水质检测论文第六篇：生物技术在水质检测及污水处理中的应用
摘要：随着我国国民经济和化工行业的不断发展，我国的水质污染问题也变得越来越严重，国民对环境保护的重视程度不断提高，水质环境检测和污水处理技术对于解决水污染问题显得尤为重要。本文主要介绍了生物技术在水质环境检测和污水处理中的应用，表现出比传统技术更优的高效检测效率和环保，并在对生物技术在水质检测和污水处理中的应用进行分析的基础上提出相应的策略，以期为将来生物技术在质量检测化验和污水处理在水处理中的应用提供参考。
关键词:生物技术;水质检测;污水处理;水污染;应用;
Abstract：secondary pollution of the environment problems of biotechnology compared with chemical and physical technology biological technology in water quality detection and sewage treatment showed more efficient,environmental protection,so get more extensive research and application. The commonly used biotechnology in water quality detection includes technology,reaction detection technology,enzyme technology and so on. commonly used in treatment include biological adsorbents and methods. This paper mainly introduces the application of biotechnology in water quality environmental testing and sewage treatment.
水质检测和污水处理的技术主要可以分为生物、化学和物理技术，但是物理技术存在不能对污水进行深层次处理的问题，化学技术存在环境二次污染的问题，生物技术更加高效、环保。废水处理中常用的生物技术包括生物吸附剂和生物膜方法。
1 我国水资源现状
1.1 我国水资源现状
我国淡水资源分布上也很不均衡，存在着南多北少，东多西少的悬殊差距，在长江和珠江流域年平均径流500 mm以上，而内河流域仅为32 mm。并且我国淡水资源存在着供需关系十分突出，全国670个城市中430余座城市都存在着淡水资源供水不足的问题，全国30多个省市地区中一半的省市淡水资源低于国际规定的用水紧张线，其中10余座城市属于严重缺水城市。并且近些年来受天气异常状况的影响，水资源分布不均的现状有加重的趋势，某些地区持续的枯水或者丰水也连续发生。
1.2 我国水资源污染现状
我国90%以上的河流湖泊流域受到一定程度的污染，这主要是由于人们生活和生产活动中城市和化学污水的排放造成的。在流经中国45%的大城市的河流中，有93%被污染。水资源是人们生产和生活必不可少的资源，对人们的健康和环境具有重大影响，河流湖泊流域全国80%以上的城镇，成为污染最严重的流域，我国七大河流流域水质受污染状况见图1所示。
根据中国国家统计局2019年发布的数据，2014年至2018年中国废水排放总量分别为710.34亿t,725.23亿t,737.12亿t和70121万t。随着日益严重的水污染和污水排放的不断增加，我国水资源管理投资从2001年的1106.34亿元增加到2018年的9854.54亿元，十七年水污染治理投资增加了8.74倍，增长了14.51%根据发展速度，到2021年，我国水资源管理的年均投资将达到1.52万亿元。进入21世纪，习近平书记提出“青山绿水是金山银山”的环保思想后，我国对水，污水和空气污染的检测和控制有了很大的提高，人民的生活和生产得到了发展。环境得到了很大的改善。
2018年我国工业废水的排放量达到712.5亿t，占据全球工业废水排放总量的22%左右，维持在较高的水平，与世界发达国家仍有较大的差距。2018年全国污水排量总量中工业废水总量为203.5亿t，占污水总排量的25%;而城市污水的排放量为536.4亿t，占据总排放量的74%左右，并且随着人类生活质量水平的不断发展，城市污水的总排放量呈现逐渐递增的趋势，已经成为目前水环境污染的最主要的来源。
图1 我国七大河流流域水质受污染状况图
2 生物技术在水质检测中的应用
生物检测技术以水中的环境生物及其反应信号为检测指标，并根据相应的标准对检测指标进行评价，从而判断水质。过去，生物检测技术只是水质检测的辅助手段，但随着生态保护概念的引入，生物检测技术在水质检测中占有不可替代的重要地位。常用的生物技术是:聚合酶反应检测技术(PCR)、生物传感器、酶免疫检测技术，用于水质检测。本文主要介绍了聚合酶反应检测和生物传感器技术。
2.1 聚合酶式反应检测技术(PCR)
聚合酶反应检测技术，又称PCR检测技术，主要利用DNA的热变性原理通过控制温度来扩增检测水体所需的病原体的DNA序列，从而完成水体的检测。与传统复杂、繁琐的环境微生物检测技术相比，由于该技术灵敏度高、特异性好、操作过程简单、时间短、观测数据完整，可大大提高水病原体的检测速度，因此在水病原体的检测方面具有良好的发展前景。因此，聚合酶反应检测技术常用于水质检测中。
在化工和城市污水处理过程中应用到PCR技术可以提高污水的处理效率和处理质量都具有很大的作用。PCR技术即为聚合酶式反应检测技术主要通过利用DNA聚合酶的化学生物反应，让需扩增的DNA片段和其两端可以互补的核酸分子，经过一段时间变异，最终实现DNA成倍增长的目的。一般情况下，根据实际经验可以得出这一技术的应用反应温度为70℃左右可以实现反应速度和反应产物质量最优的结果。从反应的整体考虑，将微生物聚合酶是作为化工和城市污水处理中PCR技术的关键技术，依靠的是可靠性稳定、温度控制效果好的温度控制设备，在对化工和城市处理过程中，通过对温控设备进行温度的精准控制，在特定的时间中对化工和城市污水进行检测分析和处理治理，从而起到提升污水水环境中水体的处理效果和目的。
2.2 生物传感器
生物传感器主要由生物传感器和信号发送器组成，其中生物传感器主要由微生物，细胞成分及其代谢产物组成，信号发送器主要实现转换接收信号的功能。生物传感器可以应用于相应的环境。可以通过转导和放大生物传感器产生的信号来检测环境中特定物质的浓度。通过解释信号可以实现对水环境中特定物质的检测。与传统的理化技术传感器相比，生物技术传感器具有成本低，灵敏度高，无需预处理，在整个过程中连续在线检测的优点。因此，生物传感器广泛用于水质检测，如生化需氧量，重金属，氨氮和亚硝酸盐，其中亚硝酸盐检测具有更广泛的应用。例如，江宁研究人员使用由SSDNA和金电极制成的铅生物传感器来测量天然和人工水体(如余姚市，奉化市，宁波市和护城河)中的铅含量。测量结果为1.02×10-7～6.70×10-7mol/L。与传统的电化学测量方法相比，铅生物传感器具有更好的稳定性和可重复性。可以看出，生物传感器在水污染检测中具有特殊的地位，具有良好的科学发展前景。
3 生物技术在污水处理中的应用
3.1 比较污水中的微生物数量
活性污泥的种群结构受不同类型污水的影响在水处理过程中，应分析不同污水的膜生物反应器污泥中的种群结构，并通过建立16Sr DNA克隆和测序来分析和比较氨氧化细菌和总细菌。不同类型的污水微生物物种具有自己独特的物种。亚硝化单胞菌是一种常见的氨氧化细菌，在生物处理过程中会产生多种硝化和反硝化途径。16SrRNA技术和PCR-DGGE技术在微生物群落之间的差异比较过程中起着重要作用，在污水处理的监测和控制过程中可以发挥更好的作用，在活性炭的处理过程中可以达到良好的改善效果。不同类型污水的污泥。
3.2 微生物絮凝剂技术
微生物絮凝技术主要是利用微生物细胞絮凝功能去除污水中的异味和杂质。絮凝剂本身具有将有机物降解为可降解无机物的功能，不会对环境造成二次污染，与无机絮凝剂相比。微生物絮凝技术被广泛用于城市污水和畜禽废水处理等不同水质的各种水处理项目中，而且对脱色和沉淀有显着效果，可以大大提高废水的质量。
3.3 微生物吸附剂技术
微生物吸附技术主要是从水中吸附杂质实现对水的净化。微生物吸附技术不仅具有效率高、成本低的优点，而且还可以利用污水中的物料，整个过程简单，并已在污水处理市场得到一致认可和应用。例如，姜春龙等学者用生物活性炭技术处理轻微污染的饮用水，检测水中TOC，根据亚硝酸盐氮、氨氮、高锰酸钾以及细菌总数等检测结果指标，可以发现生物活性炭技术与常规活性炭技术相比，生物活性炭技术在生物繁殖上，具有对水体污染物处理上具有长期稳定的净化作用，并且污染物的去除率也较高。
生物沸石在污水处理中广泛的应用。例如，周振明和其他学者在江苏使用生物沸石染色在水处理中占有特殊地位。PCR和生物传感器等生物检测技术在污水处理中进行生物检测，目前的应用前景可广泛分为微生物絮凝剂，生物吸附剂，活性污泥法，生物膜及相关工艺。包括生物絮凝剂和生物吸附剂在内的废水处理中，具有较高的生物吸附降解能力和深度处理水污染物，对环境造成影响，但由于微生物的活性易受复杂系统的重度污染，水生环境难以发挥作用。因此将来可以与基因工程技术结合，以高耐受力微生物生物技术为核心单元来处理被污染的水体。
3.4 固定化微生物技术
固定化微生物技术主要是聚合和固化废水中的游离微生物细胞。同时，由于微生物细胞的高活性，它们可以在污水处理中重复使用，因此固定化微生物技术不仅对水处理有良好的效果，而且还具有绿色环保的作用。固定化微生物技术在一定程度上可以合理控制污水中污泥的产生，有效降解水中的杂质，从而达到改善水质的效果。目前，固定化微生物技术常用于洗涤废水和制药废水的处理。结合厌氧技术，可有效去除制药废水中95%的有机污染物。
3.5 膜生物处理技术
膜生物技术是一种新型的污水处理技术。与其他生物处理技术相比，膜生物反应器出水水质较好，整个处理过程不涉及后续处理环节，由于膜生物反应器是一项新技术。
4 生物技术在污水处理和水质检测应用存在的问题
利用生物技术的弊端:一是生物技术操作中的技术难度大，一些技术人员对生物技术的操作不熟练，原理不明确，使监测不准确，数据报错等问题;二是技术设备缺乏维护，现代生物技术的操作也需要一些设备作为支撑，但一些地区缺乏设备维护和监督意识，使污水处理设备故障排除困难;三是对生物技术的依赖。虽然能解决基本问题，但在面对复杂问题时仍需依靠国外的技术、设备和人员。四是管理人员知识储备少，一些污水处理厂的管理人员不是专业人员，由于在水质检测、污水处理工艺和技术问题上缺乏管理经验，无法行使切实有效的经验排除故障原因。
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