A. 處理自然水時,常用的絮凝劑是什麼
(一) 無機混凝劑
1.低分子無機混凝劑 目前應用最廣泛的簡單無機型絮凝劑是鐵系、鋁系金屬鹽。主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鋁。三氯化鐵(Fe:常用的是六水合三氯化鐵(FeCl3•6H20)形成的礬花沉澱性好,處理低溫水或低濁度水效果比鋁鹽好,適宜pH值范圍較寬,但處理後水的色度比鋁系的高,有腐蝕性。
硫酸亞鐵(FeS04•H20)離解出的Fe2+只能生成最簡單的單核絡合物,不如二價鐵鹽那樣有良好的混凝效果。硫酸鋁(Al2(S04)3)是廢水處理中使用最多的絮凝劑,使用便利,絮凝效果好,當水溫低時水解困難,形成的絮體較鬆散,它的有效pH值范圍較窄。明磯(Al2(S04)3•K2S04.24H20)的作用機理與硫酸鋁同。
2.無機高分子絮凝劑 無機離分子絮凝劑混凝效果高、價格低,有逐步成為主流葯劑的趨勢。我國此類絮凝劑的開發成績顯著。無機高分子絮凝劑的品種有陽離子型,如聚合氯化鋁(PACL聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合磷酸鐵(PFP)、聚亞鐵和陰離子型,如聚合硅酸〔PS〕。
聚合氯化鋁(PAC):對各種廢水都可以達到好的絮凝效果,能快速形成大的礬花,沉澱性能好,適宜的pH值范圍較寬(pH在5-9之間),且處理後水的pH值和鹼度下降較小。水溫低時,仍可保持穩定的絮凝效果,其鹼化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高,因此葯液對設備的侵蝕作用小。
聚合硫酸鐵(PFS):混凝體形成速度快,密集且質量大且沉降速度快。尤其對低溫低濁水有優良的處理效果,適用水體pH值范圍(pH在4-11之間),腐蝕性小。實驗表明,用聚鐵凈化水,可降低亞硝氮及鐵的含量。因此,它是優良安全的飲用水混凝劑劑,有取代對人體有害的聚合鋁混凝劑的趨勢。
聚亞鐵:可將高價金屬離子還原成低價金屬離子,且不需酸化。該混凝劑在水體中具有電荷中和與吸附架橋雙重功能。與活性劑共用,可使膠體物質轉變為混凝體,同時除去廢水中的Cu、Zn、Ni等金屬離子,成為高效電鍍廢水凈化劑。
聚合硫酸鋁(PAS):去除濁度效果顯著,並有較廣的溫度使用范圍和對原水的適用范圍。不僅可處理工業用水,還可處理工業廢水。聚合硫酸鋁混凝劑國外已有報道。
聚合硅酸(PS):目前對聚合硅酸制備方法、聚合機制、聚合度的影響因素勻己研究較為透徹。研究發現,可利用中和所達到pH值的不同來控制聚合速度。聚硅酸具有很強的粘結聚集能力和吸附架橋作用。楊修造等[16]對聚硅酸的膠凝特性進行了研究,證明了聚硅屬陰離子型。聚 文檔沖億季,硅酸的最大缺點是產品性質不穩定,故不能成為獨立商品。
(二)有機高分子混凝劑
有機高分子混凝劑具有用最少、混凝速度快,受鹽類、pH值及溫度影響小,生成污泥量少且易處理等優點,有廣闊的應用前景。
目前使用的混凝劑主要有合成和天然改性兩種。
聚丙烯醯胺:在合成的有機高分子絮凝劑中,聚丙烯醯胺的應用最多。聚丙烯醯胺有非離子型、陽離子型和陰離子型三種。它們的分子量均在50-600萬之間。由於這類絮凝劑存在一定量的殘余單體丙烯醯胺,不可避免地帶來了毒性。高分子量(106以上)的聚丙烯酸納屬陰離子型混凝劑,有強的混凝作用且無毒。聚丙烯酸納對懸浮於水介質中的細粒子產生非離子吸附,使粒子間產生交聯。它對具有金屬氫氧化物這類正電荷的膠體粒子更顯示出其優良的性能。
聚二甲基二丙烯基氯化銨:陽離子型高分子化合物,用於水處理能獲得比目前較常用的無機高分子絮凝劑和有機高分子混凝劑聚丙烯醯胺更好的處理效果,可單獨使用,也可與無機混凝劑並用。 澱粉衍生物:可以吸附帶負電荷的有機或無機懸浮物質。近年來澱粉聚丙烯醯胺接枝共聚物的研究已取得了一定的進展。 甲殼素衍生物:對甲殼素進行分子改良得到的殼聚糖是一種很好的混凝劑。
植物膠改性多功能處理劑:進入70年代以來,國外陸續開發了一些兼具混凝、緩蝕等多種功能的合成有機高分子處理劑,這些葯劑不僅具有良好的混凝性能,而且還有緩蝕、殺菌等作用。
(三)復合型混凝劑
高效復合型混凝劑是近年來才發展起米的,其發展非常迅猛,種類比較多,它的作用機理在於離子間的相互增效作用。
聚合氯化鋁鐵:可利用煤石為原料製得,兼具有鐵鹽和鋁鹽的特性,在pH值7.O-8.2的范圍內,其去除濁度效果和絮體沉降性能都優於聚合鋁。
聚合硫酸氯化鋁鐵:以鋁土礦等為原料製得,其組成為含有多核聚鐵及聚鋁與氯根、硫酸根配位的復合型無機高分子,兼備鐵、鋁混凝劑的優良性能。在某些方面,具有比PAC更好的效果。並且其生產工藝簡單,成本低,在水處理中具有廣闊的應用價值。
聚氯硫酸鐵:利用硫酸/鹽酸混酸溶解軋鋼廢鋼渣的溶出液為原料,可製得聚氯硫酸鐵。它具有電荷中和與吸附架橋功能,形成的礬花大,沉降快,污泥脫水性能好,無二次污染。
聚合硫酸鋁鐵:以硫酸亞鐵為原料在酸性條件下反應l小時,即得到鹽基度20%以上的復合聚合硫酸鋁鐵,它對污水具有很好的混凝效果。
聚磷氯化鋁:聚磷氯化鋁比PAC具有更強的吸附性能,且混凝反應速度快,生成的礬花大等優點。
聚磷氯化鐵:在聚合氯化鐵中引入適量的P043-能製得,研究表明P043-在聚合鐵中的含量有一定的范圍,超出此范圍混凝效果反而下降。
聚硅氯化鋁:用聚硅酸與聚合氯化鋁可製得性能優異的聚硅氯化鋁。 聚硅酸鐵鋁:其實驗結果體現了電中和、吸附架橋、沉澱網捕作用的綜合效應。適應pH值范圍寬、貯存期長(超過1個月)、易操作、用葯量少、沉降性能好,用葯量范圍寬等優點。
無機化合物還可與有機化合物組合形成復合型的混凝劑,如聚合鋁/聚丙烯醯胺、聚合鐵/甲殼素、聚合鋁/陽離子有機高分子等等,復合型的高效混凝劑性能、經濟、二次污染等方面的綜合性能是最好的,目前混凝研究領域最熱的也是復合型高效混凝劑。
(四)微生物混凝劑
有機型混凝劑盡管非常有效,但殘留物有害,如丙烯醯胺單體是很強的致癌物,無機型及復合型混凝劑也存在殘留問題。微生物混凝劑正是在此形勢下開發的新一代混凝劑。
國內自90年代已開始進行研究,目前已經發現許多微生物如格蘭氏陽性菌、格蘭氏陰性菌和其它如土壤桿菌屬、厄氏菌屬、假單胞菌屬等都能產生混凝物質。其中具有最強混凝作用的是紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis),這種細菌在旱田土壤中最常見,在沉降性良好的活性污泥微生物相中約佔2%,用它開發的純微生物混凝劑命名為NOC-1。
B. one component system 單因子系統 是什麼
單組成因素生產系統(one-component system):
所有的組成成分都集中在生產細胞中。經典的反轉錄病毒生產系統就是由產病毒細胞(VPC)組成,重組反轉錄病毒由VPC細胞不斷分泌至培養上清中。這種生產系統操作最為簡單,但是往往產量不高或不穩定。採用這種策略,需要將重組病毒產生所需要的所有元件都穩定地置於生產細胞中。由於許多病毒基因產物本身對細胞有破壞作用或不能在細胞中穩定表達,因此這種策略在許多病毒載體的生產中難以實施。
第一節 病毒載體產生的原理
病毒載體的產生建立在對病毒的生活周期和分子生物學認識的基礎之上。研究病毒載體首先要對病毒的基因組結構和功能有充分的了解,最好能獲得病毒基因組全序列信息。病毒基因組可分為編碼區和非編碼區。編碼區基因產生病毒的結構蛋白和非結構蛋白;根據其對病毒感染性復制的影響,又可分為必需基因和非必需基因。非編碼區中含有病毒進行復制和包裝等功能所必需的順式作用元件。
各種野生型病毒顆粒都具有一定的包裝容量,即對所包裝的病毒基因組的長度有一定的限制。一般來說,病毒包裝容量不超過自身基因組大小的105~110%。
基因重組技術的發展使病毒載體的產生成為可能。最簡單的做法是,將適當長度的外源DNA插入病毒基因組的非必需區,包裝成重組病毒顆粒。比如,本實驗室曾將4.5kb的lacZ基因表達盒(CMV-lacZ-polyA)插入HSV1病毒的UL44(糖蛋白C)基因的XbaI位點中,病毒基因組的其餘部分不改變,構建成重組病毒HSV1-lacZ100(吳小兵等,1998)。由於UL44基因產物對於HSV病毒在培養細胞中產毒性感染是非必需的,因此,該重組病毒可以在細胞中增殖傳代。用這種重組病毒感染細胞,能將lacZ基因帶入細胞並高效表達。用同樣的方法,將AAV-2病毒的rep和cap基因片段(4.3kb)插入HSV1病毒的UL2(編碼尿嘧啶DNA糖基化酶)或UL44(編碼糖蛋白C)基因中,構建成具有提供重組AAV載體復制和包裝所需的全部輔助功能的輔助病毒rHSV-rc(伍志堅等,1999)。
然而,這樣的重組病毒作為基因轉移載體有許多缺點。首先,許多野生型病毒通過在細胞中產毒性復制而導致細胞裂解死亡;或帶有病毒癌基因而使細胞發生轉化。因此必須經過改造使其成為復制缺陷性病毒並且刪除致癌基因後才能用於基因治療。其次,插入外源DNA的長度受到很大限制,尤其對於基因組本身較小的病毒如腺病毒伴隨病毒(AAV,4.7kb)、反轉錄病毒(8~10kb)、腺病毒(36kb),如果不去除病毒基因,可供外源DNA插入的容量就十分小。因此,必須刪除更多的病毒基因以騰出位置插入較大的外源DNA。 為了增加病毒載體插入外源DNA的容量,除了可以刪除病毒的非必需基因外,還可以進一步刪去部分或全部必需基因,這些必需基因的功能由輔助病毒或包裝細胞系反式提供。
病毒載體大體上可分為兩種類型:
重組型病毒載體:這類載體是以完整的病毒基因組為改造對象。一般的步驟是選擇性地刪除病毒的某些必需基因尤其是立早基因或早期基因,或控制其表達;缺失的必需基因的功能由互補細胞反式提供;用外源基因表達單位替代病毒非必需基因區;病毒復制和包裝所需的順式作用元件不變。這類載體一般通過同源重組方法將外源基因表達單位插入病毒基因組中。如在傳統的重組腺病毒構建方法中,將外源基因表達盒(exogenous gene expression cassette)插入穿梭質粒(如pXCX2或pFGdX1)的腺病毒同源序列中,與輔助質粒(含有腺病毒基因組的質粒如JM17或pBHG)共轉染293細胞,通過細胞內的同源重組獲得含有外源基因的重組腺病毒(Graham FL and Prevec L 1995)。
無病毒基因的病毒載體(gutless vectors):這類載體在不同的病毒載體系統中的稱謂不同。對於腺病毒,一般稱為mini-Ad;在HSV載體系統,一般稱為擴增子(amplicon)載體或質粒型載體。重組AAV載體也屬於無病毒基因的病毒載體。這類載體系統往往由載體質粒和輔助系統組成。重組載體質粒主要由外源基因表達盒、病毒復制和包裝所必需的順式作用元件及質粒骨架組成。輔助系統包括病毒復制和包裝所必需的所有反式作用元件。在輔助系統的作用下,重組載體質粒(包含或不包含質粒骨架)以特定形式(單鏈或雙鏈,DNA或RNA)被包裝到病毒殼粒中,其中不含有任何病毒基因。這類病毒載體的優點在於載體病毒本身安全性好,容量大。缺點在於往往需要輔助病毒參與載體DNA的包裝,而輔助病毒又難以同載體病毒分離開來,造成最終產品中輔助病毒污染,從而影響其應用。實際上,無病毒基因的病毒載體可以看作是重組病毒載體的一種極端減毒情況。
表1列舉了幾種常見的病毒載體的順式作用元件和經典的包裝方式。 載體 順式作用元件 經典包裝方式
反轉錄病毒載體
1) 兩個長末端重復序列(LTR):含有整合和調節轉錄的必需序列;含有轉錄增強子和啟動子;
2) tRNA 引物結合位點p;
3)包裝信號序列ψ。
載體質粒轉染整合了所有必需基因(gag,pol,env)的包裝細胞系如PA317,經選擇培養獲得產病毒細胞系(VPC);細胞不裂解,病毒不斷分泌至培養上清中。
腺病毒載體
兩個末端倒轉重復序列(ITR);
包裝信號序列。
載體質粒與輔助質粒共轉染293細胞獲得重組腺病毒。重組腺病毒感染293細胞而擴增;細胞每次被感染後發生裂解。
腺病毒伴隨病毒載體
兩個末端倒轉重復序列(ITR);其中包括了病毒復制起點、包裝信號及整合和拯救所必需的順式元件。
AAV載體質粒和輔助質粒共轉染293細胞,並加輔助病毒(腺病毒或單純皰疹病毒)感染。
單純皰疹病毒載體
HSV 病毒復制起點ori; 病毒包裝信號pac 。
PTCA重組病毒在互補細胞上傳代;
擴增子病毒在輔助病毒存在下傳代。
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第二節 病毒載體的包裝系統
將外源基因包裝到病毒殼粒中,是病毒載體生產的核心技術。一般地,病毒載體的制備包括以下要素:
宿主細胞
雖然現在已有可能對有些病毒載體(如AAV載體)進行體外(無細胞)包裝(Zhou XH et al . 1998; Ding L et al. 1997),但是這種包裝系統仍然需要細胞提取物,並且包裝效率相當低,遠遠達不到可生產水平。至今為止,病毒載體的包裝主要是在對該病毒敏感的宿主細胞中進行的。宿主細胞不但提供了病毒復制和包裝的環境條件,許多細胞成分還直接參與了病毒復制和包裝的過程。
病毒復制和包裝所必需的順式作用元件和外源基因的表達盒
一般地,病毒復制和包裝所必需的順式作用元件和外源基因的表達盒由細菌質粒攜帶,組成病毒載體質粒,是被包裝的對象。由於病毒復制方式的不同,有些病毒載體如單純皰疹病毒擴增子(HSV amplicon)載體在包裝時,整個載體質粒都被包裝進入病毒顆粒中;而有些病毒載體如反轉錄病毒、腺病毒伴隨病毒載體的質粒骨架部分並不被包裝到病毒顆粒中,只有病毒復制和包裝所必需的順式作用元件和外源基因表達盒被包裝到病毒顆粒中。
構建重組型病毒載體時,病毒復制和包裝所需的順式作用元件存在於病毒基因組中(病毒基因組可以由具有感染性的病毒顆粒提供,也可以質粒形式提供)。先將外源基因表達盒插入穿梭質粒攜帶的病毒同源序列中;將重組穿梭質粒轉染至細胞中,再用輔助病毒超感染;或將重組穿梭質粒與病毒基因組質粒共轉染細胞;重組質粒與病毒基因組在細胞中進行同源重組而產生表達外源基因的重組病毒。 重組腺病毒(Graham FL and Prevec L 1995)和重組單純皰疹病毒(Pyles RB et al. 1997;Kramm CM et al. 1997)的傳統制備方法都是採用這種方式。
為了使病毒載體的生產更為方便,病毒復制和包裝所必需的順式作用元件和外源基因的表達盒除了可以用質粒攜帶以外,也可以用另一種病毒(往往是輔助病毒)或生產細胞來攜帶。
輔助元件
包括病毒復制和包裝所必需的所有反式作用元件。這些元件一般包括病毒基因轉錄調控基因、病毒DNA合成和包裝所需的各種酶類的基因、病毒的外殼蛋白基因等。輔助元件的表現形式可以多種多樣。常用的形式有:
① 輔助質粒(helper plasmid),如用於產生重組腺病毒的質粒JM17,用於重組AAV包裝的輔助質粒pAAV/Ad(Rolling F and Samulski J 1995)等;
② 輔助病毒(helper virus),如用於HSV 擴增子載體包裝的輔助病毒HSV1 tsK株;
③ 包裝細胞系如用於反轉錄病毒載體包裝的PA317細胞。
這些表現形式之間可以相互轉化或合並。例如,輔助病毒可以轉化為輔助質粒:傳統的AAV載體生產系統常用腺病毒作為輔助病毒。研究發現,並非腺病毒的所有基因對AAV病毒的產生都是必需的,只需要腺病毒E1a, E1b, E2a, E4和VA RNA 5種基因就行了。因此,將這5種基因置於同一個質粒中,構建成的這種新的輔助質粒就完全可以替代原來的輔助病毒(Xiao X et al. 1998; Grimm D et al. 1998 ),不但提高了包裝效率,而且避免了產品中腺病毒污染的問題。
上述幾種要素的不同組合,便產生了各種各樣的病毒載體包裝策略。根據病毒載體生產系統的組成因素的多少,可將其分成以下幾種:
單組成因素生產系統(one-component system):
所有的組成成分都集中在生產細胞中。經典的反轉錄病毒生產系統就是由產病毒細胞(VPC)組成,重組反轉錄病毒由VPC細胞不斷分泌至培養上清中。這種生產系統操作最為簡單,但是往往產量不高或不穩定。採用這種策略,需要將重組病毒產生所需要的所有元件都穩定地置於生產細胞中。由於許多病毒基因產物本身對細胞有破壞作用或不能在細胞中穩定表達,因此這種策略在許多病毒載體的生產中難以實施。
雙組成因素生產系統(two-component system)
這種生產系統一般由"一株病毒/一株細胞"組成。典型的例子是重組腺病毒生產系統。先用共轉染的方法獲得重組腺病毒毒種,再由該毒種和生產細胞(如293細胞)組成一個雙組成因素的生產系統使病毒大量擴增。
多組成因素生產系統(multi-component system)
是由兩種以上的組成因素組成的生產系統。傳統的AAV載體生產系統就是由載體質粒,輔助質粒,輔助病毒和生產細胞4種因素組成。這種策略的缺點是影響因素多,操作復雜,產量不容易穩定,不利於大規模生產。 以上各種生產系統也可以相互轉化。我們實驗室通過將上述AAV載體生產系統的4種因素進行兩兩合並,即將輔助質粒和輔助病毒合並成一種重組的輔助病毒,將載體質粒和生產細胞合並成AAV前病毒細胞株,成功地將其轉化成一種雙組成因素的新型高效生產系統(伍志堅等,1999)。
一般來說,發展新的包裝策略主要是為了以下幾種目的:
(1) 減少生產系統中的組成因素,簡化操作過程;
(2)提高生產效率,降低生產成本;
(3)避免或降低野生型病毒的產生;
(4)避免使用難以與產品病毒分離的輔助病毒。
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第三節 病毒載體的純化方法
重組病毒的純化與基因工程產品的純化既有許多共性,又有顯著的不同之處。病毒可以看作是一個具有特定結構的生物大分子,一般都由位於中心的核酸和包裹於其外的蛋白外殼組成。有些病毒還具有脂質膜和糖蛋白或糖脂。許多分離純化蛋白質的方法如離心和梯度離心、鹽析、柱層析、超濾、透析等方法都可用於病毒的純化。然而,由於病毒結構的復雜性,純化時不能採用蛋白質變性和復性的方法,因為一旦病毒蛋白發生變性,或病毒結構發生破壞,在體外就很難再重建成有感染性的病毒顆粒。因此,在病毒的純化過程中必須保持病毒的結構不受破壞,並且監測其感染活性。
病毒的純化一般分為以下幾個步驟:
初始物(start material)的收集或制備
根據病毒產生方式的不同而採取不同的方式。對於不導致細胞病變和死亡的病毒如反轉錄病毒,可不斷收集產毒細胞(VPC細胞)的培養上清作為初始物;對於在生產病毒過程中宿主細胞發生病變和死亡的病毒如腺病毒,在病毒產生達到高峰時,收集培養上清,並裂解細胞以釋放細胞內的病毒。
培養上清和細胞裂解液都可作為純化的初始物。在實驗室的小規模製備中,往往採用將培養上清與細胞一起反復凍融3~4次的方法制備細胞裂解液作為初始物。對於初始物體積大於500ml的較大規模的制備,則需要考慮採用不同初始物的損益率。如果收集時大部分(90%以上)目標病毒仍存在於細胞中,為了減少操作大體積初始物帶來的不便,可以考慮放棄上清中含有的目標病毒,而通過低速離心收集細胞,重懸於較小體積的緩沖液中進行細胞裂解制備細胞裂解液。對於腺病毒和AAV病毒的大規模製備都可以採用這種方式。如果通過延長培養時間可以使大部分的目標病毒釋放到培養液中,也可以只收集培養上清而棄去細胞,從而省去反復凍融的步驟。
除了用反復凍融方法裂解細胞外,還可以根據目標病毒的生物學性質採用其它不影響其感染性的方法,如超聲法、化學法(如在AAV病毒制備中用脫氧膽酸或氯仿)等。
初始物的濃縮
當初始物體積較大時,要考慮對其進行濃縮後再分離純化。濃縮時最好同時能獲得初步純化對於效果。 在不影響目標病毒的感染性的前提下,可選用鹽析、超濾、透析等方法進行濃縮。鹽析法不僅可以用來濃縮初始物,同時也能達到一定的分離純化效果。最常用的鹽是硫酸銨;許多病毒如腺病毒、AAV病毒和單純皰疹病毒用聚乙二醇/氯化鈉系統沉澱可獲得很好的效果並且不影響病毒的感染性。
目標病毒的分離純化
氯化銫密度梯度離心法至今仍是分離純化各種病毒的最常用方法。主要是依據不同病毒具有特徵性的浮力密度,使其與細胞裂解液中的其它成分分離開來。收集到目標病毒特異的組分後,用透析法除去其中的氯化銫,獲得純化的病毒。用這種方法有時可獲得極高純度的病毒。目前在臨床實驗中應用的重組腺病毒大都是用這種方法進行純化的。然而,這種方法也存在明顯的弊病,主要是費時且操作難度較大,重復性較差;並且氯化銫對人體有毒性。因此隨著基因治療研究和應用的發展,用這種方法純化的重組病毒可能不能適應人體內應用的要求。
用柱層析法尤其是親和層析法分離純化病毒可能成為用於臨床的重組病毒載體大量純化的主要方向。將病毒的特異性受體、抗體或化學合成的配體偶聯在層析基質上並制備成親和層析柱。將含有目標病毒的初始物經簡單處理後直接上柱,最後洗脫和收集目標病毒。這類方法最近在AAV病毒載體的純化中得到很高評價(Summerford C and Samulski J 1999)。
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第四節 病毒載體在基因治療中的應用
自1989年開展第一例人體基因轉移(標記基因)以來,據不完全統計,至今已開展了近400項基因治療臨床試驗,涉及病人1000餘人。2/3以上的臨床方案中應用了病毒載體進行基因導入。
由於各種的病毒載體具有其特定的生物學特性,這些特性決定了其在基因治療中的應用。
表2列舉了常用的病毒載體的特性和適用范圍 載體 順式作用元件 經典包裝方式
反轉錄病毒載體
1) 兩個長末端重復序列(LTR):含有整合和調節轉錄的必需序列;含有轉錄增強子和啟動子;
2) tRNA 引物結合位點p;
3)包裝信號序列ψ。
載體質粒轉染整合了所有必需基因(gag,pol,env)的包裝細胞系如PA317,經選擇培養獲得產病毒細胞系(VPC);細胞不裂解,病毒不斷分泌至培養上清中。
腺病毒載體
兩個末端倒轉重復序列(ITR);
包裝信號序列。
載體質粒與輔助質粒共轉染293細胞獲得重組腺病毒。重組腺病毒感染293細胞而擴增;細胞每次被感染後發生裂解。
腺病毒伴隨病毒載體
兩個末端倒轉重復序列(ITR);其中包括了病毒復制起點、包裝信號及整合和拯救所必需的順式元件。
AAV載體質粒和輔助質粒共轉染293細胞,並加輔助病毒(腺病毒或單純皰疹病毒)感染。
單純皰疹病毒載體
HSV 病毒復制起點ori; 病毒包裝信號pac 。
PTCA重組病毒在互補細胞上傳代;
擴增子病毒在輔助病毒存在下傳代。
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第五節 安全性檢測
總的來說,病毒載體制劑的安全性檢測主要涉及以下幾個方面(Aderson RW 1996):
有復制能力的病毒(replication competent virus, RCV)
RCV一般產生於重組病毒生產過程中基因重組事件。由於RCV具有復制能力,在生產過程中一旦出現,就可能呈現優勢生長,從而影響載體病毒的產量;另外,含有RCV的製品用於人體內可能導致嚴重的病毒感染或急性/慢性病毒血症。
RCV是對用於基因治療的病毒載體制劑安全性檢測的特有項目。檢測RCV的方法因不同的病毒載體而異。對於反轉錄病毒載體,檢測有復制能力的反轉錄病毒(RCR)的方法主要是PG4 S+L- 分析法;也可採用其它的變通方法。對於腺病毒載體,檢測有復制能力的腺病毒(RCA)主要採用空斑分析方法及PCR方法。
輔助病毒
對於生產過程需要輔助病毒參與的病毒載體如AAV病毒載體,由於這些輔助病毒本身具有復制能力並對機體細胞有破壞性,因此檢測病毒制劑中的輔助病毒如腺病毒或單純皰疹病毒的殘存量十分重要。
其它成分的污染
檢測指標包括細菌、黴菌、支原體、內毒素等及在純化過程中所用試劑如氯化銫等的殘餘量。
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第六節 病毒載體的發展方向
基因治療研究的快速發展對基因導入系統提出了越來越高的要求。病毒載體的發展也日新月異,包括對已有病毒載體的不斷改進和完善,和越來越多的其它病毒被改造成為新的病毒載體。病毒載體的發展方向可歸納成以下幾個方面:
簡便、高效的病毒載體包裝系統:考慮到包裝的高效性和操作的簡便性,越來越多的病毒載體生產系統將採用雙組成因素系統。這種系統容易用於病毒載體的大規模生產(Liu XL et al.1999; Conway JE et al. 1999 )。
無病毒基因的病毒載體(gutless viral vector):去除病毒載體中所有的病毒基因,只保留其復制和包裝所必需的順式作用元件,是病毒載體的重要發展方向。這種策略可最大限度地擴大載體的容量和減少病毒對細胞的直接毒性和病毒蛋白表達引起的免疫毒性。 腺病毒的微載體(mini-Ad)、AAV載體、HSV擴增子載體都是無病毒基因的病毒載體。這一發展方向需要解決的主要問題是建立高效、安全(無輔助病毒污染)的包裝系統。
可調控表達外源基因的病毒載體:在許多疾病的基因治療中,實現外源基因的可調控表達十分重要。如糖尿病的基因治療,外源的胰島素基因的表達最好能受血糖水平的調控;腎性貧血的基因治療,EPO基因的表達最好能受血氧含量的調控等。目前所研究的表達調控系統主要包括各種葯物誘導的表達"開關"。其中四環素控制系統(Tet-on和Tet-off)是人工設計的一種基因表達調控模式。這個系統在體外和動物體內實驗中都表現出良好的表達調控作用(Fotaki ME et al.1997; Miller N and Whelan J 1997)。然而,由於其中的反式作用蛋白(tTA或rtTA)是異種蛋白,在機體內可能引起毒性作用和免疫反應,因此用於人體前還需考慮其安全性和長期有效性。
最近Binley K等(1999)報道了用缺氧反應元件(hypoxia response element ,HRE)腺病毒載體中外源基因的表達。缺氧可激活bHLH/PAS 家族轉錄因子的表達,它們可結合HRE核心序列上,誘發其下游基因的表達。
自我擴增型載體(self-amplifying vector)(Herweijer H and Wolff JA 1997):目前的基因轉移方法基因轉移的效率仍相對較低,尤其是在體內。為了提高外源基因表達總水平,除了提高基因轉移效率外,另一種方法是盡量提高外源DNA在細胞中的表達水平。用自我擴增型的表達載體是達到此目的的方法之一。這些載體是以正鏈RNA病毒Sindbis病毒和Semliki Forest 病毒為基礎的。用目的基因代替病毒的外殼蛋白編碼序列,導入靶細胞中,病毒的復制蛋白大量復制重組的基因組,mRNA水平的大量增加導致高水平的轉導基因表達。自我擴增型載體的表現形式可以是RNA,DNA和重組病毒。
特異性復制型性病毒載體(specifically replicating vector):指可在某種特性的組織中產毒性復制,而在其它組織中不增殖的病毒載體。這類病毒載體主要用於特異性裂解腫瘤細胞。如腺病毒突變株Onyx-015是55Kdal E1B基因功能缺失的腺病毒突變株,可以選擇性地在p53基因突變的腫瘤細胞中增殖,而在正常組織細胞中不增殖。用這種突變株聯合化療治療惡性腫瘤II期臨床結果令人鼓舞(Kirn D et al. 1998),已進入III期臨床試驗,從此,許多人工改造的腺病毒突變體被用於腫瘤治療研究中。如將腺病毒E1基因的表達用甲胎蛋白(AFP)啟動子控制,使得該病毒只能在甲胎蛋白陽性的肝癌細胞中增殖導致細胞死亡。也可以將這種病毒的基因組分開裝在兩個互補的缺陷性腺病毒載體上(Alemany R et al. 1999),其中一個載體除了腺病毒復制和包裝所必需的順式作用元件外,只含有E1區基因,其中E1A基因的表達受AFP啟動子的控制;另一個載體為E1區缺失的重組腺病毒。這兩個載體同時感染AFP陽性的肝癌細胞時,病毒可不斷增殖而引起細胞死亡;對於AFP陰性的細胞,E1A基因不表達,因而病毒不能增殖。類似的設計在HSV載體系統也有報道。除了用甲胎蛋白作為反式激活因子外,各種其它組織特異性表達的蛋白和調控序列都可被用來控制病毒的增殖。
嵌合型病毒載體(hybrid viral vector):是指將不同病毒的基因元件進行組合,形成的重組雜合病毒。如腺病毒與AAV病毒的雜合體病毒,既具有腺病毒的感染性和基因組特性(雙鏈線狀DNA),又具有AAV病毒的染色體整合性(Lieber A et al. 1999)。各種病毒基因元件組合形成新的雜合載體的報道層出不窮,如單純皰疹病毒擴增子與AAV病毒雜合載體(Johnston KM et al. 1997)、腺病毒與EB病毒復制子雜合載體(Tan BT et al. 1999)腺病毒與反轉錄病毒雜合載體(Caplen NJ et al. 1999)等,不一而足。這些雜合載體使重組病毒的特性多樣化,以適應不同基因轉移目的的需要。
靶向性病毒載體(targeted viral vector):是指能特異性地結合並感染某種細胞的病毒載體。靶向性病毒載體的產生主要有兩種方法。一種方法是將病毒顆粒與某一靶向分子(Harari OA et al.1999 )或特異性抗體(Bartlett JS et al. 1999)偶聯;另一種方法是通過改變病毒外殼蛋白的結構,使其對細胞的親嗜性發生改變(Reynolds P et al. 1999;Krasnykh VN et al. 1996 )。
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C. 絮凝劑表示什麼
簡介絮凝劑有不少品種,其共通特點是能夠將溶液中的懸浮微粒聚集聯結形成粗大的絮狀團粒或團塊。
它們都是含有大量活性基團的高分子有機物物碼,主要有三大類:1、以天然的高分子有機物為基礎,經過化學處理增加它的活性基團含量而製成。
2、用現代的有機化工方法的聚丙烯醯胺系列產品。
3、用天然原料和聚丙烯醯胺接枝(或共聚)製成。
某些天然的高分子有機物例如含羧基較多的多聚糖和含磷酸基較多的澱粉都有絮凝性能。
用化學方法在大分子中引入活性基團可提高這種性能,如將一種天然多糖進行醚化反應引入羧基、醯胺基等活性基團後,絮凝性能較好,可加速蔗汁沉降。
將天然的高分子物質如澱粉、纖維素、殼聚糖等與丙烯醯胺進行接枝共聚,聚合物有良好的絮凝性能,或兼有某些特殊的性能。
國內研製的一些產品,曾在幾個糖廠試用,有較好效果。
目前在國內外糖廠使用最廣泛的絮凝劑,是的聚丙烯醯胺系列產品,它們的發展提高較快,在製糖工業的多種流程中普遍使用。
聚丙烯醯胺(polyacrylamide),常簡寫為PAM(過去亦有簡寫為PHP)。
糖廠近年使用的各種PAM,實質上是用一定比例的丙烯醯胺和丙烯酸鈉經過共聚反應生成的高分子產物,有一系列的產品。
丙烯醯胺的分子式為:CH2
=
CH-CONH2丙烯酸鈉的分子式為:CH2
=
CH-COONa類別主要分為兩大類別:鐵制劑系列和鋁制劑系列,當然也包括其叢生的高聚物系列。
絮凝劑有不少品種,其共通特點是能夠將溶液中的懸浮微粒聚集聯結形成粗大的絮狀團粒或團塊。
無機絮凝劑1.1無機絮凝劑的分類和性質無機絮凝劑絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系兩大類;鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主,鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。
後來在傳統的鋁鹽和鐵鹽的基礎上發展出聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等新型的水處理劑,它的出現不僅降低了處理成本,而且提高了功效。
這類絮凝劑中存在多羥基絡離子,以OH-為架橋形成多核絡離子,從而變成了巨大的無機高分子化合物,相對分子質量高達1×105。
無機聚合物絮凝劑之所以比其他無機絮凝劑能力高、絮凝效果好,其根本原因就在於它能大量的如上所述的絡合離子,能夠強烈吸附膠體微粒,通過粘附、架橋和交聯作用,從而促使膠體凝聚。
同時還發生物理化學變化,中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷,降低了Zeta電位,使膠體粒子由原來的相斥變成相吸,破壞了膠團的穩定性,促使膠體微粒相互碰撞,從而形成絮狀混凝沉澱,而且沉澱的表面積可達(200-1000)m2/g,極具吸附能力。
也就是說,聚合物既有吸附脫穩作用,又可發揮黏附、橋聯以及卷掃絮凝作用。
1.2改性的單陽離子無機絮凝劑除常用的聚鋁、聚鐵外,還有聚活性硅膠及其改性品,如聚硅鋁(鐵)、聚磷鋁(鐵)。
改性的目的是引入某些高電荷帆歷離子以提高電荷的中和能力,引入羥基、磷酸根等以增加配位絡合能力,從而改變絮凝效果,其可能的原因是:某些陰離子或陽離子可以改變聚合物的形態結構及分布,或者是兩種以上聚合物之間具有協同增效作用。
近年來國內相繼研製出復合型無機絮凝劑和復合型無機高分子絮凝劑。
聚硅酸絮凝劑(PSAA)由於方法簡便,原料來源廣泛,成本低,是一種新型的無機高分子絮凝劑,對油田稠油采出水的處理具有更態螞搜強的除油能力,故具有極大的開發價值及廣泛的應用前景。
聚硅酸硫酸鐵(PFSS)絮凝劑,發現高度聚合的硅酸與金屬離子一起可產生良好的混凝效果。
將金屬離子引到聚硅酸中,得到的混凝劑其平均分子質量高達2×105,有可能在水處理中部分取代有機高分子絮凝劑。
聚磷氯化鐵(PPFC)中PO43-高價陰離子與Fe3+有較強的親和力,對Fe3+的水解溶液有較大的影響,能夠參與Fe3+的絡合反應並能在鐵原子之間架橋,形成多核絡合物;對水中帶負電的硅藻土膠體的電中和吸附架橋作用增強,同時由於PO43-的參與使礬花的體積、密度增加,絮凝效果提高。
聚磷氯化鋁(PPAC)也是基於磷酸根對聚合鋁(PAC)的強增聚作用,在聚合鋁中引入適量的磷酸鹽,通過磷酸根的增聚作用,使得PPAC產生了新一類高電荷的帶磷酸根的多核中間絡合物。
聚硅酸鐵(PSF)它不僅能很好地處理低溫低濁水,而且比硫酸鐵的絮凝效果有明顯的優越性,如用量少,投料范圍寬,礬花形成時間短且形態粗大易於沉降,可縮短水樣在處理系統中的停留時間等,因而提高了系統的處理能力,對處理水的pH值基本無影響。
1.3改性的多陽離子無機絮凝劑聚合硫酸氯化鐵鋁(PAFCS)在飲用水及污水處理中,有著比明礬更好的效果;在含油廢水及印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優,且脫色能力也優;絮凝物比重大,絮凝速度快,易過濾,出水率高;其原料均來源於工業廢渣,成本較低,適合工業水處理。
鋁鐵共聚復合絮凝劑也屬這類產品,它的生產原料氯化鋁和氯化鐵均是廉價的傳統無機絮凝劑,來源廣,生產工藝簡單,有利於開發應用。
鋁鹽和鐵鹽的共聚物不同於兩種鹽的混合物,它是一種更有效地綜合了PAC和FeCl3的優點,增強了去濁效果的絮凝劑。
隨著人們對水處理認識的不斷提高,殘留鋁對生物體產生的毒害作用倍受人們的關注,如何減少二次污染的問題已經越來越引起重視。
國內現有生產方法製得的飲用水中鋁含量比原水一般高1-2倍。
飲用水中殘留鋁等含量高,原因可能是絮凝過程不完善,導致部分鋁以氫氧化鋁的微細顆粒存在於水中。
採用強化絮凝凈化法,改善絮凝反應條件,延長慢速絮凝時間等可有效地降低鋁等含量。
考慮到無機絮凝劑具有一定的腐蝕性和毒性對人類健康和生態環境會產生不利影響,人們研製開發出了有機高分子絮凝劑。
有機高分子有機高分子絮凝劑出現於20世紀50年代,它們應用前途廣闊,發展非常迅速。
已用於給水凈化,水/油體系破,含油廢水處理,廢水再資源化及污泥脫水等方面;還可用作油田開發過程的泥漿處理劑,選擇性堵水劑,注水增稠劑,紡織印染過程的柔軟劑,靜電防止劑及通用的、消毒劑等。
2.1有機高分子絮凝劑種類和性質有機高分子絮凝劑有天然高分子和高分子兩大類。
從化學結構上可以分為以下3種類型:(1)聚胺型-低分子量陽離子型電解質;(2)季銨型-分子量變化范圍大,並具有較高的陽離子性;(3)丙烯醯胺的共聚物-分子量較高,可以幾十萬到幾百萬、幾千萬,均以狀或粉狀的劑型,使用上較不方便,但絮凝性能好。
根據含有不同的官能團離解後粒子的帶電情況可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型3大類。
有機高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團,具有鏈狀、環狀等多種結構。
因其活性基團多,分子量高,具有用量少,浮渣產量少,絮凝能力強,絮體容易分離,除油及除懸浮物效果好等特點,在處理煉油廢水,其它工業廢水,高懸浮物廢水及固液分離中陽離子型絮凝劑有著廣泛的用途。
特別是丙烯醯胺系列有機高分子絮凝劑以其分子量高,絮凝架橋能力強而顯示出在水處理中的優越性。
2.2非離子型有機高分子絮凝劑非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯醯胺。
它由丙烯醯胺聚合而得。
2.3陰離子型有機高分子絮凝劑(1)陰離子型有機高分子絮凝劑主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣以及聚丙烯醯胺的加鹼水解物等聚合物。
(2)丙烯醯胺和苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
2.4陽離子型有機高分子絮凝劑2.4.1季銨化的聚丙烯醯胺季銨化的聚丙烯醯胺陽離子均是將-NH2經過羥甲基化和季銨化而得,可以分為聚丙烯醯胺陽離子化和陽離子化丙烯醯胺聚合。
(1)由聚丙烯醯胺季銨化聚丙烯醯胺(PAM)先與甲醛水溶液反應,醯胺基部分羥甲基化,其次與仲胺反應進行烷胺基化,然後與鹽酸或胺基化試劑反應使叔胺季銨化。
(2)由季銨化的丙烯醯胺聚合在鹼性條件下,先由丙烯醯胺與甲醛水溶液反應,然後與二甲胺反應,冷卻後加鹽酸季銨化。
產物經蒸發濃縮、過濾,得季銨化丙烯醯胺單體。
2.4.2聚丙烯醯胺的陽離子衍生物這類產品多是由丙烯醯胺與陽離子單體共聚合得到的。
2.5兩性聚丙烯醯胺聚合物以部分水解聚丙烯醯胺加入適量甲醛和二甲胺,通過曼尼茲反應出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯醯胺絮凝劑。
2.6丙烯醯胺接枝共聚物因為澱粉價廉來源豐富,其本身也是高分子化合物,它具有親水的剛性鏈,以這種剛性鏈為骨架,接上柔性的聚丙烯醯胺支鏈,這種剛柔相濟的網狀大分子除了保持原聚丙烯醯胺的功能之外,還具有某些更為優異的性能。
由於大多數有機高分子絮凝劑本身或其水解、降解產物有毒,且用丙烯醯胺單體有毒,能麻醉人的中樞神經,應用領域受到一定,迫使絮凝劑向廉價實用、無毒高效的方向發展。
微生物絮凝劑概述國外微生物絮凝劑的商業化生產始於20世紀90年代,因不存在二次污染,使用方便,應用前景誘人。
如紅平紅球菌及由此製成的NOC-1是目前發現的最佳微生物絮凝劑,具有很強的絮凝活性,廣泛用於畜產廢水、膨化污泥、有色廢水的處理。
我國微生物絮凝劑的製品尚未見報導。
微生物絮凝劑主要包括利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑,利用微生物細胞壁代謝產物的絮凝劑、直接利用微生物細胞的絮凝劑和克隆技術所獲得的絮凝劑。
微生物產生的絮凝劑物質為糖蛋白、粘多糖、蛋白質、纖維素、DNA等高分子化合物,相對分子質量在105以上。
微生物絮凝劑是利用生物技術,從微生物體或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效,且能自然降解的新型水處理劑。
由於微生物絮凝劑可以克服無機高分子和有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷,最終實現無污染排放,因此微生物絮凝劑的研究正成為當今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
種類和性質微生物絮凝劑的研究者早就發現,一些微生物如酵母、細菌等有細胞絮凝現象,但一直未對其產生重視,僅是作為細胞富集的一種方法。
近十幾年來,細胞絮凝技術才作為一種簡單、經濟的生物產品分離技術在連續發酵及產品分離中得到廣泛的應用。
微生物絮凝劑是一類由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物。
主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。
從其來源看,也屬於天然有機高分子絮凝劑,因此它具有天然有機高分子絮凝劑的一切優點。
同時,微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進入到利用生物技術培育、篩選優良的菌種,以較低的成本獲得高效的絮凝劑的研究,因此其研究范圍已超越了傳統的天然有機高分子絮凝劑的研究范疇。
具有分泌絮凝劑能力的微生物稱為絮凝劑產生菌。
最早的絮凝劑產生菌是Butterfield從活性污泥中篩選得到。
1976年,Nakamuraj.等人從黴菌、細菌、放線菌、酵母菌等菌種中,篩選出19種具有絮凝能力的微生物,其中以醬油麴黴(Aspergillussouae)AJ7002產生的絮凝劑效果最好。
1985年,TakagiH等人研究了擬青黴素(Paecilomycessp.l-1)微生物產生的絮凝劑PF101。
PF101對枯草桿菌、大腸桿菌、啤灑酵母、血紅細胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。
1986年,Kurane等人利用紅平紅球菌(Rhodococcuserythropolis)研製成功息生物絮凝劑NOC-1,對大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果,是目前發現的最好的微生物絮凝劑。
絮凝劑的分子質量、分子結構與形狀及其所帶基團對絮凝劑的活性都有影響。
一般來講,分子量越大,絮凝活性越高;線性分子絮凝活性高,分子帶支鏈或交聯越多,絮凝性越差;絮凝劑產生菌處於培養後期,細胞表面蔬水性增強,產生的絮凝劑活性也越高。
處理水體中膠體離子的表面結構與電荷對絮凝效果也有影響。
一些報道指出,水體中的陽離子,特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負電荷,促進「架橋」形成。
另外,高濃度Ca2+的存在還能保護絮凝劑不受降解酶的作用。
微生物絮凝劑絮凝范圍廣、絮凝活性高,而且作用條件粗放,大多不受離子強度、pH值及溫度的影響,因此可以廣泛應用於污水和工業廢水處理中。
微生物絮凝劑高效、安全、不污染環境的優點,在醫葯、食品、生物產品分離等領域也有巨大的潛在應用價值。
水處理絮凝劑工作原理絮凝沉澱法是選用無機絮凝劑(如硫酸鋁)和有機陰離子型絮凝劑聚丙烯醯銨(PAM)配製成水溶液加入廢水中,便會產生壓縮雙電層,使廢水中的懸浮微粒失去穩定性,膠粒物相互凝聚使微粒增大,形成絮凝體、礬花。
絮凝體長大到一定體積後即在重力作用下脫離水相沉澱,從而去除廢水中的大量懸浮物,從而達到水處理的效果。
為提高分離效果,可適時、適量加入助凝劑。
處理後的污水在色度、含鉻、懸浮物含量等方面基本上可達到排放標准,可以外排或用作人工注水採油的回注水。
發展前景縱觀絮凝劑的現狀可以看出,絮凝劑的品種繁多,從低分子到高分子,從單一型到復合型,總的趨勢是向廉價實用、無毒高效的方向發展。
無機絮凝劑價格便宜,但對人類健康和生態環境會產生不利影響;有機高分子絮凝劑雖然用量少,浮渣產量少,絮凝能力強,絮體容易分離,除油及除懸浮物效果好,但這類高聚物的殘余單體具有「三致」效應(致崎、致癌、致突變),因而使其應用范圍受到;微生物絮凝劑因不存在二次污染,使用方便,應用前景誘人。
微生物絮凝劑將可能在未來取代或部分取代傳統的無機高分子和有機高分子絮凝劑。
微生物絮凝劑的研製和應用方興未艾,其特性和優勢為水處理技術的發展展示了一個廣闊的前景。
絮凝劑的作用凈水過程中加絮凝劑的作用是什麼
絮凝劑主要有無機絮凝劑,有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑,都主要是處理各種污水用的,具體——
有機高分子絮凝劑在處理煉油廢水,其它工業廢水,高懸浮物廢水及固液分離中陽離子型絮凝劑有著廣泛的用途。
特別是丙烯醯胺系列有機高分子絮凝劑以其分子量高,絮凝架橋能力強而顯示出在水處理中的優越性。
微生物絮凝劑絮凝范圍廣、絮凝活性高,而且作用條件粗放,大多不受離子強度、pH值及溫度的影響,因此可以廣泛應用於污水和工業廢水處理中。
加入絮凝劑就是使水與雜質快速、比較徹底的分離開來影響絮凝劑使用的因素(1)水的pH值。
水中的H和OH一參與絮凝劑的水解反應,pH值強烈影響絮凝劑的水解速度、水解產物的存在形態和性能。
絮凝劑,水處理葯劑,阻垢劑(2)水溫:水溫影響絮凝劑的水解速度和礬花形成的速度及結構。
混凝的水解多是吸熱反應,水溫較低時,水解速度慢且不完全。
但低溫對高分子絮凝劑的影響較小。
使用有機高分子絮凝劑時,水溫不能過高,高溫容易使有機高分子絮凝劑老化甚至分解生成不溶性物質,降低混凝效果。
(3)水中雜質成分。
水中雜質顆粒大小參差不齊對混凝有利,細小而均勻會導致混凝效果很差。
雜質顆粒濃度過低往往對混凝不利,此時迴流沉澱物或投加助凝劑可提高混凝效果。
水中雜質顆粒含有大量有機物時,混凝效果會變差,需要增加投葯量或投加氧化劑等起助凝作用的葯劑。
水中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對混凝有利,而某些陰離子、表面活性物質對混凝有不利影響。
(4)絮凝劑種類。
絮凝劑的選擇主要取決於水中膠體和懸浮物的性質及濃度。
如果水中污染物主要呈膠體狀態,則應首選無機絮凝劑使其脫穩凝聚,如果絮體細小,則需要投加高分子絮凝劑或配合使用活化硅膠等助凝劑。
很多情況下,將無機絮凝劑與高分子絮凝劑聯合使用,可明顯提高混凝效果,擴大應用范圍。
對於高分子而言,鏈狀分子上所帶電荷量越大,電荷密度越高,鏈越能充分伸展,吸附架橋的作用范圍也就越大,混凝效果會越好。
(5)絮凝劑投加量。
使用混凝法處理廢水,其最佳絮凝劑和最佳投葯量通常要通過試驗確定。
一般普通鐵鹽、鋁鹽的投加范圍是10~100mg/L,聚合鹽為普通鹽投加量的1/2~1/3,有機高分子絮凝劑的投加范圍是1~5mg/L。
絮凝劑,水處理葯劑,阻垢劑(6)絮凝劑投加順序。
當使用多種絮凝劑時,需要通過試驗確定最佳投加順序。
一般來說,當無機絮凝劑與有機絮凝劑並用時,應先投加無機絮凝劑,再投加有機絮凝劑。
而處理雜質顆粒尺寸在50μm以上時,常先投加有機絮凝劑吸附架橋,再投加無機絮凝劑壓縮雙電層使膠體脫穩。
(7)水力條件。
在混合階段,要求絮凝劑與水迅速均勻地混合,而到了反應階段,既要創造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會,又要防止已生成的小絮體被打碎,因此攪拌強度要逐步減小,反應時間要足夠長微生物絮凝劑作用取有機高總子絮凝劑相比,微師物絮凝劑擁有絮凝范疇廣、活性高、保險有毒、不凈化環境等特色,而且息用條件細置,存在廣譜絮凝活性,因而,能夠普遍用於給水戰污水處理中。
⑴
高濃度有機廢水處理高濃度有機廢水重要包含畜產廢水及其它一些食品減農廠廢水,此類廢水在生化處理之前正常添絮凝等預處理進程。
微生物絮凝劑比SPA的絮凝動機更糟,借指沒假如異時將微生物絮凝劑戰大批SPA混雜先,錯味精廢水的預處理後果可退一步進步,且葯劑的總投添質顯明縮小。
⑵
印染廢火的穿色印染廢水果其色澤淺,組總龐雜,露無染料、漿料、幫劑、纖維、因膠、蠟量、有機鹽等多種物資,仍替邦內隱止產業廢水亂理下的多少小困難之一。
其處理易點一非COD高,而B/C值較老,可師化較差;二非色度高且組總龐雜。
處理印染廢水要害在於脫色,在各種處理方式外以絮凝法果其投資用度矮、裝備占天多、處置容質小、脫色率高而被廣泛採取。
異聚鐵種絮凝劑種相比微死物絮凝劑不僅具備良孬的絮凝積淀性能,而且存在良糟的穿色後果,在印染廢火西無著正常絮凝劑不擁有的上風,絮凝劑。
⑶
高淡度有機物懸浮廢水的解決高淡度有機懸浮廢水非一種不否熟化提系的廢水,傳統農藝正常採取化教絮凝及處理法。
微熟物絮凝劑也否用於高嶺洋、泥水漿、粉煤灰等水樣處理外,在實驗外通功用微師物絮凝及處理陶瓷廠廢水,釉葯廢水戰坯體廢水。
⑷
活性污泥解決零碎的效力常果污泥的輕提性能變差而下降,在活性污泥西參加微死物絮凝劑時,否使污泥容積指數能很速降落,預防污泥系絮,打消污泥收縮狀況,主而恢回生性污泥重升才能,進步全部處置體系的效力。
息替一種故型的絮凝劑,微熟物絮凝劑有著良糟的利用遠景,未普遍運用於高淡度無機廢水的解決、染料廢火的穿色、活性污泥的處理等寶物處置西,並顯示了強盛的性命力。
微死物絮凝劑未。
發展絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。
其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。
絮凝過程是目前國內外眾多水處理工藝中應用最廣泛、最普遍的單元作之一,是廢水處理過程中不可缺少的關鍵環節。
絮凝效果的好壞往往決定了後續流程的運行狀況、最終出水水質和費用,選擇何種絮凝劑,對於提高出水水質、降低制水成本有著重要的技術經濟價值。
《2014-2018年中國絮凝劑市場深度分析及投資前景預測報告產業》
旨在為投資者或企業管理者一個關於絮凝劑產品的投資及其市場前景的深度分析,為投資者和企業管理人傳遞正確的投資經營理念和選擇,一個中立、全面的投資指南手冊,為絮凝劑產品市場投資一個可供參照的標准。
從而可以科學的幫助企業取得較高的收益。
絮凝劑——投加量、設備選型和放置設備房間尺寸的確定
最佳設置方案如下:
1
先進行試驗室分析,如果懸浮物質固液相面電位為陰性(一般情況下為陰性),可以採用PAC+CPAM方案。
2
確定PAC的用量:也需要先在試驗室內做一個用量試驗,確定PAC單獨使用時的用量與去濁效果曲線。
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如果PAC單獨使用時候的最佳效果下量為A,則可以將實際使用量定為A值的1/4--1/3,而剩餘的工作交給CPAM來完成。
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試驗室確定PAC與CPAM的比例:就是在PAC使用量為A值的1/3情況下,確定需要多少CPAM來將PAC的凝聚效果橋聯起來最合適。
通過實驗,確定PAC與CPAM的使用比例。
以上幾步,將使污水處理企業獲得最佳效果與最低的絮凝成本。
例如:如果1000方水消耗PAC量20KG時效果最佳,那麼,實際上可以採用6KG的PAC來完成凝聚。
而用200克CPAM(一般為PAC用量的1/30)來完成原本14KGPAC才能完成的微小絮團的連接工作。
在此配合中,PAC與CPAM各自完成了自己的最得心應手的工作,並實現了最佳效益。
以上處理方法,也是一致公認的高效,低成本組合。
影響絮凝因素絮凝作用是復雜的物理和化學過程,絮凝處理效果是由多種因素綜合作用的結果。
介紹影響絮凝效果的因素主要有以下幾點:溫度的影響:水溫升高絮凝效果則會提高,在低溫條件下,必須增加絮凝劑用量。
另一方面,水溫過高,形成的絮凝體細小,污泥含水率增大,難以處理。
所以,水溫過高或過低對絮凝均不利。
一般水溫條件宜控制在20-30℃。
水體PH值的影響:每種絮凝劑都有它適合的PH值范圍,超出它的范圍就會影響絮凝效果。
比如聚丙烯醯胺,陽離子型適用於酸性和中性的環境中使用,陰離子型適用於在中性和鹼性的環境中使用,非離子型適用於從強酸性到鹼性的環境中使用。
絮凝劑的性質和結構影響:對於高分子絮凝劑來說,其結構和性質對絮凝作用影響很大。
無機高分子絮凝劑的聚合度越大,其電中和能力和吸附架橋功能越強。
而對於有機絮凝劑來說,除了聚合度的影響外,線性結構的絮凝劑絮凝作用大,而環狀或支鏈結構的有機高分子絮凝劑絮凝效果就差。
絮凝劑投加量的影響:各種絮凝劑都有在相應條件下的最佳投加量,低於或者超過這個最佳量都會使絮凝效果變差。
用量不足時,絮凝不徹底,用量過量則會造成膠體的再穩定,降低絮凝效果。
所以,不同的絮凝劑要在使用之前做小試確定其最佳加入量。
水力條件的影響:為了使絮凝劑與水體充分接觸,增加顆粒碰撞速率,往往要進行機械攪拌,而攪拌的速度和時間必須適當。
攪拌時間太短,絮凝不充分;攪拌速度太快,時間太長,會使已經形成的絮凝被打碎,降低高分子鏈的架橋吸附能力。