关键词脱氮技术；生物脱氮；硝化与反硝化；脱氮技术发展
中图分类号：O623文献标识码：A
1引言
废水生物脱氮技术是90年代中期美国和南非等国的水处理专家们在对化学、催化和生物处理方法研究的基础上，提出的一种经济有效的处理技术。废水生物脱氮利用自然界氮素循环的原理，在水处理构筑物中营造出适宜于不同微生物种群生长的环境，通过人工措施，提高生物硝化反硝化速率，达到废水中氮素去除的目的。本文将重点介绍传统生物脱氮技术和目前新型的生物脱氮技术。
2生物脱氮的基本原理
废水生物脱氮一般由3种作用组成：氨化作用、硝化作用和反硝化作用。
2.1氨化作用
在未经处理的原废水中，含氮化合物主要以有机氮如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在，此外还含有部分氨态氮如NH3和NH4--N。在细菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。在活性污泥和生物膜系统内，氨化作用能较完全的发生。
2.2硝化作用
废水中的氨氮在硝化细菌的作用下，进一步氧化为硝态氮。此过程包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化成亚硝酸盐的反应；由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。
亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-和HCO3-等作为碳源，通过NH3、NH4+或NO2的氧化获得能量。硝化反应过程需要在好氧条件下进行，以氧作为电子受体。
2.3反硝化作用
反硝化作用是在反硝化细菌参与的条件下，将硝化过程产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2过程。反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物，其反应需在严格厌氧条件下进行[1]。
3生物脱氮的影响因素
3.1溶解氧
溶解氧的浓度对反硝化过程有很大的影响。当缺氧区中的溶解氧含量过高时，氧将会与硝酸盐竞争电子供体，并能抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。一般而言，对活性污泥系统，反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下；硝化反应的微生物均是严格好氧菌，硝化过程需要有足够的溶解氧。大量实验证明，当DO含量低于0.5mg/L时，将会严重抑制硝化作用。在曝气池中，DO浓度应不低于1mg/L。
回流液的溶解氧含量直接影响缺氧反应器中的溶解氧浓度。因此，协调好曝气池末端和缺氧反应器中的溶解氧浓度，是生物脱氮工艺控制过程极为重要的因素之一。
3.2泥领
为保证反应器中数量足够且性能稳定的硝化和反硝化细菌，必须使微生物在反应器中的停留时间大于硝化和反硝化细菌的最小世代周期。但是较长的泥领可增加硝化能力，但不利于反硝化。因此若系统为保证硝化而采用较长的泥领，则可能会降低有机物降解速率和反硝化速率，实际运行中往往通过增加废水停留时间来保证系统中COD和TN的去除率。
3.3酸碱度
pH是影响废水生物脱氮工艺运行的一个重要因子。一般亚硝酸菌生长的最适pH值为7-8.5，而硝化菌为6-7.5，反硝化菌为6.5-8.5。因此，应根据原废水中的碱度情况适当调整废水的pH，并应保持废水中一定的剩余碱度。
3.4温度
微生物硝化反应最适温度为30-35℃。一般低于15℃时硝化速率降低，而当温度低于5℃时，硝化反应几乎停止。12-14℃活性污泥中硝化菌活性受到抑制，出现HNO2积累。
3.5有机物及C/N比
在废水生物除氮过程中,有机碳源作为异养好氧细菌和反硝化过程的电子受体,起着非常重要的作用。它是细菌代谢必需的物质和能量来源。缺乏碳源,会导致反硝化过程受阻,同时也会抑制异养好氧细菌增殖[2]。但是，硝化阶段系统中有机物含量也不宜过高，由于亚硝酸盐和硝化菌均为自养菌，增殖速度慢，当废水中有机物含量高时，将使异养细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。
废水处理中，一般采用C/N比来衡量反硝化的碳源需求，太高或太低都会影响反硝化速率。
3.6回流比
对A/O、A2/O和UCT等前置反硝化工艺，污泥回流和混合液回流是使该工艺获得脱氮效果的先决条件，回流比的大小直接影响脱氮效果的好坏。
3.7有毒有害物质
废水生物脱氮过程中，有毒有害物质的控制是必须引起重视的问题。如，高的BOD进水浓度会引起异养细菌的快速增殖，从而与硝化菌形成对氧的竞争而抑制硝化菌生长；此外，某些有机物对硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
3.8同化作用
废水生物脱氮系统中，氮的去除有两条途径：同化脱氮和异化脱氮。通常认为，异化脱氮是废水中氮的主要去除途径。但对于进水BOD/TN很高的废水，有时同化脱氮可能占相当大比例。
4传统生物脱氮技术
传统生物脱氮技术就是人为创造出硝化菌、反硝化菌的生长环境，使硝化菌和反硝化菌成为反应池中的优势菌种。硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下，硝化反硝化这两个过程不能同时发生。常见的工艺有三级生物脱氮工艺、二级生物脱氮工艺和合建式缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统等。
传统生物脱氮工艺存在的问题：(1)工艺流程长，占地面积大，基建投资高。(2)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力消耗和运行费用。(3)系统抗冲击能力较弱。(4)硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增加了处理费用，而且还有可能造成二次污染。因此，人们需要积极探讨开发高效低耗的新型生物脱氮新工艺。
5新型生物脱氮技术
随着科学的发展，近年来发现了硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用，在好氧条件下某些细菌也可进行反硝化作用；许多反硝化菌同时也是异养硝化菌，直接进行反硝化反应；氨的氧化也可以在厌氧条件下进行。这些新发现突破了传统生物脱氮理论的认识，为研发生物脱氮新工艺奠定了基础。
5.1短程硝化反硝化
传统的生物脱氮工艺经过一系列反应，是全程硝化反硝化。中间浪费了一个将亚硝氮转化硝氮，硝氮又转化为亚硝氮的过程。
目前比较有代表性的工艺为SHARON（亚硝化反应）工艺，SHARON工艺是由荷兰DeIft技术大学于1997年开发的。该工艺采用的是CSTR反应器，适合于处理高浓度含氮废水，其成功之处在于巧妙地利用了在较高温度下(30℃-4O℃)，硝化菌的生长速率明显低于亚硝酸菌的生长速率。因此通过控制温度和HRT可以自然淘汰掉硝酸菌，使反应器中的亚硝酸菌占绝对优势，使氨氧化控制在亚硝酸盐阶段。
与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下的优点：
(1)硝化阶段可减少25%左右的需氧量，降低了能耗；
(2)反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源，降低了运行费用；
(3)反应时问缩短，反应器容积可减小30%～40%左右；
(4)具有较高的反硝化速率；
(5)污泥产量降低；
(6)减少了投碱量等。
5.2同时硝化反硝化
同时硝化反硝化，即硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时完成。它是由好氧系统中微生物絮体或生物膜内部缺氧产生的。目前同步硝化反硝化机理被人们所接受的主要是缺氧微环境理论和生物学理论[3]。研究表明厌氧氨氧化菌广泛存于自然界中，用普通好氧活性污泥、好氧硝化活性污泥、好氧硝化颗粒污泥、反硝化污泥、SBR泥、河流底泥、UASB颗粒污泥、城市污水处理厂污泥、垃圾填埋场处理渗滤液的污泥等，而且都成功启动了ANAMMOX反应器，启动时间也由两百天缩短到两个月。目前要解决的问题是实际废水中氨氮含量高，但是亚硝氮含量非常低，而且要求的反应温度过高(32℃)，这些都限制了厌氧氨氧化反应器的实际运用。
6展望
氮污染日益严重，研发高效低耗的生物脱氮技术势在必行。目前城市污水厂脱氮效果不好，而新型的生物脱氮技术大多仍在小试和中式阶段，离实际运用还有一定的距离。相信在广大科技工作者的共同努力下，这些新型生物脱氮工艺不久就会造福人类。
参考文献
[1]吕锡武；同时硝化和反硝化的理论和实践[J]；环境化学；2002年06期。
关键词：微生物；检验技术；未来发展
随着国民经济实力的不断增长，我国大力推动医疗保障及食品安全的发展，保障我国群众的生命及财产安全。并且我国的微生物检验技术发展也相对比较完善，出现了许多新型检验技术，并且其应用与器械的研制也在不断更新。随着学界不断的实践，能够推动微生物检验技术发展，创新更加准确、高效、可靠的检验技术。
1微生物检验技术的应用现状
微生物检验技术是一门系统工程，需要按照相关标准及步骤进行，才能够得到比较准确的检验结果，促进检验事业的发展。目前微生物检验技术正从传统的培养方法向分子水平方法改进，向仪器化、自动化、标准化发展。主要方法有电阻抗法、分子生物学技术、微量生化法、快速酶触反应及代谢产物技术以及仪器检测法等，其中电阻抗法占的比重较大。
1.1电阻抗法电阻抗法是目前在微生物检验技术中主要使用的一种新型检测技术，该检测技术具有准确度较高、操作简单等特点，能够检验物体中的细菌数量、细菌类型（细菌总数、大肠杆菌真菌、呼吸感染菌、酵母菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等）。电阻抗法准确度较高的主要原因是由于细菌的代谢会使得附着无产生电阻抗，而不同的细菌在相同环境下能够忍受的电阻是不同的，通过对物体的阻抗情况来分析物体中细菌的种类及含量[1]。主要的操作方式为：将细菌放置器皿中，通过一定的环境改变来使细菌增长，并且将一些不带电的大分子化合物（蛋白质、脂肪、碳水化合物等）通过细菌代谢转化为带电荷的小分子化合物（乙醇、葡萄糖）。通过对细菌导电性的转换，然后对细菌进行电阻变化的记录，并与未转化的细菌电阻进行比较，通过计算机技术制成相关的细菌电阻种类及数量分析，以此来对物体中的微生物进行辨认及测量。该方法目前已经用于食品、药品的检测。
1.2微量生化法微量生化法诞生于19世纪40年代末，直到现代仍然在使用的一种微生物检验技术，其优势在于操作方便、简单快捷、结果准确。微量生化法的优点在于能够通过微生物鉴定用试剂盒作为细菌的观察皿，观察皿中放置数量不等的试管，当需要检验物体中的微生物含量时可以将样品放入观察皿中的试管中，然后将处理过的微生物液滴入试管中，观察样本在试管中的酶促反应，然后观察样本的颜色变化，并将其记录下来，通过输入计算机内置软件中，通过科学的分析得到相应的结果[2]。该方法常用于临床药物细菌增殖研究中。
1.3分子生物学技术分子生物学技术是一种现代新型的技术，是在生命科学与化学发展的基础上创立的一门学科。分子生物学技术应用与微生物检测中，主要通过分子水平上分析微生物的线性结构来认知样本中的微生物类型，是一种新型检验技术，其主要的优点在于检验结果精确、对微生物的反应比较敏感、效率与特异性都较高等方面，但是由于其技术性较高，对检验器材以及相关操作人员的专业水平要求较高，检验方法也比较繁琐[3]。分子生物学技术应用与微生物检验技术的主要技术有：核酸交互法、质物DNA图谱检验分析法、聚合因子透析技术、染色体DNA限制性内切酶技术等等。文章主要对核酸交互法进行分析，简单为微生物检验技术中的分子生物学技术进行研究。核酸交互法是利用基因探针法的原理应用于微生物检验中而创新的一种方式，基因探针法的应用机制是在物品基因中的最小介质因子在基础构造中与碱基的化学反应，通过对已经认知的细菌最小介质因子进行相关的排列，并做好相关的记录，当在微生物样本检验中，对最终得出的最小介质因子进行碱基的区分，辨别细菌的种类及数量。对于具有最小介质因子的细菌来讲，具有最小介质因子的细菌遗传物为DNA，若没有DNA的细菌，其遗传来源于RNA。核酸交互法能够很好的区分微生物中的细菌种类，并且使用效果比较理想，但是由于其使用设备比较复杂，在实际的微生物检验中，使用的频率较少。
1.4快速酶触反应及代谢产物的检测技术快速酶触反应及代谢产物检测技术的应用原理主要是由于细菌在生长繁殖的过程中会不断的施放一些酶元素，通过对细胞产生酶进行判别，将其放入器皿中观察，通过反应液对酶的作用，从而观察细菌的种类与数量，这种检验的方式能够检验样本中细菌的数量以及微生物的种类。优点在于其灵敏度较高，操作简单，常用于细菌计数及种类鉴定。
1.5仪器监测法目前的微生物检验技术中应用的仪器检测法中，主要使用的是气相色谱法、mini-VIDAS法、Vietk-AMS这三种技术，后两者的智能化和自动化水平较高，但是在我国的应用程度较少，文章主要针对气相色谱法进行介绍。气相色谱法应用于微生物检验中的主要原理是通过检验样本中的微生物在气相色谱仪中检验到的色谱图进行微生物的判断，同时该方法是先将样品与微生物分离，然后再将微生物进行相关的检验。仪器检测法能够适用于样本较多的物品检验中，或者是容易产生微生物的物品检验中。该检验技术的方式是先将样本中的微生物水解，然后使用甲醇分解提取，对微生物进行硅烷化或甲基化等方面的处理，最后由微生物呈现的相关色谱录入色谱仪中进行分析[4]。此检验技术的优势在于能够检测出微生物的特征峰，并且结果准确、效率较高，优点在于节省工作量，并且实现了自动化。常用于食品、药物的检验中。
2微生物检验技术未来发展的趋势
微生物检验技术产自与20世纪40年代，主要是由于美国发生了一系列由于药品污染而出现的意外事故，因此微生物检验技术对于药品质量、食品安全等方面都有重要意义。近些年来，随着经济水平以及科学技术的不断发展，各种疾病传播以及食品问题的出现导致了社会各界对于疾病预防和食品安全的关注。微生物检验技术是对疾病控制以及食品安全的有力保障，能够促进疾病控制以及人民的身体健康发展，保证经济的稳定发展。由于疾病传播使得人们对疾病控制的广泛关注，推动了的微生物检验技术的不断进步，也推动了疾病控制的发展。微生物产生的原因来源于各方面，主要由于大气污染、水污染、环境破坏、水土流失等自然环境因素的影响，来源于人们生活中的随地乱扔垃圾、随地吐痰等各种不文明现象，这些都导致微生物的增长。这些都要求了微生物检验技术要不断的进行更新，将微生物控制在一个不影响人体健康的数值。微生物检验工作的工作量与辨别的种类繁多，检验样本的构成也比较复杂，对于检验结果的准确性要求也较高。通过各种物品传播的疾病微生物种类较多，能导致出现传染性疾病的微生物就有五十多种，种类繁多的微生物也对检验技术提出了新的要求[5]。
我国在微生物检验技术方面虽然取得了一定的进步，但是其中也存在许多问题需要解决，首先是我国微生物检验操作人员的专业水平较低，对微生物检验的重要性不能够很好的认知，同时微生物检验的仪器比较滞后。从我国微生物检验行业的整体分析，在微生物检验技术的应用中，将微生物检验实现自动化、智能化是其未来发展的方向，尤其是在仪器检测法中体现了这一发展特征。所以，在对我国微生物检验技术的发展趋势进行相关的叙述中主要表现为：首先需要提高对样本微生物含量的检验效率，减少常规检测中需要耗费的时间，在较短的时间内就能够实现对微生物数量及种类的检测；同时检验技术要保障检测的结果，提高检验的精度与科学性；最后要实现检验技术的自动化，推动我国微生物检验技术智能化发展。
3结论
科学技术的带动了微生物检验技术的不断发展，并且呈现了多样化，新型、先进、简便的微生物检验技术将代替传统的培养方法，通过对检验技术与标准的不断完善与规范，保障检验的质量；同时操作人员也要不断的提高自身的专业水平，提高检验仪器的使用率，将高效的微生物检验技术投入应用，促进的微生物检验事业的发展，实现现代化、自动化、智能化发展。
参考文献：
[1]李志娟.食品微生物的检验技术与未来发展探讨[J].科技传播，2014，（23）：191-191.
[2]顾兵.临床微生物标本采集与转运系统的现状与展望[J].中华检验医学杂志，2014，（10）：732-735.
[3]温泉.食品微生物检验技术及未来发展趋势研究[J].黑龙江科技信息，2014，（18）：34-34.
论文关键词：生物技术；伦理问题；思考
21世纪是生命科学的世纪，生物技术的发展对人类和社会的影响深远。而生物技术引发的伦理问题，已成为世界的焦点议题。如何合理的应用生物技术造福人类和社会，是众多学者和科学家急需解决的问题。
一、现代生物技术研究的新进展
进入21世纪，生物技术正处于发展成熟阶段，生物技术的应用已经渗透到我们生活中许多与生物无关的角落。生物技术的发展至今已经揭示了许多生命现象的本质及其规律，但生命现象极其复杂，目前仍有许多课题有待深入研究和探索。目前在克隆、胚胎干细胞、转基因食品、人类基因组计划、组织工程等研究和实际应用等领域取得了成果。
（一）克隆技术。克隆原意是无性繁殖，即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系，该细胞系中每个细胞的基因都是相同的。克隆技术首先用于动物，动物克隆就是通过无性繁殖方式，由动物细胞产生的遗传形状相同的动物个体。克隆羊多莉是首例克隆成功的动物。动物克隆为我们进一步揭示生命的奥妙及人类的自我认识展现了全新的视野。
（二）胚胎干细胞。干细胞是生物体在生长发育过程中起“主干”作用的高度未分化细胞，它具有自我更新、高度增殖和多向分化的潜能。干细胞分为三大类：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞之所以全能，是指它可以分化成人体全部细胞类型，进而构建心、肝、肾、肺等多种组织和器官，最终发育成一个完整的个体。全能干细胞再进一步分裂、分化中又形成了各种多能干细胞。多能干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能，但是却失去了发育成完整个体的能力。
（三）转基因食品。转基因食品是利用生物技术将某些生物的基因转移到其他物种中去，从而改造生物的遗传物质，使其在性质、消费品质等方面向人类所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或以这种生物为原料，加工出来的食品都被称为转基因食品。转基因食品在欧美应进入人们的日常生活中。有资料表明，在欧洲，玉米钻心虫每年要毁坏4000万吨玉米，占世界玉米总产量的7%，但是如果把分离出来的抗钻心虫基因植入玉米中去，就可培育出抗虫害的玉米，这种玉米就是转基因食品。
二、现代技术发展引发的伦理问题
（一）关于克隆人的争议。从“多莉”羊的克隆成功，待几年来其他克隆动物的尝试，克隆技术正不断发展。目前科学界把对人体的克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆。科学界和伦理界对治疗性克隆普遍支持。但生殖性克隆，即克隆完整的人则遭到很大的抵制。克隆人给伦理道德方面带来了巨大的冲击，对现有的社会关系、家庭结构造成了巨大的冲击。另外，克隆人的身份难以认定，使人伦关系发生模糊、混乱乃至颠倒，进而冲击传统的家庭观以及权利与义务观。
（二）胚盘干细胞研究中的生命伦理问题。由于胚盘干细胞的制备是离不开人类卵子、胚盘以及克隆技术的，而卵子与胚盘在一些不同的国家和宗教界被视为是生命的起源，与活着的婴儿没有什么不同，所以在许多国家是被严格禁止的。坚持认为可以用人类胚胎做实验的人认为：1、早期胚胎仅是一团细胞，尚难称其为人的一条生命，从胚泡内细胞培养成人的胚胎干细胞，并没有杀死细胞，只是改变细胞的命运；2、培养胚盘干细胞是用于治疗现在还无法治愈的组织坏死性疾病，让病人恢复健康，完全是合乎人类伦理道德。
（三）转基因食品的潜在危险。对转基因食品发展有两种态度：支持者极力宣传其带给人类充足的粮食和新型抗病虫策略；反对者则强调人为地用基因技术改变神武，会给人体健康和环境带来危害。基因表达调控是个复杂的生命现象。目前，人类对基因的活动实施了解还不够透彻，还没有十足的把握控制基因中组后的结果。1993年英国的一份报告列出了一些人们对于转基因食品应用的来努力方面的主要担忧：1、人类基因转入食品动物，如将人类基因因子与凝血的蛋白质的基因转入绵羊中；2、某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒犹太人和穆斯林，列入将猪的基因转入绵羊；3、动物基因转入植物中，可能会引起一些素食者的特别关注。
三、现代生物技术发展存在的伦理问题对策
现代生物技术的飞速发展，引发诸多伦理问题，发人深思。为了促进生物技术的和谐发展，应采取相应对策和措施。科学预言，21世纪是生物技术发展的黄金时期，全国普及大众伦理学知识尤为重要，设置伦理学咨询机构，利用各种媒体宣传伦理学知识，增强大众的伦理学意识，提高全民族的整体伦理水平。同时，我们还应改变传统伦理观念，发展中国特色的生命伦理学。总体上，生命伦理学应和国际生命伦理学保持一致，但又要保持中国的特色。另外，培养生命伦理专业人才，解决人才匮乏的局面。生命伦理学的发展任道重远，生命伦理学人才匮乏问题需要解决，设置生命伦理学专业，加快专业人才培养规模势在必行，特别应注重研究生、博士生的培养。