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生物技术研究进展范文1
关键词：固定化微生物 发酵 果醋
中图分类号：TS26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0038-03
Abstract：Fruit vinegar becomes alkaline after metabolism in human body， so it has the effect of neutralizing acidic food. And it is beneficial to preserve and absorb nutrient， which is of health， beauty and eliminating fatigue. Because of fast fermentation， short production cycle， stable product quality and economic advantages， immobilization technology has attracted more and more attention. This paper introduces the immobilization technology development of history and research， summarizes the function， fermentation technology and development trend of fruit vinegar， and finally discusses the application prospect and economic benefit of fruit vinegar with immobilized microorganism technology.
Key Words：Immobilized microorganism； Fermentation； Fruit vinegar
果醋是利用现代生物技术酿制成的一种营养丰富、风味别致的酸味调味品，口感呈酸性，在人体代谢后呈碱性，可以中和呈酸性食品，并有利于它保存各种营养素和促进钙的吸收。苹果可以调节肠胃功能，降低胆固醇，降血压、防癌、减肥、还可以增强儿童的记忆力，存在有利于儿童生长发育的细纤维，能增强儿童记忆力的锌。开发果醋可以提高水果的使用效率，促进水果产业的发展，很好地利用了我国的水果资源，同时可以减少粮食的消耗，也丰富了苹果的加工产品，还能给人们提供集营养、保健、食疗为一体的新型饮品。
现在国内主要生产果醋的方法是选用试管菌种进行扩培发酵，进入发酵期需经过前期活化、分离纯化、种子培养等步骤，这使得发酵时间变长[1]。固定化微生物技术近年来成为了研究的热点，使得各国学者竞相研究。其产品的质量稳定，易于实现生产的连续化。固定化微生物技术对于果醋生产中的应用、工业技术改造和标准化等有着积极的推动作用。
1 果醋及苹果醋饮料
果醋的主要原料是果实，其通过醋酸菌发酵而成，因具有独特的保健功效，变成近年来发展较为迅速的产品。果醋含有丰富的营养，能清除自由基，从而平衡人体内的酸碱度。苹果醋具有苹果的典型风味与口感，成本较低，营养价值高，兼有水果和食醋的营养保健功能，是苹果深加工的一个重要方向。它比食醋的营养更高，风味更好，能够直接饮用。果醋能降低人体内多余的胆固醇，因此能达到抗氧化、降低血压、减轻糖尿病影响、促进人体新陈代谢等作用。
1.1 果醋的功能性
1.1.1 保健作用
维生素C可以促使亚硝胺的分解，避免人体受到侵害。食物中维生素C因果醋的保护而不被破坏，从而降低体内的胆固醇含量，具有降血压、软化血管、帮助消化、降血糖、减肥、抑菌等功能。
1.1.2 美容作用
导致皮肤细胞衰老的主要因素是因为过氧化脂质的含量增加，果醋可以抑制和降低人体衰老过程中过氧化脂质的形成[2-3]。
1.1.3 减肥作用
果醋中含有丰富的氨基酸，不但可以加速糖类和蛋白质的新陈代谢，同时使人体内过多的脂肪转移为体能而被消耗，长期饮用果醋具有减肥疗效。
1.1.4 对儿童的营养作用
果醋含有蛋白质、氨基酸等人体所需要的其他酸性成分，其中维生素C的含量更是苹果10倍之多。它可更加有效地提供儿童身体每天所需的大量维生素，促进新陈代谢，促进儿童的正常发育。同时果醋中的挥发性物质具有刺激大脑神经中枢的作用，具有开发智力的功效。
1.1.5 消除疲劳作用
果醋中含有丰富的有机酸，这些有机酸，促进人体内糖代谢，使肌肉中的疲劳物质乳酸和丙酮等被分解，能有效维持体内的酸碱平衡，从而使得氧代谢顺畅，阻止乳酸的沉积，更好地消除疲劳[4]。
1.2 果醋的国内外市场分析
研究表明除了其家喻户晓的抗菌活性作用外，果醋被赋予了众多涉及健康的优点。消费者逐渐认识到果醋对人体的益处，人们将更多关注放到作为保健品的果醋上。早在20世纪90年代果醋已风靡欧美、日本等发达国家，其果醋产品种类繁多，得到了广泛的使用。人们对果醋已认识到了它的价值、产品开发早已很深入，人们已习惯将果醋作为调味品[5]。
2 果醋的酿造
果醋的发酵技术研究如下所述。
在生理学上发酵是指微生物的无氧呼吸和有氧呼吸以外的另一种生物氧化作用。固态发酵法[6]、液态发酵法[7]以及固定化发酵法[8]等是现在果醋广泛采用的发酵技术。固态发酵法发酵速度慢，对营养物的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀，发酵不均匀，且过程控制较困难，但产品风味好；液态发酵法发酵成本低，生产周期短，但口感一般。固定化技术利用微生物的生物转化作用，使底物原料变成所需产品，效率高、产品转化快，大大缩短了发酵食品的生长周期，且原料利用率高，生产成本低，保持高效菌种，菌体可重复使用，抗污染能力强，稳定性强，有利于产物分离，易于实现连续化、自动化生产，在食品工业领域有广阔的应用前景[9]。
3 固定化微生物技术
固定化微生物技术是通过将微生物高度密集地固定在选证的载体上，在生物活性适宜保存的条件下使微生物能够快速、大量增殖的生物技术。其具有效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的特性，与传统发酵技术相比较，避免了生物细胞太小、难与水溶液分离、存在二次污染的问题。因此，固定化微生物技术在食品工业领域有广阔的应用前景。
3.1 常用的微生物固定化方法
固定化微生物技术的制备方法有吸附法、包埋法、结合法和交联法。其中，包埋法是最常用的的固定化生物催化剂技术，因其具有较好的综合性能、催化活性的保留和存活力高的特性，且在反应工程中应用广泛，广泛应用于食品、医药、日用化工等产品[9-12]。
固定化微生物技术制备果醋的研究现状如下。
吴茂玉等[13]对多菌种共固定化活细胞混合发酵的效果进行了研究，实脸表明，固定化发酵技术和传统发酵技术相比，口感较好、周期短。党亚丽等[14]对海藻酸钠固定化乳酸菌促熟干酪的效果进行了研究。固定化乳酸菌使得比对照组干酪成熟期缩短30 d左右。李西腾[15]采用固定化醋酸菌细胞的方法制备草莓醋，研究表明，在同样接种量的情况下，由于固定化工艺具有很高的产酸速率，其反应速度比传统工艺快了1.7倍。林海等[16]为了改进海藻酸钙微珠的性能，采取了3种不同的方法，固定化细胞使得最后木糖醇平均质量浓度为43.2 g/L，平均得率为53.8%。固定化微生物较游离微生物的优势之一就是其单位体积内菌体浓度更大，因而其发酵速率更快[19-22]。孙菲菲等[17]采用凝胶包埋法对固定化醋杆菌发酵芒果醋进行了研究。研究表明固定化方法发酵芒果醋的产酸率比传统方法提高83%，说明固定化技术具有明显优势。贺江等[18]采用固定化技术酿造苹果醋具有很好的稳定性，该研究结果表明，采用酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌共固定颗粒和醋酸菌酿造苹果醋共需要7 d时间，产酸速率比李燕等[23]、王云阳等[24]报道的有较大提高。
3.2 固定化微生物技术在果醋制备中的应用前景及展望
采用包埋法将原生质体固定可大大提高其稳定性。但固定原生质体还处于研究之中，未用于生产。随着固定化微生物技术的不断完善和固定化生物反应器的不断研制开发，在不久的将来，此项技术将会拥有更加广阔的应用前景。我国水果资源非常丰富，但是目前主要的经济价值还是依赖于水果本身的价值，深加工技术落后，因此，解决深加工的问题是当务之急。以水果为原料进行果醋的研制，创新生产加工工艺，利用固定化微生物技术发酵制备优质果醋，不仅提高了水果的营养价值，也为水果的开发利用提供了新的途径，未来营养保健的果醋饮品需求量也会随着人们生活水平的提高与日俱增，具有十分广阔的市场前景。
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生物技术研究进展范文2
关键词 农资竞争；无人直升机；植保技术；飞行植保
中图分类号 S252 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）03-0136-03
当今世界普遍兴起的绿色农业、有机农业、精准农业和数字农业[1]，迫切需要植保技术的变革，研发相应的绿色植保、有机植保、精准植保、数字植保和飞行植保。其中，飞行植保当是日益兴旺的新兴产业。飞行植保就是用飞机防治农林业病虫草害或相关的作业，也可称为空中植保、航空植保或飞机植保技术。近年来，由于受全球气候异常、生态环境恶化等因素的影响，我国农作物病虫草害发生的面积在不断扩大，暴发性的病虫害灾难时常发生，造成了严重的后果，病虫草害防治的面积、病情和难度都在加大。以前，我国的飞机防治多采用固定翼飞机，这类飞机的起飞和着陆必须使用跑道，飞行速度快，作业效率高，但是药物漂移较多，精准度较差，容易造成农药浪费和环境污染。因此，不适应于复杂地形作业或障碍物多的作业环境以及家庭联产承包的中、小田块的病虫害防治，更不适应慢速度的超低空飞行防治作业。另外，由于病虫害的突发性（如2012年东北地区暴发的玉米粘虫），一般的地面喷雾设备或人工喷洒由于效率太低，根本不能及时扑灭病虫害，同时安全性也很差。近年来，无人直升机喷雾设备的研究与应用在美国、日本、韩国等发达国家得到了快速的发展[2-4]。在我国，由于缺乏先进的无人直升机植保技术和控制装置，使我国飞行植保的应用水平不适应我国农业发展的需要，因此借鉴发达国家飞行植保发展的先进经验，结合我国现状探索符合我国国情的飞行植保发展路径实属当务之急。
1 飞行植保的由来
在飞行植保这个新兴领域，美国、日本、韩国等发达国家走在前列。他们在器械设备研制、药剂研制、智能化装备及植保应用技术等方面为我国提供了可资借鉴的经验。
1.1 美国航空植保由来已久
美国航空植保经历了由有人驾驶直升机植保技术向无人机植保技术的过渡。20世纪中期以后，美国等发达国家逐步形成规模化的大型农场，采用专业化、现代化的生产方式。相应地，建立了以大型植保机械和航空植保为主体的病虫草害防治体系。目前，美国拥有农用飞机20多个品种9 000多架（13%为农用直升机），占世界总拥有量的28%，平均2万hm2耕地就有一架农用飞机[5]，65%的农业化学处理是由飞机承担的。由于美国面积广阔，耕地集中在大规模经营的家庭农场，因此农用飞机以作业效率较高的有人驾驶固定冀飞机为主。作业项目除了包括航空播种、施肥和喷洒农药外，还拓展到人工降雨、森林灭火、空气清洁、旅游观光等方面[6]。由于无人机起飞时不需要跑道，在飞行中机动灵活，生存力较强，具有其他一些飞行器不具备的独特的飞行能力。目前，美国60%以上的农药喷施是由专业的植保公司运用无人智能机械完成的。
1.2 日本直升机植保技术居领先地位
日本直升机植保技术居领先地位，从20世纪90年代起就将无人直升机用于大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治、施肥和品质管理上，还应用于田间监测，如判断水稻作物的田间生长状态。早在1990年，日本山叶公司就率先推出了世界第1架有效载荷为20 kg的无人直升机，此种飞机主要用于撒布农药，由于其独特的优点深受农民的欢迎。据2006年资料显示，日本水稻种植面积近169.2万hm2，且经营规模相对较小。这样的生产条件非常适合无人机的作业，因为机身尺寸小、重量轻、操控非常灵活、适应区域广，作业效率高、喷洒效果好。因此，日本农用无人机因其独特的优势得以快速发展，已经从1995年的307架增加到现在的2 400多架，仅YAMAHA用于农林业方面的无人机的“RMAX”系列就有1 200架以上，RMAX 无人直升机可喷洒农药7～10 hm2/h，一架RMAX每天可喷洒农药80 hm2，而且节水省药非常明显，1 hm2稻田仅用农药1 L，用水7 L。可以说，在日本这种无人直升机播种、耕作、施肥、喷洒农药、病虫害防治等无所不能。日本无人机的防治面积从1997年的20万hm2增加到2005年的60万hm2，年均增长20.1%，已经超过了有人驾驶直升机的防治面积。目前，日本国内水稻种植总面积的45%都靠无人直升机来进行病虫害防治[7]。日本总约533.33万hm2农田常年保持近3 000架无人直升机作业。日本还重视飞行人才的培养，已经取得执照的操控人员（飞手）达到6 000多人。因此，在日本采用无人机进行农业生产已成为现代化农业发展趋势之一[8]。
1.3 韩国飞行植保快速发展
农用无人直升机于2003年首次引进韩国，其后，每年都在增加数量，目前全国共有73架（图1）。其中约80%归于各地方的农协会所有，其余的则是营农组合法人或个人接受政府援助购置。韩国的农林水产食品部和农协中央会计划以后每年增加100架，到2013年共增加到500架[8]。全罗南道绿色农业科科长尹成浩说：“由于人口架构的老龄化和女性化日趋严重，农村人口急剧减少，这种情况下只能利用无人直升机了，以后还会利用无人直升机来进行播种和喷洒农药，它们的用途会更广。”
2 飞行植保在我国的兴起
近年来，尤其是近2年来，全国各地都积极开展了无人直升机的研发和应用。机型越来越多，应用范围越来越广，推广速度越来越快，技术研究越来越深入。
2.1 无人直升机飞行植保应运而兴
人们越来越深刻地认识到，农、林业生产在国民经济发展中具有突出的位置和重要意义，发展农林业生产是有关国计民生的头等大事。目前，病虫害仍然是我国发展农业生产的“天敌”，每年因病虫害造成的粮食损失在15%以上，防治费用也十分可观。未来我国1.2亿hm2农田将容纳年均过10亿元的无人机械设备市场和年均超100亿元的植保服务业务量。因此，植物病虫害防治是一项长期艰巨的任务。当前国内主要依靠于化学防治，化学农药防治效果除受药剂本身性质和性能制约之外，施药的时机、技术质量及药械等都是很重要的影响因素。
我国从1951年就开展航空施药技术的研究和应用，当时主要在大面积的垦区、森林和农场进行喷洒作业，机型多以固定翼飞机为主。60多年来，直升机出现了贝尔-212型、米-8型、米-171型机型的更替。目前，国内通用轻型无人机主要有蜜蜂16共轴式无人驾驶直升机，Z-3无人直升机，wD100型无人直升机、天鹰-3和AF811等。我国引进的国外先进轻型飞机，如美国RoBNSoN公司生产的R22轻型直升机等可应用于吊桶吊囊灭火，将水注入到用PVC制成的吊囊、吊袋（容量为0.5～1.5 t）中，用直升机吊挂到扑火现场，供机动泵、水枪使用，方法简单易行，设备造价低廉，效果良好。北京市2/3是山区，山区地形复杂多变。为了发挥航空护林优势，加强森林防火工作，北京市政府决定，今后每年3月1日至5月31日开展直升飞机森林灭火工作。直升机可利用吊桶吸水直接扑火，也可运送森林消防队员和扑火物资[7]。直升机除了森林消防以外，还用于病虫害防治工作。2003年，梁家林等人对飞机喷洒技术在防治美国白蛾当中的应用进行了探讨。试验结果表明，对美国白蛾集中连片发生的林区采用直升机防治，取得了比较满意的防治效果[8]。
在我国，无人直升机植保技术之所以得以快速发展，主要在于它具有高效、节水、优质、全能、安全、便利等多项独特的优势。如无人驾驶小型直升机具有作业高度低（1～10 m），农药用量少（使用超低容量液剂、热雾剂及超低容量静电制剂，施药仅为3 000～7 500 mL/hm2，电动无人直升机喷洒技术采用喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量，节约90%的用水量），重量轻（整体尺寸小，转向起降灵活，可空中悬停，无需专用起降机场），防治效率高（1架飞机可完成施药0.13 hm2/min，1 h完成施药超过6.67 hm2）；防治效果好（旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，飘移少），远距离遥控操作（喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性），智能化程度高（GPS卫星定位导航，可以自动规划航线，自主按航线飞行并可自主接力，即断药补药后，从断药点开始续喷，可以减少人工漏喷重喷的现象），飞行稳定（飞行自稳系统带GPS模块，高精度姿态传感器，可实现自动增稳，漂移校正，自动巡航等）等诸多优点。另外，还在很大程度上降低了资源成本。电动无人机折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。同时，飞机本身价格15万～50万元，防治用工费用与人工相当，都在植保企业和农民的可接受范围之内。这样，在小麦、水稻、果树、棉花等农作物的病虫害防治中以及授粉、监测等相关作业中广泛应用是完全可能的。
2.2 南方沿海地区先行先试
我国南方及沿海地区因经济发达和地形复杂，对飞行植保进行了先行先试。首先将直升机植保技术应用于柑桔病虫害（红蜘蛛）防治上（广东德庆喷洒1%阿维菌素热雾剂，3 d后防效82%）；广西的甘蔗田利用无人直升机喷洒增糖剂取得了良好的经济效益；在海南省三亚林旺水稻种基地，由国家杂交水稻工程技术研究中心、南京农机化研究所等单位共同主办了“杂交水稻机械化种子生产暨农用无人直升机辅助授粉和施药技术”的现场观摩会，袁隆平、朱英国和罗锡文等院士现场指导；湖南省华容县利用TH28直升机喷洒森得保防治杨小舟蛾（7 d后防效达82%）；在浙江、成都、珠海等地都先后利用无人直升机喷洒农药在水稻、油菜等作物上进行病虫害防治，取得了理想的防治效果和统防统治经验。
2.3 中原经济区蓄势待发
2012年3月17日总理观看了舞阳县1.07万hm2高标准粮田的无人直升机一喷三防现场演示（中央新闻联播）（图2），从此拉开了中原经济区飞行植保的序幕。5月8日，由广西田园、河南农业大学和河南平安种业联合主持的产学研结合项目无人机GPS定位一喷三防（防治穗蚜等）现场会在温县国家粮丰工程百亩方中进行（河南新闻联播），经河南农业大学专家测定，效果良好（1 d后防效达79.6%，3 d后达100%）。其后，新乡、睢县、永城、尉氏等地也先后利用无人机植保技术进行了小麦及林木病虫害统防统治工作，取得了明显的经济、社会和生态效益。中原经济区的其他省市也相继进行了直升机统防统治工作，如山东省防治林业病虫害，安徽、山西、河北等地防治农作物病虫害等。
应该说，中原经济区的飞行植保仅仅是个开端。可喜的是，势头非常好，不少地方和单位都是蓄势待发，呈现出良好的发展态势：一是研发主体多元化。以产学研结合的方式，如广西田园公司尉氏金田地与西安中航618研究所研制成功的AF811机型已经在林果、大田作物上成功应用。再如安阳全丰公司与无锡汉和航空公司联合研制农用无人机及其药物的同时，还建立了人才培训基地，开办了初、中、高级培训班。目前，开封田秀才公司也利用TXC8-1无人机开展了飞防服务。二是机型多样化。目前，研制成功正待推广应用的有超轻型可折叠一体化多旋翼农药无人机TTA MH3，广西田园公司的AF811，田秀才公司的TXC8-1，安阳全丰公司的QF26-01，80 ccCD-10无人机机型等。三是服务主体多元化。除了研制公司直接面向社会开展有偿服务以外，还出现了农民合作社植保专业队、植保公司统防统治专业队、农业协会专业服务队，农业局植保站等多种主体。四是研制服务一体化，研发企业的主要动因来自于对农药产品的促销。飞机防治是其次，更重要的在于增加农药、肥料等农资产品的销售，即无人机植保技术可作为促销农资的手段，进而提高企业的核心竞争力。同时，飞行植保也有利于扩大企业的社会影响和服务形象，从而助推了农资市场竞争向空中发展。
3 结语
综上所述，必须认识到直升机植保技术无疑是农业现代化进程中一场伟大的变革，必将推进农资市场竞争的空中争夺战，必将引起我国土地资源、农业栽培模式、农业经营规模等方面的变革，尤其是加速病虫害统防统治的进程。
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生物技术研究进展范文3
关键词：食品安全 食品微生物 快速检测
中图分类号：TS207.4 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）02-0023-01
伴随着科技的发展和人们对食品安全的重视，作为评价食品安全重要指标之一的食品微生物，其快速检测技术备受人们的关注。国标中关于食品微生物的检验方法，不仅步骤繁琐，且耗时耗力，尤其面对突发食品安全事件时，检测结果往往滞后于监管需要。因此，食品微生物快速检测技术备受人们的欢迎。本文将对近些年来微生物快速检测技术，如PCR技术、酶联免疫吸附技术、ATP生物发光技术、LAMP、阻抗法等的研究进展进行分析、总结和展望。
1 PCR技术
PCR（Polymerase Chain Reaction）技术，聚合酶链式反应，用于扩增放大特定DN段的分子生物学技术，是在体外的一种特殊DNA复制。PCR技术能在短时间内将特定的基因片段扩增数百万倍。由于其具有简便、快速、敏感性高和特异性强的优点，适用于时间紧的检测工作和突发食品安全事件。PCR技术在不断的发展，多重PCR、荧光定量PCR、实时定量PCR等就是PCR技术的衍生[1]。PCR技术耗材多为一次性，配套的仪器设备较为昂贵。若能进一步降低使用成本，必定能扩大使用范围。
2 酶联免疫吸附技术
酶联免疫吸附（ELISA）是指将可溶性的抗原或抗体结合到固相载体上，对免疫酶进行染色，利用抗原抗体结合专一性进行免疫反应的定性和定量检测方法。酶联免疫吸附技术集免疫荧光法和放射免疫测定法优点于一身，灵敏度高、特异性强、操作判断简单、实验设备要求简单[2]。
3 ATP生物发光技术
ATP是活的生物体中的能量货币，普遍存在于所有活的生物体中。生物体死亡后，ATP在细胞内酶的作用下很快被分解掉。荧光素-荧光素酶与ATP作用发光，通过用发光检测仪测定发光量从而测得ATP浓度。根据样品中的ATP浓度，即可推算出活菌数[3]。优点是快速、简便、重现性好；缺点是不能区别非微生物ATP且干扰因素较多。
4 LAMP
LAMP即为环介导等温扩增技术。是由2000年日本学者Notomi在Nucleic Acids Res杂志上公开的一种新的适用于基因诊断的恒温核酸扩增技术。其特点是针对靶基因的6个区域设计4种特异引物，在链置换DNA聚合酶（的作用下，60-65℃恒温扩增，15-60分钟左右即可实现109～1010倍的核酸扩增。优点是反应时间短、灵敏度高、无需特殊仪器、操作简便。缺点是由于灵敏度高，一旦开盖容易形成气溶胶污染，造成假阳性结果。
5 阻抗法
微生物在代谢生长过程中会引起培养基的电特性变化，阻抗法正是通过测量该变化从而间接的测定微生物的含量。培养基中蛋白质、脂肪、碳水化合物等电惰性的大分子营养物质能被微生物转化分解为氨基酸、乳酸盐等微电活性的小分子物质。培养基电阻性与微生物的浓度在微生物生长的不同时期有着不同的关系。通过检测培养基的电阻抗从而推算出微生物的浓度。优点是能够检测绝大部分食品微生物。
6 展望
食品安全问题异日突出，食品微生物检测环节极为重要。作为食品卫生检测的重要一环-食品微生物检测，其快速检测技术亟待发展。在实际检测过程中，检验人员可根据检测目标和检测环境等选择合适的快检方法，也可联合使用多种快检方法，提高检验效率，服务监管，保障人们的食品安全。
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生物技术研究进展范文4
关键词：农村生活污水；处理技术；研究进展
Abstract：This paper analyzed water quality characteristics of rural domestic sewage, introduced main technologies of Chinese rural domestic sewage treatment, and summarized their advantages and disadvantages. We conclude that the combined technology of anaerobic and aerobic MBBR and artificial wetland is a promising treatment technology for rural domestic sewage. The pollution problem of rural domestic sewage need to be effectively solved through management methods.
Keyword：rural domestic sewage; treatment technology ;research progress
中图分类号：G812.42文献标识码：A 文章编号：
近二十年来，我国的城市生活污水处理率逐年提高，而许多农村地区生活污水几乎得不到任何处理便排放到环境中去。有调查表明，目前全国农村每年有超过2500万吨的生活污水未经处理直接排放到田间河塘造成河流、水塘污染，影响村民居住环境，严重威胁农民的身体健康。建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告，对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村人户调查显示，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生产生活污水随意排放[1]。这些排放到环境中的生活污水等在地表径流和土壤渗滤的作用下最终进入河流、湖泊等地表水体和地下水，造成面源污染并严重威胁农村饮用水安全和农副产品的安全。
农村生活污水的产生、排放以及水质特征和城市生活污水相比具有众多不同的特点，所以决定农村生活污水的处理模式不能完全照搬城市生活污水集中收集处理的思路，必须适应农村所特有的条件。本文针对农村生活污水的特点，介绍几种常用的农村生活污水处理技术并分析各自的优缺点，最后指出适合我国农村生活污水的最佳处理技术。
1 农村生活污水的性质及特点
农村生活污水包括两方面的内容：一是厨余废水、洗浴洗涤废水和厕所冲洗废水，另一是禽畜粪尿、粪便和生活垃圾堆置厂的地表径流产生的废水。农村生活污水中有机物含量高，N、P含量多，这些废水不加控制，在雨水冲刷的作用下可排入河流、湖泊等地表水体，并可渗透至地下水，造成地下水的污染。在水质与水量上均不同于城市生活污水。农村生活污水在水量上的特点为[2]：一般农村的生活污水量都较小，人均用水量为70～110L/(人·d)，排水量为25～70 L/(人·d)；居民生活规律相近，生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，水量变化明显，即污水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点。农村生活污水的水质指标见表1。
2 适合农村生活污水的处理技术
农村生活污水的处理从大的方面可以分为以土壤为主的处理系统、以水塘为主的处理系统和以生物为主的处理系统。污水的土地处理系统可分为慢速渗滤处理系统、快速渗滤处理系统、地表漫流处理系统、湿地处理系统和地下渗滤处理系统五种类型；污水的塘处理系统可分为稳定塘处理系统和高效藻类塘处理系统；污水的生物处理系统可分为蚯蚓滤池处理技术、厌氧沼气处理技术、好氧活性污泥处理技术及生物膜处理技术。
2.1 农村生活污水的土地处理系统
2.1.1 土地慢速渗滤处理系统
慢速渗滤系统是将污水投配到种有植物的土壤表面，污水在流经土壤表面以及在土壤植物系统内部垂直渗滤时得到净化的土地处理工艺，是应用最广最可靠的一种工艺。该系统的污水投配负荷一般较低，所投配的污水与植物需要、蒸发蒸腾量、渗滤量大体保持平衡，一般不产生径流排放，渗滤速度慢，以污水的深度处理和利用水中的营养物为主要目标，故污水净化效率高，出水水质优良，基本不产生二次污染，是土地处理技术中经济效益最大、水和营养成分利用率最高的一种类型[3]。污水经前处理后进入慢速渗滤系统，对水中的各种污染物都能有较大的去除，一般的出水水质可见表2。
表2土地慢速渗滤系统的出水水质
2.1.2 土地快速渗滤处理系统
土地快速渗滤处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与利用再生方法，适合于渗透性非常良好的土壤，例如砂土砾土等，其污水投配负荷较高。该系统一般由预处理池、渗滤池、集排水系统、贮存塘等部分组成。渗滤池的土质要求通透性能强、活性高，水力负荷大、处理效率好为原则[4]。据北京昌平快速渗滤池运行15个月的进出水水质资料，对污水COD，BOD5，SS，氨氮，硝基氮，总氮，总磷去除率分别为91.9%，95.3%，98%，85.6%，54.1%，83.2%，69%。
2.1.3 地表漫流系统
地表漫流是将污水有控制地投配到有植被、小坡度和土壤渗透性差的坡面上，污水在地表形成的薄层在沿坡面流动的过程中不断被净化，其出水大部分以地表径流的形式汇集起来，少量污水被植被摄取、蒸发和渗入地下。该系统适用于渗透性低的黏土，地面最佳坡度为2%~8%，可用于高浓有机废水的预处理，一般其水力负荷为3.05—21.34m/a，有机负荷则为39.24~112.1kg/ha·d[5]。
2.1.4 湿地处理系统
污水的湿地生态处理系统是将污水有控制地投配到土壤—植物—微生物复合生态系统，并使土壤经常处于饱和状态，污水在沿一定方向流动过程中在耐湿植物和土壤相互联合作用下得到充分净化的处理工艺类型。该处理系统的运行方式灵活，可直接用于处理污水，也可用于其它处理工艺处理后的污水的深度处理，另外还可利用污水营造人工湿地改善自然景观。按照工程设计和流体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流湿地，水平潜流湿地和垂直流湿地三种主要类型，各类型在运行、控制等方面存在一定的差异。其中，表面流湿地不需要砂砾等物质做填料，造价低，但水力负荷较低；水平潜流湿地的保湿性能较好，有机物和重金属等去除效果较好，受季节影响小；垂直流湿地综合了前两者的特点，但其建造要求较高，使用不及前两者广泛。因过高浓度的悬浮固体物和油剂污染物可能导致系统处理能力的下降，故污水进入湿地前应经过预处理去除漂浮物和沉淀物，且确保BOD5负荷率低于0.73kg/m2·d，停留时间不得低于12h[5]。
生物技术研究进展范文5
关键词：农村生活污水；生态处理；应用；进展
中图分类号： R123 文献标识码： A前言
随着工业化的全盘深入，目前我国的农村生活污水污染十分严重，据调查，我国农村地区每年产生的生活污水高达80亿吨，大部分污水直接进入生态环境，而且绝大多数村庄没有一个良好的排水系统与污水处理系统。农村生活污水污染已经成为主要的污染源之一，这与国家新农村政策中提出的和谐，文明，宜居的新农村理念背道而驰，农村生活污水污染已经成为亟待解决的问题，加强水污染防治是改善农村生态环境和防治农业面源污染的重要措施，农村生活污水收集处理与资源化设施建设，不但关乎新农村建设的需要，也是避免农村水体土壤和农产品污染，确保农村环境安全和农民身心健康的重要举措。
一、农村生活污水的主要来源
农村污水是农村村庄和小镇的居民生活污水和生产废水的总称。 它的来源很多，通常有： 农村居民日常生活产生的污水；中小学、当地政府机关、民俗旅游、旅店排放的污水； 农民养殖的畜禽排泄物；乡镇企业排放的各种污水。 其中，农村生活污水一般来源于以下三方面：
1、厨房污水，多以洗碗水、涮锅水、淘米和洗菜水组成。淘米洗菜水中含有米糠菜屑等有机物，其他污水中含有大量的动植物脂肪和钠、醋酸、氯、碘等多种元素。由于生活水平的提高，农村肉类食品及油类使用的增加，使生活污水的油类成分增加。
2、是生活洗涤污水，洗涤用品的使用使洗涤污水含有大量化学成分。洗衣粉的大量使用加重了磷负荷问题。
3、是冲厕水。部分农村改水改厕后，使用了抽水马桶，产生了大量的生活污水。部分农村仍在使用旱厕，且有的农户养家畜家禽，产生了冲圈水，粪料还田，粪水溢流。畜禽粪尿所含的N、P及BOD等浓度很高，冲洗水中的COD、BOD5和SS浓度也很高。
二、农村生活污水的特征
从农村生活污水的取样与分析表明，农村生活污水的水质并不是很差，但变化范围较大，如水中N、P两种微量元素含量较低、若是没有经过处理就直接排放，很容易造成水体污染。此外，农村的生活污水分布较广，水量较大、排放不均匀；但生化性能较强，水中有毒害污染物含量几乎为零。农村生活污水增长较快，处理率极低。
三、农村污水治理的重要性
农村生活污水没有统一规划的管理系统，一般都是随意排放，这就很容易导致疾病地随意散播，严重损伤广大农民的身体健康。由于农村自来水的普及率不高，许多农村家庭用水还是向自然汲取，但由于生活污水肆意排放，农村的地下水源也在一定程度上受到了污染，村民饮用的河水、井水中也会含有一些病菌，如皮肤病、斑牙病等，严重可致癌，由此可见，污水若是不能经过系统的处理，危害将无法想象。
四、农村生活污水处理现状
目前，我国农村地区生活污水的处理率还不高，农村生活污水治理工程较少，很多处理技术也仅仅处在示范研究阶段，目前农村生活污水的治理存在一个较大的难点，即基建投资以及运行费用较大，农村经济实力以及技术力量很难满足常规城市生活污水处理厂技术要求等 因此，急需要开发高效低能耗低成本的污水资源化技术，引进适合我国国情的国外发达国家的先进技术与工艺，解决农村生活污水污染问题。
五，农村污水生态处理技术的应用及进展
农村污水处理生态技术在传统工艺的基础上，将朝着以土壤介质的净化作用为核心，在技术上特别强调在污水污染成分处理过程中植物－微生物共存体系与处理环境或介质的相互关系的方向发展，特别注意对生态因子的优化与调控。传统的污水生态处理技术有人工湿地系统土地渗滤系统稳定塘系统，近年来将蚯蚓引入生物滤池的生态工艺也越来越引起人们的重视。
（1）稳定塘处理系统
稳定塘实际上是一种人工处理过后的池塘，池塘周围设有防渗层与围堤，它主要利用自然生物的净化系统与水生生物的净化功能让污水得到净化。这种系统工艺性较低，建设费用与运行费用都比前两种方式要低，且不需要进行污泥处理。但是它也存在着一些弊端，这种方式受气候条件的影响较大，且需要利用村民自家池塘，占地面积较大，有机负荷较低。为了更进一步的利用池塘来处理污水，研究者们开始向高效藻类塘研究并取得了一定成果。这种藻类塘能够充分利用塘内藻类产生的氧气，通过菌藻的共生关系来高效处理污染物。这种高效藻类塘还处于研究阶段，并未被广泛使用。
（2）沼气池处理技术
污水净化沼气池是一种利用污水中的有机物对污水进行发酵，在接近厌氧的状态下处理污水的一种技术。这种沼气式的处理办法在农村居民中使用最为广泛，也是最为节俭、通用的处理技术。沼气池通过将污水中的有机物发酵，产生的沼气可以提供居民洗澡、烧火的能源，而污水中的有机物也随着沼气的产生被去除大半，处理后的污水可以用来浇花浇田，实在是一种社会效益与环境效益相结合的处理模式。在我国，传统的化粪池已被这种生态沼气池所取代。而这种沼气池的设计由于每个居民都是自行建造的，在建造过程中会有不合理现象出现。因此，在改进生活污水净化沼气池方面，研究者还需要深入分析，不断改进建造方案及工艺，为村民详细的介绍搭建方法，让污水处理更为有效。
（3）生物滤池系统
生物滤池是一种由塑料制品或碎石等惰性材料填充，表面生长生物群落的一种过滤系统。这种系统让污水与填料表层的微生物膜间隙接触，相当于制造了一层生物膜反应器。这种滤池系统最大的特点就是将截留悬浮与生物氧化继承与一体，节省了传统污水净化中的二沉池作用，省掉了二沉池的建筑面积，具有除污效果强、占地面积小、出水水质好的特点。另外，研究者发现利用高效功能的陶粒来作为填充材料也是很好的选择。此外，一些研究者正研究将蚯蚓这种生物引入滤池中，以提高土壤的透气性与透水性，促进有机物质的分解。
（4）人工湿地处理系统
所谓人工湿地，是指利用人工手段模拟出来的自然湿地系统，以构筑物形式呈现在人们眼前。在这种构筑物的底部，会铺设一层由沙子、碎石组成的填料，在填料上层的土壤中种植一些生长期长，有排污能力和经济价值的水生植物，建立一个小型的生态系统。通过这个小型生态系统中的水生植物与微生物的协同作用，污染物能够被成功去除。人工湿地作为一种高效、经济的处理系统，在农村污水处理上起到了重要作用。
（5）土地渗滤处理
由于农村地段的公共建筑面积较少，有大量土地不作为建筑用地，因此土壤的排污能力远远高于城镇地段。土壤渗滤系统充分利用的大自然的净化功能，将污水有计划、有条理的排入地下土层中，通过土层本身及内部有机物来吸附污水中的有害物质，对污染物进行降解，常用的土地渗滤技术为慢速渗滤处理以及人工快速渗滤处理。
1）慢速渗透处理
所谓慢速渗透是指完全按照土地本身吸收状况来处理污水，将废水引入到耕作农田中，污水中的有机物能够满足部分农作物的生长需要。这种渗透技术的速度非常慢，以利用水中的营养物、深度处理污水为目标，有效利用污水，不易产生污水的二次污染。早期，污水的慢性渗透处理多在小麦、玉米地上进行，慢速渗透处理系统虽说速度较慢，但具有一定的经济效益。
2）人工快速处理系统
这种处理系统充分利用了人工工艺，采用天然河沙为渗滤介质，通过参入一定的特殊填料来达到净化的目的。这种方式不仅运营成本较低、管理简单，在处理工艺上也比较简便，与传统工艺相比，它不受土地等自然环境因素的影响，还能够提高水力负荷，具有较高的实用工艺性。人工快速处理系统采用的是干湿交替的运转方式，被认为是解决农村小流量污水的最可靠、最适合的方式。通过加大落干与淹水的频率、缩短淹水周期，能够达到明显的除污效果。迄今为止，人们尚未对这种除污的去污机理研究透彻，普遍认可是在过滤过程中吸附、截留与生物降解下三者共同作用的结果。
结语
综上所述，污水生态处理系统已成为农村生活污水处理的重要组成部分，对农村水环境面临的水资源危机问题有一定缓解作用。农村污水生态处理是一个很好的出路，处理流程不能拘泥于形式，可根据不同处理要求对现有的污水处理技术进行组合来完成污水处理技术的低能耗，优质化，资源化。
参考文献
[1]陈长太，王雪，祁继英．国外人工湿地技术的应用及研究进展［J］．中国给水排水.2003年
生物技术研究进展范文6
关键词：有机磷农药；微生物；降解技术；研究进展
中图分类号： S481+.8 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2013）-16-02-1
1 有机磷农药降解技术的研究背景
1.1 农药残留
农药是指用于控制农业、林业、牧业病虫草害，同时能够调控作物生长的药物[1]。根据用途可分为杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。根据化学结构和有效成分又可分为有机磷类、有机氯类、有机氮类等几个系列。农药残留是指农药经过一段时间使用后，并没有被完全分解，从而使其中一部分直接或间接地残留于生物体、水源、土壤和大气中。农药的实际利用率很低，因为能够真正用于杀虫、杀菌的农药只占所用农药的10%～20%，而约40%～60%的农药则直接落于土壤中，剩余部分则以微粒形式融于空气中。因此，农药残留已成为严重危害人类健康的主要因素之一。
1.2 有机磷农药
因有机氯农药难以被生物体所降解，并且其在动植物体内降解速度慢，致使有机氯农药在全球范围内受到限制。而有机磷农药容易被生物降解，对环境的污染及对生态系统的危害和残留相对较低，且具有品种多、药效高、应用范围广、成本低等优点。因此，有机磷农药在我国是用量最多、范围最广的农药，使用量占农药总量的80%～90%。正是因为有机磷农药在我国大量、频繁、反复的使用，导致其过量残留。目前，有机磷农药对食品的污染程度比DDT还要严重，因而成为我国食物安全领域亟待解决的问题。
我国目前使用的有机磷农药有30余种。由于其在环境中残留时间短、极易降解、对其他污染的贡献小等特点，一直被认为是污染性最小的农药。大量有机磷农药的毒性研究发现[2]，其中毒机理可能是因为有机磷与生物体内的胆碱酯酶相结合，从而抑制胆碱酯酶活性，使其对乙酰胆碱的分解能力丧失，导致生物体代谢紊乱，神经传导功能障碍，冲动不能停止，生物体出现中毒症状，甚至死亡。因此，安全高效降解有机磷农药已引起人们的广泛关注。
1.3 有机磷农药降解技术的研究进展
降解有机磷农药的方法主要包括化学降解和生物降解等[3]。虽然化学方法降解有机磷农药效果明显，但其成本高且容易造成二次污染，因此不能推广应用。有机磷农药可以被动物、植物和微生物所降解，但动物和植物代谢周期长，而微生物降解法以其作用温和，降解产物对环境污染小等优点成为降解有机磷的主要方法。
2 降解有机磷农药的微生物
2.1 降解有机磷农药微生物菌株的获取途径
降解有机磷农药的菌群主要包括细菌和真菌。目前，获取降解有机磷农药菌株的途径主要有3种。（1）直接从污染源中得到能降解有机磷农药的菌群。如通过室内培养，王华等从长年施用乐果的土壤中筛选出以乐果作为唯一碳源的菌株。（2）定向培育优良菌种。通过直接向土壤中喷洒有机磷农药而筛选出降解有机磷的菌株。Walker等向土壤中添加萘丙酸草胺从而诱发并产生该农药降解菌。（3）选择不同诱变方法及诱变剂获得新的降解菌。刘玉焕等利用亚硝基胍（NTG） 对曲霉属甲胺磷降解菌进行诱变，从而得到对甲胺磷降解率明显提高的诱变菌株。
2.2 微生物降解有机磷农药的机理
微生物降解有机磷农药主要分成两种类型，一种是微生物将有机磷农药作为底物进行降解，其实质是发生酶促反应。 微生物降解有机磷农药的酶促生化反应类型主要有氧化、还原、水解、合成等反应。某些微生物本身并无降解有机磷农药的能力，但在农药的诱导胁迫下，自身基因发生重组或改变，诱导产生新的有机磷降解酶系。
另一种类型是微生物代谢改变了微环境而间接促进农药降解，其实质是非酶促反应。常见的作用主要有以下三种方式。矿化作用：微生物将有机磷化合物为生长基质，最终将其完全代谢分解为NH3、CO2和H2O等无机物的过程。虽然矿化作用的“一举两得”是理想的清除农药残毒的方法，但此类微生物种类稀少，还不能被广泛应用。共代谢作用：微生物在分解其可利用的碳源时，也在一定程度上对不能利用的有机磷化合物进行分解代谢。种间协同代谢：多种微生物在同一环境中协同代谢某类有机磷化合物。
3 存在的问题及展望
目前，多数所获得的农药降解微生物是从土壤等受污染的环境介质中用纯培养方式在实验室获得的，不能在自然界中长期有效地生存； 有机磷化合物自身的组成很不稳定，不利于被降解菌代谢，甚至会抑制其生长。因此，为了大力发展微生物降解有机磷农药技术，应该全面发展微生物筛选技术，建立高效降解有机磷农药的微生物基因库；充分利用基因工程，筛选出高效的降解酶基因；从遗传学角度上对降解有机磷农药的微生物菌群及降解酶进行更深入的研究，从基因水平上阐明降解酶基因的表达调控机理，构建出更高效的工程菌；对降解有机磷的微生物的降解原理以及其代谢途径，代谢产物的类型等进行深入研究。
参考文献
[1]吴文君，刘惠霞.对农药的几点看法[J].农药，1998，37（9）：1-5.
[2]郭增平.有机磷毒物中毒的机制[J].生物学教学，2007，32（4）：68-69.
