第一篇：改性淀粉絮凝剂在工业废水处理的应用研究论文
1改性淀粉的种类
1.1阴离子型改性淀粉絮凝剂
淀粉阴离子改性絮凝剂的制得主要是通过酯化、交联等反应，使淀粉或淀粉共聚物阴离子化，进而得到阴离子型改性淀粉絮凝剂。阴离子淀粉絮凝剂可以从水中除去重金属离子，并可与许多高价金属离子生成难溶性盐，从而达到更好的絮凝效果。
1.2非离子型改性淀粉絮凝剂
非离子型改性淀粉絮凝剂可分为非离子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝剂和羟丙基淀粉絮凝剂。非离子型丙烯酰胺接枝淀粉是在半刚性的淀粉分子链上接上柔性的聚丙烯酰胺支链，在水中溶胀后具有很大的体积和很长的直链，具有一定的吸附架桥性能，但该种改性淀粉絮凝剂在实际生产当中的应用效果并不是很好。同样为非离子型改性淀粉絮凝剂的羟丙基淀粉絮凝剂在实际应用中的效果也不是十分理想。目前，部分研究学者通过非离子型丙烯酰胺接枝淀粉絮凝剂与其他无机絮凝剂复配来改善絮凝效果。
1.3两性淀粉絮凝剂
两性淀粉絮凝剂是指同时具有阳离子和阴离子特征基团的改性淀粉，因其能够同时具有捕捉带负电荷的悬浮粒子和架桥助凝作用，对不同基团均具备较好的吸附性能而得到理想的絮凝效果。
2改性淀粉絮凝剂在工业废水处理中的应用
2.1在处理含油废水中的应用
含油废水的来源很广，在石油工业的各生产过程及石油化学工业生产过程中都会产生大量含油废水，絮凝法是一种常见的含油废水处理技术。刘贵毅等人用玉米淀粉与氢氧化钠、三氯化铝和无水碳酸钠制得改性淀粉絮凝剂，对含油废水进行处理取得了较好的效果。范洪波通过共聚反应合成了玉米淀粉改性絮凝剂CSF，对江苏某油田的含油废水取得了较好的处理效果。赵树发等人利用硝酸铈铵为引发剂，对淀粉进行糊化并与丙烯酰胺发生共聚反应，制成的淀粉改性高分子絮凝剂对含油废水中含油量进行处理取得了较高的去除率。
2.2在处理印染废水中的应用
印染废水主要由退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水等组成，且成分复杂，可生化性差，是当前国内外公认的较难处理的工业废水之一。马永梅等人采用玉米淀粉为原料制备阳离子淀粉絮凝剂，该淀粉絮凝剂在与聚丙烯酰胺复配处理印染废水时，对色度和COD都得到了较高的去除率。张倩倩等以玉米淀粉和异丙醇在无催化剂的条件下合成阳离子淀粉絮凝剂，对活性染料的色度去除率最高达到97.1%、COD去除率达到83.3%。聂新卫等人进行了硼泥－改性淀粉絮凝剂处理印染废水的实验研究，其研究结果表明，该絮凝剂在处理印染废水时能有效降低废水体系浊度。
2.3在处理造纸废水中的应用
造纸工业是我国环境污染的主要行业之一。造纸工业废水可以分为黑液(制浆废水)、中段废水(包括洗浆废水和漂白废水)、白水(抄纸废水)以及目前较多的废纸再生废水。庄云龙等人对淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂在处理造纸废水方面进行了研究，研究表明，该絮凝剂对处理废纸脱墨废水有较好的处理效果。张光华等人以丙烯酰胺和淀粉为原料，制得淀粉丙烯酰胺阳离子接枝共聚物(简称SAM)，另加入阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵制得另一接枝共聚物(C－SAM)，研究表明，淀粉、丙烯酰胺以及阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵在特定的质量比时，两种接枝共聚物对造纸白水有比较理想的絮凝效果。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发生Mannich反应，得到改性淀粉絮凝剂对造纸白水等废水具有良好的絮凝效果。
2.4处理其他废水的应用
随着近年来国内外学者对于改性淀粉絮凝剂的研制开发越来越关注，改性淀粉絮凝剂处理工业废水的范围也愈加广泛。改性淀粉絮凝剂在处理焦煤悬浮液、煤矿井废水以及洗羊毛废水等诸多的工业废水处理中均取得了良好的处理效果。
3问题与展望
(1)目前多数的改性淀粉絮凝剂均处于实验室应用研究阶段，缺少在实际生产中的应用。
(2)淀粉改性絮凝剂的生产成本较高，因此相比普通絮凝剂的价格也就偏高，限制了改性淀粉絮凝剂的推广与应用。
(3)影响淀粉改性絮凝剂使用效果的因素较多，如废水的pH值、温度以及絮凝时间等。尽管改性淀粉絮凝剂应用存在着一些问题，但通过进一步加大工业化应用研发力度，降低使用成本，改善改性淀粉絮凝剂的性能，其应用前景与市场还是广阔和巨大的。同时，改性淀粉絮凝剂作为一种绿色、环保的化学水处理试剂，对环境保护和资源再生利用都有着重要的意义。
作者:杨爽 单位:沈阳市环境技术评估中心
第二篇：变性淀粉在工业废水处理技术中的应用及研究进展
专业：化学工程与工艺年级：2010级
选题类别：变性淀粉在工业废水处理技术中的应用及研究进展
学号：2010507345姓名：郭晓萍
成绩:
变性淀粉在工业废水处理技术中的应用及研究进展
摘要：描述了变性淀粉在工业水处理行业中的应用现状，主要研究变性淀粉作为絮凝剂的现状及进展。因为淀粉来源广，价格低廉，并且产物完全可被生物降解，因此，进入20世纪80年代以来，变性淀粉絮凝剂的研制开发呈现出明显的增长势头，美、日、英等国家在废水处理中已开始使用淀粉衍生物絮凝剂，近几年，我国研究淀粉衍生物作为水处理絮凝剂也已取得了较大的进展。
关键字：变性淀粉；工业废水处理；絮凝剂；接枝共聚；交联；
随着水资源的紧缺和水环境污染的加剧。近年来工业水处理技术有了很大的发展.目前的技术主要有化学法、物理法、物理化学法等和各种方法的集成组合.大都少不了用到化学方法即投加药剂，因为它是一种处理工艺简单，占地面积少，处理速度快。处理成本相对较低的成熟方法。而改性淀粉水处理剂作为天然高分子碳水化合物改性而得的水处理剂，它对环境无毒无害，且其处理残渣易被微生物降解。因此，不会对环境造成二次污染.有着广阔的应用前景。变性后的天然高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂相比，具有选择性大、无毒、价廉等显著特点。
在众多天然改性高分子絮凝剂中，淀粉改性絮凝剂的研究、开发尤为引人注目。因为淀粉来源广，价格低廉，并且产物完全可被生物降解，因此，进入20世纪80年代以来，改性淀粉絮凝剂的研制开发呈现出明显的增长势头，美、日、英等国家在废水处理中已开始使用淀粉衍生物絮凝剂，近几年，我国研究淀粉衍生物作为水处理絮凝剂也已取得了较大的进展。
一、淀粉衍生物絮凝剂研究现状
淀粉分子带有很多羟基，通过这些羟基的醚化、氧化、酯化、交联、接枝共聚等化学改性，其活性基团大大增加，聚合物呈枝化结构，分散了絮凝基团，因而对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用。改性淀粉絮凝剂性质比较稳定，能够进行生物降解，不会对环境造成二次污染，从而减轻污水后续处理的压力。
淀粉衍生物絮凝剂主要有以下4种。
（一）阳离子型淀粉衍生物絮凝剂
阳离子型淀粉衍生物絮凝剂可以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用，从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水。它对无机物质悬浮液或有机物质悬浮液都有很好的净化作用，使用的pH范围宽，用量少，成本低。
阳离子淀粉是在碱性介质中，由胺类化合物与淀粉的羟基直接发生亲核取代反应而得到的。
D.Sableviciene等以N-(2，3-环氧丙基)三甲基氯化铵(CHPTAC)为醚化剂，合成高取代度马铃薯阳离子淀粉，用其处理以高岭土配制成的50g/L的高浊度水，实验结果表明，在相同投加量条件下，取代度为0.27～0.32的阳离子淀粉絮凝剂的絮凝效果最佳。
S.Pal等将CHPTAC引入到淀粉骨架中，合成的一系列阳离子淀粉对硅土悬浮物具有良好的絮凝效果，且絮凝效果随CHPTAC链增长而增加。
王琛等以CHPTAC为醚化剂，制得取代度为0.32的玉米阳离子淀粉，对高浊度的高岭土悬浮液的絮凝试验结果表明，在相同投加量条件下，阳离子淀粉絮凝剂的絮凝效果与聚丙烯酰胺相当。通过乙烯基单体与淀粉的接枝共聚物阳离子化可制得阳离子改性絮凝剂。
赵彦生等利用硝酸铈铵为引发剂，将玉米淀粉与丙烯酰胺接枝共聚，再加入甲醛和二甲
胺进行阳离子化，制得阳离子淀粉絮凝剂，用这种絮凝剂处理印染废水取得了良好效果。
裘兆蓉等以淀粉、丙烯酰胺、环氧丙基三甲基氯化铵为原料合成了高密度阳离子高分子絮凝剂F2。发现相对分子质量为66万的F2对石油污水的澄清效果比常用的相对分子质量为800万的聚丙烯酰胺絮凝剂效果好。潘松汉等用木薯淀粉为原料，采用两步法合成了阳离子淀粉絮凝剂，该阳离子淀粉絮凝剂处理洗煤废水的沉降速度和上层清液的透光率较聚丙烯酰胺的好。
（二）阴离子型淀粉衍生物絮凝剂
阴离子淀粉可以从水中除去重金属离子，并可与许多高价金属离子生成难溶性盐。
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、离子交换、絮凝作用和酸功能等性质，能与重金属离子、钙离子等生成沉淀。
B.S.Kim等以玉米淀粉、三氯氧磷、氯乙酸钠为原料合成的交联羧甲基淀粉，用于处理含铜、铅、镉、汞废水，铜的脱除率达到80%以上，铅、镉、汞脱除率大于99%。全易用高交联的淀粉跟氯乙酸反应，得到在淀粉骨架上含有羧甲基的羧甲基交联淀粉(CCMS)，CCMS具有优良的吸附重金属离子的能力，且可再生重复使用。
D.K.Kweon等对比研究了氧化淀粉对铜、锌、铅、镉的吸附效果，结果表明，在相同条件下，氧化淀粉对铜离子的吸附效果最佳。笔者以玉米淀粉为主要原料合成了交联氧化淀粉、交联羧甲基淀粉、氧化羧甲基淀粉阻垢剂，其钙去除率大于93%。
2.淀粉黄原酸酯
淀粉黄原酸酯是20世纪70年代发展起来的淀粉衍生物，主要用于处理含重金属废水。将淀粉在碱性介质中与二硫化碳发生磺化后可得到淀粉黄原酸酯。
张淑媛将淀粉黄原酸酯用来处理含镍电镀废水，镍脱除率达到95%以上，镍残余质量浓度小于0.2mg/L，低于国家规定的排放标准。
王爱明将淀粉用环氧氯丙烷交联，交联淀粉用氢氧化钠、二硫化碳、硫酸处理，得到不溶性黄原酸酯，再以双氧水作氧化剂制得不溶性淀粉黄原酸化二硫，它是一种高效重金属脱除剂。邓再辉用不溶性淀粉黄原酸酯(ISX)处理含铜废水，实验表明，当ISX加入量为理论
2+2+加入量的1.4倍时，在室温搅拌反应40min，Cu的去除率可达97%以上，处理后的废水中Cu
小于0.2mg/L。
宋辉等以玉米淀粉为基材，与丙烯腈进行接枝共聚，经水解制得弱阴离子型絮凝剂，并进一步羧甲基化和磺化，从而合成强阴离子型天然高分子改性絮凝剂SAH。将SAH应用于印染废水及造纸厂污水的处理，COD去除率和浊度去除率都达到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剂，林红梅等研究了磷酸酯淀粉/聚胺复合物絮凝剂对脱墨废水的作用效果，磷酸酯淀粉/聚胺复合物对脱墨废水的絮凝性能优于聚丙烯酰胺、硫酸铝和聚胺等。
（三）非离子淀粉衍生物絮凝剂
1.接枝淀粉
淀粉链与乙烯基单体在引发剂作用下接枝共聚是淀粉改性制备生物可降解高分子材料的重要途径之一。近20年来，国内外研究人员在该领域取得了突破性的进展。要使淀粉链接上适宜的活性基团，成为理想的改性淀粉絮凝剂，引发剂的筛选是接枝共聚反应的关键所在。国内外许多学者对于将乙烯基单体接枝到淀粉上的试验做了很多。
N.C.Karmakar等合成了淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支链淀粉接枝丙烯酰胺共聚物，将
它们用于处理不结焦煤悬浮液效果良好，且淀粉接枝丙烯酰胺共聚物比支链淀粉接枝丙烯酰胺共聚物的絮凝效果好。
常文越利用Ce(Ⅳ)作为引发剂，进行了淀粉接枝丙烯酰胺共聚反应，淀粉的接枝率高达94.9%，支链相对分子质量超过300万，对多种工业污水的絮凝效果不亚于聚丙烯酰胺。
郭玲等采用60Co-γ射线预辐照的方法制备淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，将其用作絮凝剂处理生活污水，最佳投加质量浓度为10mg/L，可作为工艺控制的参数;接枝物具有良好的絮凝沉降性能，加入3min就有明显的絮凝，且絮粒粗大沉降性能好，处理效果优于国产聚丙烯酰胺。
罗逸等用工业淀粉与丙烯酰胺反应得到改性淀粉HD-6，用于处理吉林油田碳酸盐型污水、胜利油田低矿化度污水、江汉油田高矿化度污水、中原油田炼油“三泥”废水，废水处理效果、药剂的毒性及经济可行性等综合评估效果优于聚丙烯酰胺类水处理剂。
2.糊精
糊精可用作絮凝剂或抑制剂。在浮选金矿时，加入糊精可改善矿物的可浮性，提高浮选的选择性。煤和焦抽砂等矿藏开采时，常伴随很多淤泥，用糊精做絮凝剂，可使淤泥沉积下来。
（四）两性淀粉衍生物絮凝剂
两性淀粉絮凝剂分子上兼具阴离子、阳离子两种基团，与仅含有一种电荷的阴离子或阳离子淀粉相比，它的性能较为独特。例如，用作絮凝剂的两性高分子淀粉因具有适用于阴、阳离子共存的污染体系、pH适用范围宽及抗盐性好等应用特点而成为国内外的研究热点。特别是近十年，水溶性两性高分子在水处理行业的应用取得了较大的发展，主要用作染料废水的脱色、污泥脱水剂及金属离子螯合剂等。目前，国外对两性高分子水处理剂研究较多的国家有美国、德国、法国和日本。我国对两性高分子水处理剂的研究起步较晚，仅有少数几个单位进行了实验研究，还没有工业化产品。
两性淀粉的制备是利用淀粉葡萄糖单元中羟基的反应活性，将其分别与阴、阳离子基团反应得到的。阴离子基团一般是由羧基、膦酰基或磺酸基构成，阳离子基团主要由季铵基团构成。邹新僖先将淀粉用环氧乙烷交联，再与氯乙酸和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵分别进行阴、阳离子化反应制备了两性淀粉螯合剂，它对阴离子和重金属离子均有很强的吸附能力和较高的吸附容量，因此可望用于电镀废水、矿物及冶金工业提取重金属离子和污水处理。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
王杰等以天然高分子植物粉F691为原料，通过羧甲基化、接枝共聚和Alemannic三步反应合成出两性天然高分子改性絮凝剂CGWLC。其对造纸混合污泥的脱水实验表明：在用量为10～20mg/L的范围内，对造纸混合污泥有较佳的絮凝脱水效果，能明显改善污泥的沉降性能和过滤性能，其脱水性能优于阳离子聚丙烯酰胺。马希晨等以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物为原料，通过Alemannic反应和水解反应，合成了同时具有阴、阳离子基团的两性高分子絮凝剂。产物对印染和造纸污水的浊度和COD去除率优于部分水解聚丙烯酰胺。
二、存在的问题
近年来，我国在淀粉衍生物絮凝剂方面的研究和开发工作已取得了很大进展，合成出一系列环保型絮凝剂。但与国外发达国家相比还存在较大差距，尚存在以下几方面的问题。
（一）开展机理研究
我国淀粉衍生物絮凝剂品种少、质量不稳定、生产工艺落后、成本高。因而，应充分利用我国丰富的淀粉资源，继续加强对改性淀粉絮凝剂的研究。在对淀粉进行物化改性的同时，应更加系统、全面地开展机理研究，掌握其微观结构，使其成为不仅具有絮凝功能，而且具
有缓蚀、阻垢等多种功能的水处理药剂，以满足复杂多变的水质情况的需要。
（二）使用性能
我国对淀粉改性絮凝剂的实际应用还存在一些不足，尤其是对水处理工艺研究较少。因为影响絮凝剂絮凝效果的因素是多方面的，除与絮凝剂本身的性质及结构特点有关外，还跟水处理工艺有密切关系，如絮凝剂用量、溶液pH、温度、离子强度、絮凝时间、搅拌时间和强度等都会影响絮凝效果。因此，今后应加强对絮凝处理工艺的研究，优化絮凝剂产品，开发出更加有效的絮凝剂。
（三）价格
目前，改性淀粉絮凝剂的价格比普通絮凝剂产品高3～8倍，尽管在现有的天然高分子絮凝剂种类中，改性淀粉絮凝剂是最有希望与普通絮凝剂价格持平的，但目前国内外的改性淀粉絮凝剂的价格都较普通絮凝剂高许多，推广使用受到限制。因此淀粉类絮凝剂目前还难以涉足水处理行业。由于淀粉价格便宜，改性淀粉絮凝剂是天然高分子絮凝剂中成本最低的，随着研究的深入，改性淀粉絮凝剂与一般絮凝剂的价格相当是完全可能的。
以上几个方面是目前国内外改性淀粉絮凝剂研究中亟待解决的问题，进一步完善改性淀粉絮凝剂的生产技术，改进工艺，提高改性淀粉絮凝剂的性价比是改性淀粉絮凝剂研究发展的趋势。
三、前景
改性淀粉絮凝剂的潜在市场是巨大的，目前在水处理行业中改性淀粉絮凝剂约占絮凝剂总产量的0.1%。作为新一代的环境友好材料，开发改性淀粉絮凝剂对环境的保护和再生资源的利用有重要意义。改性淀粉絮凝剂的生产以淀粉为原料，可减少对石油的依赖，同时可促进农业经济的发展。改性淀粉絮凝剂可以在自然环境中生物降解，最终分解为二氧化碳和水，不会对环境产生任何污染。随着对絮凝剂制品需求量的增加和人们环保意识的提高，研究开发淀粉衍生物絮凝剂的前景是非常广阔的。
参考文献
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第三篇：新型改性煤沥青在公路中的应用研究
新型改性煤沥青在公路中的应用研究
《新型改性煤沥青在公路中的应用研究》课题是由山西省交通厅立项的科技项目，合同编号是08—17。
应用领域和技术原理是利用纳米技术、表面活性剂技术和聚合物对煤沥青进行改性，利用多碎石沥青混凝土SAC专利技术，使新型改性煤沥青SAC25混合料技术性能达到中国公路沥青路面施工技术规范要求，用于公路路面施工。
合同要求的主要技术指标和主要经济指标是改性煤沥青混合料技术性能指标满足公路沥青路面施工技术规范要求，改性煤沥青出厂价接近道路石油沥青价格。经研究，SAC25改性煤沥青混合料技术性能满足于公路沥青路面施工技术规范要求，性能优良。改性煤沥青出厂价比道路石油沥青价格低1000元/吨。
与国外同类技术比较，国外上世纪混合沥青的性能指标低于目前欧洲CEN（EN12591：2000）沥青标准70/100等级要求值。混合沥青已经被石油沥青替代。近年来，由于欧洲国家煤沥青产量减少，混合沥青研究没有更多的成果报道，也没有应用到高等级公路的文献报道。有资料显示，美国开发的筑路焦油，在煤沥青中添加高分子聚合物，增加煤沥青延度，但添加的高分子聚合物价格相对较高，只能用于高负荷的高等级公路，如机场路面等，没有筑路焦油混合料路用性能指标值的资料。用于高速公路中、下面层的40号改性煤沥青，与美国开发的能用于高负荷的高等级公路的筑路焦油相比，具有明显的价格优势。
成果有8个创新点，该项目通过理论研究，利用纳米材料、聚合物对煤沥青进行改性研究，降低3，4苯并芘等有毒、有害成分；开展低于120℃拌和煤沥青混合料级配研究；高效液相（气相）色谱和质谱联用，研究低于120℃拌和过程逸散物的浓度，对比石油沥青路面施工，综合评价温拌煤沥青路面施工对作业环境和作业人群的影响；提出了路用煤沥青技术要求。该项目研究用高科技改造传统煤化工产品，为煤化工业的主要产品解决了出路，变废为宝，大幅度地减少多环芳烃致癌物排放，减少温室气体和烟尘排放，是旨在减少污染、提高效率的煤炭转化和污染控制的洁净煤沥青技术（Clean Coal Tar Pitch Technology）。
首次将硬煤沥青改性为洁净路用煤沥青。
首次在高速公路路面工程中采用复合路面结构，将改性煤沥青用于高速公路路面中、下面层。
首次将改性煤沥青用于SAC多碎石沥青混凝土，用SGC制作煤沥青混合料试件，用简易剪切试验仪做抗剪试验，作为煤沥青混合料车辙试验的预试验。
研究工作发了煤沥青蒸馏新工艺，改善了煤沥青组分和路用性能。
研制了纳米复合材料DLN作为改性剂，有效提高了煤沥青的高温稳定性、低温抗裂性和抗老化性等主要性能指标。
研发了低碳改性煤沥青生产工艺。
研制了环保型煤沥青透层油DL412、DL508。
提出了改性煤沥青和煤沥青透层油技术要求。
该项目实施后，新型改性煤沥青将在高速公路、一、二级公路透层、粘层、中、下面层替代石油沥青，产生巨大的经济效益和社会效益。
1.替代石油沥青，保障能源安全。
2.拉动经济，保护环境。该项目研究充分发挥交通建设对经济和社会发展的拉动作用，为煤化工主要污染物解决了出路，变废为宝，既促进煤的洁净利用，推动煤炭循环经济，又大幅度地减少多环芳烃致癌物排放，减少温室气体和烟尘排放，保护了环境。
3.节能减排，经济效益显著。该项目采用先进的工艺技术与设备，利用煤焦油加工余热改性、生产、储运。煤沥青每吨价格比石油沥青低约1000元，煤沥青混合料拌和温度低30%，沥青用量减少13%，减少了中、下面层间粘层油，减少了一次面层施工。用新型改性煤沥青替代石油沥青，每建设1000公里高速公路，可节约直接投资6.55亿元，并可节约2.82万吨标准煤，向大气少排放330万亿焦热量，少排放二氧化碳1.25万吨，少排放二氧化硫560.8吨，少排放粉尘352.5吨，少排放灰渣7417.2吨。每建设2万公里二级公路，可节约直接投资19亿元，并可节约15万吨标准煤，向大气少排放1736.4万亿焦热量，少排放二氧化碳6.4万吨，少排放二氧化硫2839.3吨，少排放粉尘1869.23吨，少排放灰渣3.93吨。
实施该项目，能够降低公路建设成本，降低公路建设能耗，促进交通低碳绿色发展。该项目具有自主知识产权，技术含量高、产品附加值高、市场容量大，应用推广前景广阔。
第四篇：工业工程论文：人因工程在生产车间的应用研究
人因工程学是一门新兴的正在迅速发展的交叉学科，涉及多种学科，如：生理学、心理学、解剖学、管理学、工程学、系统科学、劳动科学、安全科学、环境科学等，应用领域十分广阔。下面是小编为你带来的工业工程论文：人因工程在生产车间的应用研究，欢迎阅读。
摘要：随着工业工程和管理科学的迅猛发展，人们越来越重视人的因素。人因工程在生产车间现场中的应用研究是现代工业工程研究和应用的热点。在我国的大型企业中以人因工程为代表的工业工程有较多的应用。但在近些年大量涌现的中小型公司普遍存在生产车间环境较差、设备布置不合理等阻碍工作效率提高的问题。文章由人因工程学角度出发，从操作台、安全色、控制器三方面分析人因工程在生产车间的应用，然后应用人因工程学相关理论，探索生产车间人因工程改善的应用原则，改善现场环境，构建舒适、安全且符合实际生产的作业空间。
关键词：人因工程；作业空间；控制器；安全色
1.引言
随着社会和科学技术的飞速发展，人类的生产活动由“人适机”转向“机宜人”。“以人为本”的理念不断受到人们的关注，安全、健康、舒适的生活、工作环境、作业条件等越来越受到社会的重视。在传统的生产过程中，企业往往是片面的强调生产的数量和质量，而忽略了人的因素，这样就会使员工在工作中过度疲劳或者容易发生生产事故，也容易让员工对工作产生厌倦。人因工程的出现为减少这些不良状况提出了很好的方法。在我国，人因工程的应用比较好的一般都是在大企业，而中小型的企业在这方面还存在很大的不足。研究人因工程学在生产车间的应用对我国企业在提高生产效率、降低成本、提供安全、舒适的工作环境等有重要的意义。而对于成本高效率低的中小型企业，人因工程是使其在激烈市场竞争中生存和发展的重要措施之一。
人因工程起源于欧洲，发展于美国，关于人因工程的研究及应用国外的研究较国内的研究起步早，但研究的重点都集中在人因工程的应用方面。在我国，关于人因工程学应用的研究在逐年上升，其中在工程技术领域的应用研究领先于在经济管理、医药卫生等方面的研究[1]。而在国外，人因工程研究的重点是工作负荷和职业健康，研究成果比例达到17.01%，在人因工程学研究中是最大的比例[2]。关于人因工程在生产车间的研究，主要偏向安全和卫生方面。于洪涛[3]提到：人们在从事受某种约束的活动时，不加检点采用姿势、占有的空间大小或不知不当，这些不仅会影响工作效率、作业质量，还容易产生疲劳，在特定条件下还会出现伤亡事故，这说明人因工程在生产车间中关于安全的研究，可以从设备布置、工人操作方法的角度出发，进而提高生产效率。如庞如英在基于人因工程的提高生产率模型的设计与应用中从机器布置、工人操作方法、工作环境等来阐述人因工程的应用。基于同样的思路文章将探讨人因工程在电缆生产车间的应用。
2.人因工程相关理论
2.1 人因工程的内涵
人因工程学（Human Factors Engineering），也称为工效学（Ergonomics），是研究人—机—环境三者相互关系的学科，是一门实践性、综合性、交叉性的边缘性应用学科。《中国企业管理百科全书》这样定义人因工程：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心里等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康、舒适的目的。
上述的人—机—环境系统中，人是处于主体地位的决策者，也是操纵者或是使用者；机是指人所操纵或使用的一切物的总称，它可以是机器，也可以是设施、工具或用具等；环境是人、机所处的物质和社会环境。三者相互作用、相互制约，且以人为本[4]。
人因工程研究方法的核心是以人为本，其方法主要有调查法、观测法、实验法、心理测量法、图示模型法。
2.2 作业空间
作业空间，是指人、机器设备、工装以及加工物所占的空间[5]。在工作系统中，人、机、环境这三个要素是相互关联而存在的，生产中人通过机器完成某些任务，都需要通过一定的作业空间来完成。在设计作业空间时，要符合安全距离（为了防止操作人碰到对人造成危险的东西而设计的障碍物距离作业者的尺寸范围）和最小距离（操作者在操作时所必须的最小范围）。操作姿势是影响空间设计的主要因素之一，正确的操作姿势可以减少疲劳，可以让操作者更有效率的完成任务。在作业空间中，对于不同的操作姿势，操作台的高度即工作面高度是有所不同。操作姿势一般分为三种：坐姿、站姿、坐立交替。站姿一般能进行较大范围的活动和较大力量的操作，一般操作范围大的作业且不是站立很久的工作，适合采用站姿的作业姿势。
2.3 控制器及色彩
人因工程研究人、机器、环境这三个要素的相互作用及其合理性。人是通过控制器才能把信息传递给机器，以达到控制或某特定运行状态的功能，控制器对人—机—环境有着极其重要的作用。为了实现控制器符合人因工程的要求，为了使用者更易辨别其功能，要充分考虑控制器形状、位置、大小、颜色、标记等编码的设计。文章主要研究控制器的颜色编码和标记编码。其中，颜色编码：是利用各个颜色不同来快速分辨出控制器的方式。一般停止、关断控制器采用红色；启动控制器采用绿色。标记编码：是一种利用文字、符号在控制器的近旁做出简明表示的编码方法。当控制器数量较多时，且控制器的形状相差不大时，利用标记编码可以提高辨别控制器的效率，进而达到减少时间，对生产效率有一定的促进作用。
3.结语
在利用人因工程改善生产车间存在的问题时，要遵循客观性、系统性和动态性的原则。
客观性就是要求在运用人因工程进行改善时，以客观事实的本来面目去揭示事物内在的规律性。以实际生产的环境出发，全面、真实、具体地记录研究所需的数据以及各种反应。在对对象做分析做结论时，要从现实出发。
系统性要求在研究过程中把研究对象放到系统中加以研究和认识。就是在在研究人—机—环境系统时，人、机、系统这三大要素之间存在着相互制约和相互协同的关系。人—机—环境系统中，整个系统的功能不是这三要素功能的简单相加。在研究人、机、环境系统时，要用系统观点从整体出发分析系统中每个小系统的性能以及相关性，再通过各部分的相互关系来分析并认识系统的整体性。
动态性要求对研究对象进行研究时，要根据不同的情况作相应地调整，不能生搬硬套，否则会直接或是间接地对生产产生负面的影响。[6]（作者单位：吉林大学管理学院）
参考文献
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第五篇：基因工程技术在废水处理中的应用研究
基因工程技术在废水处理中的应用研究
摘 要：随着科技的发展,产生了一系列严重的环境污染问题，尤其是对水的污染。越来越多的废水难以用传统方法进行处理，而基因工程技术作为一项新技术，逐渐应用到废水处理中。基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。本文介绍了基因工程技术的发展历程、基本原理，对该技术的特点及研究内容进行了说明，重点介绍了基因工程技术在废水处理中的应用，并对其发展趋势作了展望。
关键词：基因工程；原理；特点；废水处理；应用
1引言
众所周知，环境污染现已远远超出了自然界微生物的净化能力，尤其是在废水处理方面。如今生物法是废水处理的主要方法，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进化的微生物难于降解，而基因工程的引进开辟了培育高降解能力新品菌种的方法，利用基因工程技术检测微生物性状、提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术[1]。
20世纪50年代初, 由于分子生物学和生物化学的发展, 对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)的结构和功能有了比较清晰的阐述。20世纪70年代，Berg等首次用限制性内切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌体DNA，经过连接，组成重组DNA分子，宣告了基因工程的诞生[2]。这一技术发展到今天, 正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一, 广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力, 将为世界面临的环境保护等问题的解决提供广阔的应用前景。
2基因工程技术概述
基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术或DNA重组技术，是一项极为复杂的高新生物技术, 它利用现代遗传学与分子生物学的理论和方法,按照人类的需要, 用DNA重组技术对生物基因组的结构或组成进行人为修饰或改造, 从而改变生物的结构和功能, 使之有效表达出人类所需要的蛋白质或对人类有益的生物性状[3]。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
2.1 基因工程技术的原理
基因工程技术是一种按照人们的构思和设计,在体外将一种生物的个别基因插入质粒或其他载体分子, 构成遗传物质的重组, 然后导入到原先没有这类分子的受体细胞内进行无性繁殖, 使重组基因在受体细胞内表达, 产生出人类所需要的基因产品的操作技术。或者说, 基因工程技术是在生物体外, 通过对一种生物的DNA分子进行人工剪切和拼接, 对生物的基因进行改造和重新组合, 再把它导入另一种生物的细胞里, 定向地改造生物的遗传性状, 产生出具有新的遗传特性的生物[4]。
2.2 基因工程技术的特征
(1)跨物种性
外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。(2)无性扩增
外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。
2.3 基因工程技术的研究内容
一个完整的基因工程技术流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、基因的转移、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程。详细步骤和内容如下：(1)从复杂的生物有机体基因组中, 经过酶切消化或PCR扩增等步骤, 分离出带有目的基因的DNA片段；
(2)在体外, 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制并具有选择记号的载体分子上,形成重组DNA分子；
(3)将重组DNA分子转移到适当的受体细胞(亦称寄主细胞), 并与之一起增殖；(4)从大量的细胞增殖群体中, 筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆；(5)从这些筛选出来的受体细胞克隆, 提取出已经得到扩增的目的基因, 供进一步分析研究使用；
(6)将目的基因克隆到表达载体上, 导入受体细胞, 使之在新的遗传背景下实现功能表达, 产生出人类所需要的物质[5]。
3基因工程技术在废水处理中的应用
随着环境污染的加剧，出现了很多用传统方法难以解决的问题，于是基因工程技术逐渐被应用到环境保护中，尤其在废水的处理方面。
3.1基因工程技术在污水检测中的应用
3.1.1 聚合酶链反应(PCR)技术在污水检测中的应用
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)是20世纪80年代后期由K.Mullis等建立的一种体外酶促扩增特异DNA片段的技术，PCR是利用针对目的基因所设计的一对特异寡核苷酸引物，以目的基因为模板进行的DNA体外合成反应。由于反应循环可进行一定次数(通常为25~30个循环)，所以在短时间内即可扩增获得大量目的基因。这种技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等特点。PCR技术的基础是只有在微生物特定核酸存在的条件下，重复性酶促DNA合成和扩增才能够发生。PCR扩增产物可通过琼脂糖凝胶电泳来检验和纯化，也可以被用来克隆、转化和测序.在具体应用中往往采用经过修正的或与其它技术联合应用的PCR衍生技术，如RT-PCR、竞争PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等[6]。
PCR通过对待测DNA片段的特异性扩增，一方面作为菌株定性鉴定的重要手段，同时也为定性和定量研究微生物的群落特征提供帮助。自PCR技术问世以来，通过其自身的不断完善以及同其它相关技术的联用，在污水生物处理微生物的检测和鉴定方面得到了长足的发展，为该领域的研究提供了一个高效、灵敏、简便的研究工具。应用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法对环境微生物进行研究可以不经过培养，直接从样品中提取细菌的DNA，再将编码有16SrDNA的基因进行扩增。通过这种方法能够直接了解样品中微生物分布结构，并能大致比较相同条件下单一菌群的生物量。王峰等[7]采用PCR-DGGE技术来分析活性污泥与生物膜中微生物种群的结构，可以不经过常规培养而直接从活性污泥和生物膜样品中提取DNA；Marsh等[8]利用PCR-DGGE分析并获得了活性污泥中真核微生物的种群变化情况。以上的事实均说明，PCR-DGGE结合测序技术是一种完全可行的适于环境样品微生物研究的快速分析方法。
3.1.2 荧光原位杂交技术(FISH)技术在污水检测中的应用
荧光原位杂交技术(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性，能够在自然的微生物环境中检测和鉴定不同的微生物个体，并提供污水处理过程中微生物的数量、空间分布和原位生理学等信息。FISH技术的基本原理是通过荧光标记的探针在细胞内与特异的互补核酸序列杂交，通过激发杂交探针的荧光来检测信号从而对未知的核酸序列进行检测[9]。
近年来，对污水处理的研究已经从简单研究污水处理的表征现象转移到更深入地研究活性污泥内部微生物种类及其特性。荧光原位杂交技术是一种微生物生态的研究技术，在测定过程中不破坏细胞、保持细胞形态完整，能够真实反映在自然环境下微生物的形态结构及分布状态。FISH技术的优势在于可以了解微生物在污泥中的数量、形态及分布状态等。虽然FISH技术在应用过程中还存在着一些问题，如：检测的假阳性、假阴性等。但是，目前FISH技术在不断发展完善的同时，已与其他分子生物技术相结合，这样更能反映出污水中微生物种群的多样性以及定量分析微生物种群在空间的动态变化[10]。
3.1.3 DNA重组技术在污水检测中的应用
DNA重组技术的实质是，将两个或多个单独的DNA片段连接起来产生一个能在特定宿主中自主复制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的获得；选择载体并进行处理；将目的DNA片段和处理后的载体连接；将连接产物导入合适的宿主细胞内，使重组DNA分子在宿主细胞内复制扩增；将转化菌落在平板培养基上培养成单个菌落，筛选获得含有重组DNA的阳性克隆[11]。在废水的处理过程中仅靠分离和筛选的功能性微生物是不够的。在混合的微生物群体中筛选特定的微生物菌种时往往得不到预期的结果；特定的微生物可能难以培养，从而无法应用到实际的生物反应器中；人类排放到环境中的污染物越来越复杂且难以处理。因此，有必要通过基因工程技术并根据具体的需要构建有效的基因工程菌或培育出可高效降解复杂多样的有害污染物的细菌来解决以上的问题。
3.2基因工程技术在有机废水处理中的应用
生物处理法是废水中有机污染物降解的主要方法，但是部分难降解有机污染物需要不同降解菌之间的协同代谢或共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式；其次,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性，对代谢活性有抑制作用；此外,将不同种属、来源的细菌的降解基因进行重组,把分属于不同菌体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。
刘春等[12]以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响。结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,平均去除率为95%,最大去除负荷可以达到70mg/(L·d)。生物强化的MBR对生活污水中COD的平均去除率为71%,COD平均出水浓度65mg/L。
吕萍萍等[13]研究发现，克隆有苯降解过程中的关键基因——甲苯加双氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)对苯具有较高的降解效率和降解速度,应用于固定化细胞反应器中效果突出。在较短的水力停留时间内,可以将1500mg/L苯降解70%,降解速度为1.11mg/(L·s),延长水力停留时间,可以使去除率达到95%以上。该反应器对高浓度的苯具有突出的处理效果。同时所得到的产物为环己二烯双醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。
3.3基因工程技术在重金属废水处理中的应用
处理重金属废水的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等。目前最常用的就是基因工程技术，它与传统的处理方法相比,具有以下优点[14]:(1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除；(2)节能,处理效率高；(3)操作时的pH值和温度条件范围宽；(4)易于分离回收重金属；(5)吸附剂易再生利用；(6)对钙、镁离子吸附量少；
(7)投资小,运行费用低,无二次污染。
3.3.1基因工程菌强化生物化学法处理重金属废水
生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法,该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,重金属离子和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高,从而形成重金属的氢氧化物而沉淀。中国科学院成都生物研究所从电镀污泥、废水及下水道铁管内分离筛选出35株菌株,从中获得高效净化Cr(VI)复合功能菌。
袁建军等[15]利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子,发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率,且该基因工程菌能在很宽的pH范围内有效地富集汞。但高浓度的重金属废水对微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不过,可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株,微生物处理重金属废水一定具有十分良好的应用前景。
3.3.2 基因工程强化生物絮凝法处理重金属废水
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂，是带电荷的生物大分子，主要有蛋白质、黏多糖、纤维素和核糖等。目前普遍接受的絮凝机理是离子键、氢键结合学说。前述硅酸盐细菌处理重金属废水可能的机理之一就是生物絮凝作用。目前对于硅酸盐细菌絮凝法的应用研究已有很多，有些已取得显著成果。运用基因工程技术，在菌体中表达金属结合蛋白分离后，再固定到某些惰性载体表面，可获得高富集容量絮凝剂[16]。
3.4基因工程菌在制药废水处理中的应用
化学合成制药废水中有机污染物浓度高、可生化性差且组分复杂, 属于难处理废水。利用基因工程技术构建高选择性基因工程菌可以提高微生物生物强化处理技术。因此，采用跨界融合技术，构建基因工程菌Xhhh处理制药废水，其出水水质可以达到《污水综合排放标准》GB 8978—1996 一级标准。运行结果表明，该工艺处理效果稳定高效[17]。
4结语 自2000年，国际上提出基于系统生物学原理的基因工程概念后，基因工程被应用于社会各个领域，并且手段日新月异。在环境领域当中，基因工程正迅速应用到废水检测和废水治理当中，培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本。随着分子生物学技术、环境工程检测技术的发展，并结合我们已经掌握的微生物群落结构和功能方面的知识,我们逐渐了解到污水生物处理系统中微生物群体的多样性、实际生存状态、功能特点,并更有效地对其加以开发和利用。此外，基因工程菌的出现，使以往的一些难降解有机废水、制药废水、石油废水、重金属污染废水以及其他有毒有害废水等都得到了有效地治理，还会实现废水资源化。当前，引入DNA扩增和其它生物技术的环境监测方法等将是基因工程技术研究的侧重方向。
基因工程技术作为一种新兴技术以极快的速度发展着。以下两方面的研究将对水资源的保护有重要意义。一是对基因工程菌的深入研究，如基因工程菌对污染物的代谢途径、控制目的基因表达的启动子基因序列、降解基因表达的调控条件的优化等方面的研究。二是对环境中微生物的习性及基因工程菌与环境中微生物和污染物之间的相互作用进行研究。从而使基因工程菌在治理有机物污染方面的实际应用成为可能。目前的研究主要是利用单一的基因工程菌对污染物进行处理,随着研究的不断深入,利用多种基因工程菌相结合对污染物进行处理,将对水资源保护起到更为重要的作用。
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