气体流速检测论文

环境工程专业的论文

导语：针对环境工程这一专业，大家会写出什么样的论文呢？下面是我收集整理的环境工程专业论文，供各位阅读和参考。

摘要：

磁性固化技术凭借自身的特点与优势在环境工程利用中得到了广泛地应用，并且从其应有效果来看，其具有不错的应用前景。该文在介绍磁性固化技术种类的基础上，对其在环境工程领域中的应用进行了介绍，仅供参考。

关键词：

磁性固化；环境工程；废气处理

磁性固化技术通过物理或化学方法将酶或微生物定位于磁性固化载体，待固化反应完后，通过外部磁场完成对其的分离处理，同时使酶或微生物能够保持活性，并且可以进行多次固化，具有不错的应用前景。

1磁性载体的固化分类

磁性纳米球是磁性固化过程中的常用载体，对其进行分类大体可以分为以下几种。

（1）吸附法，利用物理吸附方法，将酶固定在琼脂糖或多孔玻璃等载体上。该固定方法具有固定条件温和、工艺简单等诸多优点，同时其载体具有较为广泛的选择空间，既可以选择人工合成的高分子材料，也可以选择天然的高分子材料，在吸附过程中可以实现固定化和纯化，失活的酶能够再次活化，而应用的载体也能够实现再生。

（2）共价法，支持物反映基团和分子功能基形成共价键，粘合十分牢固，在应用过程中具有较高的稳定性，并且很少会发生酶脱落的情况。该方法在应用过程中的主要缺点是固化和载体活化起来相对比较复杂，并且反应发生所需要的环境也十分剧烈，因此要想获取活力较好的固定化酶，必须要对反应条件进行严格地控制。

（3）包埋法，在聚合物材料的微囊或格子结构中固定酶，通过这种方式有效地避免了酶蛋白释放，而在实际操作中，在微囊或格子中仍然可以有底物落入与酶发生接触。该方法的最大优点是操作起来相对比较容易，只是将酶分子包埋起来，不会对生物活性造成较为严重地破坏，但是该方法并不是适用于分子较大的底物。（4）交联法，对试剂进行应用，完成蛋白酶之间交联，从而使多功能试剂与酶分子之间形成共价键，最终形成三向交联网结构，酶分子不仅存在外交联，而且也存在内交联。在实际操作过程中添加材料上的差异会使产生的固化酶具有不同的物理性质。

2环境工程对磁性固化技术的应用

2.1环境检测

免疫磁性分离技术在生物学和医学中的应用已经十分成熟，近几年其也被应用到环境检测中。通过对免疫磁分离技术的应用可以从样品中将目标微生物分离，如果在检验过程中与荧光免疫分析、多聚酶链式反应等方法合理地结合在一起，可以提高检测极限和分离效率。在检测废水大肠杆菌的含量时，可以结合三磷酸腺苷为生活和免疫磁性分离技术相结合，实验结果显示，检测的整个环节时间低于60min，并且检测结果具有较高的精准度，因此是一种快速有效的检测方法。部分学者在研究过程中在分离金属离子过程中利用了一种表面被改性后的磁性纳米微生物球，实验结果显示，在浓度为10ng/ml，pH=4的溶液中,Cu、Co、Pb等离子能够依照顺序被提出，并且提取效率超过了90%，是一种不错的方法。

2.2废气处理

磁性固定化技术因为具有反应速度块、密度高、产物易分离、抗毒性较强等等优点，被广泛地应用到废气治理领域中。宣群等研究人员利用海藻酸钠进行固化实验，在对氧化亚硫酸铁的降解率超过了97%，得到不错的应用效果。马艳玲等研究人员利用海藻酸钙制定固定微生物颗粒实现对硫化氢等废气的净化，通过实验发现，硫化氢的排除率超过了90%，排除效果良好。此外，马艳玲通过对活性炭的应用，对假单胞菌进行吸附降解油烟废气，通过实验结果发现，当气流速低于8L/h，油烟浓度未超过100mg/L，容积负荷处于2.5～19.0g/m3h，油烟的滞留时间超过30s时，生活反应器对讲解油烟的效率超过了95%，降解效果十分明显，对油烟的处理效果明显，并且以活性炭为填充料的反应器具有较强的抗冲击能力，这也确保了其应用的合理性。

2.3废水处理

部分学者在尝试在污水处理过程中将磁性技术与固化技术结合，将磁性物质作为酶或微生物在固化过程中的载体，通过其具有的磁场和高效分离等特点对微生物和污水进行处理，这弥补了传统废水处理中难以对微生物进行处理，难以将水与微生物进行分离的弊端，探索出一条处理废水的新途径。在对磁性纳米球进行一系列地处理后，可以使其携带功能基团，这在一定程度上提高了载体对微生物的固载量。固定微生物附着在磁性载体上可以使其在废水处理上的效率、速度得到提高，同时在污水处理过程中还具备磁处理所具有的优势，也就是在存在外磁场的情况下，具有较强的磁响应，因此很容易从反应体系中将载体分离出来，具有良好的处理效果。

部分学者在磁性微球上固定辣根过氧化物酶，在固定酶过程中，酶最大固载量可以达到3.35mg/g，在反应器中利用其对废水（含有酚酞）进行处理，在实验过程中对废水的成分进行处理，通过测量，游离酶的动力学参数Km为224μmol/L，固定化酶动力学参数Vmax为371μmol/L；也有学者对磁活性污泥进行应用对奶厂生产过程中产生的废水进行处理，主要处理废水中的氨氮和有机物，相关实验表明，处理率分别可以达到98%和92%，并且随着科技的发展，处理率还会进一步提高，可见其是一种高效的处理方法；部分学者也针对功能化硅包覆介孔磁性载体固定细菌效果进行了研究，主要针对pH值、处理时间、处理温度等因素进行分析，同时在研究过程中需要将结果与其他载体固菌效果对比。实验结果显示在30℃环境中，摇床中的振动速度为200r/min，对固菌进行24h培养效果最佳，在城市污水处理过程中对固菌后载体进行应用，处理24h，主要处理过程中应当在pH=7，投加量为0.5g的最佳情况下开展，在该环境下，去除COD的量能够超过83%，利用pH=2的HCL溶液完成酸洗后的再生载体，将其应用到城市污水处理中，处理效果仍然可以超过76%。

将磁性载体固化酶放入磁场稳定流动床反应器中，可以简化整个体系在反应过程中的操作环节，比较适合规模化生产。通过对外部磁场的应用可以对磁性材料固定酶的运动方向和方式进行适当控制，通过该方式顶替传统机械搅拌的方式，可以使搅拌变得更加合理，使固定化酶的催化效率得到了进一步提高。

部分学者利用纳米磁粉磁化菌生物肥对屠宰场的废水进行处理，处理结果显示，通过对该工艺的应用，可以快速地分离磁性生物絮凝泥水混合液，在处理过程中仅需要15min便可以完成沉淀，磁粉和磁场能够促进微生物的新陈代谢，提高了污泥活性以及处理废水的效果，通过大量的实验结果进行统计分析，可以发现，利用其对屠宰场的废水处理，对SS、COD、NH3-N3种化学物质的.去除效率分别可以达到92%、96%、87%，通过处理后的排除的水的水质远高于排放标准，并且该工艺具有很强的抗冲击负荷能力，具有不错的应用前景。

3结语

磁性固化技术因为其自身具有的特点和优势,被广泛地应用到生物学、医学等多个领域中，并且对其的应用也已经逐渐趋于成熟，但是对其环境工程领域中的应用还处于发展阶段。因此，加强对磁性固化技术在环境工程领域中的应用的研究，扩大其应用范围，并且要将研究结果由实验阶段逐渐向应用阶段发展，进一步改善我国的环境。

化学污染与生态是研究生态环境中的污染物与周围的生态环境之间相互影响的规律的科学，是环境工程专业的一门重要的专业课。化学污染与生态课程是一门综合性课程，同时又具有较强的现实性和实践性特点。针对化学污染与生态课程教学，我们在多年课程教学改革和实践中进行了一些探索并形成了一些想法。

一、课程特点分析

化学污染与生态课程是为环境工程专业三年级学生开设的一门综合性专业课程，这门课程涉及内容和范围比较广泛，因此在学习本课程之前学生需要具备与该课程相关的基础知识，学生不但要对有机化学和无机化学具有较深的理解，而且还应当深入了解生态学和环境学等方面的知识。在这门课程的学习过程中，学生在以前所学的相关知识的基础上进一步掌握化学污染物与生态环境的相互作用规律，并且能够根据所学的知识对实际污染过程进行分析并提出具体的防治措施。在这门课程的学习过程中，学生不但要学习各种理论知识，还应当能够进行相关的验证性和设计性实验，达到理论与实践的结合。同时，通过对该课程的学习，可以激发学生们的学习兴趣并且扩展他们的视野，为进一步学习环境工程专业的其他课程打下一定的基础。

二、教学内容的设计

化学污染与生态课程的主要研究内容是化学污染物与生态环境之间的相互作用，对实际污染过程进行分析并提出具体的防治措施。该课程的一个重要特点是内容涉及多学科交叉，包括化学，环境学和生态学等学科的基本概念和基本原理。该课程涉及内容较多但课程学时数又有所限制，因此在课程教学内容的设计过程中要考虑到这些实际情况，防止该课程所讲述的内容与其他相关课程的内容产生重复现象，重点讲述本课程的核心内容。该课程的主要内容是以生态学的基本原理为基础，以化学和生态学理论相结合的观点探讨生态系统的结构和功能，详细研究非金属污染物，重金属污染物，有机污染物的来源，分布，循环，迁移转化规律以及对生态系统的作用和防治方法等。同时在教学过程中还要通过文字和影音图片资料介绍学科发展的前沿最新动态，让学生了解到最新的研究成果，这样可以使教学内容更丰富和充实。

三、教学过程中教学方法的运用

在这门课程讲授过程中发现完全的以教师讲授教学内容的方法，很难适应学生能力培养的要求。这种教学方法不利于发挥学生的主观能动性，也不利于培养学生的创新思维。因此教学改革中需要改善教学模式，在课程讲授过程中既能发挥教师的主导作用又能调动学生学习的积极性，从而提高教学效果。同时在教学过程中不同的章节其具体的内容也不一样，可以针对不同的内容采用不同的教学方法，提高教学效率。在化学污染与生态课程的教学过程中运用了如下所述的多种教学方法。第一种方法是讲授法，讲授法是教学过程中最基本的方法，这种方法主要用于基本原理和基本概念的讲述。讲授过程中教师除了讲授课程中的内容以外，还可以结合自己的科研过程，把一些相关的内容进行讲述，使学生能够更多地掌握本学科的知识。第二种方法是课堂提问法，课堂提问可以活跃课堂气氛，同时还可以调动学生对问题积极思考的能力，通过主动思考学生对课程重点和难点的认识得以强化，使分析问题的过程思路清晰并且条理化。同时通过对以前所学知识进行课堂提问也可以巩固学生对所学知识的掌握。第三种方法是课堂讨论，课堂讨论是一种较好的教学方法，随着素质教育的深入，课堂讨论也被越来越多地使用，这种方法可以活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，有利于培养学生学习过程中的主观能动性，学生可以在课堂讨论过程中发现问题，然后通过讨论解决问题，是一种合作学习的过程，通过这种分析归纳总结的思维过程，可以让学生体会自主探究的过程，充分展示学生的个性。采用课堂讨论的方法的过程中，为了达到较好的教学效果，学生需要对问题进行充分的思考，为了使学生有充分的独立思考的时间，可以提前介绍下节课的主要内容以及提出的问题，上课时在教师的指导下通过课堂讨论的方式进行课程内容的学习。第四种方法是案例教学法，教师在课程讲述过程中要注意运用案例进行教学，通过实际案例对一些环境污染问题和事件进行探讨，可以使学生学会应用基本原理对实际情况进行分析，加深对所学知识的理解和掌握，同时还可以使学生及时了解这方面的研究热点以及最新科研成果。

四、多媒体教学的应用

多媒体教学法是随着计算机多媒体技术的发展而产生的一种新的教学方法，是传统板书教学法的重要的辅助手段。多媒体教学法和板书教学法各有优点和缺点，根据环境污染与生态课程的特点，结合环境工程专业的特点，本课程采用多媒体教学法结合板书教学法进行课堂教学。在多媒体教学过程中，可以在很大程度上增加课堂教学的信息量，例如一些图表可以通过图片方式快速显示出来，这样就能把更多的时间放到对图表的分析上。同时，利用多媒体技术可以把一些抽象的理论和概念直观地显示出来，达到感性认识和理性认识的有机结合，例如可以通过动画讲述一些比较抽象的概念和过程。因此采用多媒体教学法可以提高学生学习这门课程的学习兴趣，有利于学生对课堂所学知识的理解和掌握，从而提高课堂教学的效果。当然，多媒体教学方法只是一种辅助教学手段，传统的板数教学方法仍有很强的灵活性和实用性，例如教师在黑板上对公式进行逐步推演要比多媒体教学法更符合学生的认知规律，在多媒体教学方法的应用过程中，要与传统的板书教学法相结合，这样才能达到更好的教学效果。

五、适当增加实践性内容

化学污染与生态课程具有很强的现实性和实践性，因此应当开展实践教学活动，首先学生应当能够进行验证性实验的操作，在教师的指导下应用实验设备进行独立的操作，在实验过程中通过观察各种实验现象从而进一步加深对所学理论知识的理解和掌握。此外还鼓励学生进行创新性和设计性实践项目，例如让学生从一些环境污染问题中提出研究题目，查阅国内外与此研究题目相关的文献资料，然后进行讨论确定研究方案，在教师的指导下进行实验，通过这种具体的科研实践活动可以提高学生理论联系实际的能力，同时也巩固了在课堂上所学的知识。

六、改变课程成绩评定方式

成绩的评定是化学污染与生态课程教学改革的一个重要方面，在成绩评定过程中需要要注重四个方面，第一个方面是对学生所学课程理论基础知识的成绩评定，这项评定通过笔试试卷考试的方式进行，考试过程采用教考分离的方法，防止任课教师试卷出题过程中的倾向性，这样能更客观地评价教学过程中教师的教学效果以及学生的学习成绩，同时试卷阅卷过程采用流水阅卷方式，在此过程中可以让每位教师对学生的答题情况进行分析，这样可以更客观地评估教学成效；第二个方面是对学生出勤和平时作业的成绩评定，第三个方面是学生在实践环节中的表现，最后是成绩评定过程中还要注重学生对化学污染与生态学科发展的认识，以及对所学的一些基本原理在自己专业领域中的应用的认识。

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生物传感器的研究现状及应用摘要：简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的研究与应用，对其发展前景及市场化作了预测及展望。生物电极是以固定化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料，与氧电极、膜电极和燃料电极等构成生物传感器，在发酵工业、环境监测、食品监测、临床医学等方面得到广泛的应用。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。 关键词：生物传感器；发酵工业；环境监测。中图分类号：tp212.3 文献标识码：a 文章编号：1006-883x(2002)10-0001-06一、 引言 从1962年，clark和lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。在最初15年里，生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶的价格昂贵并不够稳定，因此以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到一定的限制。近些年来，微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点。此外，还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而目前，光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术（pcr）的发展，应用pcr的dna生物传感器也越来越多。二、 研究现状及主要应用领域 1、 发酵工业各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势。(1). 原材料及代谢产物的测定微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要，用荧光假单胞菌（psoudomonas fluorescens）代谢消耗葡萄糖的作用，通过氧电极进行检测，可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比，测定结果是类似的，而微生物电极灵敏度高，重复实用性好，而且不必使用昂贵的葡萄糖酶。当乙酸用作碳源进行微生物培养时，乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。用固定化酵母（trichosporon brassicae），透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度。此外，还有用大肠杆菌（e.coli）组合二氧化碳气敏电极，可以构成测定谷氨酸的微生物传感器，将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内，由细菌―胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等。(2). 微生物细胞总数的测定在发酵控制方面，一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现在阳极表面，细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统已应用于细胞数目的测定，其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。(3). 代谢试验的鉴定传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征。这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。2、 环境监测(1). 生化需氧量的测定生化需氧量（biochemical oxygen demand ?bod）的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。常规的bod测定需要5天的培养期，操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大，不宜现场监测，所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定。目前，有研究人员分离了两种新的酵母菌种spt1和spt2，并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量bod，其重复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中bod的测定，其测量最小值可达2 mg/l，所用时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器，用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料，在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存，浸泡后即恢复活性，为海水中bod的测定提供了快捷简便的方法[4]。 除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的bod值。该传感器的反应时间是15min，最适工作条件为30°c，ph=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l范围内），并且不被重金属（fe3+、cu2+、mn2+、cr3+、zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水bod的测定，并且获得了较好的结果[4]。现在有一种将bod生物传感器经过光处理（即以tio2作为半导体，用6 w灯照射约4min）后，灵敏度大大提高，很适用于河水中较低bod的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的bod值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（pseudomonas fluorescens）用光致交联的树脂固定在反应器的底层，该测量方法既迅速又简便，在4℃下可使用六周，已经用于工厂废水处理的过程中[5]。(2). 各种污染物的测定常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极组合构成。目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(nox-)，它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的nox-进行了测量，其效果较好[6]。硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在ph=2.5、31℃时一周测量200余次，活性保持不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是chromatium.sp，与氢电极连接构成[7]。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。可以通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于环境监测。现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌（e.coli）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展。目前，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出来，以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适条件为：ph=7.4、35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属（pseudomonas rathonis）制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸gf/a，或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力。该传感器能在测量结束后很快的恢复敏感元件的活性[10]。还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，使用的是人造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶g，与自动系统cl-fia台式电脑结合，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°c下可以使用两周以上，重复性高[12]。最近，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部分，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --np-80e）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌属（trichosporum grablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天（用于连续测定时）。在浓度范围0.5~6.0mg/l内，电信号与np-80e浓度呈线性关系，很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13]。除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前已经成功设计了一个完整的，基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统。将弧菌属细菌（vibrio fischeri）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（alcaligenes eutrophus (ae1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒酿酵母（saccharomyces cerevisiae）重组菌株作为生物元件，这些菌株带有酒酿酵母cup1基因上的铜离子诱导启动子与大肠杆菌lacz基因的融合体。其工作原理，首先是cup1启动子被cu2+诱导，随后乳糖被用作底物进行测量。如果cu2+存在于溶液中，这些重组体细菌就可以利用乳糖作为碳源，这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围(0.5~2)´10-3mol范围内测定cuso4溶液。目前已经将各类金属离子诱导启动子转入大肠杆菌中，使得大肠杆菌会在含有各种金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以测定重金属离子的浓度，其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔，所需时间为60~100min[15][16]。用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已经研制成功，使用嗜碱性细菌alcaligenes cutrophus，并用于对污水中锌的浓度和生物有效性进行测量，其结果令人满意[17]。估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋藻属蓝细菌（ cyanobacterium spirlina subsalsa）和一个气敏电极构成的。通过监测光合作用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为介质，对三种主要污染物（重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂）的不同浓度进行了测定，均可监测到它们的有毒反应，重复性和再生性都很高[18]。近来由于聚合酶链式反应技术（pcr）的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用，不少科学家开始着手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用pcr技术的dna压电生物传感器，可以测定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上，用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面进行。用细菌中提取的dna样品进行同样的杂交反应并由pcr放大，产物为气单胞菌属（aeromonas hydrophila）的一种特殊基因片断。这种压电生物传感器可以鉴别样品中是否含有这种基因，这为从水样中检测是否含带有这种病原的各种气单胞菌提供了可能[19]。还有一种通道生物传感器可以检测浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经毒素等毒性物质，目前已经能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的psp毒素[20]。dna传感器也在迅速的得到应用，目前有一种小型化dna生物传感器，能将dna识别信号转换为电信号，用于测量水样中隐孢子和其他水源传染体。该传感器着重于改进核酸的识别作用和加强该传感器的特异性和灵敏性，并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法，目前研究工作为识别装置和转换装置的一体化[21]。微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素，一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已经制得，用于测量水中微藻素的含量，它直接的测量范围是50~1000 ´10-6g/l[22]。 一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已经提出。在这种多重生物传感器中，应用了两种传导器―对ph敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极，以及三种酶―尿素酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已经得到测试，效果较好[23]。除了发酵工业和环境监测，生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域，主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸，以及各种致癌和致变物质。三、 讨论与展望 美国的harold h.weetal指出，生物传感器商品化要具备以下几个条件：足够的敏感性和准确性、易操作、价格便宜、易于批量生产、生产过程中进行质量监测。其中，价格便宜决定了传感器在市场上有无竞争力。而在各种生物传感器中，微生物传感器最大的优点就是成本低、操作简便、设备简单，因此其在市场上的前景是十分巨大和诱人的。相比起来，酶生物传感器等的价格就比较昂贵。但微生物传感器也有其自身的缺点，主要的缺点就是选择性不够好，这是由于在微生物细胞中含有多种酶引起的。现已有报道加专门抑制剂以解决微生物电极的选择性问题。除此之外，微生物固定化方法也需要进一步完善，首先要尽可能保证细胞的活性，其次细胞与基础膜结合要牢固，以避免细胞的流失。另外，微生物膜的长期保存问题也待进一步的改进，否则难于实现大规模的商品化。 总之，常用的微生物电极和酶电极在各种应用中各有其优越之处。若容易获得稳定、高活性、低成本的游离酶，则酶电极对使用者来说是最理想的。相反的，若生物催化需经过复杂途径，需要辅酶，或所需酶不宜分离或不稳定时，微生物电极则是更理想的选择。而其他各种形式的生物传感器也在蓬勃发展中，其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。--------------------------------------------------------------------------------参考文献[1]韩树波，郭光美，李新等.伏安型细菌总数生物传感器的研究与应用[j].华夏医学，2000，63（2）：49-52 [2]蔡豪斌.微生物活细胞检测生物传感器的研究[j]. 华夏医学，2000，13（3）：252-256[3] trosok sp, driscoll bt, luong jht mediated microbial biosensor using a novel yeast strain for wastewater bod measurement[j]. applied micreobiology and biotechnology，2001， 56 (3-4): 550-554 [4] 张悦,王建龙，李花子等.生物传感器快速测定bod在海洋监测中的应用[j].海洋环境科学，2001，20(1)：50-54[5] yoshida n, mcniven sj, yoshida a,etc.a compact optical system for multi-determination of biochemical oxygen demand using disposable strips[j]. field analytical chemistry and technology，2001，5 (5): 222-227[6] meyer rl, kjaer t, revsbech np. use of nox- microsensors to estimate the activity of sediment nitrification and nox- consumption along an 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1726年，伯努利通过无数次实验，发现了“边界层表面效应”：流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献，这一发现被称为“伯努利效应”。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体,是流体作稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的压强与流速的关系，流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。比如，管道内有一稳定流动的流体，在管道不同截面处的竖直开口细管内的液柱的高度不同，表明在稳定流动中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。这一现象称为“伯努利效应”。伯努利方程：p+1/2pv^2=常量。在列车站台上都划有安全线。这是由于列车高速驶来时，靠近列车车厢的空气将被带动而运动起来，压强就减小，站台上的旅客若离列车过近，旅客身体前后出现明显压强差，将使旅客被吸向列车而受伤害。 伯努利效应的应用举例：飞机机翼、 喷雾器、汽油发动机的汽化器、球类比赛中的旋转球。

三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用论文

摘要： 变压器故障条件下在绝缘油中产生大量气体，三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥了十分重要的作用。本文对三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用做了介绍，供广大电力人员作参考。

关键词： 三比值法 气体分析变压器故障判断应用

电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。据有关资料介绍，对359台故障变压器统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占18.1％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占1.9％。电气测量不能发现以上很多隐性故障，如何找到一种能早期发现这些隐性故障的检测手段和方法以快速判断变压器故障的原因、性质和发展趋势是十分必要的。而三比值法气体分析就是在变压器故障分析中被大量采用的有效的化学测量方法。

一、绝缘油产气原理

1、 产品老化及故障条件下温度上升与放电导致绝缘油分解并产生气体

绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如：CH3*、CH2*CH*，或C*（其中包括许多更复杂的形式），这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（X-蜡）。

故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。 低能量故障，如局部放电，通过离子反应促使最弱的键C-H键（338 kJ／mol）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。对C-C键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以C-C键（607 kJ／mol）、C＝C键（720 kJ／mol）和C 三C（960 kJ／mol）键的.形式重新化合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。 乙烯是在大约为500℃（高于甲烷和乙烷的生成温度）下生成的。乙炔的生成一般在800℃～1200℃的温度。因此，大量乙炔是在电弧的弧道中产生的（低于800℃也会有少量的乙炔生成）。油起氧化反应时伴随生成少量的CO和CO2。油碳化生成碳粒的温度在500℃～800℃。

2、 固体绝缘材料分解产生气体

纸、层压纸板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的C-O键及葡萄糖甙键，它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱，并能在较低的温度下重新化合。聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。CO和CO2的形成不仅随温度而且随油中氧的含量和纸的湿度增加而增加。

二、产气与故障关系

故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。在变压器里，当产气速率大于溶解速率时，会有一部分气体进入气体继电器或储油柜中。当变压器气体继电器内出现气体时，分析其中的气体，同样有助于对设备的状况做出判断。

不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体可归纳为表1。

变压器内部是否正常或存在故障，常用气相色谱分析结果的三项主要指标（总烃、已炔、氢）来判断。油中气体含量正常值和注意值见表2。

仅根据表3所列气体含量的绝对值很难对故障的严重程度作出正确判断，还必须考察故障的发展趋势，这与故障的产气速率密切相关。产气速率分为绝对产气速率和相对产气速率两种。规范规定对于密封式（隔膜式）变压器，总烃产气速率的注意值为0.5mL/h；总烃的相对产气速率大于10%时应引起注意。

三、判断故障性质的三比值法

三比值法是利用气相色谱分析结果中五种特征气体含量的三个比值（C2H2 /C2H4、CH4/ H2 、C2H4 /C2H6）来判断变压器内部故障性质。实践表明，这一方法判断故障性质的准确率相当高。由于当采用不完全脱气方法脱气时，各组分的脱气速率可能相差很大；但三比值法中，每一对比值之两种气体脱气速率之比都接近于1。所以采用三比值法克服了因脱气速率的差异所带来的不利影响。

三比值法按照比值范围，把三个比值以不同的编码来表示，编码规则如表4。

四、故障判断的步骤

1、气相色谱分析结果的三项指标（总烃、乙炔、氢）与规程的注意值进行比较，并分析CO、CO2的含量。

2、当主要指标达到或超过注意值时，应进行追踪分析、查明原因，结合产气速率估计是否存在故障或故障严重程度及发展趋势。有一项或几项主要指标超过注意值时，说明设备存异常情况，要引起注意。但规程推荐注意值是指导性，它不是划分设备是否异常唯一判据，不应当作强制性标准执行；而应进行跟踪分析，加强监视，注意观察其产生速率变化。有设备特征气体低于注意值，但增长速度很高，也应追踪分析，查明原因；有设备因某种原因使气体含量超过注意值，能立即判定有故障，而应查阅原始资料，若无资料，则应考虑一定时间内进行追踪分析；当增长率低于产气速率注意值，仍可认为是正常。判断设备是否存故障时，不能只一次结果来判定，而应多次分析以后，将分析结果绝对值与导则注意值作比较，将产气速率与产气速率参考值作比较，当两者都超过时，才判定为故障。当确定设备存潜伏性故障时，就要对故障严重性作出正确判断。判断设备故障严重程度，除分析结果绝对值外，必须用产气速率来考虑故障发展趋势，计算故障产气速率可确定设备内部有无故障，又可估计故障严重程度。当有意识用产气速率考察设备故障程度时，必须考察期间变压器不要停运而尽量保持负荷稳定性，考察时间以1～3个月为宜。考察期间，对油进行脱气处理或较短运行期间及油中含气量很低时进行产气速率考察，会带来较大误差。

3、可能发生故障时，用特征气体法或三比值法对故障类型作初步判断，一般用三比值法更准确。但用三比值法应注意有关问题有：

(1)采用三比值法来判断故障性质时必须符合条件：

1)色谱分析气体成分浓度应不少于分析方法灵敏度极根值10倍。

2)应排除非故障原因引入数值干扰。

3)一定时间间隔内(1～3个月)产气速率超过10％／月。

(2)注意三比值表以外比值应用，如122、121、222等组合形式表中找不到相应比值组合，对这类情况要进行对应分析和分解处理。如有认为122组合可以分解为102+020，即说明故障是高能放电兼过热。另外，追踪监视中，要认真分析含气成分变化规律，找出故障类型变化、发展过程，例如三比值组合方式由102—122，则可判断故障是先过热，后发展为电弧放电兼过热。当然，分析比值组合方式时，还要结合设备历史状况、运行检修和电气试验等资料，最后作出正确结论。

(3)注意对低温过热涉及固体绝缘老化正确判断。绝缘纸150˙C以下热裂解时，主要产生CO2外，还会产生一定量CO、乙烯和甲烷，此时，成分三比值会出现001、002、021、022等组合，这样就可能造成误判断。这种情况下，必须首先考虑各气体成分产气速率，CO2始终占主要成分，产气速率一直比其他气体高，则对001--002及021--022等组合，应认为是固体绝缘老化或低温过热。

(4)注意设备结构与运行情况。三比值法引用色谱数据是针对典型故障设备，而不涉及故障设备各种具体情况，如设备保护方式、运行情况等。如开放式变压器，应考虑到气体逸散损失，特别是甲烷和氢气损失率，引用三比值时，应对甲烷、H2比值作些修正。另外，引用三比值是各成分气体超过注意值，特别是产气速率，有理由判断可能存故障时才应用三比值进一步判断其故障性质，用三比值监视设备故障性质应故障不断产气过程中进行。设备停运，故障产气停止，油中各成分能会逐渐散失，成分比值也会发生变化，，不宜应用三比值法。

(5)目前对尚没有列入三比值法某些组合判断正研究之中。例如121或122对应于某些过热与放电同时存情况，202或212装有载调压开关变压器应考虑开关油箱油可能渗漏到本体油中情况。

4、气体继电器内出现气体时，应将其中气体分析结果与油中气体分析结果作比较。比较时应将气、液两相气体进行换算。若故障气体含量均很少，说明设备是正常的。若溶解气体略高于气体继电器，说明设备存在产气较慢的潜伏性故障；若气体继电器明显超过油内气体含量，则说明设备存在产气较快的故障。

5、结合其他检查性试验（直流电阻、空载试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分、外部检查等）及设备结构、运行、检修等情况作综合性分析，可相应采取红外检测、超声波检测和其它带电检测等技术手段加以综合诊断判断故障的性质和部位，采取相应措施如缩短试验周期、加强监视、限制负荷、近期安排内部检查或立即停运检查等。综合分析诊断应注意问题：

1)变压器内部故障形式和发展是比较复杂，往往与多种因素有关，这就特别需要进行全面分析。首先要历史情况和设备特点以及环境等因素，确定所分析气体究竟是来自外部还是内部。所谓外部原因，包括冷却系统潜油泵故障、油箱带油补焊、油流继电器接点火花，注入油本身未脱净气等。排除外部可能，分析内部故障时，也要进行综合分析。例如，绝缘预防性试验结果和检修历史档案、设备当时运行情况，包括温升、过负荷、过励磁、过电压等，及设备结构特点，制造厂同类产品有无故障先例、设计和工艺有无缺陷等。

2)油中气体分析结果，对设备进行诊断时，还应从安全和经济两方面考虑。某些过热故障，一般不应盲目建议吊罩、吊心，进行内部检查修理，而应首先考虑这种故障是否可以采取其他措施，如改善冷却条件、限制负荷等来予以缓和或控制其发展，有些过热性故障吊罩、吊心也难以找到故障源。这一类设备，应采用临时对策来限制故障发展，油中溶解气体未达到饱和，不吊罩、吊心修理，仍有可能安全运行一段时间，观察其发展情况，再考虑进一步处理方案。这样处理方法，既能避免热性损坏，又能避免人力、物力浪费。

3)油脱气处理必要性，要分几种情况区别对待：当油中溶解气体接近饱和时，应进行油脱气处理，避免气体继电器动作或油中析出气泡发生局部放电；当油中含气量较高而不便于监视产气速率时，也可考虑脱气处理后，从起始值进行监测。但需要明确是，油脱气并非处理故障必须手段，少量可燃性气体油中并不危及安全运行，监视故障过程中，过分频繁脱气处理是不必要。

4)分析故障同时，应广泛采用新测试技术，例如电气或超声波法局部放电测量和定位、红外成像技术检测、油及固体绝缘材料中微量水分测定，以及油中金属微粒测定等，以利于寻找故障线索，分析故障原因，并进行准确诊断。

五、按国家规定的气体分析检测周期对变压器加强检测，保障变压器的正常稳定运行，减少故障的发生。

1、 出厂设备的检测

220KV变压器在出厂试验全部完成后要做一次色谱分析。制造过程中的色谱分析由用户和制造厂协商决定。

2、 投运前的检测

定期检测的新设备及大修后的设备，投运前应至少做一次检测。如果在现场进行感应耐压和局部放电试验，则应在试验后停放一段时间再做一次检测。

3、投运时的检测

新的或大修后的变压器至少应在投运后4天、10天、30天各做一次检测，若无异常，可转为定期检测。

4、运行中的定期检测

220 kV及以上定期检测 6个月一次。

5、特殊情况下的检测

当设备出现异常情况时（如气体继电器动作，受大电流冲击或过励磁等），或对测试结果有怀疑时，应立即取油样进行检测，并根据检测出的气体含量情况，适当缩短检测周期。

结语： 变压器油气体色谱分析是预防性试验和故障分析判断的重要方法，已得到广泛应用。在用气体特征值和注意值及产气速率估计已存在故障的条件下，三比值法分析能较准确地做出故障分析、判断故障类型、性质和严重程度，采用三比值法时要注意结合其他检测试验和新式先进在线监测工具及设备结构、运行、检修情况，经综合分析和判断后对故障准确定位并采取相应措施。变压器故障原因可能十分复杂，往往同时有多种故障存在，并在发展中。加强预防性试验和定期分析检测对保障变压器的正常运行十分必要。三比值法也在实践中被人们不断探索中，必将在电力应用中发挥更大作用。