵循客觀性、系統性和動態性的原則。

客觀性就是要求在運用人因工程進行改善時，以客觀事實的本來面目去揭示事物內在的規律性。以實際生產的環境出發，全面、真實、具體地記錄研究所需的數據以及各種反應。在對對象做分析做結論時，要從現實出發。

系統性要求在研究過程中把研究對象放到系統中加以研究和認識。就是在在研究人—機—環境系統時，人、機、系統這三大要素之間存在著相互制約和相互協同的關系。人—機—環境系統中，整個系統的功能不是這三要素功能的簡單相加。在研究人、機、環境系統時，要用系統觀點從整體出發分析系統中每個小系統的性能以及相關性，再通過各部分的相互關系來分析并認識系統的整體性。

動態性要求對研究對象進行研究時，要根據不同的情況作相應地調整，不能生搬硬套，否則會直接或是間接地對生產產生負面的影響。[6]（作者單位：吉林大學管理學院）

參考文獻

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第五篇：基因工程技術在廢水處理中的應用研究

基因工程技術在廢水處理中的應用研究

摘 要：隨著科技的發展,產生了一系列嚴重的環境污染問題，尤其是對水的污染。越來越多的廢水難以用傳統方法進行處理，而基因工程技術作為一項新技術，逐漸應用到廢水處理中。基因工程技術是在DNA分子水平上按照人們的意愿進行的定向改造生物的新技術。本文介紹了基因工程技術的發展歷程、基本原理，對該技術的特點及研究內容進行了說明，重點介紹了基因工程技術在廢水處理中的應用，并對其發展趨勢作了展望。

關鍵詞：基因工程；原理；特點；廢水處理；應用

1引言

眾所周知，環境污染現已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，尤其是在廢水處理方面。如今生物法是廢水處理的主要方法，但生物法也有其局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然進化的微生物難于降解，而基因工程的引進開辟了培育高降解能力新品菌種的方法，利用基因工程技術檢測微生物性狀、提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術[1]。

20世紀50年代初, 由于分子生物學和生物化學的發展, 對生物細胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結構和功能有了比較清晰的闡述。20世紀70年代，Berg等首次用限制性內切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌體DNA，經過連接，組成重組DNA分子，宣告了基因工程的誕生[2]。這一技術發展到今天, 正形成產業化并列為世界領先專業技術領域之一, 廣泛應用于食品、醫藥、化工、農業、環保、能源和國防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力, 將為世界面臨的環境保護等問題的解決提供廣闊的應用前景。

2基因工程技術概述

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術或DNA重組技術，是一項極為復雜的高新生物技術, 它利用現代遺傳學與分子生物學的理論和方法,按照人類的需要, 用DNA重組技術對生物基因組的結構或組成進行人為修飾或改造, 從而改變生物的結構和功能, 使之有效表達出人類所需要的蛋白質或對人類有益的生物性狀[3]。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段。

2.1 基因工程技術的原理

基因工程技術是一種按照人們的構思和設計,在體外將一種生物的個別基因插入質粒或其他載體分子, 構成遺傳物質的重組, 然后導入到原先沒有這類分子的受體細胞內進行無性繁殖, 使重組基因在受體細胞內表達, 產生出人類所需要的基因產品的操作技術。或者說, 基因工程技術是在生物體外, 通過對一種生物的DNA分子進行人工剪切和拼接, 對生物的基因進行改造和重新組合, 再把它導入另一種生物的細胞里, 定向地改造生物的遺傳性狀, 產生出具有新的遺傳特性的生物[4]。

2.2 基因工程技術的特征

(1)跨物種性

外源基因到另一種不同的生物細胞內進行繁殖。(2)無性擴增

外源DNA在宿主細胞內可大量擴增和高水平表達。

2.3 基因工程技術的研究內容

一個完整的基因工程技術流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、基因的轉移、基因的表達、基因工程產品的分離提純等過程。詳細步驟和內容如下：(1)從復雜的生物有機體基因組中, 經過酶切消化或PCR擴增等步驟, 分離出帶有目的基因的DNA片段；

(2)在體外, 將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復制并具有選擇記號的載體分子上,形成重組DNA分子；

(3)將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞(亦稱寄主細胞), 并與之一起增殖；(4)從大量的細胞增殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞克隆；(5)從這些篩選出來的受體細胞克隆, 提取出已經得到擴增的目的基因, 供進一步分析研究使用；

(6)將目的基因克隆到表達載體上, 導入受體細胞, 使之在新的遺傳背景下實現功能表達, 產生出人類所需要的物質[5]。

3基因工程技術在廢水處理中的應用

隨著環境污染的加劇，出現了很多用傳統方法難以解決的問題，于是基因工程技術逐漸被應用到環境保護中，尤其在廢水的處理方面。

3.1基因工程技術在污水檢測中的應用

3.1.1 聚合酶鏈反應(PCR)技術在污水檢測中的應用

聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)是20世紀80年代后期由K.Mullis等建立的一種體外酶促擴增特異DNA片段的技術，PCR是利用針對目的基因所設計的一對特異寡核苷酸引物，以目的基因為模板進行的DNA體外合成反應。由于反應循環可進行一定次數(通常為25~30個循環)，所以在短時間內即可擴增獲得大量目的基因。這種技術具有靈敏度高、特異性強、操作簡便等特點。PCR技術的基礎是只有在微生物特定核酸存在的條件下，重復性酶促DNA合成和擴增才能夠發生。PCR擴增產物可通過瓊脂糖凝膠電泳來檢驗和純化，也可以被用來克隆、轉化和測序.在具體應用中往往采用經過修正的或與其它技術聯合應用的PCR衍生技術，如RT-PCR、競爭PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等[6]。

PCR通過對待測DNA片段的特異性擴增，一方面作為菌株定性鑒定的重要手段，同時也為定性和定量研究微生物的群落特征提供幫助。自PCR技術問世以來，通過其自身的不斷完善以及同其它相關技術的聯用，在污水生物處理微生物的檢測和鑒定方面得到了長足的發展，為該領域的研究提供了一個高效、靈敏、簡便的研究工具。應用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法對環境微生物進行研究可以不經過培養，直接從樣品中提取細菌的DNA，再將編碼有16SrDNA的基因進行擴增。通過這種方法能夠直接了解樣品中微生物分布結構，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。王峰等[7]采用PCR-DGGE技術來分析活性污泥與生物膜中微生物種群的結構，可以不經過常規培養而直接從活性污泥和生物膜樣品中提取DNA；Marsh等[8]利用PCR-DGGE分析并獲得了活性污泥中真核微生物的種群變化情況。以上的事實均說明，PCR-DGGE結合測序技術是一種完全可行的適于環境樣品微生物研究的快速分析方法。

3.1.2 熒光原位雜交技術(FISH)技術在污水檢測中的應用

熒光原位雜交技術(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)結合了分子生物學的精確性和顯微鏡的可視性，能夠在自然的微生物環境中檢測和鑒定不同的微生物個體，并提供污水處理過程中微生物的數量、空間分布和原位生理學等信息。FISH技術的基本原理是通過熒光標記的探針在細胞內與特異的互補核酸序列雜交，通過激發雜交探針的熒光來檢測信號從而對未知的核酸序列進行檢測[9]。

近年來，對污水處理的研究已經從簡單研究污水處理的表征現象轉移到更深入地研究活性污泥內部微生物種類及其特性。熒光原位雜交技術是一種微生物生態的研究技術，在測定過程中不破壞細胞、保持細胞形態完整，能夠真實反映在自然環境下微生物的形態結構及分布狀態。FISH技術的優勢在于可以了解微生物在污泥中的數量、形態及分布狀態等。雖然FISH技術在應用過程中還存在著一些問題，如：檢測的假陽性、假陰性等。但是，目前FISH技術在不斷發展完善的同時，已與其他分子生物技術相結合，這樣更能反映出污水中微生物種群的多樣性以及定量分析微生物種群在空間的動態變化[10]。

3.1.3 DNA重組技術在污水檢測中的應用

DNA重組技術的實質是，將兩個或多個單獨的DNA片段連接起來產生一個能在特定宿主中自主復制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的獲得；選擇載體并進行處理；將目的DNA片段和處理后的載體連接；將連接產物導入合適的宿主細胞內，使重組DNA分子在宿主細胞內復制擴增；將轉化菌落在平板培養基上培養成單個菌落，篩選獲得含有重組DNA的陽性克隆[11]。在廢水的處理過程中僅靠分離和篩選的功能性微生物是不夠的。在混合的微生物群體中篩選特定的微生物菌種時往往得不到預期的結果；特定的微生物可能難以培養，從而無法應用到實際的生物反應器中；人類排放到環境中的污染物越來越復雜且難以處理。因此，有必要通過基因工程技術并根據具體的需要構建有效的基因工程菌或培育出可高效降解復雜多樣的有害污染物的細菌來解決以上的問題。

3.2基因工程技術在有機廢水處理中的應用

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協同代謝或共代謝等復雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產物在不同降解菌間的跨膜轉運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經濟的營養方式；其次,某些污染物的中間代謝產物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

劉春等[12]以生活污水為共基質,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

呂萍萍等[13]研究發現，克隆有苯降解過程中的關鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應用于固定化細胞反應器中效果突出。在較短的水力停留時間內,可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產物為環己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

3.3基因工程技術在重金屬廢水處理中的應用

處理重金屬廢水的傳統方法有:中和沉淀法、化學沉淀法、氧化還原法、氣浮法、電解法、蒸發和凝固法、離子交換法、吸附法、溶劑萃取法、液膜法、反滲透和電滲析法等。目前最常用的就是基因工程技術，它與傳統的處理方法相比,具有以下優點[14]:(1)在低濃度下,金屬可以被選擇性地去除；(2)節能,處理效率高；(3)操作時的pH值和溫度條件范圍寬；(4)易于分離回收重金屬；(5)吸附劑易再生利用；(6)對鈣、鎂離子吸附量少；

(7)投資小,運行費用低,無二次污染。

3.3.1基因工程菌強化生物化學法處理重金屬廢水

生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,重金屬離子和H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO42-轉化為S2-而使廢水的pH值升高,從而形成重金屬的氫氧化物而沉淀。中國科學院成都生物研究所從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內分離篩選出35株菌株,從中獲得高效凈化Cr(VI)復合功能菌。

袁建軍等[15]利用構建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子,發現電解廢水中其他組分的存在可以增大重組菌富集汞離子的作用速率,且該基因工程菌能在很寬的pH范圍內有效地富集汞。但高濃度的重金屬廢水對微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不過,可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株,微生物處理重金屬廢水一定具有十分良好的應用前景。

3.3.2 基因工程強化生物絮凝法處理重金屬廢水

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生物大分子，主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核糖等。目前普遍接受的絮凝機理是離子鍵、氫鍵結合學說。前述硅酸鹽細菌處理重金屬廢水可能的機理之一就是生物絮凝作用。目前對于硅酸鹽細菌絮凝法的應用研究已有很多，有些已取得顯著成果。運用基因工程技術，在菌體中表達金屬結合蛋白分離后，再固定到某些惰性載體表面，可獲得高富集容量絮凝劑[16]。

3.4基因工程菌在制藥廢水處理中的應用

化學合成制藥廢水中有機污染物濃度高、可生化性差且組分復雜, 屬于難處理廢水。利用基因工程技術構建高選擇性基因工程菌可以提高微生物生物強化處理技術。因此，采用跨界融合技術，構建基因工程菌Xhhh處理制藥廢水，其出水水質可以達到《污水綜合排放標準》GB 8978—1996 一級標準。運行結果表明，該工藝處理效果穩定高效[17]。

4結語 自2000年，國際上提出基于系統生物學原理的基因工程概念后，基因工程被應用于社會各個領域，并且手段日新月異。在環境領域當中，基因工程正迅速應用到廢水檢測和廢水治理當中，培養出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本。隨著分子生物學技術、環境工程檢測技術的發展，并結合我們已經掌握的微生物群落結構和功能方面的知識,我們逐漸了解到污水生物處理系統中微生物群體的多樣性、實際生存狀態、功能特點,并更有效地對其加以開發和利用。此外，基因工程菌的出現，使以往的一些難降解有機廢水、制藥廢水、石油廢水、重金屬污染廢水以及其他有毒有害廢水等都得到了有效地治理，還會實現廢水資源化。當前，引入DNA擴增和其它生物技術的環境監測方法等將是基因工程技術研究的側重方向。

基因工程技術作為一種新興技術以極快的速度發展著。以下兩方面的研究將對水資源的保護有重要意義。一是對基因工程菌的深入研究，如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調控條件的優化等方面的研究。二是對環境中微生物的習性及基因工程菌與環境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。從而使基因工程菌在治理有機物污染方面的實際應用成為可能。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。

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