生物识别技术及应用

生物识别技术及应用（8篇）

1.生物识别技术及应用 篇一

新疆农业大学 专业课程论文

题目: 环境生物技术的发展及应用 姓名:

学院:专业: 班级:

学号: 指导教师: 麦麦提.阿布都拉 农学院 生物技术 生技061 063135121 葛杰职称:

2010年11月25日

新疆农业大学教务处制

环境生物技术的发展及应用

作者：麦麦提.阿布都拉指导教师：姚正培

[摘 要]: 环境生物技术是一门利用微生物介质为人类提供服务的技术科学, 其核心思想是依据各类微生物的生态活动规律,从中寻找最有效的能解决目前一些环境问题的途径, 如稀释污染物、截留废物中的可循环利用资源等。主要介绍了环境生物技术的形成和发展过程, 以及在治理水污染, 土壤污染, 白色污染和农药污染等方面的应用。最后讨论了环境生物技术的发展前景。

[关键词]: 环境生物技术;污染治理;应用前景

引言 环境生物技术(Environmental Biotechnology)是生物技术在环境治理和环境保护中的广泛应用衍生出的一门新学科和新技术, 是一门由现代生物技术与环境工程技术相结合而形成的前沿交叉学科。凡是与生物技术结合, 对环境进行监控、治理或修复,清洁生产、污染物资源化以及生物材料和能源开发等, 均属于环境生物技术研究和应用的范畴[1]。

1环境生物技术的形成和发展世纪末, 生物滤池的出现和1914 年W.Lockett 和E.Alden 发明的“活性污泥法”被视为环境生物技术的开端。2O 世纪五六十年代, 由于工农业的快速发展, 随之而来的环境污染尤其是水污染的加剧, 直接促进了环境生物技术的发展。进入7O 年代, 污染物可降解性和分解程度方面的研究有了相当大的提高。StaIldford 大学的Perry Mc Carty 和LilyY.Young, 德国的Bernardschink, K.N.Timmis, G.Fuchs 及当时在荷兰工作A.J.B.Zehnder, 都开始系统地对一系列芳香类有机物的好氧和厌氧条件下的分解和降解途径及其机理进行了大量的研究。Chakrabaty 等人还首次构建了含有多种降解质粒的“超级细菌”。

现代生物技术向环境科学与工程的渗透促进了环境生物技术的产生。1981 年, 欧洲的生物技术联盟(EFB)首次将“环境生物技术”用于命名相关的专门机构, 并将控制污染的生物技术概称为环境生物技术。1983 年, 美国在西雅图召开了首届“利用基因控制污染”的环境生物技术专题会议, 提出环境生物技术的中心任务是解决有毒有害化学品的污染问题。8O 年代后期, 分子生物技术已广泛应用于环境污染治理, 尤其在可降解微生物及其降解机理方面进行了更深入的研究。Exxon 油轮在Alaska 的漏油事故中, Ronal Atlas 等微生物学家证实了环境中的土著微生物(Indigenous microorganism)能够分解掉石油成份。Michigan 州立大学的James Tiedje 的实验室, 首次从污染的河泥中分离出了具有脱氯功能的厌氧微生物, 后来又提出了还原脱氯反应与微生物的能量代谢是结合在一起的理论, 增加了人们对微生物代谢途径的了解。1994 年, 由美国生物工业组织(BIO)和白宫国家科学技术委员会共同组织的可持续环境生物技术大会上提出了基因工程微生物、优选微生物和生物传感技术中可利用茵类等三大最新发展技术。1995 年, 美国国家科学和技术委员会发表的《21 世纪生物技术新方向》蓝皮报告。将环境保护和环境生物技术列在了重要地位。在此之后又召开两届国际环境生物技术大会。这些事实不但表明了环境生物技术的发展及演变与世界各地出现的一系列的环境污染问题有着密切的联系, 而且充分显示出世

界各国对环境保护和环境生物技术研究的高度重视[2]。

2环境生物技术应用研究[3-7]

2.1 污水的生物净化

污水中的有毒物质的成分十分复杂, 包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用, 从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质, 使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之

一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶, 是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合, 将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器, 用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定, 即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等, 此方面国内外成功的例子很多, 如德国将能降解对硫磷等9 种农药的酶, 以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上, 制成酶柱, 用于处理对硫磷废水, 去除率达95%以上;近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展, 对于ρ(LAS)为100 mg/L 的废水, 降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。

2.2 污染土壤的生物修复

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用, 削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态, 使重金属固定或解毒, 降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性, 通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量, 激发微生物的活性, 由此可以改善土壤的生态结构, 这将有助于土壤的固定, 遏制风蚀、水蚀等作用, 防止水土流失。

2.3 白色污染的消除

废弃塑料和农用地膜经久不化解, 估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产, 若再连续使用而不采取措施, 十几年后不少耕地将颗粒无收, 可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境, 研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌, 另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如: 根瘤菌)中, 使两者同时发挥各自的作用, 将塑料和农膜迅速降解。同时, 还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。

有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯, 这些聚酯是微生物内源性贮藏物质, 可以用发酵方法进行生产, 由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量, 人们正在用重组DNA 技术对相关的微生物进行改造, 此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸

(PHAs), 研究人员正设法构建出自溶性PHAs 生产菌种, 即将PHAs重组菌进行发酵, 在积累大量的PHAs 后, 加入信号物质, 使裂解蛋白产生, 细胞壁破坏, PHAs 析出, 以简化胞内产物PHAs 的提取过程, 降低提取成本。

2.4 化学农药污染的消除

一般情况下, 使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中, 特别是氯代烃类农药是最难分解的,经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法, 而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物, 有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2 和H2O, 这种降解途径彻底, 一般不会带来副作用;有的是通过共代谢作用, 将农药转化为可代谢的中间产物, 从而从环境中消除残留农药, 这种途径的降解结果比较复杂, 有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应, 就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造, 改变其生化反应途径, 以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染, 最好全面推广生物农药。

所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称, 它们多是生物体的代谢产物, 主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究, 主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA 技术克服其缺点来提高杀虫效果, 例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造, 人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性;将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中, 形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素,以破坏害虫的激素平衡, 干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。环境生物技术的优越性

用环境生物技术处理污染物时, 最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质, 如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位, 避免了污染物的多次转移, 因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展, 尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用, 大大强化了上述环境生物处理过程, 使生物处理具有更高的效率,更低的成本和更好的专一性, 为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时也指出“生物治理技术优于其他新技术的显著特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术”[8]。环境生物技术存在的问题

尽管生物技术相对安全, 但在其应用当中还存在一定的问题与困难, 主要表现在: ①反应速度不如化学法快, 因而需要较大的反应器和占地面积;②对原水水质有一定的要求, 否则将会妨碍微生物的生长;③在运行中有时会产生污泥膨胀和流失, 剩余污泥也难处理;④对于一些人工合成物, 特别是难生化降解物质, 通常的微生物尚显得无能为力;⑤活的有害菌体从实验室泄漏到环境中;⑥大规模工程微生物的应用可能影响生态系统。目前, 科学家们正在努力解决这些问题和开始控制这种潜在的危险性[9]。环境生物技术的广阔前景

当前, 环境生物技术在国际上已进入蓬勃发展的轨道。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法, 市场对环境生物技术的需求越来越广泛。随着环境生物技术的进展和市场开拓,其应用已从单个的环境目标治理, 发展为广泛应用于环境保护的各个方面。环境生物技术已不单纯是一种污染治理技术, 而已开始影响到包括其他行业的产业政策, 促进各工业部门逐步以生物过程替代传统的化工过程, 使许多污染行业的工业生产真正进入无污染的清洁生产的轨道。目前, 我国的环境生物技术处于刚刚起步阶段。该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持, 大力开展以污染控制生物技术为主体的环境生物技术的研究, 将大力推进生物技术在环境保护中的应用, 并将通过生物技术的发展带动整个环保科技的发展, 解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题, 并为环保市场提供高品质的环境保护高技术。应该充分认识到环境生物技术开发对我国环境保护和社会、经济发展的重大意义。

[参考文献]

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2.生物识别技术及应用 篇二

我国是世界上经济发展最为迅速的国家之一,对能源的需求量长期持续高速增长,在现在的能源消耗构成中,除煤炭能够满足自给外,石油和天然气供给远远满足不了经济发展的需要,特别是石油。我国2003年消耗石油2.5亿t,从国际市场上进口高达9100万t,国际依存度高达36.4%,从各种渠道得到的数据表明,2004年我国石油进口量将突破亿t大关,达到1.2亿t,石油的国际依存度也将突破40%。国际石油价格的高企,不仅增加了购买石油的外汇消耗,而且给我国经济的稳定发展造成不容忽视的负面影响。

与矿物柴油相比,生物柴油具有环境友好的特点,其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10,颗粒物为20%,CO2和CO排放量仅为10%。按照京都议定书,欧盟2008～2012年间要减少CO2排放8%,就燃料对整个大气CO2影响的生命循环分析(LCA)指出,生物柴油排放的CO2比矿物柴油要少约50%[1]。

生物柴油通常可与石油基柴油调合使用,现一般调入20%。调合油的效益是:含硫很低(0～24×10-6)、高十六烷值(46～70,如采用加氢裂化工艺为100)。调合油甚至优于欧Ⅳ柴油。生物柴油可大大减少未燃尽烃类、CO和颗粒物质排放。调合20%生物柴油的调合油,可减少排放,总的未燃尽烃类20%、12%的CO、颗粒物质12%、硫酸盐20%、多环芳烃13%、硝化多环芳烃50%、特定烃类的潜在臭氧量10%。生物柴油为清洁燃料,几乎不含硫,无芳烃,含氧约10%(有助于充分燃烧)。柴油机无需改造,不像其他替代燃料如CNG、LNG和乙醇调合油需改造发动机。另外,可改进润滑性,生物柴油的长链脂肪酸的酯类是喷射系统极好的润滑剂。石油基柴油脱硫过程也大大损害了润滑性(特别是含硫从500×10-6减少到50/10×10-6)。加入极少量(1%～2%)生物柴油的调合油就可使润滑性能提高65%[2]。

鉴于我国的能源现状及生物柴油的优点,开展可再生清洁能源研究不仅具有非常重要的现实意义,同时还具有十分重要的战略意义。本文将对生物柴油的应用现状和技术进展进行介绍和分析。

1 生物柴油的原料来源及生产工艺

生物柴油由未使用过的或使用过的植物油(可食用和不可食用的)与动物脂肪,通过各种化学过程生产,最常见的是反酯化法。由三甘油酯(所有天然油和脂肪的主要成分)生成甲酯、乙酯或较高级的醇酯。三甘油酯与醇类在催化剂存在下生成脂肪酸酯,脂肪酸酯的物化性质与石油基柴油相似。

柴油分子由15个烃链组成,植物油分子一般由14～18个烃链组成,与柴油分子相似。因此,用菜籽油等可再生植物油或动物脂肪可加工制取新型燃料生物柴油。生物柴油合成采用比较简单的酯基转移反应(反酯化),只需油、醇和催化剂,醇类现多选用甲醇,可使植物油与醇类生成酯类并联产丙三醇(甘油)。反酯化工艺基于碱催化或酸催化,碱催化反酯化优于酸催化,过程转化率高(大于98%),在常压(0.14 MPa)和低温(～66 ℃)下进行,可直接转化,无中间步骤。油的分子是三甘油酯,含有3个脂肪酸链,联结于甘油分子骨架上。催化剂一般采用氢氧化钠,催化剂用量为植物油的约10%。催化剂的作用是使链断开并与甲醇反应生成甲酯,副产甘油(丙三醇)[3,4,5,6]。

1.1 生物柴油的原料来源

世界各国生产生物柴油所用的原料不尽相同,美国使用大豆籽和动物脂肪,欧洲使用油菜籽和动物脂肪,日本使用动物脂肪,马来西亚使用椰子油籽,印度使用非食用植物油。欧洲和北美利用过剩的菜籽油和豆油为原料生产生物柴油。

生物柴油原料来源极广,各种动、植物油脂、废煎炸油、地沟油、植物油厂脚料油、酸化油、毛油等等。均可作为生物柴油的原料。

1.2 生物柴油的生产工艺

动、植物油脂与化工原料通过泵在化学反应釜中混合,在反应釜中进行化学合成,合成的成品通过管道输入成品储藏设备中。生物柴油的生产工艺简图如图1所示。

2 生物柴油的生产方法[7,8,9,10,11,12]

生物柴油经过多年的研究和发展,其生产技术和使用技术已经进展到相当的深度。早期利用油脂高温裂解生产汽油、柴油的技术,因转化率低、能耗高、经济性差而淘汰,现在生物柴油生产方法可归纳为2种:一种是物理法生产生物柴油;一种是化学法生产生物柴油。

2.1 物理法

用物理法生产生物柴油,主要是利用了动植物油脂具有高能量密度和可燃烧的特性用于柴油代用燃料。由于动植物油脂具有粘度较高的特点,为了使其能够用于内燃机燃烧,一种方法是将植物油与石化柴油直接混合用于柴油代用燃料。Amans等在1983年将大豆油与2号柴油进行混合,然后在直接喷射的涡轮发动机上试验,结果表明,大豆油与2号柴油以1∶2的比例混合,降低了燃料油的黏度,并可直接用于农用机械的替代燃料。通常采用植物油与石化柴油5%～30%的混合比,其性能与2号石油柴油的性能很接近。另一种方法是将动植物油制成微乳液,来解决动植物油黏度高的问题。Georing等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳液,Ziejewski等用冬化葵花籽油、甲醇、1-丁醇制成乳状液,Neuma等用表面活性剂(主要成分为豆油皂质、十二烷基磺酸钠及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性剂(主要成分为乙基、丙基、异戊基醇)、水、石化柴油和大豆油制成可替代柴油的微乳液。我国江苏理工大学与德国ELSBETT公司合作,成功地开发了燃烧植物油的小缸径高速直喷内燃机。

2.2 化学法

与物理法不改变油脂组成和性质不同,化学法生产生物柴油就是将动植物油脂进行化学转化,改变其分子结构,使主要组成为脂肪酸甘油酯的油脂转化成为分子量仅为其1/3的脂肪酸低碳烷基酯,使其从根本上改善流动性和粘度,适合用作柴油内燃机的燃料。酯化和酯交换是生物柴油的主要生产方法,即用(含或不含游离脂肪酸)动植物油脂和甲醇等低碳一元醇(通常为C1～C4醇)进行酯化或转酯化反应,生成相应的脂肪酸低碳烷基酯,再经分离甘油、水洗、干燥等适当后处理即得生物柴油。通过化学转化得到的脂肪酸低碳烷基酯完全具有石化柴油几乎相同的流动性和粘度范围,同时具有与石化柴油的完全互溶性,是一种良好的柴油内燃机动力燃料。生物柴油化学生产技术经过多年发展,已经形成比较完备的技术体系和方法,其技术根本点就在于采用不同的酯化或转酯化催化剂、工艺技术条件等将动植物油脂转化成生物柴油,在这些方面已有大面积的专利技术覆盖和公开发表的大量研究报告,涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、无催化剂法(在高温高压下进行)、常压法、加压法等生物柴油生产技术的各个方面,其生产原料包括动植物油脂和废弃食用油脂。在这些技术中化学方法的常压连续转酯化和加压连续转酯化等生物柴油生产技术,已在欧美等发达国家形成大规模工业化生产,代表了当今主流生物柴油技术,而且技术仍在不断发展。

3 各国生物柴油的应用现状

欧盟最近发布了2项新的指令以推进生物燃料在汽车燃料市场上的应用,这将进一步推动欧洲生物柴油工业的发展。与常规柴油相比,生物柴油价格要贵一倍以上,为此,指令要求欧盟各国降低生物柴油税率,并对生物柴油在欧洲汽车燃料中的销售比例作出规定。这将有助于欧洲生物柴油市场价值由2000年5.04亿美元提高到2007年24亿美元,年增长率可望达到25%。

德国现有8家生物柴油生产厂,拥有300多个生物柴油加油站,2003年生产生物柴油50万t·a-1,不久将达到90万t·a-1。并制定了生物柴油标准DIN V51606,对生物柴油不收税。

法国有7家生物柴油生产厂,总能力为40万t·a-1。使用标准是在普通柴油中掺加5%生物柴油,对生物柴油的税率为零。意大利有9个生物柴油生产厂,总能力33万t·a-1,对生物柴油的税率为零。奥地利有3个生物柴油生产厂,总能力5.5万t·a-1,税率为石油柴油的4.6%。比利时有2个生物柴油生产厂,总能力24万t·a-1。

英国生物燃料公司在英国锡尔圣兹投资2100万英镑(3780万美元)以豆油为原料建设生物柴油装置,该装置能力为25万t·a-1生物柴油、1.96万t·a-1医药级和2700 t·a-1工业级甘油,以及600 t·a-1硫酸钾化肥。该装置于2005年1季度投产。生物燃料公司还计划在当地于2005年再建第2套装置,使生物柴油能力翻番,达到50万t·a-1。该公司另计划于2007～2009年在英国或欧洲其他地区再建3套装置,总能力为75万t·a-1。

芬兰能源公司-富腾(Fortum)公司将在芬兰南部城市波尔沃建设专门生产生物柴油的加工厂。这座耗资1亿欧元的生物柴油加工厂将于2007年夏季投产。该加工厂从植物油和动物脂肪中提炼高质量的柴油,预计每年可生产生物柴油17万t。这种生物柴油可供各种以柴油作燃料的机动车辆使用,可减少汽车的废气排放量。

欧洲其他国家的生物柴油生产量为:捷克和斯洛伐克10万t·a-1。

由于用于加工生物柴油的植物油是可更新的原料,在欧盟鼓励其成员国增加使用可更新原料的情况下,欧盟成员国对生物柴油的需求量今后将会进一步增加。

目前,美国有4家生物柴油生产厂,总能力为30万t·a-1。在普通柴油中的掺入量为10%～20%。生物柴油的税率为零。美国GreenStar产品公司所属子公司美国生物燃料(ABF)有限公司正在加利福尼亚州建设美国最大的生物柴油生产装置,设计生产能力为3500万加仑/年(约12万t·a-1)。为了减少装置的占地面积、投资及操作成本,该装置采用连续流动工艺。在装置的建设中,使用ABF拥有专利权的单元反应器/分离器,每个单元反应器/分离器的生产能力为250万加仑/年,这种单元组件安装非常方便,可以根据市场需求的情况来进行扩能。该装置已于2003年开始进行生物柴油的生产。

巴西生物柴油法令LEI No.11097已获通过,2008年1月起正式推行。B-2柴油(2%生物柴油/98%常规柴油)于2008年1月起执行,B-5柴油(5%生物柴油/95%常规柴油)标准也已颁布。亚洲国家也在兴起生物柴油产业。马来西亚产能为50万t·a-1。日本生物柴油生产能力达到40万t·a-1。泰国发展生物柴油计划于2001年7月发布,泰国石油公司承诺每年收购7万t棕榈油和2万t椰子油,实施税收减免,泰国第一家生物柴油装置已经投运。

据美国Freedonia咨询公司研究分析,生物柴油需求将快速增长,到2006年增速为30%,生物柴油市场价值将从2003年3500万美元增长到2006年1.3亿美元。

4 生物柴油的技术进展

新开发的生物柴油的反酯化方法可克服碱催化反酯化的缺点,如甘油回收和催化剂脱除困难,反应不完全,以及当油中含有游离脂肪酸或水时会生成皂化产物。传统的碱催化方法从三甘油酯和甲醇生产脂肪酸甲酯存在几个问题,包括在室温下反应速率太慢。植物油的催化反酯化(特别是反甲基化)生产生物柴油甲酯过程很慢,这是因为初期反应混合物由两相组成,因此反应受到传质限制。生物柴油的工业化生产作为石油基柴油的替代路线往往还不甚经济,因为其生产费用为石油基柴油的约3倍。现在的生物柴油生产商仍采用高压、高温方法,速度慢且能耗高;采用化学方法也不能低成本地生产达到ASTM标准的生物柴油。加拿大BIOX公司正在将David Boocock公司开发的技术(美国专利6642399和6712867)推向工业化,该工艺不仅可提高转化速度和效率,而且可采用酸催化步骤使含游离脂肪酸高达30%的任意原料(包括大豆油、废弃的动物脂肪和回收的植物油)转化为生物柴油,该工艺可降低生产费用高达50%,如果商业化成功,可望使生物柴油生产费用与石油基柴油相竞争。BIOX公司自2001年4月起已在加拿大奥克韦尔(Oakville)100万L·a-1中型装置上验证了称为BIOX的工艺,现正在Hamilton Harbour生产地投资2400万美元建设6000万L·a-1生物柴油装置放大BIOX工艺,该装置于2005年6月投运,这将是BIOX公司第一套工业化装置。在BIOX工艺中,脂肪酸首先在酸催化反应中转化成甲酯,反应在接近甲醇(溶剂)60 ℃的沸腾温度下,在柱塞流反应器(PFR)中进行,40 min反应后,在相似条件下,在第2台PFR中采用专用的共溶剂进行碱催化反应,三甘油酯在几秒内就转化成生物柴油和丙三醇副产物,99.5%以上未使用的甲醇和共溶剂循环利用,回收冷凝潜热用以加热进料。

新开发的方法使用共溶剂,可形成富油单相系统,因此反应可在室温下快速进行,10 min内反应可完成95%,而现用工艺要几个小时。该工艺已在德国莱尔(Leer)8万t·a-1验证装置上应用,第二套10万t·a-1装置也在德国汉堡投运。

在新工艺中,惰性的共溶剂使之形成富油、单相系统,整个反应在该系统中进行,因此可提高传质和反应速率。碱催化步骤在接近室温和常压下于几分钟内完成,它与酸催化步骤结合在一起,使BIOX工艺可连续进行。BIOX工艺还克服了生物柴油现有生产路线的另外一些缺点,包括必须使系统达到所需纯度,以免反应中断,以及它们不能处理含脂肪酸大于1%的物料。使用常规技术生产生物柴油的成本因原料而变化,原料占生物柴油生产费用约75%～85%,因此采用低费用的原料达到高的转化率至关重要。

Diester工业公司在法国塞特建设生产脂肪酸甲酯(FAME)的新装置,16万t·a-1的装置将于2005年底投产,这将是采用Axens公司Esterfip-H工艺的第一套工业化装置。塞特装置的建设符合欧盟指令2003/EC3117目标要求,该指令要求到2010年使生物燃料用量达到5.75%。生物燃料可减少温室气体总排放量和使欧盟减小对原油进口的依赖。生物柴油的主要组分FAME通过植物油如菜籽油、大豆油和葵花籽油来生产。Esterfip-H工艺由法国石油研究院(IFP)研发,由Axens公司推向商业化。第一套工业化Esterfip工艺装置于1992年建于法国Diester工业公司维尼特地区,基于均相催化剂。而新装置则采用多相催化剂—2种非贵金属的尖晶石混合氧化物,属首次应用,它可避免采用均相催化剂如氢氧化钠或甲醇钠的工艺所需的几个中和、洗涤步骤,以及不会产生废物流。此外,来自Esterfip-H工艺的丙三醇副产物的纯度大于98%,而采用均相催化剂路线时,其纯度约为80%。这种副产物的利用可提高整个生产的经济性。在连续法Esterfip-H工艺中,反酯化反应采用过量甲醇在比均相催化剂工艺温度较高的条件下进行,过量甲醇用蒸发方法除去,并循环至工艺过程,与新鲜甲醇相混合。该化学转化采用2个串联的固定床反应段来达到,分离丙三醇以改变平衡。每一反应器后的过量甲醇通过部分闪蒸除去,酯类和丙三醇再在沉降器中分离[13,14,15]。生物柴油在甲醇最后回收后通过减压蒸发予以回收,然后提纯去除微量丙三醇。甲酯纯度超过99%,产率接近100%。

另一个先进的工艺是在连续流动反应器中采用油与甲醇强化混合,2002年采用这一技术的10×104 t·a-1生物柴油装置已建于德国玛尔(Marl),从该过程可回收1.2万t·a-1高级丙三醇。该技术也在美国加州里弗代尔(Riverdale)南方动力公司的10万t·a-1装置上应用。

另一创新工艺是采用连续反酯化反应器(CTER),这一新技术可降低投资费用,Amadeus公司在澳大利亚西部建设的3.5×104 t·a-1生物柴油装置将采用CTER技术。

目前生物柴油主要采用化学法生产,现正在研究生物酶法合成生物柴油技术。用发酵法(酶)制造生物柴油,混在反应物中的游离脂肪酸和水对酶催化剂无影响,反应液静置后,脂肪酸甲酯即可分离。日本大阪市立工业研究所成功开发使用固定化脂酶连续生产生物柴油,分段添加甲醇进行反应,反应温度为30 ℃,植物油转化率达95%,脂酶连续使用100 d仍不失活。反应后静置分离,得到的产品可直接用作生物柴油。

通过加氢裂化方法也可生产生物柴油,现已开发了几种新工艺。加氢裂化方法不联产丙三醇。可将植物油转化为高十六烷值(～100)、低硫柴油,可加工宽范围原料包括高含游离酸的物料。加氢裂化过程中发生几种反应,包括加氢裂化、加氢处理和加氢。产率为75%～80%,十六烷值高(～100),硫含量<10 ×10-6。28 d后可生物降解95%,而石油基柴油在同样时间内降解40%。与其他生物柴油比,主要优点是可降低NOx排放。该工艺采用常规的炼厂加氢处理催化剂和氢气,可供炼油厂选用,因有氢气可用,可方便地与炼油厂组合在一起。

目前我国生物柴油的研发和生产已经起步。2002年8月,四川古杉油脂化学公司成功开发出生物柴油,该公司以植物油下脚料为原料生产生物柴油,产品的使用性能与0号柴油相当,燃烧后废物排放较普通柴油下降70%,经检定,主要性能指标达到德国DIN 51606标准。

2002年9月,福建省龙岩市也建成2万t·a-1生物柴油装置,标志着我国生物柴油生产实现了产业化,其产品成本可控制在2000元·t-1,并于2003年建成10万t·a-1能力。这种利用废动植物油生产生物柴油的新工艺在福建龙岩卓越新能源公司应用以来,截至2003年5月,已生产生物柴油5000多t。产品经上海内燃机研究所试验测定,其技术性能指标优于0#矿物柴油。由福建省经贸委组织的专家鉴定认为,这一生物柴油技术具有较高的推广和应用价值。生物柴油项目已被福建省列为2002年重点技术创新项目。

制约生物柴油产业化最大的障碍是成本过高,而福建省研制成功的这一技术克服了生物柴油成本高的难点。主要取决于2点:①这一工艺的原料是废旧的植物和动物油,价格低且来源广,主要有:食用油加工过程中的下脚料,仅国内食用油厂一年就有这样的下脚料200万t;宾馆、食堂中的“地沟油”(又称“泔水油”),一般的大中城市都有人专门回收这种“地沟油”;粮食储备的陈化油;废猪油、鱼片油等动物油。这一生物柴油所需要的原料,全国每年有400万t,但目前这些“原料”大都作为废物处理,不仅容易污染环境,而且造成很大浪费。②新工艺在两项关键技术上取得突破。通过一种微酸性催化剂技术,使得在同一反应罐中醇解和酯化可同时进行,且反应速度明显加快。通过一种金属盐处理剂,解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术均明显降低了成本。鉴定认为这两项关键技术达到了国际先进水平。

清华大学完成的生物酶法转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺通过教育部鉴定。利用这项创新工艺制备的生物柴油样品经检测,关键技术指标符合美国及德国生物柴油标准,并符合我国0#优等柴油标准,这种环境友好的生物酶法生物柴油技术将有望实现产业化。

目前已实现产业化的生物柴油生产工艺主要是化学催化转酯法。但化学法制备生物柴油存在一些不可避免的缺点,如反应过程中使用过量的甲醇,后续处理过程较繁琐,油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及品质,废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。而利用生物酶法合成生物柴油由于具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点,日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题,如反应物甲醇容易导致酶失活、副产物甘油影响酶反应活性及稳定性、酶的使用寿命过短等,这些问题成为生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。针对生物酶法工艺瓶颈问题,清华大学课题组提出了全新的生产工艺,从根本上解除传统工艺中反应物甲醇及副产物甘油对酶反应活性及稳定性的负面影响,酶的使用寿命显著延长。利用该新工艺生产生物柴油,操作简单,常温常压下可将动植物油脂有效转化成生物柴油,产率达90%以上。另外,在该新工艺中,脂肪酶不需任何处理就可直接用于下一批次反应,并且表现出相当好的操作稳定性。该新工艺已在反应器上连续运转了10个多月,近200个反应批次,酶反应活性未表现出任何下降的趋势。新工艺显著延长了酶的使用寿命,大大降低了酶的使用成本,有望采用环境友好的生物酶法实现生物柴油的产业化生产。

由科技部组织实施的农产品深加工重大科技专项“双低油菜籽深加工关键技术研究与开发”课题组,围绕以油脚等废弃油脂开发生物柴油转化技术进行联合攻关,取得重大技术进展。针对现有废弃油脂制备生物柴油存在原料适应性差、工艺复杂、转化利用率低以及能耗较高等问题,该课题组在国内外首次提出了共沸蒸馏甘油酯化—甲酯化生物柴油转化技术,并在此基础上先后完成了废弃油脂的收集和技术测试、废弃油脂的生物柴油转化工艺研究、酯化专用关键设备研究、扩大试验、产品技术指标测试和应用试验等。试验及测试结果表明,采用共沸蒸馏甘油酯化-甲酯化新技术实现了废弃油脂游离脂肪酸酯化和油脂转酯化高效反应,产品各项指标达到美国ASTM6751标准,使用性能良好,完全能够作为柴油内燃机燃料。2004年该技术通过湖北省科技厅组织的成果鉴定。与国内外现有同类技术相比,该工艺技术具有工艺简捷,原、辅料消耗低,产品收率高等显著技术特点,达到国际先进水平。该技术将废弃油脂转化成生物柴油,实现了资源的综合利用,有利于实现农业和能源产业的有机结合,有利于环境保护,具有良好的经济和社会效益。目前我国油脂消耗量高达1700万t,每年要产生250多万t的废弃食用油脂,通过该技术加以转化可以实现产值105亿元,增值可达40亿元。

采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90%以上。用中试装置生产的生物柴油样品经中国石化集团石油化工科学研究院检测,产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准,并满足我国0#优等柴油标准。中试产品经发动机台架对比试验表明,与市售石化柴油相比,采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料,发动机排放尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度显著下降,发动机动力特性等基本不变。生物酶法因反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点日益受到重视,但存在甲醇及副产物甘油影响酶的反应活性及稳定性、酶的使用寿命不长、成本高等问题,成为生物酶法工业化生产生物柴油的瓶颈。对此,清华大学化工系再生资源与生物能源试验室提出了一条全新的生产工艺路线,可以有效消除甲醇及副产物甘油对酶反应活性及稳定性的负面影响,酶的使用寿命也随之大大延长。该工艺在湖南海纳百川生物工程有限公司200 kg·d-1的生物柴油中试装置上得到成功应用,以菜籽油为原料生产生物柴油。中试装置的反应器连续运转3个多月,生物酶活性未表现出明显下降趋势。另外,利用目前已有的技术还可以将生物柴油生产过程中的副产物甘油进一步转化为高附加值产品1,3-丙二醇。两项技术的有机结合,可以显著提高生物柴油生产过程的经济效益。

5 我国生物柴油发展应解决的技术问题

随着我国经济的快速发展,我国石油能源供应大量依靠进口的局面在我国石油蕴藏量极为有限的情况下将会长期持续,科学家们也将不懈地致力于可替代新能源的研究和开发。生物柴油作为可再生生物质新能源,其发展前景自然极为广阔。但目前用于食用的动植物油脂还远远不能满足市场需求,以现有动植物油料生产生物柴油能源,即使在国际石油价格高达50美元/桶的情况下,也远远高于现有的普遍使用的石化能源价格,建立在现有动植物油料为原料的生物柴油能源生产,其竞争力受到严重制约。但在可再生能源具有非常庞大潜在市场需求的基础上,发展生物柴油能源关键是寻求适合于发展的合适途径。

根据目前状况,结合科技发展趋势,我国生物柴油发展应解决好以下技术问题:

5.1 大力选育高产含油植物

从普遍的知识来讲,植物的种子或果实均含有一定数量的植物油,只是含油量高低和成分不同而已,这些植物油均可以转化为液态能源,这为生物柴油能源植物选育提供了大量的研究对象和基础,可以进行具有能源产量优势植物选育。作为能源用植物,对其植物油组成和营养性不进行限制,宜以单位面积能源产量(或能量)为目标,寻求高产能源植物选育技术上的突破。

5.2 大力发展生物工程技术应用于能源植物油生产

生物工程技术大大改变了农作物种植方式,并大幅度提高农作物产量,对传统农业生产形成了巨大冲击,转基因大豆、转基因棉花等作物的产量优势更是传统农作物所难以比拟,但存在安全性的问题。作为用于能源生产的植物油,对其含有的植物油品质或结构将不再要求,以生物工程技术来发展生物柴油能源产业,其技术上有实现的可能性和具有非常现实的发展前景。

5.3 生物柴油生产需要开发的创新性技术

在现有生物柴油生产技术方面,普遍以动植物油脂为原料采用酯化或转酯化等化学过程将油脂转化成脂肪酸单烷基酯,这一过程目前还需要使用不能回收的酸碱催化剂,在生产过程中形成了三废排放污染,同时还降低了动植物油脂进行生物柴油转化的转化效率,而生物酶技术还无法达到工业化实用水平,需要研究不使用化学催化剂或使用可完全回收催化剂的生物柴油绿色化生产技术;此外还存在生物柴油生产副产甘油的问题,虽然目前甘油是一种价值较高的化学品,但随着生物柴油的大量生产,现有的甘油市场将难以承受生物柴油生产中大量副产品甘油的冲击,因此需要考虑并研究甘油的开发和综合利用技术。

6 促进我国生物柴油产业发展的建议

目前我国生物柴油产业已经有了起步,并形成了四川古杉、海南正和、福建卓越等具有规模的生物柴油产业化示范生产工厂,但离真正的产业化还有很大的差距,还需要在产业促进、产业规划和规模、产业规范等方面开展大量的研究工作。

6.1 产业促进

生物柴油产业目前刚刚处在起步阶段,发展潜力极其巨大,相对比较容易形成较大规模的可再生能源产业,具有带动农业和能源业发展的能力。在产业形成和发展初期,国家进行政策扶持,促进产业进入快速发展轨道极为必要。在这方面,可以借鉴欧美等发达国家发展生物柴油产业的政策和措施,并研究适合我国生物柴油产业发展的扶持、促进政策。我们一方面可通过国家各种科技计划引导资金投入,加大国家资金投入的力度来促进生物柴油产业尽快形成规模;同时积极引导其它各种投资资金(包括民间投资)的投入,对生产生物柴油的企业在税收和补贴方面给予一定期限的实惠,使生物柴油的价格体系尽快形成,并增强生物柴油产品的市场竞争力。

6.2 产业规划和规模

目前以动植物油脂为原料生产生物柴油,即使生物柴油价格按目前石化柴油价格上限定价也不具备经济上的可行性,如果需要长期靠国家政策补贴来发展,不可能形成一个健康发展的产业,因此对生物柴油产业发展进行规划很有必要,同时生物柴油产业应该有一个适度的发展规模。目前宜积极发展以各种废弃油脂为原料生产生物柴油,这方面的技术已经比较成熟,而且还有一些新的技术在不断研究和开发。我国现在每年消耗各种动植物油脂在1500～1650万t,在油料加工和使用(包括食用和食品加工)过程中产生大量的废弃食用油脂,如油料加工厂的各种油脚、煎炸废油、泔水油等,其总量也在百万t以上,实现废弃油脂的回收并用于生物柴油生产,既可以解决废弃物排放对环境污染,同时还有一定的经济赢利,近期内积极倡导在油料加工或油脂消耗比较集中的地区建设2～3家规模在1～2万t·a-1的生物柴油生产企业,争取在2～3年时间内在我国形成10万t以上的生物柴油规模,并形成以生物柴油加工企业为中心的多个区域市场。

在以上形成产业基础上,以能源油料最新科学技术为先导,开始建立集约化农业(或林业)生产能源油料基地,并转化成生物柴油供应市场,形成较大规模的农业能源产业化基地。

6.3 产业规范

目前我国对生物柴油生产技术研究较多,但基本上还没有形成固定的生物柴油市场,生物柴油的使用性能尚需要通过应用试验来摸索,建立统一的产业规范(包括产品质量标准、应用体系等)条件还不成熟。现在宜积极探讨美国、欧洲等生物柴油产业规范在我国的适用性,在生物柴油产品推向市场的同时,逐渐改进完善,最终形成适用于我国的生物柴油质量标准和产业规范。

7 结语

3.生物识别技术及应用 篇三

关键词厌氧处理废水;UASB;IC反应器;IC技术热点;IC应用现状;IC发展前景

中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0140-02

以高效、低成本为特征的现代废水处理技术首先当推先进的厌氧生物处理技术,厌氧生物反应器是其中发展最为迅速的一个领域。

1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学拉丁格(Lettinga)教授通过物理结构设计,利用重力场对不同密度物质作用的差异,发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离,形成了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器的雏型。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时,发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构,即颗粒污泥(granular sludge)。颗粒污泥的出现,不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展,而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。

原典型的UASB反应器工作原理概念和工作状态模型存在三方面问题:A、高度问题,污泥床高度对反应区的水流影响较大,如太厚会加大沟流和短流;B、增加截面积的放大方式,在大规模反应器中难以实现均匀布水;C、三相分离器的稳定操作较为困难。

20世纪80年代中后期到90年代,针对上述缺陷,国际上以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环反应器(IC)、升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)、厌氧折流板反应器(ABR)为代表的第三代厌氧反应器相继出现。从物理角度来看,第三代厌氧反应器是以颗粒污泥为生化反应的基础,主要考察固体物质在重力场作用下,在流体中形成更为合理的微物理环境,达到固液充分接触,更快传质的这一核心目的。利用固体的流态化技术是其核心技术之一,侧重是解决典型UASB上述的A、C问题。

90年代中后期荷兰Pagues公司的开发了一种内循环(internal circulation)IC反应器,采用了特殊物理结构设计,以ANAMMOX工艺为特征的流化床。反应器的设计,生化反应规律,以Kolliken为主的菌群的微生态环境,现有和可能形成的物理特征,在连续工艺过程中菌群的流体中特点,设计出合理的物理结构。因此更加具有优势。IC反应器应用于啤酒、发酵、造纸、食品、饮料及化工等行业。取得了不错的效果。使第三代厌氧反应器的应用在我国得到开展,与此相应的研究工作也相继展开。

1IC反应器工作原理

IC反应器基本构造如图1所示,它相似由2层UASB反应器串联而成,具有很大的高径比,一般可达4～8,反应器的高度可达16～25m。

1.1进水

水泵将废水泵入反应器底部的布水系统,颗粒污泥和气液分离器回流的泥水混合物有效地在此充分区混合。

1.2膨胀污泥床

混合区形成的泥水混合物进入该区,在高浓度污泥作用下,大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态,加强了泥水表面接触,污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多,一部分泥水气混合物由底部位分离器收集被沼气提升至顶部的气液分离器。

1.3气液分离器

被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统,泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区,与反应器底部的污泥和进水充分混合,实现了混合液的内部循环。

1.4后处理部分

经第处理后的废水,除一部分被沼气提升外,其余的都通过三相分离器进入。该区污泥浓度较低,且废水中大部分有机物已被降解,因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区,扰动很小,这为污泥的停留提供了有利条件。

1.5出水

泥水气混合物由高部位分离器收集被最终分离,上清液经出水堰溢流排出,沉淀的颗粒污泥仍留在后处理部分的污泥床内,在上部产生的沼气沿第二条上升管也进入气液分离器,小部分泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区,与反应器底部的污泥和进水充分混合。沼气可用于发电。

从IC反应器工作原理中可见,反应器通过2层三相分离器来实现SRT>HRT,获得高污泥浓度;通过大量沼气和内循环的剧烈扰动,使泥水充分接触,获得良好的传质效果。

2IC反应器的运行特性

J.H.F.Pereboom和T.L.F.M.Vereijken详细进行了IC反应器与UASB反应器生产性装置各项运行参数的测定和比较,如表1所示。下面从几方面进行分析。

2.1IC反应器的处理效能

前已述及,与UASB反应器相比,在获得相同处理效率的条件下,IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率,IC反应器的平均升流速度可达处理同类废水UASB反应器的20倍左右。在处理低浓度废水时,HRT可缩短至2.0～2.5h,使反应器的容积更加小型化。由表1可知,在处理同类废水时,IC反应器的高度为UASB反应器的3～4倍,进水容积负荷率为UASB反应器的4倍左右,污泥负荷率为UASB反应器的3～9倍。由此可见,IC反应器是一种非常高效能的厌氧反应器。

2.2污泥物理性质

IC反应器颗粒的平均直径在0.66～0.87mm,略大于UASB反应器颗粒的平均直径0.51～0.83mm;IC反应器最大颗粒直径为3.14～3.57mm,UASB反应器颗粒的最大直径3.38～3.43mm;IC反应器颗粒密度为1.041～1.057g/cm3,与UASB反应器颗粒的密度1.039～1.065g/cm3较为接近。但是IC反应器颗粒相对剪切强度比UASB颗粒的强度差,如以UASB颗粒的相对强度为100%,则IC颗粒为32%～53%,这是由于IC反应器的污泥负荷率大大高于UASB反应器的污泥负荷率之故。IC颗粒污泥的灰分占0.13～0.15,低于UASB颗粒污泥的灰分0.2～0.26,这说明IC颗粒污泥中有机成分含量更高,污泥的活性更高。

2.3颗粒大小的分布

Pareboom和Vereijken比较了IC反应器与UASB反应器污泥样品颗粒大小尺寸的分布,UASB和IC反应器处理啤酒废水和土豆加工废水的颗粒大小分布情况。比较的结果表明,IC反应器颗粒尺寸较粗和分布较宽,这是由于IC反应器升流速度较大,使细小颗粒更易于被冲刷从而反应器内小颗粒比例减小,而留在反应器内的颗粒获得更充分的营养,在长期滞留情况下颗粒长得更大,因此IC反应器内颗粒大小的分布范围比UASB反应器更宽,且IC反应器的平均粒径Da和Sauter平均直径D32均大于UASB反应器。

2.4颗粒沉降速度

UASB和IC反应器内颗粒的沉降速度一般都高于液体升流速度。IC颗粒(粒径<0.5mm)的沉降速度仅略高于液体的升流速度(2.6mm/s)。在IC反应器的第二反应室,由于气体负荷率较低,创造了一个较为平稳的沉淀条件,有利于细小颗粒的滞留。

2.5污泥的活性

IC反应器污泥的活性远高于UASB反应器的污泥活性。这是由于IC反应器的污泥颗粒完全趋于流化状态,传质的限制因素小,UASB反应器污泥床局部地方的污泥浓度很高,甚至存在死区,传质受到一定限制。因此,IC反应器的平均污泥去除负荷率远高于UASB反应器的污泥去除负荷率。

2.6反应器不同高度污泥浓度的变化

Pereboom和Vereijken分别测定了处理啤酒废水和土豆废水的IC反应器不同高度处污泥浓度及颗粒大小分布变化的情况。得出了不同高度的颗粒尺寸的分布,颗粒尺寸大小、生物量浓度和灰分沿IC反应器高度的变化,IC反应器的第一段污泥床混合良好,污泥床以上和出水中固体的灰分大大高于第一段污泥床。由此可得出结论,IC反应器具有很高的紊流和上升流速,有助于无机物的有效去除。

3IC工艺技术优点

3.1容积负荷高

由于IC反应器存在着内循环,第一反应室有很高的升流速度,传质效果很好,污泥活性很高,因而其有机容积负荷率比普通UASB反应器高许多,一般高出3倍以上。处理高浓度有机废水,如土豆加工废水,当COD为10000-15000mg/L时,进水容积负荷率可达30-40kgCOD/(m3d)。处理低浓度有机废水,如啤酒废水,当COD为2000-3000mg/L时,进水容积负荷率可达20-50kgCOD/(m3d),HRT仅2-3h,COD去除率可达80%左右。

3.2节省投资和占地面积

由于IC反应器容积负荷率高出普通UASB反应器3倍左右,IC反应器的有效体积仅为UASB反应器的1/4-1/3,所以可显著降低反应器的基建投资。由于IC反应器不仅体积小,而且有很大的高径比(一般为4-8),所以占地面积特别省,非常适用于占地面积紧张的厂矿企业。小型的IC反应器可以工厂预制,大型的可在现场制作,施工工期短,安装简便,且IC反应器的土方量很小,可节省施工费用。

3.3抗冲击负荷能力强

由于IC反应器实现了内循环,处理低浓度水(如啤酒废水)时,循环流量可达进水流量的2～3倍;处理高浓度水(如土豆加工废水)时,循环流量可达进水流量的10～20倍。因为循环流量与进水在第一反应室充分混合,使原废水中的有害物质得到充分稀释,降低了有害程度,从而提高了反应器的耐冲击负荷的能力。

3.4抗低温能力强

温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物,温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件(20-25℃)下进行,这样减少了消化保温的困难,节省了能量。

3.5具有缓冲pH的能力

内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流,防止局部酸化发生,并可利用COD转化的碱度,对pH起缓冲作用,使反应器内pH保持最佳状态。

3.6内部自动循环,不必外加动力

普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的,而IC反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,不必设泵强制循环,节省了动力消耗。

3.7出水稳定性好

IC反应器的第一、二反应室,相当于上下两个UASB反应器,它们串联运行,可以补偿厌氧过程中Ks高产生的不利影响。VanLier在1994年证明,反应器分级会降低出水VFA浓度,延长生物停留时间,使反应进行稳定。第一反应室有很高的有机容积负荷率,相当于起“粗”处理作用,第二反应室则具有较低的有机容积负荷率,相当于起“精”处理作用。整个IC反应器实际上是两级厌氧处理。一般情况下,两级厌氧处理比单级厌氧处理的稳定性好,出水也较稳定。

3.8启动周期短

IC反应器内污泥活性高,生物增殖快,为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1-2个月,而普通UASB启动周期长达4-6个月。

4IC处理技术应用现状及发展前景

IC处理技术从问世以来已成功应用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、柠檬酸和造纸等废水处理中。1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆加工废水,容积负荷(以COD计)高达35-50kg/(m3d),停留时间4-6h;而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有10-15kg/(m3d),停留时间长达十几到几十个小时。

在啤酒废水处理工艺中,IC技术应用得较多,目前我国已有多家啤酒厂引进了此工艺。从运行结果看,IC工艺容积负荷(以COD计)可达15-30kg/(m3d),停留时间2-4.2h,COD去除率ηCOD>75%;而UASB反应器容积负荷仅有4-7kg/(m3d),停留时间近10h。

对于处理高浓度和高盐度的有机废水,IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水,COD约7900mg/L,SO42-为250mg/L,Cl-为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器,容积负荷(以COD计)达31kg/(m3d),ηCOD>80%,平均停留时间仅6.1h。

我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运行以来一直都很稳定,进水COD一般在8000mg/L以上,pH5.0左右,容积负荷(以COD计)可达30kg/(m3d),出水COD基本在2000mg/L以下,且每千克COD产沼气0.42m3。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业,并迅速获得客户欢迎,至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个。反应器产生的生物气纯度高,CH4为70%-80%,CO2为20%-30%,其它有机物为1%-5%,可作为燃料加以利用。

表1列出了IC反應器和UASB反应器处理啤酒废水的对照结果,从表中数据可以看出,IC反应器在很大程度上解决了UASB的不足,大大提高了反应器单位容积的处理容量。

5结语

随着生产的发展,经济高效、节能省地的厌氧反应器越来越受到水处理工作者的青睐。IC反应器的一系列技术优点及其工程成功实践,是现代厌氧反应器的一个突破,值得进一步研究开发。而且由于反应器容积小,生产、运输、安装和维修都十分方便,产业化前景也很乐观。

参考文献

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4.生物识别技术及应用 篇四

沈杰 08环境科学本科 08205033137

环境生物技术（Environmental Biotechnology）是指直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些功能，建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染，同时又能生产有用物质的工程技术。科技的发展充分证明了环境生物技术在解决环境问题过程中所示出的独特功能和优越性，它的纯生态过程，体现出了可持续发展的战略思想，它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。

环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点，兼有基础科学和应用科学的特点，在环境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作为污染控制的生物，是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其处理污染物通常能一步到位，最终产物大都是无毒无害、稳定的物质。在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境污染的修复和重污染工业企业的清洁生产等各个方面，环境生物技术都发挥着极为重要的作用。

随着细胞融合、基因工程、分子生物等技术的发展，环境生物技术得到了进一步的开发，研究领域不断扩大，已成为一种经济效益和环境效益俱佳的解决环境污染问题的有效手段之

一。同时,随着人们环境意识和生态概念的不断加强,市场对生物技术、生物产品的需要明显增多,政府也更加重视生物技术的发展，环境生物技术本身也将更加成熟。1 环境生物技术在废气及大气污染治理中的应用采用生物技术控制和处理废气，将废气中的有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质，从而净化空气，是一项空气污染控制的新技术。目前采用的方法主要有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等，所采用的生物反应器为生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。

1.1 生物过滤法生物滤池内部填充活性填料，废气经加压预湿后从底部进入生物滤池，气体中的无机污染物、有机污染物或恶臭物质与填料上附着生成的生物膜（微生物）接触，被生物膜吸收，最终被降解为水和二氧化碳或其它成分，处理过的气体从生物滤池的顶部排出。该方法的特点是设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、去除效率高，但反应条件较难控制、占地面积较大。

1.2 生物洗涤法生物洗涤法分为废气吸收和悬浮液再生两个阶段，通常由一个装有填料的洗涤器（吸收设备）和一个装有活性污泥或生物膜的生物反应器（再生反应器）构成废气从吸收设备底部进入，向上流动，与顶部喷淋向下的生物悬浮液在填料床中相互接触，经传质过程进入液相，再进入微生物细胞内或经微生物分泌的胞外酶作用分解，净化后的气体从吸收设备顶部排出。吸收了废气的生物悬浮液从再生反应池的底部进入，通入空气充氧，废气被微生物氧化利用的过程也就是悬浮液的再生过程，再生后的悬浮液再进入吸收设备进行顶部喷淋，吸收与再生两个过程反复进行。该方法的特点是反应条件易控制、压降低、填料不易堵塞，但设备较多，需外加营养，成本较高，对溶解度小的化合物难以处理。1.3 生物滴滤法生物滴滤法是在生物吸收法基础上进行的改进，集合了生物过滤法和生物吸收法两种工艺的优点，生物吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内。滴滤池内装有填料，填料表面被生物膜覆盖。循环水不断喷洒在填料上，废气通过滴滤池时，气体的污染物被微生物降解。该方法的特点是只有一个反应器、操作简单、压降低、填料不易堵塞、污染物去除效率高，比生物过滤法能更有效地处理含卤化合物、硫化氢或氨等废气。但需外加营养、运行成本较高。

1.4 植物修复植物修复技术是一种以太阳能为动力，利用植物的同化功能净化大

气的绿色技术。由于植物的种类、群落及生态习性与功能的差异，不同的植物可在不同的时空尺度上对近地表大气污染进行修复。主要过程是持留和去除。植物对大气中的粉尘有阻挡、过滤和吸附作用，其滞尘量的大小与树种、林带宽度、草皮面积、林带种植状况以及气象条件有关。植物的杀菌作用可以减轻生物性大气污染。植物通过吸收作用、同化作用、降解、转化以及对酸雨的中和缓冲作用等对化学性污染物具有一定的去除作用。植物修复是一项对环境友好、技术要求相对较低的修复方法，容易为社会民众所接受，而且与传统的修复技术相比，成本要低得多。大气污染的植物修复理论与技术对城市园林绿化、环境规划和生态环境建设具有一定的指导意义和应用价值。

2环境生物技术在水污染治理中的应用环境生物技术中利用微生物的降解作用来处理水中污染物的方法，通常被称为生化处理方法或生物降解法，以植物吸收为主来净化土壤与水体的方法有土地生物修复、生物塘和人工湿地技术等。

2.1 生化处理技术由于生化反应的过程、条件和参与反应的微生物种类的不同，生化处理技术可简单地分为好氧与厌氧降解两类，两类生化反应的基本过程如下：好氧降解：有机物＋氧气＋好氧微生物/酶→水＋二氧化碳＋无机养分＋能量。厌氧降解：有机物＋厌氧与兼氧微生物/酶→降解的有机产物＋无机养分＋能量。

2.1.1好氧降解技术好氧降解技术包括活性污泥法和生物膜法。（1）活性污泥法 活性污泥法是最传统的好氧生物处理技术。活性污泥是指微生物利用废水中的有机物生长与繁殖而形成的絮凝体。活性污泥法的工作原理是：在废水中通过曝气供氧，促进微生物生长形成活性污泥，利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降性能来净化废水中的有机污染物。处理过程中，有机降解是依赖活性污泥的吸附与氧化分解能力，而泥水分离则是利用活性污泥的凝聚和沉降性能。活性污泥法中两项最基本的技术措施是：通过曝气来提高反应器水体中溶解氧的水平；通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。基于活性污泥原理的新型 生化处理技术中，较为典型和成功的是间歇式活性污泥法（SBR）和氧化沟。间歇式活性污泥法是将初沉池、反应池和二沉池各工序放在同一反应器（SBR反应器）中进行，处理过程分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段。废水在SBR反应器的曝气过程中与污泥完全混合。完成降解反应后，停止曝气，活性污泥颗粒在静置中沉降，上层的清水自反应器中排出。SBR法的特点是简化了工艺结构，提高了反应器的混合传质效率，投资少，反应易于操作控制。氧化沟亦称氧化渠或循环曝气池，其特点是采用横轴转刷或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。该工艺能耗低，具有推流式和混合式两者的特征。（2）生物膜法生物膜法是在处理污水的反应器中添加介质（填料）作为微生物附着的载体。在分解有机污染物的过程中，微生物在介质表面生长繁殖，逐步形成粘液状的膜，然后利用固着在介质表面的这种微生物膜来净化污水。在分解有机污染物的过程中，膜逐步增厚，形成表层好氧、内层兼氧和厌氧的微生态环境，因此生物膜法具有一定的厌氧降解功能。生物膜法具有无需污泥回流、膜的生物活性高、反应稳定等优点。生物膜法通常分为润壁型生物膜法（如生物滤池和生物转盘）、浸没型生物膜法（如接触氧化法）和流动床型生物膜法（如生物移动床和生物流化床）。不同类型的生物流化床在结构、充氧方式、填料性质与形状方面有一定的差异，但共同点是：床内载体在充氧过程中始终悬浮于液体中做快速运动，具有类似于液体的自由 流动性，促进了物质的扩散与接触，相应提高了反应速率。

2.1.2厌氧处理技术自20世纪70年代起，就有一大批类似好氧降解的厌氧反应器被研制和开发出来，如厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流化床（AFB）、厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）、厌氧折流板式反应器（ABR）和厌氧序列式反应器（ASBR）等。厌氧技术的应用范围已扩展到高、中、低浓度的多类有机废水和生活污水的处理，其特点是废水处理和能源回收相结合，但出水水质难以达到直接排

放的要求。

2.2 生物自然净化技术

生物自然净化技术体系主要包括水体生物处理系统的生物塘（厌氧塘和氧化塘）和土地处理系统的人工湿地。生物自然净化技术投资少，运行费用低，但占地面

积大，出水水质不易控制。

2.2.1生物塘

生物塘以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生植物，利用植物吸收等方式带走污染物以净化水体。氧化塘中除选育合适的水生植物外，还增加了曝气，以促进水体中生物的好氧降解。传统的生物塘占地面积大，污水停留时间长，处理效率较差。目前通过培育高效水生净化植物（水葫芦、芦苇、水莴苣等），建立组合曝气、水生植物、水产养殖为一体的复合生态系统，增强了生物塘的处理功能，促进了水体生物处理技术的发展。

2.2.2人工湿地

人工湿地是近年来迅速发展起来的水体生物－生态修复技术，可处理化工、石油化工、纸浆、纺织印染、重金属冶炼等各类废水，也可用于雨水处理。其原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重作用来实现对污水的净化。污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，被截留或被微生物利用；污水中的可溶性有机物通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解被分解去除；通过对湿地填料进行清洗再生和更换，植物可从湿地系统中带走大量污染物；湿地中的氮、磷通过植物的吸收而被去除。人工湿地处理系统的出水质量好，适于处理饮用水源，也可结合景观设计、种植观赏植物并改善风景区的水质状况。其造价及运行费远低于常规处理技术。

3环境生物技术在固体废弃物处理中的应用

利用生物技术处理固体废弃物中的城市生活垃圾和农业废弃物，主要方法是卫生填埋、堆肥和发酵沼气。

3.1 卫生填埋

卫生填埋是将城市生活垃圾存积在大坑或低洼地的卫生填埋场，填埋场下层应有不透水的自然隔水基质或人工隔水层，在填埋场设置排气口和监测系统，每天填入的垃圾压实后铺盖一层土壤，并通过科学管理来恢复地貌和维护生态平衡。其原理是利用微生物将垃圾中的有机物分解。垃圾通过卫生填埋还可产生沼气。

3.2 堆肥

堆肥是固体基质在有效的低温条件下的发酵过程，适用于生活垃圾的处理。其基本步骤是：废弃物—预处理—堆肥—后处理—存放。对堆肥处理器进行足够的通气是堆肥成功的关键。该技术安全性高，成本低廉。

3.3 发酵产生沼气

主要利用畜禽粪便、农作物秸秆、生活污水等。其原理是微生物厌氧发酵使有机质降解，产生沼气，此法在农村有着广阔的发展前景，沼气不但可用作照明和燃料，还可建成以沼气工程为纽带的“猪、沼、果”生态农场等生态农业模式。

4环境生物技术的发展前景

4.1 微生物脱硫技术的开发

利用微生物脱去煤中的无机硫和有机硫，可控制燃煤中SO2等含硫气体的排放。这些微生物包括硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌、酸热硫化叶菌等。日本利用氧化亚铁硫杆菌已使H2S脱除率达99.99%，我国利用该菌对炼油厂进行干气催化和工业废气脱硫，H2S脱除率分别为71.5%和46.9%。在燃煤的处理过程中，还可采用浮选与微生物脱硫技术相结合，对煤和黄铁矿进行分离，达到清除或降低燃煤SO2排放的目的。利用微生物还可将石油成分中的硫分离出来。虽然生物技术在大气污染治理中的应用时间尚短，但其具有技术简单成本低、安全性好、无二次污染等优点。今后，在微生物脱硫技术以及高活性脱硫菌种的研制和培养方面，配以清洁生产技术的研究，将会备受关注，也会成为解决原煤燃烧产生的SO 2污染的最佳途径。

4.2 水污染治理工艺的完善

废水生物处理技术在实验室阶段已比较成熟，也已比较广泛地应用于实际工程中。好氧与厌氧工艺相结合、生物膜法与活性污泥法相结合的废水处理技术、无害化的生产工艺过程、高效完善的自动化体系以及构建针对难降解污染物的生物基因库和特殊功能的微生物的培养研究是今后主要的发展方向。

4.3 难降解污染物的处理

基因工程是通过基因分离和重组技术，将人类需要的目的基因片段移到受体生物细胞中并表达出来，使受体生物具有该目的基因表达后显现出来的特殊性状，以改进生物物种。利用基因工程构建的高效菌种来处理如杀虫剂、塑料、橡胶制品、医疗废物、危险废物等难降解的污染物，是现代环境生物技术发展的热点之一。

4.4 生物传感器的研制

随着科技的进步，分子生物技术将会在开发研制生物传感器方面发挥积极作用。生物传感器可以满足实施自动连续监测的需要，判断环境污染发展的趋势，探索污染物在环境中的迁移转化以及降解规律，检测污染致突变的成因，分析污染的来源，从而使生物环境污染监测更便捷、更灵敏、更全面。生物传感器具有成本低、制作容易、使用方便、测定快速等优点。4.5 与其它技术的结合环境生物技术的发展离不开相关科学技术的配合。其与相关科学技术的结合，可提高处理效率、增强处理效果。将光、声、电与高效生物处理技术相结合，处理高浓度有毒有害难降解有机废水，如光催化氧化－生物处理新技术、电化学高级氧化－高效生物处理技术、辐射分解－生物处理组合工艺等；采用SBR＋臭氧氧化工艺和物化气浮－接触氧化处理印染废水，采用混凝－气浮－厌氧－好氧处理苎麻废水、油田和炼油废水等。这些工艺、设备、电子计算机的结合正在使以环境生物技术为主的综合治理技术向自动化、模块化方向发展。

参考文献：

5.生物识别技术及应用 篇五

根据中华人民共和国和大韩民国水产合作委员会第一次会议纪要精神，应韩国农林部邀请，由全国农业技术推广服务中心、湖北省植保总站和广东省植保总站组团，于1997年9月25日至10月8日赴韩国进行了“农作物病虫害防治及生物防治应用技术研究与推广”考察。在韩期间，我们访问了韩国农林部国际农业局、农业政策室，韩国农村振兴厅技术协力局、技术指导局、农业科学技术院、作物试验场，以及京几道、全罗南道和忠清南道扶馀郡等道、郡的农村振兴院和指导所。另外，还访问了汉城大学农学院、韩国农药工业协会和庆农(农药)株式会社等涉农单位和部门。参观了农林部农业技术课、农村振兴厅作物保护课等部门的气象卫星收视系统和病虫信息可视网络咨询服务系统，参观了农业科学技术院及有关道农村振兴院、郡农村指导所有关的研究室、试验场圃，参观了有关道、郡农村振兴院(所)的田间病虫预测圃和观测圃。访问过程中我们得到了韩国农林部、韩国农村振兴厅的热情接持，尤其是农村振兴厅国际协力局金永相局长、技术指导局崔正坤局长对这次活动非常重视，给我们安排了很正规的接见与座谈，双方在十分友好的气氛中介绍和交流了各自在农业生产及作物保护方面的工作现状和进展，并就今后双方在相关领域开展合作研究达成了初步意见。考察团全体成员怀着对韩国农业和病虫害管理工作发展的浓厚兴趣和学习借鉴先进经验发展我国农技推广和病虫防治事业的强烈责任感，边看、边问、边讨论，基本摸清了韩国农业生产和病虫防治的情况，圆满地完成了考察任务。

一、韩国农业生产和病虫害发生概况

韩国地处北纬33°-43°之间，国土面积993．9万公顷，耕地面积203．3万公顷，占20．45％。全国人口4454．3万，农户数155．8万家，农业人口516．7万，占全国总人口的10．9％，户均3．3人，耕地1．3公顷。大米是韩国人的传统食粮，在有限的土地上，政府鼓励优先安排大米生产。全国水稻种植面积占耕地面积的60％以上，目前大米单产达5000公斤／公顷，大米的供应可以保证自给。其它的农作物主要有蔬菜、水果、豆类、花生、芝麻等。加入世贸组织后市场放开，国际市场农产品价格低于国内产品，韩国农产品与进口农产品竞争只能在质量上竞争。使选育好的品种，发展优质高效农业和有机农业成为韩国农业发展的必由之路。他们生产的优质蔬菜、水果还大量出口日本。虽然韩国农户生产规模与我国相似，但由于高效农业和小型农业机械的配套发展，水稻生产从前期育秧到后期加工管理都基本实现了机械化和产业化。

有效的控制病虫害是确保农业生产丰收的关键。韩国的农作物病虫害种类也比较多，尤其是水稻病虫的发生比较突出，经常造成危害的病虫主要有稻飞虱、稻纵卷叶螟、稻瘟病、粘虫等重要的迁飞性害虫和流行性病害。特别是稻飞虱的重生频率较高，分别于1967-68、1975-77、1983、1990-91和1997年发生都比较重。但是，近年来韩国由于重视发展环境农业，注意保护农田害虫天敌种群，对病虫的生态控制作用增强，农药用量在逐年减少，同时由于病虫的监测手段先进，预报水平提高，信息传递速度加快，防治物资充足，控灾能力提高，因而，病虫造成的损失在下降。

二、农作物病虫害的监测与治理

1、病虫害的监测和预报

韩国政府十分重视农作物病虫害的监测与管理工作，早于20年前建立了全国的农作物病虫害监测和预报网络体系，并于1992年实现了全国病虫监测计算机联网，可采用计算机进行辅助分析预测。目前关于病虫监测和预测网络，正在实施一项新的计划，由农大、农业科技院和技术指导局及有关计算机专家组成了一个联合开发小组，采用国际互联网，开发农作物病虫害的监测预报及管理系统，拟在3年后投入使用。

(1)病虫监测体系

韩国的病虫监测体系由中央农村振兴厅技术指导局作物保护课和农业科学技术院、道农村振兴院技术指导局作物技术课和技术研究局植物环境课，以及郡(市)农村指导所及部分农户构成。韩国全国有176个郡(市)，而分布在全国各地的病虫系统测报站200个(其中水稻病虫150个，蔬菜、水果等经济作物50个)。这些测报站同时为中央、道和郡的病虫系统测报站，要直接向中央农村振兴厅和道农村振兴院汇报病虫调查结果。中央农村振兴厅和道农村振兴院根据各测报站的调查结果汇总分析，发布病虫发生趋势预报，并提出防治措施意见。这些测报站设在各郡(市)的农村指导所内，由技术推广课负责，测报站设有病虫调查圃。由专业人员对田间病虫发生情况及农田小气候进行系统调查监测，在向上级汇报病虫发生情况的同时，还发布当地病虫的调查结果和趋势预报，为当地的农业生产服务。另外在全国病虫监测体系中有1650个设在农户常规防治田的病虫观测点，由农户对病虫发生情况进行调查，并将调查结果向上汇报。

(2)病虫信息的采集

全韩的农作物病虫测报站都按统一标准设置了病虫调查预测圃。调查预测圃共分三类，即病害预测圃，不施杀菌剂；虫害预测圃，不施杀虫剂；无化学防治区，不施杀菌剂和杀虫剂。每类圃面积2000平方米(20a)，统一按常规措施进行农田管理。虫害和病害预测圃种植2-3个当地代表性品种，无化学防治区种植的品种一般超过4个。预测圃设有昆虫诱集灯(黑光灯)、高空捕虫网、孢子捕捉仪、农田小气候观测仪等(可自动观测田间湿度、结露时间长短、风速、风向、温度和雨量等)，除黑光灯、高空捕虫网诱集的害虫种类和数量及孢子捕捉仪捕捉的孢子种类和数量需要人工计数，输入计算机外，其他气象指标则由气候采集器直接与计算机联网，计算机可随时获取有关的田间小气候资料，并且每5分钟进行一次分析处理，达到更准确、及时地监测和控制病虫害。上述病虫及小气候监测数据，须每日调查输入或直接自动录入计算机，同时每隔10日要对田间预测圃病虫的发生实况进行调查，并在当日录入计算机。对于每一种病虫，每一个测报站的调查内容、时间及汇报内容和格式全国都作了统一规定，实现了统一和规范化。

(3)病虫信息的传递

韩国于1992年就建成了全国农作物病虫计算机网络，目前所有病虫信息的传递和处理，已全部由计算机来实现。中央、各道及郡通过计算机网络，收集和掌握全国各地的病虫发生情况。采用计算机分析整理病虫发生情况，判定各地的病虫发生轻重，绘制发生程度分布图。网络用户同时可通过该计算机，查询各地的病虫发生及防治信息，实现信息共享。

另外，在农林部农业技术课、环境农业课，农村振兴厅作物保护课等课室都拥有气象卫星地面接收设备，可随时收看及监测全球及韩国各地的气候情况及变化动态，通过了解掌握气候变化情况和动向，对于系统分析田间病虫发生趋势和监测气候灾害、加强田间管理具有十分重要的意义。同时，农林部农业技术课，农村振兴厅作物保护课等都与国家气象台进行了联网，有关的气象观测数据每1小时公布变换一次。这些气象资料的及时获得，对于辅助分析大区病虫发生趋势具有十分重要的作用。

(4)病虫预报的发布

──预报的种类韩国病虫预报的种类，与我国相比有所不同。根据预报的用途和性质，将预报分为三类：①预报，用于病虫处在平稳发生阶段，没有明显上升势头，暂时不需要防治的病虫，这类预报采用淡绿色纸张印制；②注意报，当病虫有明显上升势头，需要引起农户及有关部门的注意时，发注意报，采用黄色纸张印制；③警报，当某些病虫病情及种群动态迅速加重和增长，在近日内即可达到防治指标，需要立即采取措施进行防治时，发警报，以动员农户及时进行防治，采用红色纸张印制。

在预报的时间及期限上，类似于我国气象的中期预报。每年从4月上旬开始到9月下旬结束，每旬发布一次预报，预报期限一般为10日内的病虫发生动态及防治意见(在病虫情况稳定时，道、郡也可以每半月发布一次预报)。有关病虫的中长期预报，即预测期限10天以上，一个月乃至1个季度的预报，韩国目前生产上不作。一是由于信息传递速度，防治物资贮备充足，短期预报可满足生产需要；二是以前也曾探讨过一些病虫中长期预报方法，但由于科学依据不够充分，误差幅度较大，因而当前对这类预报感兴趣的人较少。

──预报的发布。中央农村振兴厅的预报首先由农村振兴厅作物保护课提前一周负责将全国各地的病虫调查监测结果及气象信息等采用计算机分析整理出一些有比较性的概况材料，然后分送有关专业技术人员、农村指导者、气象台、大学及科研单位的有关专家，并定期召集他们进行病虫发生趋势会商，讨论作出预报结果。道农村振兴院也要通过会商，确定预报结果。预报的发布通过计算机网络、电视台、电台以及印制预报等途径发表。其中印制的病虫预报要发送中央及各道、郡、邑、面等有关行政机关及农村指导部门和农药厂商等。

2、农作物病虫害的治理

韩国政府十分重视农作物有害生物的综合治理工作，在不断改进病虫监测和预报手段，提高预报水平的基础上，积极开展防治技术的开发与培训，提高农户的科学防治水平，农户科学用药水平也比较高。

(1)综合防治日益受到重视

韩国的有害生物综合治理(IpM）工作起步较晚，但当他们认识到环境保护的重要性后，从政府到农户都十分重视环境保护工作。为了增加环境保护的工作份量，农林部将原植物防疫课，改为环境农业课，农业科学技术院也成立了环境管理所和IpM研究室等，有关道农村振兴院都成立了植物环境课。在农药的使用上，他们吸取以前和别国过量使用农药的教训，国家预算出资参加了联合国粮农组织(FAO)的IpM项目，严格限制剧毒农药登记进入市场。并且制订了农药限量使用计划，全国每年农药用量以l0％的速度递减，到本世纪末，农药用量要比现在减少50％。综防意识和环境意识已渗透到每一个农村指导者和农民心中，并体现在农业生产和病虫防治行动中。

(2)开展多层次的农民培训工作

为了提高农户的科学种田和病虫管理水平，国家制订了全国农民培训计划，根据农民不同年龄层次及性别，培训不同的内容，提高农户的科学务农技能和经营才能。尤其对年龄23岁以下的农民开展4-H教育，即智能教育(Head头脑)棗培养掌握现代高新科学技术、有科学文化头脑的农民，道德教育(Heart心)棗培养有道德、有思想的心境，技能教育(Hand手)棗培养有较高操作技能、勤劳的农民，健康教育(Health健康)棗培养体魄健壮、身体健康的农民。另外，对于23?0岁的年轻人，培养他们的农田经营才能，使他们逐步成为农田经营专家；对于40?5岁的中年人，培训他们普及和推广农业技术的技能，使他们成为农村指导者；对于55岁以上的上年纪的人，培养她们的产后加工技能，以增加农产品的附加值，并不断改善农民的生活。目前这些经过培训的农民，分布于全国各地，在新技术推广方面发挥着示范和推广作用。

(3)积极探索生物防治和非化学防治措施

由于全国已制订了农药限量使用计划，农业科研人员十分重视新的防治技术的研究与开发。如在露地辣椒生产中，发明了一种光解膜，铺在地面上，既可增温保墒，同时可预防蚜虫和叶螨的危害，这种膜在半年内可完全分解；二是在蒸馏水中加入500ppm的盐水进行电解，将电解出的pH值在2．5-2．7之间的水用于防治草霉病害。一般发病情况下，每周施用一次，每公顷用量为0．7-1升，发病高峰时，可3日施用一次，每公顷用量可增加到1．5-2升；三是在蔬菜大棚中，正在试验应用音乐大棚，每日早晨6-8点，蔬菜大棚播放轻音乐，因作物品种和生长阶段不同，音乐的曲目还要进行调整。据介绍，这样，第一可以提高蔬菜产量，第二可以提高蔬菜的品质和抗病能力，减轻病害的发生。

(4)重视和支持重大病虫的应急防治工作

对于突发和暴发的流行性病害和迁飞性的害虫，政府采取行动，通过发送农药和补贴防治费用，动员大范围防治。如今年韩国稻飞虱又是一个重发年份，由于夏季持续高温，后期稻飞虱发生和危害时间较长，为了控制稻飞虱的危害，中央和道地方财政共拿出300亿韩元(折合人民币约3亿元）购买农药，组织农民开展防治工作。农林部和农村振兴厅有关局及课、室负责人及全体职员更是放弃节假日，分赴各道、郡及防治第一线，组织、宣传和督促农户开展防治工作，较好的控制了稻飞虱的危害。

三、体会与建议

1、改善病虫监测手段，提高预报水平

韩国全国耕地不足200万公顷(198．5万公顷），仅相当于我国的五十分之一，但他们在全国按统一标准设置了200个病虫预测站，测报站设置的密度相当于中国的25倍以上。这些测报站不仅标准统一规范，而且设备齐全，并且实现了全国联网。就每一病虫而言，其调查内容、整理格式由于全国计算机联网，都实现了统一。除一些需人工调查的病虫数据资料需人工录入计算机外，大部分的气象及田间小气候资料都可以直接自动输入计算机，并采用计算机进行病虫信息传递和分析处理。可达到对全国病虫发生情况的更快、更详尽的了解与掌握，对病虫害的发生达到了信息化管理的水平，病虫的监测和预报水平有了显著提高。我国自70年代后期就建立了全国的病虫害监测体系，在病虫的监测和预报方面积累了丰富的经验，但与韩相比，在病虫监测、信息传递和处理手段方面还有很大差距。近年来，全国农业技术推广服务中心病虫测报站已与全国27个省、市、区和部分地、县植保(测报)站初步进行了计算机联网，在病虫信息的传递中发挥了巨大作用。但由于经费不足，进展较慢，远没有达到信息化管理的水平。建议国家应早日立项，尽快建成我国病虫测报计算机网络，提高病虫的监测和科学治理水平。

2、贯彻综合防治原则，发展可持续农业

韩国农作物病虫害综合防治，是通过多年来全国大范围的农民培训工作，使环境保护意识和综合防治思想深深地扎根于农民的头脑之中。4H教育已作为一项基本国策，贯穿于整个农业工作的各个环节，每一位农业行政官员及技术工作者都以它为原则，指导自己的工作。各种类型的农民专业学校以及农民田间培训学校起到了十分重要的作用。农民具有很高的环境意识和持续农业意识。在防治上严格按照道、郡农村振兴院(所)和农民协会的指导意见进行防治。虽然韩国IpM工作起步较晚，但他们的进展很快。我国开展生物防治和IpM工作历史较长，多年来已总结和探索出了许多切实可行的方法，当前重要的是要增加投入，加大农民培训力量，将这些技术传授给农民，以提高农民的科学务农和病虫的治理水平。

3、充分利用现代科技，为植保减灾防灾服务

在农作物病虫的信息传递和分析处理实现计算机网络化的基础上，目前又开发了病虫信息可视电话服务网络。农村振兴厅已与部分道农村振兴院、郡农村指导所和研究所利用可视电话进行了联网。在召开病虫会商时，通过网络，有关道、郡的技术指导人员与有关教授、专家可通过网络直接见面，并且可参与会商，发表自己的意见。农户发现不清楚的病虫，可到当地农村指导所请教，若当地指导所不清楚，可通过该网络请教上一级技术负责部门，或转请教有关专家。虽然相距百里、千里，但通过网络，农户可直接向有关专家请教病虫的情况与防治方法，而且这种咨询服务对农户是免费的。这保证了这些高科技产品，充分地为植保减灾防灾服务。

4、重视国际交流，积极开展国际合作

进行国际交流，开展国际合作研究在韩国已纳入经常性预算，有关技术人员每年都要分期分批地到日本、美国、加拿大、英国和中国等进行研修和考察学习，借鉴别国先进的技术及管理经验。在访问过程中，我们也时刻感到对方表现出真诚的交流与合作愿望。全罗南道农村振兴院还提出了与中国广东、福建等省合作研究，探讨稻飞虱早期预测的意向及初步方案。建议我国有关农业主管部门要进一步重视相关领域技术的交流，尤其是要派出各部门的主要技术负责人员到先进的国家学习和访问，吸取他们先进的技术和经验，为我国农业再上新的台阶服务。中韩两国在迁飞性害虫的联合监测、生物防治和IpM工作等方面有许多互补性，双方应加强合作，通过互派有关方面负责人和技术人员进行观摩学习，增进了解、交流和合作，提高病虫的监测和治理水平。

5、采取有力措施，强化农技推广事业

在韩国，农业技术推广作为一项公益性事业，政府每年要从税金中拿出很大一部分资金用于农业技术的推广，各郡(市)农村指导所全部的培训资料、书刊和录相带都无偿地向农民提供，尤其是对于农机具的维修，工作人员将容易损坏的部位全部解剖出来，并用醒目的黄色标著，以培训农民如何进行农机具的维修，而这一切都是免费的，因而保证了农业技术的顺利推广。我国目前由于国家经济欠发达，各类农业技术推广机构的经费大部分要靠自己创收，因此给农民提供的服务，绝大部分都是收费的，因而一些不交或不愿交服务费的农户得不到我们的服务，在这方面，韩国有很多值得我们借鉴的地方。由于农业是弱质产业，是国民经济的基础，植物保护是保障农业生产、减灾防灾的重要工作，建议国家加大这方面的投资力度，多为农民提供一些无偿服务，同时引进和研究高新科学技术，为高产、优质、高效农业服务。

考察团人员名单：

姜瑞中(全国农业技术推广服务中心)

朴永范(全国农业技术推广服务中心)

刘万才(全国农业技术推广服务中心)

石尚柏(湖北省农业厅植保总站)

杨永雄(广东省农业厅植保总站)

附件：

农业行政及研究机构

(1）农林部农林部共设一长官、一次官辅、二室、五局、八官、三十课、十二担当官。主要负责国家有关农业政策的制订与调整，农产统计及国际交流等工作，农村振兴厅和山林厅为农林部下设的外厅，其一切工作除直接对部长负责外，经费预算等直接对国会，除业务关系与农林部有关局有联系外，工作上完全独立。

6.检测生物化学应用技术论文 篇六

摘要：当今时期，由于生物型化学工艺在铅检测过程中获取了广泛的应用，而且此项工艺的技术水平亦在持续提升，而其中化学组分铅的毒害作用非常大。以往沿用的检测工艺逐步失去了利用的效能，而当今生物型化学检测工艺的问世亦逐步获取了生化工程界的认同。文章将此作为论述切入点，系统阐释一下铅成分检定中生化工艺的运用。目的在给更为广泛的研究过程赋以基本的参照，一起为铅检定工艺及生化工程技术的进步贡献出应有的力量。

关键词：铅成分检定;生化工艺;检测程序;技术策略

在全部的环境毒害品类一族中，铅成分是一类极为普遍的毒性元素，它不可给人体造成相当程度的毒害后果，而且还可在很大程度上损害到各类自然生物的身体健康和生态条件之间的平衡效果。过去的检定手段则更是五花八门，其中涵盖光谱测定、电泳分析法、液态色谱测试法及二硫腙比照法等多种方法，虽然以往的检定手段是依托于精密型的测试装置，此类精密设备促使其检定数据的精准性很高，然而其运作程序和检定费用均不可能达到多维度的铅成分检定目标。所以业内行家们持续追逐于探求更为节约、便捷、实用的检定工艺，此种形势下生化工程检定工艺随之出现，而且其凭借于自身丰富的特点，让它在目前受到了极为有效的运用。在这一形势下对于铅成分检定中的生化分析工艺运用展开深入的探究，有助于给推进本工艺研修工作的深入开展提供相关的借鉴。

1核酸定量检测工艺

核酸定量检测工艺，其总称为分子型信标核酸定量检定工艺，英文缩写FRET。此项工艺原理是依托荧光动态能量的共振迁移来实施的化学组分检定工艺，依托此手段来求取寡型核苷酸类探针，让其和对应的核酸成分呈现互为弥补功能，在靶型分子混交的生物反应效力作用下，产生出荧光效应，依照荧光效应的`高低水平给检测过程的实施构建出对应的条件。在铅离子浓度检定过程当中，分子型信标核酸捡定工艺的运用也是依托此项工艺原理来实施的，在通常温度条件下，可以完成铅离子的快捷测试，有助于减低温度变化对探针式反应产生的相关效力，而且其约束指标的功能亦被减低[1]。大量研究表明，混合物中铅离子的浓度高低完全决定了铅检定反应的荧光能力大小，利用此方法可以检定出的铅离子的浓度最低值是1.69×10mol/L。再有业内学者特别把此项工艺的探讨构建于脱氧型核酶的催化性水解专属条件之上，且以此作为根据对其检测工艺实施了深入化的探究，把它利用到了铅离子的检定过程之中，获取了相当惊人的效果[2]。

2免疫型检测工艺

免疫型铅离子检定工艺重点是依托于抑制体及抑制源之间的专属性反应条件下拟定的生化检定方法，它的特点在于检测精准度极高而且奇特性极强。立足于抑制体具备着相异的类别，所以免疫型检定方法也可区分成单型克隆出的抑制体及多型克隆出抑制体两类，现阶段应用比较普遍的检定方法重点包括酶联型免疫方法及荧光型偏振式免疫方法。而其中酶联型免疫方法是应归为单体克隆型抑制体检定方法，依托人工合成铅离子抗源体来做小鼠的免疫试验。欲求获取铅离子的真正抑制体，即应当先求取铅离子。依托功能的二螯合模式，求取反应过程的原性，尔后再利用螯合制剂和载体型蛋白推进其获取免疫的原生性，在其小鼠身体内注入以后再分离出抑制源，从而实施铅成分的检定过程。而采取荧光型的偏振式免疫方法的操作原理基本是利用分析样品内所含的铅离子与超量的螯合剂之间产生的溶液态反应，依托免疫型复式结构化合物之间存在的竞争状态，求取多型克隆抑制体当中的个异性，最终利用荧光型偏振分析仪展开测验过程，将获取的数据结论对照于基准型性能曲线，即可求得二价铅离子浓度的具体测定数值[3]。这种测试方法运用的便捷性能已经被大量研究结果所证明，譬如有某些的研究过程选取由螯合物反应制得的多型克隆抑制体在荧光类偏振测试仪当中检验出了139个土壤型样品结构中的二价铅离子成分含量，荧光型偏振法的免疫功能同火焰型原子吸取光谱方法以及电感型耦合体等离子化合物所测定出的和其结果密切相关的运算系数选值各自为0.96及0.93，由此可知其检定的领域范围极广，而且其重合反应比率很低，在真正实现可在室内圆满检测的过程中，尚可进行室外部的检定过程,并且可获得理想的测定结果。

3超分子Pb2+生物化学传感检测技术

在超分子化学技术不断发展的推动作用下，用于检测Pb2+的多种检测技术已被研发生成。此方式检测技术主要是通过超分子生物化学传感仪来实现，原理是在离子诱导的作用下使超分子荧光信号产生相应的变化[4]。已有研究采用在PVC膜上固定乙醇介质的荧光传感器用来检测Pb2+，优势特点表现为具有着极强的敏感性与选择性，反应快速而及时;另外还有研究采用一种新型荧光肽金属离子传感器形成新的螯合物，该传感器的特点是含有酰胺与色氨酸，在与金属离子作用后，用于检测，能够通过荧光的响应来识别。

总而言之，随着相关技术的不断发展，目前此领域技术亦在进行着不断深入的研究，应用也越来越广泛。加之现代社会对生态环境和谐的要求越来越高，因此铅离子的检测也将朝向高精度、高效率、低成本方向发展。

引用：

[1]食品中重金属铅污染状况及其检测技术研究进展[J].赵静,孙海娟,冯叙桥.食品与发酵工业.(09).

[2]生物化学技术在铅检测中的研究进展[J].戢太云,张春华,周培.上海农业学报.(01).

[3]现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用[J].左山,刘洋,邹媛媛,刘琳,刘家熙.生物技术通报.2010(04).

7.生物识别技术及应用 篇七

1 秸秆生物反应堆技术原理分析

秸秆生物反应堆技术是一种生物措施,主要将各种秸秆转化成为农业发展所需的二氧化碳、有机质、矿物质、热量等,从而促使农业资源得到有效、合理的利用。不但有助于生态改进,而且有效保护环境。一般来讲,秸秆生物反应堆技术就是利用秸秆取代化肥,通过植物去取代农业,不但可以减少投入,增加产量,而且促使农民收入得到进一步增加。其中,秸秆生物反应堆技术通过微生物菌类、净化剂、催化剂等,将作物秸秆转化成为水、热量、二氧化碳、矿物质等元素。整个过程中当中产生抗病虫的菌类,通过工艺设施将这些元素提供给农作物,促使农作物得到快速发育。此外,植物进行光合作用,生成有机物。而微生物将有机物进行分解。二者的物质转化以及互相利用构成良好生物循环体系。

秸秆生物反应堆技术是全新技术,对于增加农产以及促使农民增收具有重要作用,秸秆生物反应堆技术和传统的农业栽培技术存在显著的不同,这种技术包括植物疫苗、设施工艺、生物反应堆等,这种技术主要是通过用秸秆取代化肥,并且不使用农药。通过设施工艺,将秸秆再次利用,并且产生十分良好的经济效益,促使资源优化配置,不但有助于生态改良,而且有助于环境保护。

秸秆生物反应堆技术主要应用在冬暖式大棚、陆地果树以及早春大棚之中,秸秆生物反应堆技术主要包括两种应用方式,分别为内置反应堆以及外置反应堆。其中,内置反应堆方式又分为行下内置以及行间内置。一般来讲,冬季以及早春季节主要以内置为主,外置为辅。到了晚春、早秋、夏季等主要是外置为主,内置为辅。

2 秸秆生物反应堆效应分析

2.1 二氧化碳效应

一般来讲,应用秸秆生物反应堆技术,可以促使大棚空气中的二氧化碳含量浓度提高四到六倍,促使植物光合作用效率提升50%以上,此外,促使水分利用效率提高到70%以上,从而解决了大棚二氧化碳短缺以及光合作用不明显的问题,促使农产品质量以及产量得到提高。

2.2 改善土壤环境

秸秆反应堆技术,可以提高土壤孔隙度以及提高土壤肥力,减少化肥使用百分之五十以上,从而解决了使用农业化肥造成的土壤板结、生态恶化以及土壤有机质含量低的问题,促使根系更健康成长,不但保护生产,而且改善土壤。

2.3 生物防治效应

通过应用秸秆生物反应堆技术,促使抗病微生物以及植物疫苗等产生,从而提升植物的抗病能力,促使植物免疫力得到改善。不但防治病虫害,降低植物发病概率,而且减少农药使用,促使农作物更加绿色、健康。

2.4 温度效应分析

通过秸秆生物反应堆技术,促使秋冬季节大棚土壤温度提高4~6℃,大棚气温提高2~3℃。不但显著改善作物生长环境,而且进一步提高作物抵御低温能力,促使作为发育期得到延长,大约延长15天,避免低温瓶颈,促使植物正常生长并且提高作物产量以及质量。

3 应用秸秆生物反应堆技术应当注意的事项

3.1 内置式反应堆注意事项分析

内置式反应堆应当注意:第一,秸秆用量一定要充足。第二,菌种用量应当充足;第三,浇水应当要充足;第四,开沟注意不要过深;第五,打孔时间不应过晚;第六,覆盖土壤注意不要过厚;第七,前两个月不应当冲化肥,避免减低植物疫苗以及菌类的活性,在后期可以适当使用一些复合肥或者有机化肥。

3.2 外置式反应堆注意事项分析

外置式反应堆应当注意:第一,补气。秸秆生物反应堆所产生的功能菌类属于好氧菌,因此,应当及时补充一定的氧气。第二,补水。水对于微生物分解以及转化秸秆具有重要作用,如果缺水会影响反应堆效果。一般来讲,反应堆建立之后,前面10天补充水1~2次,在秋末冬初的时候7~8天给反应堆补充一次水,在严冬季节11~12天补充一次。第三,补秸秆。一般来讲,外置反应堆使用50天之后,秸秆消耗60%以上,因此,应当及时加以补充。

4 结语

综上所述,农业生产中,应用秸秆生物反应堆技术,减少化肥使用,不但促使农产品质量更高、产量更高,而且有助于生态保护以及作物绿色健康。因此,相关人员应当对秸秆生物反应堆技术加以研究以及推广,从而促使我国农业得到可持续发展,改善作物品质以及提高作物产量。

摘要：随着人们生活水平的不断提高,市场对于产品的要求也越来越多样化,包括安全营养需要、安全保健需要、安全健美需要等。因此,推广无公害生物技术,按照优质、高产、高效、安全、生态的要求组织并且成立相关农业部门,对于提高人民生活水平以及促进社会发展具有十分重要的意义。其中,秸秆生物反应堆技术属于高新技术,对于绿色农业生产具有十分重要的作用,促使农产品更为安全、健康。此次主要对秸秆生物反应堆技术的应用及推广进行分析

关键词：秸秆生物,反应堆,应用推广

参考文献

[1]张晓春.秸秆生物反应堆技术在蔬菜大棚上的应用[J].现代农业科技,2016,(12):203.

[2]常志州,靳红梅,黄红英,等.“十三五”江苏省秸秆综合利用策略与秸秆产业发展的思考[J].江苏农业学报,2016,(3):534-541.

[3]岳西宁,王锋,高鹏.节能型日光温室深冬温度管理[J].西北园艺(蔬菜),2016,(4):33-34.

8.生物识别技术及应用 篇八

人脸识别精度有多高

换个发型、戴了眼镜，高质量设备照样能认出你

戴上眼镜、变了发型，机器还能不能识别出你的脸？最新推出的人脸支付系统，为了增强识别精度，除了扫描人脸之外还需要支付者“按个手印”，通过指纹数据比对配合，才能最终完成支付确认。

“目前，在受控场景一对一的人脸识别身份认证准确率可以超过99%。”中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室研究员孙哲南介绍，人脸和指纹识别技术已经有50年的发展历史，积累了比较成熟的技术体系，即使戴眼镜、换发型，也基本都能识别出来。

“同样，在受控条件下，指纹、人脸、虹膜等主流生物特征模态识别精度和速度都能满足金融支付应用。”孙哲南详细解释了受控条件这个高精度识别的前提，“主要是指设备、用户和环境等因素都有利于识别的情况，例如，高质量的图像采集装置、用户配合、光照均匀等。”

“这也是为什么人脸和指纹识别技术很早以前就在强制性较高的公安领域应用，却还没在金融支付领域普及的原因。”支付宝安全技术资深总监曹恺表示，金融过程尤其是消费支付过程时间很短，并且用户一般是远程支付而不是面对面配合，这就对识别技术的准确性、可靠性包括用户体验提出了更高的要求。

如今，人脸支付等利用生物识别技术付款的方式越来越具备普及的基础。近几年生物识别技术在采集设备和识别方法上都有重要突破。“例如，深度机器学习方法使人脸识别精度大幅提升，近期测试结果表明，通过大规模数据训练后在限定图像测试库上电脑的人脸比对精度超过人脑。”孙哲南说。同时，传感器等采集设备的发展和普及也让人脸识别技术越来越接近日常使用。目前国际上已经有一些银行认可指纹、虹膜、静脉作为身份标识开展银行业务。

假脸骗得了计算机吗

通过多摄像头和动作检测等手段，可抵御攻击，但没有绝对的安全

不久前，德国的一个实验室证明可以用假指纹解锁苹果公司的iPhone 6手机，从而获得包括支付在内的各种应用通行证。类似经验恐怕普通人也曾有过，买一个指纹贴，复制上别人指纹贴在自己手指上，就能帮迟到的同事“作弊”代打卡了。

同样，如果利用你的头像照片或是视频，是否也能骗过机器“登堂入室”？这些都是生物识别系统前端采集环节最常见的攻击。孙哲南认为，目前还没有比较低成本、高可靠的指纹和人脸防伪手段，因此安全风险较高。但这并不意味着技术上没有办法，如果提高技术成本，有效的防攻击手段并不少。

比如，传统的刮擦式指纹传感设备抗攻击能力比较弱，但是新的电容式传感器已经能够很好地监测真皮层的纹路来获取指纹，通过只复制了表面的指纹贴很难攻击成功。比如通过多个摄像头可以检测人脸是否为三维立体，从而有效防止二维的照片和视频攻击，或者在识别用户的过程中让用户随机做一些动作，提前准备好的假体视频很难应付这种动态检测。

“攻防的过程可以说是魔高一尺、道高一丈，没有绝对的安全，但防攻击手段的提升能拉高攻击的门槛，当攻击成本高于收益，就意味着攻击没有了价值。”曹恺说，不久前支付宝在其安全开放日发布了人脸等生物识别支付技术，“这些技术在实验室内测中已经得到了不错的结果。”

身体密码被盗怎么办

将人脸图像数据与动态参数绑定，如被窃只需挂失动态参数

如果将人脸作为支付密码，在支付过程中人脸数据被黑客截走，难道需要“挂失”现在的模样，换一张脸才行吗？这当然只是个可怕的想象。在支付以及密码数据接收的这一中间和终端环节中，专家通过对生物模板的脱敏和加密保护来实现用户生物特征的保护。

“简单来说，就是让人脸或者其他生物特征变得可撤销、可变更。”孙哲南介绍了一种业内比较热门的加密思路，“就像给生物特征穿上一件变化的外套，比如，将人脸图像数据与一个动态参数绑定，如果被窃，只要挂失这个动态参数，就等于挂失了你的生物特征，下次注册会绑定新的参数。并且绑定的数据是不可逆的，即使在支付过程中被拦截，也不能还原成原始图像。”

曹恺提供了目前另一种生物模板加密的研究方向，这种保护方式被称为“模糊保管箱”。曹恺解释，这种保护方式是把用户的生物特征作为密码来保护服务商提供的一组密钥，用户在支付时，使用自己的生物特征对这组预先分配的密钥进行解锁，密钥在完成解锁后传输给服务商进行身份验证，这样一来，网上传输以及服务商保存的只是这组密钥，即使被盗取了，危害也不大。

针对采集设备、活体检测、识别精度、通路加密、服务终端每一支付环节的不同攻击，都有有效招数来狙击风险，而每一个招数背后，都是一个深邃、极富挑战的技术领域。同时，不仅是科技领域，支付安全的发展还依赖更多学科的支撑。“支付安全现在不仅是生物识别、密码学、信息安全问题，还需要综合考虑心理学、社会工程学、支付行为学等多方因素制定安全方案，支付安全已经进入了一个新时代。”曹恺说，比如，大额支付和手机话费充值所采用的安全保护技术自然有所区别，一个更强调安全，一个更强调方便。

孙哲南则看好生物识别技术的应用前景，他认为，不仅仅用于支付，生物特征还将是智能时代的身份入口，人脸、虹膜等更多的生物特征将为智能设备、智能网络、智能安防等提供自动精准的身份标识，这既对生物识别技术提出了重大挑战，也蕴含着巨大的市场。