時(shí)間：2022-05-03 11:10:09
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摘要：厭氧預(yù)處理可削減曝氣耗氧量的20%～30%。其機(jī)理既不是貯磷菌貯存過量的聚羥基丁酸鹽(PHB)隨污泥排出,也并非由于產(chǎn)生CH4、H2S的釋放。而主要是兼性厭氧菌對糖類發(fā)酵作用產(chǎn)生H2、CO2的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：耗氧量 厭氧穩(wěn)定 非貯磷菌 發(fā)酵 PHB
為控制水污染的日益加劇,目前國內(nèi)正大舉興建城鎮(zhèn)污水處理廠。這是一項(xiàng)保證國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措,但也是一項(xiàng)只見投入,不見直接產(chǎn)出的公益行為。其不僅需要投入大筆的基建資金,而且還要付出可觀的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。一些地方大力籌資建成了污水處理廠,但卻因難以承擔(dān)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用而不能充分發(fā)揮環(huán)境效益。因此,降低能耗,節(jié)約運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用對發(fā)展城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)具有舉足輕重的作用。
在常規(guī)城鎮(zhèn)污水處理中,曝氣供氧的能耗最大,約占全廠總能耗的50%。因此,降低曝氣耗氧量是節(jié)約運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的首要環(huán)節(jié)。降低曝氣耗氧量的途徑有兩條：第一,前置預(yù)處理設(shè)施,削減進(jìn)入曝氣區(qū)的耗氧量；第二,優(yōu)選運(yùn)行條件和擴(kuò)散裝置,提高氧利用率。本文將就前者作進(jìn)一步的探討。
1 厭氧預(yù)處理對曝氣耗氧量的削減作用
在A/O、A2/O系統(tǒng)中,厭氧區(qū)可去除水中大部分有機(jī)物。過去,一直將這種現(xiàn)象主要?dú)w因于貯磷菌的吸收和貯存PHB的作用。因PHB是過渡產(chǎn)物,在好氧區(qū)將作為碳源而被氧化。故這一過程并不削減后續(xù)的曝氣耗氧量。然而,近年來的理論和實(shí)踐都證明,厭氧區(qū)不僅具有吸收和貯存基質(zhì)的功能,而且還產(chǎn)生脫氫氧化作用,并可大幅度削減繼后的曝氣耗氧量。
1.1 早先的發(fā)現(xiàn)和實(shí)踐的證明
早在1983年,Lan等就發(fā)現(xiàn)在曝氣區(qū)前設(shè)置一個(gè)厭氧區(qū),可降低曝氣區(qū)50%的耗氧量。繼后,Randall等[1](1984～1987年)多次證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn),并將這一現(xiàn)象命名為“厭氧穩(wěn)定”。Bordacs等(1988年)在曝氣區(qū)前加了一只厭氧選擇器,平均降低了30%的曝氣耗氧量。其降低幅度與F/M(BOD/MLVSS)有關(guān)：當(dāng)F/M為0.2時(shí),降低36%,當(dāng)F/M為0.8時(shí),降低20%。王凱軍等[2](1988年)將初沉池改成厭氧池,厭氧反應(yīng)1.67～2.5 h后,曝氣耗氧量降低約50%。McClintock等[3](1993年)應(yīng)用A2/O 工藝與常規(guī)活性污泥法進(jìn)行對比研究,前者厭氧、缺氧反應(yīng)各1h,在同等的除氮效果下,A2/O 工藝所需的曝氣時(shí)間由3.2h縮短至1.7h,曝氣耗氧量降低近1/2。
1.2 氧平衡計(jì)算的結(jié)果
所謂厭氧穩(wěn)定是指在厭氧過程中,有機(jī)物完全氧化或還原成氣態(tài)尾產(chǎn)物釋放,既不是轉(zhuǎn)化為菌體隨污泥排出,也不是轉(zhuǎn)化為潛在的耗氧物在系統(tǒng)內(nèi)外繼續(xù)耗氧,是一種脫氫氧化行為。在A/O、A2/O系統(tǒng)中,除厭氧穩(wěn)定作用而外,還存在兩項(xiàng)可削減曝氣耗氧量的因素,即：反硝化和排泥。為排除這兩項(xiàng)因素的干擾,Randall等[1]應(yīng)用物料氧平衡法對三項(xiàng)研究成果進(jìn)行了評估。在氧平衡計(jì)算時(shí),用氧當(dāng)量表示有機(jī)物,統(tǒng)一進(jìn)行量化。從全系統(tǒng)去除的COD氧當(dāng)量中,扣除反硝化增補(bǔ)的和排泥損失的氧當(dāng)量,則可計(jì)算出厭氧穩(wěn)定的氧當(dāng)量,及由此而削減的曝氣耗氧量。第一項(xiàng)研究應(yīng)用A/O工藝,厭氧反應(yīng)1.7h,曝氣3.9h。通過投藥法抑制硝化作用的發(fā)生,免除反硝化增氧的干擾?？鄢拍鄮ё叩难醍?dāng)量,測算出厭氧穩(wěn)定削減的曝氣耗氧量占23%～48%。第二項(xiàng)研究應(yīng)用A2/O工藝,厭氧、缺氧、好氧反應(yīng)的時(shí)間分別為1.3h、2.1h、6.9h,扣除反硝化增補(bǔ)的和排泥損失的氧當(dāng)量,得出厭氧穩(wěn)定削減的曝氣耗氧量為23%～27%。第三項(xiàng)研究A2/O工藝與普通活性污泥法的平行對比試驗(yàn),A2/O系統(tǒng)的厭氧、缺氧、好氧反應(yīng)時(shí)間分別為2h、2h、4h,普通活性污泥法的曝氣時(shí)間為8h。結(jié)果為：厭氧穩(wěn)定削減了8%～27%的曝氣耗氧量,A2/O工藝比普通活性污泥法降低23.2%～37.3%曝氣耗氧量。
2 厭氧穩(wěn)定削減曝氣耗氧量的機(jī)理
厭氧預(yù)處理可削減曝氣耗氧量的發(fā)現(xiàn)已得到國內(nèi)外大量科研成果和生產(chǎn)實(shí)踐的證明。但對其機(jī)理卻眾說紛紜,認(rèn)識不一。占優(yōu)勢的說法是,貯磷菌細(xì)胞內(nèi)貯存過量的PHB,未經(jīng)氧化而以污泥形態(tài)排出系統(tǒng)；也有人將其歸因于厭氧還原產(chǎn)生CH4和H2S的釋放。近年來的研究證明,這兩種說法均科學(xué)依據(jù)不足。
2.1 貯磷菌貯存過量的PHB流失的可能性這方面存在兩種觀點(diǎn)：第一,認(rèn)為貯磷菌貯存PHB是厭氧反應(yīng)的主導(dǎo)作用；第二,認(rèn)為污泥中含有過量的PHB。在厭氧條件下,吸收并貯存PHB的主要是一類小型陰性短桿菌(Acinetobacter)也稱除磷菌。這類菌在厭氧條件下僅能利用醇、酸等低分子有機(jī)物合成PHB,而不能直接利用糖類等復(fù)雜物。其對乙酸的親合性特別強(qiáng),只要水中有乙酸存在,無論在厭氧、缺氧或好氧條件下,也不管污泥處于循環(huán)周期的何種狀態(tài),貯磷菌就要釋放磷而吸收乙酸。此外,必須指出,貯磷菌也是一類活性差、增殖慢、競爭力弱的菌屬,其對環(huán)境條件有一定的要求和選擇性,在A/O、A2/O系統(tǒng)中,將與其他菌種發(fā)生競存和篩選作用。
近年來的研究表明,在厭氧條件下,除貯磷菌而外,還存在另一類能吸收并貯存有機(jī)物的非貯磷菌。兩類菌既可共存又有競爭。Jakub等[4]曾做了這樣一個(gè)試驗(yàn),在葡萄糖和乙酸各50%的基質(zhì)中,接種非貯磷菌。從0天～23天內(nèi),A/O系統(tǒng)的貯磷菌接近于零,但隨著時(shí)間的推移,貯磷菌逐漸增加,而非貯磷菌相應(yīng)減少,至131天后,兩類菌數(shù)量相近。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,不管兩類菌種的比例如何演變,厭氧區(qū)出水的可溶性COD均很低,且變幅甚小。結(jié)果表明,非貯磷菌同樣具有吸收并貯存乙酸等有機(jī)物的能力。然而,非貯磷菌以何種形態(tài)吸收并貯存有機(jī)物,是PHB、PHA、糖類,還是其他物質(zhì),目前所知甚少。
基于上述,在厭氧區(qū)貯磷菌和非貯磷菌均能吸收并貯存大量有機(jī)物。為深究這些貯存物的演變和最終產(chǎn)物,一些學(xué)者進(jìn)行了探索。劉延華等[5]在以乙酸為基質(zhì)的試驗(yàn)中測出：厭氧終端污泥的PHB高達(dá)200mg/L,而在好氧結(jié)束時(shí),降至20 mg/L；在以葡萄糖為基質(zhì)時(shí),污泥的PHB始終處于40 mg/L的低水平,變幅甚小。Randall等對三項(xiàng)研究排泥的氧當(dāng)量測定值為：第二、第三項(xiàng)研究排泥的氧當(dāng)量為1.42 mg/(mg MLVSS)；第四項(xiàng)研究中,A2/O工藝排泥的氧當(dāng)量為1.34mg/(mg MLVSS),普通活性污泥為1.30mg/(mg MLVSS)。這些測定值與標(biāo)準(zhǔn)值1.42mg/(mg MLVSS)相等或接近。據(jù)此推測,排泥中的PHB等細(xì)胞貯存物數(shù)量甚微,不足以對曝氣耗氧量產(chǎn)生重大的影響。
2.2 產(chǎn)生CH4、H2S所起的作用
在厭氧條件下,必然有甲烷菌存在并產(chǎn)生CH4。但一般的A/O、A2/O系統(tǒng)均在常溫下運(yùn)行,且MCRT較短(10天～20天)。這種環(huán)境條件不利于甲烷菌的增殖和代謝活動。雖然甲烷化能消耗一部分有機(jī)物,但不可能產(chǎn)生大幅度削減曝氣耗氧量的結(jié)果。Wable(1992年)曾對一A2/O系統(tǒng)的尾氣進(jìn)行監(jiān)測,未檢出CH4,但該系統(tǒng)仍發(fā)生厭氧穩(wěn)定作用。此外,在Randall等的第二、第四項(xiàng)研究中,雖發(fā)現(xiàn)一些還原硫化物,但數(shù)量甚微,這一過程消耗的有機(jī)物在氧平衡計(jì)算中所占比例甚小。
2.3 厭氧穩(wěn)定的機(jī)理
如前所述,厭氧穩(wěn)定既不能歸因于細(xì)胞貯存過量的PHB等有機(jī)物的流失,也不是由于產(chǎn)生CH4和H2S的釋放。其實(shí)這是由廣泛存在,但被忽視的糖類發(fā)酵反應(yīng)所引起。提起發(fā)酵反應(yīng),一般認(rèn)為僅是將復(fù)雜的、大分子有機(jī)物降解為簡單的、小分子有機(jī)物,發(fā)酵過程產(chǎn)生的氫以降解物或氧化物為受體,不排出系統(tǒng)。因此,發(fā)酵產(chǎn)物的COD與原基質(zhì)相等,不導(dǎo)致削減COD的效果。這種認(rèn)識只看到了發(fā)酵反應(yīng)的一個(gè)側(cè)面,而忽視了更為重要的方面。發(fā)酵反應(yīng)是由多種微生物參與、反應(yīng)途徑多種多樣的復(fù)雜過程。其中既有脫氫氧化作用,又有加氫還原作用。發(fā)酵產(chǎn)物既可能是甲、乙、丙、丁、乳酸,也可能是醇類。發(fā)酵途徑和產(chǎn)物隨著環(huán)境條件和優(yōu)勢菌種的變化而變化。近年來的研究證明,在A/O、A2/O系統(tǒng)中,有許多兼性厭氧菌能在降解糖類時(shí)釋放出H2和CO2,從而削減了系統(tǒng)的COD總量。按經(jīng)典的EM代謝途徑,1 mol C6H12O6首先無氧酵解為2 mol的CH3COCOOH。
3 影響厭氧穩(wěn)定的因素
影響厭氧穩(wěn)定的因素主要有：原水含糖比、原水有機(jī)物濃度、MCRT、F/M、MLVSS等。
3.1 原水含糖比
發(fā)酵反應(yīng)的對象是糖類等復(fù)雜的有機(jī)物,原水含糖比對厭氧穩(wěn)定的影響最大。Randall等在其第二項(xiàng)研究中,曾以乙酸取代葡萄糖為基質(zhì),結(jié)果引起厭氧穩(wěn)定效果的急劇下降。在MCRT為3天時(shí),削減的曝氣耗氧量接近于零。
3.2 原水有機(jī)物濃度
Randall等[1]在研究中發(fā)現(xiàn),原水有機(jī)物濃度也對厭氧穩(wěn)定效果產(chǎn)生重大的影響。應(yīng)用相對較稀的腐化池出水作試驗(yàn),當(dāng)原水COD＜190 mg/L時(shí),厭氧穩(wěn)定效果接近于零。但隨著原水COD的提高而直線上升。
3.3 MCRT、F/M、MLVSS
這是三項(xiàng)互相關(guān)聯(lián)的影響因素。Randall等[1]在第四項(xiàng)研究中,將MCRT由5天提高到15天時(shí),厭氧穩(wěn)定削減的曝氣耗量由8%～18%上升至12%～27%,升幅達(dá)50%。而與此相應(yīng)的是：MLVSS由1000mg/L上升至2000mg/L,F/M由0.2kgCOD/kg MLVSS降低至0.1mgCOD /kg MLVSS。結(jié)果提示,過低的MCRT將導(dǎo)致MLVSS下降、F/M上升,從而削弱厭氧穩(wěn)定效果。
4 結(jié)束語
厭氧穩(wěn)定是由一類非貯磷菌屬的兼性厭氧菌發(fā)酵反應(yīng)的結(jié)果,是一種脫氫氧化行為。厭氧穩(wěn)定削減的曝氣耗氧量可達(dá)20%～30%。厭氧穩(wěn)定對含糖比大,有機(jī)物濃度高的污水較為合適。從削減曝氣耗氧量的角度出發(fā),厭氧穩(wěn)定應(yīng)是一個(gè)有利于產(chǎn)生并釋放H2和CO2的過程,這個(gè)過程應(yīng)促進(jìn)NAD的再氧化并避免降解產(chǎn)物的還原。然而,迄今為止,有關(guān)厭氧穩(wěn)定的理論知識仍相當(dāng)貧乏,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更是不足。如何優(yōu)化篩選參與厭氧穩(wěn)定的微生物,如何優(yōu)化厭氧穩(wěn)定的運(yùn)行條件,如何將厭氧穩(wěn)定與除氮、磷作用有機(jī)結(jié)合等一系列課題,都有待今后研究和探討。
大量的資料表明，我國目前及今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境問題主要是水環(huán)境問題，水環(huán)境問題又主要是有機(jī)廢水的污染問題。因此，有機(jī)廢水的治理是環(huán)保工作中極其重要的一面。
有機(jī)廢水無害化處理的首選方法是生物處理。這是由生物處理所具有的處理的相對徹底性（ 無二次污染或二次污染較?。┮约斑\(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)決定的。
根據(jù)有機(jī)廢水處理方面的特性可以將其劃分為以下3類：①廢水中的有機(jī)物易于生物降解，同時(shí)廢水中的毒物含量很少。這類廢水主要是生活污水和來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水等； ②廢水中的有機(jī)物易于生物降解，同時(shí)廢水中的毒物含量較多。這類廢水主要來自印染、制革廢水等；③廢水中所含的有機(jī)物難于生物降解（生物降解速度極其緩慢），同時(shí)，廢水中毒物可能較多、亦可能較少。這類廢水主要來自造紙、制藥廢水等。
第①類廢水可直接進(jìn)行生物處理。第③類廢水較為復(fù)雜，此處不作討論。本文主要對第② 類廢水中的毒物作用機(jī)制及應(yīng)對措施加以討論。
1、毒物及其作用機(jī)制
廢水中凡是能延緩或完全抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)，統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì)，簡稱毒物。這些毒物，從化學(xué)性質(zhì)上來分可劃分為有機(jī)物和無機(jī)物兩大類。從處理的角度又可劃分為能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（如H2S、苯酚等，或稱非穩(wěn)定性毒物）和不能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（如NaCl、汞、銅等，或稱穩(wěn)定性毒物）兩大類。
毒物對微生物的作用機(jī)制主要有如下方式：
（1）損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分和細(xì)胞外膜。如：70%濃度的乙醇能使蛋白凝固達(dá)到殺菌作用；酚、甲酚、表面活性劑作用于細(xì)胞外膜，破壞細(xì)胞膜的半透性。
（2）損傷酶和重要代謝過程。一些重金屬（銅、銀、汞等）對酶有潛在的毒害作用，甚至在非常低的濃度下也起作用。這些重金屬的鹽類和有機(jī)化合物能與酶的-SH基結(jié)合，并改變這些蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)。
（3）競爭性抑制作用。當(dāng)廢水中存在一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與代謝物質(zhì)相類似的有機(jī)物時(shí)便會發(fā)生。因?yàn)槎叨寄茉诿傅幕钚灾行呐c酶相結(jié)合，它們的競爭將抑制中間產(chǎn)物的形成，使酶的催化反應(yīng)速率降低。
（4）對細(xì)胞成分合成過程的抑制作用。當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞成分的結(jié)構(gòu)時(shí)，它們便會被細(xì)胞吸收并同化，結(jié)果是合成無功能的輔酶或?qū)е律L停止。這種作用最典型的例子便是磺胺酸。
（5）抗生素對核酸的抑制作用。不少抗生素能專一地抑制原核生物的蛋白質(zhì)合成，如鏈霉素會抑制氨基酸正確結(jié)合于多肽上。
（6）抗生素對核酸的抑制作用。如絲裂霉系C會選擇性地阻止DNA的合成，從而抑制微生物的生長。
（7）對細(xì)胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通過干擾細(xì)胞壁的合成從而達(dá)到抑制微生物生長的效果。
2、菌種承受毒物的能力及菌種馴化法
需說明的是，微生物中存在不少能耐受常用代謝毒物的菌株，有的甚至能利用它們作為能源?；瘜W(xué)物質(zhì)對微生物的抑制作用與其濃度有直接關(guān)系，并隨微生物的馴化而發(fā)生變化，經(jīng)過馴化的微生物對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力將逐步加強(qiáng)。微生物這種巨大的適應(yīng)性（變異性）是由它們的小體積決定的。如一個(gè)微球細(xì)胞僅具有約100 000個(gè)蛋白質(zhì)分子所能容納的空間，如此小的體積決定了那些近期用不著的酶是不能儲備的，許多分解代謝酶類只有當(dāng)存在合適的基質(zhì)時(shí)才會產(chǎn)生。在某些條件下這類可誘導(dǎo)的酶可占蛋白質(zhì)總含量的10%.正是微生物的這種變異性，才使生物法處理含毒有機(jī)廢水成為可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的（此時(shí)的濃度叫極限允許濃度），正是這種極限又要求含毒物有機(jī)廢水在生物處理前需要一定的預(yù)處理。
前已說過，微生物由于其體積的細(xì)小，而具有巨大的適應(yīng)性（變異）。因此可以采用人工改變微生物生活環(huán)境的方法進(jìn)行誘導(dǎo)變異，讓微生物直接適應(yīng)原水中毒物濃度或提高微生物對毒物的去除能力。這種方法對穩(wěn)定性毒物及非穩(wěn)定性毒物均適用，是處理含毒有機(jī)廢水的一種基本方法。
在城市生活污水處理廠中，當(dāng)進(jìn)水中酚的濃度突然增加到50 mg/L時(shí)，便會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞作用。嚴(yán)重時(shí)，會導(dǎo)致全系統(tǒng)的崩潰?？墒牵辰够瘡S采用適應(yīng)性變異的方法對菌種進(jìn)行馴化即菌種馴化法，使微生物內(nèi)的酶逐步適應(yīng)了這種毒物的大量存在，便將這種毒物當(dāng)成其底物而加以分解吸收。實(shí)際運(yùn)行表明，進(jìn)水中酚的平均濃度為117.5 mg/L時(shí)，酚的去除率高達(dá)99.6%.
含酚廢水處理是應(yīng)對一種不穩(wěn)定性毒物的例子，當(dāng)毒物很穩(wěn)定時(shí)，亦可采用這種馴化方法以提高微生物對毒物的承受能力。但須注意，這種毒物的濃度必須滿足最終出水排放標(biāo)準(zhǔn)或另外采取其它措施加以控制。
3、預(yù)處理方法
前已說過，馴化是生物處理法中應(yīng)對毒物的一種基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的，毒物濃度超過極限允許濃度時(shí)就需要一定的預(yù)處理。目前，預(yù)處理法主要有稀釋法、轉(zhuǎn)化法和分離法。
3.1 稀釋法
污水中的毒物之所以成為毒物，是與其濃度有關(guān)的。當(dāng)其濃度超過某一極限允許濃度時(shí)，毒物就成為毒物；在極限允許濃度以下時(shí)，毒物就不表現(xiàn)出毒性甚至成為營養(yǎng)。當(dāng)廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時(shí)，為保證生物處理的正常進(jìn)行，可采用簡單的稀釋法，將廢水中毒物濃度降低到極限濃度以下。
根據(jù)廢水中毒物的穩(wěn)定或非穩(wěn)定性質(zhì)，結(jié)合實(shí)際情況，可采取3種不同的稀釋法：污水稀釋法，處理出水稀釋法，清水稀釋法。
（1）污水稀釋法。不同的污水中所含的物質(zhì)不同，將它們混合起來，彼此稀釋，可將毒物濃度降低到極限允許濃度以下，這便是污水稀釋法。它最簡單、最經(jīng)濟(jì)，是首選方法，不論毒物的性質(zhì)是穩(wěn)定或非穩(wěn)定均適用。少量的工業(yè)廢水混入大量的城市污水中，幾乎所有的毒物濃度都會被降低到極限允許濃度以下。但是，少量的工業(yè)廢水彼此間混合后，毒物濃度仍有可能在極限允許濃度以上，仍需繼續(xù)采取其它措施。
污水稀釋法除了上面所說的不同單位所排廢水之間的大稀釋外，還有同一工廠不同車間所排廢水之間的小稀釋。比如，制革工廠中，脫毛工段所排的灰堿廢水中S2-的濃度高達(dá)1 000 mg/L以上，但脫毛工段所排的灰堿廢水只占全廠總排水量的5%左右，只要建一較大的調(diào)節(jié)池（停留時(shí)間HRT一般在12 h左右），不同工段所排廢水在此攪拌混合后，總出水中S2-的濃度便可降低到100 mg/L以下。這對后續(xù)處理非常有利。
（2）處理出水稀釋法。這種方法只適用于廢水中的毒物為非穩(wěn)定這一單一情況。處理出水稀釋法又有兩種：①曝氣池池型采用完全混合式；②處理出水回流稀釋法。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，方法①應(yīng)是首選。
實(shí)例：制革廢水中S2-的存在對生物處理具有極大的危害，生物處理的極限允許濃度為30 mg/L.制革廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)稀釋后，進(jìn)入曝氣池時(shí)S2-仍然在50 mg/L 以上。以前，許多設(shè)計(jì)單位主張采用分隔處理，即先把灰堿廢水單獨(dú)進(jìn)行脫S預(yù)處理，把進(jìn)水中的S2-降低到30 mg/L以下，再進(jìn)行綜合處理。有經(jīng)驗(yàn)表明，可采用處理出水稀釋法來消除S2-對生物處理的影響，不需要進(jìn)行分隔處理，而直接進(jìn)行綜合處理。東南大學(xué)設(shè)計(jì)的南京制革廠廢水處理站，采用的處理流程為調(diào)節(jié)池初沉池生物處理，生物處理采用的是氧化溝，該氧化溝溝寬6 m，有效水深3 m，溝內(nèi)水流平均流速0.4 m/s，做如下兩個(gè)假定：①廢水進(jìn)入氧化溝后經(jīng)過1周的循環(huán)，其中的S2-經(jīng)曝氣氧化后全被去除（被氧化成單體硫或硫代硫酸鹽）；②廢水一進(jìn)入氧化溝后，橫向擴(kuò)散很好，橫斷面上各點(diǎn)水質(zhì)完全相同。按S2- 的極限允許濃度30 mg/L進(jìn)行計(jì)算，理論上可得該氧化溝進(jìn)水S2-的最大允許濃度為 7776 mg/L.從30 mg/L到7776 mg/L可以看出稀釋法的巨大作用。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行中①，②兩條假定不可能完全做到，故實(shí)際進(jìn)水最大允許濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到7776 mg /L.根據(jù)該廠長達(dá)12年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在調(diào)節(jié)池出水S2-不超過100 mg/L 的情況下，S2-對氧化溝的穩(wěn)定運(yùn)行是完全沒有影響的，而且氧化溝出水S2-始終在排放標(biāo)準(zhǔn)1 mg/L以下。這是稀釋法成功應(yīng)用的一個(gè)例子。
（3）清水稀釋法。這種方法只有在廢水中的毒物為穩(wěn)定性毒物，不能采用處理出水稀釋，工廠內(nèi)部及其附近又沒有其它廢水可以用來稀釋它，而且這種毒物又不能采用分離法或轉(zhuǎn)化法去除時(shí)才能使用。這是由于①這種方法的不經(jīng)濟(jì)性。采用清水稀釋本身就要花費(fèi)大量的水費(fèi)；原水采用大量的清水稀釋后，處理投資和運(yùn)行費(fèi)都要增加。②隨著環(huán)境管理的加強(qiáng)，已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。
實(shí)例：南京某石化公司化工二廠廢水處理站，進(jìn)水COD為6 000 mg/L，但同時(shí)含有CaCl 250 000 mg/L，如此高的鹽度將會極大地抑制生物處理的正常運(yùn)行，所以在生物處理之前必須對鹽加以適當(dāng)處理?？紤]到生物處理對CaCl2無去除或轉(zhuǎn)化作用，其它的分離或轉(zhuǎn)化方法又不經(jīng)濟(jì)，該廠地處郊區(qū)，附近無其它工廠或本廠的另類廢水可利用來稀釋，故設(shè)計(jì)單位與甲方商量后采用了清水稀釋法，即將原水加清水稀釋10倍，將CaCl2濃度降為5 000 mg/L后，再進(jìn)行深井曝氣法處理，取得了滿意的效果。
3.2 轉(zhuǎn)化法
化學(xué)物質(zhì)只有在特定的情況下才會表現(xiàn)毒性，比如，硝基苯毒性較大，轉(zhuǎn)化為苯胺后，毒性就大為降低。Cr6+的毒性很大，可是被還原為Cr3+后，毒性就大為降低。所以，可以通過化學(xué)方法，將有機(jī)廢水中的毒物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的物質(zhì)，以保證生物處理的正常進(jìn)行。這種方法對穩(wěn)定性毒物或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法一定要注意兩個(gè)問題：①轉(zhuǎn)化后，穩(wěn)定性毒物的濃度必須在生物處理極限允許濃度以下，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行；②最終出水中，毒物濃度也應(yīng)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)例：化工廢水中的硝基苯是一種毒性較大，可生化性較差的物質(zhì)。直接對它進(jìn)行生物處理，由于毒物負(fù)荷的限制，使得生化曝氣池的BOD負(fù)荷極低，效率不高。故絕大多數(shù)工程在廢水進(jìn)入曝氣池之前進(jìn)行預(yù)處理，用化學(xué)法（比如亞鐵還原）將硝基苯轉(zhuǎn)化為苯胺，苯胺與硝基苯相比，其毒性大為降低，而且可生化性大幅提高，使曝氣池BOD負(fù)荷大大提高。
3.3 分離法
利用分離的手段，將廢水中的毒物轉(zhuǎn)移到氣相或固相中去，以保證廢水生物處理的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這便是分離法的原理。此法對穩(wěn)定性或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：①分離后，廢水中穩(wěn)定性毒物濃度必須在生物處理的極限允許濃度之下，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行；②必須保證最終出水各項(xiàng)指項(xiàng)（包括毒物）達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)；③轉(zhuǎn)移到氣相或固相的毒物必須進(jìn)行妥善處理，不允許出現(xiàn)二次污染。
實(shí)例：制革廢水中S2-是一種毒物，我們可以向廢水中投加Fe2+使之形成FeS沉淀去除，出水可以直接進(jìn)行生物處理而不受S2-的影響，沉淀的FeS可以送去制磚或進(jìn)行填埋處理；亦可以向廢水中加酸，將廢水中的S2-形成H2S吹脫到空氣中去，用NaOH吸收后形成Na2S再回用于制革生產(chǎn)。
4、結(jié)語
為保證生物處理的正常進(jìn)行，可采用的消除毒物影響的措施是很多的，如何從繁多的方法措施中選擇一個(gè)最佳方案，是一個(gè)全系統(tǒng)優(yōu)化課題。優(yōu)化的原則是：①廢水中各項(xiàng)指標(biāo)（包括毒物）必須達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)；②必須保證生物處理的正常運(yùn)行；③在此基礎(chǔ)上，應(yīng)努力追求工藝流程簡單、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染以及管理方便。
實(shí)例一：制革工廠中，灰堿廢水中含有大量的S2-.為消除S2-的影響，可采用的措施有如下幾條：①采用分隔處理，向廢水中投加MnSO4，曝氣，將廢水中的S2- 氧化成單體硫或硫代硫酸鹽；②采用分隔處理，向廢水中投加Fe2+，使之形成FeS沉淀而去除；③采用分隔處理，向廢水中投加酸，使之形成H2S，再用NaOH吸收；④綜合處理，向廢水中投加MnSO4，曝氣，將廢水中的S2-氧化成單體硫或硫代硫酸鹽；⑤綜合處理，向廢水中投加Fe2+，使之形成FeS沉淀而去除；⑥其它方法。在這么多的方法中，東南大學(xué)經(jīng)過多年的探索，最終總結(jié)出一條最佳工藝方案：不進(jìn)行分隔處理，直接進(jìn)行綜合處理，調(diào)節(jié)池的HRT延長到12 h，攪拌混合后，可將廢水中的S2-降低到100 mg/L以下，初沉后，曝氣池采用完全混和型的氧化溝，可直接消除S2-的影響并將其去除。國內(nèi)數(shù)十項(xiàng)此類工程的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：這套綜合措施是完全可行的。
實(shí)例二：南京某煉油廠某股廢水中，COD為3000 mg/L，NH3-N 200 mg/L，S2-150 mg/L.S2-的濃度已經(jīng)超過生物處理的極限允許濃度，故在進(jìn)行生物處理之前必須先解決好S2-的問題。在確定廢水處理工藝流程.這種方法就本段來看是完全可行的，但因該廢水中HN3-N濃度較高，必須采用A/O法進(jìn)行處理，被氧化過的S進(jìn)入A/O段后，處理池中的厭氧環(huán)境又會將S還原為S2-，其毒性又恢復(fù)釋放出來，必將破壞生物處理的正常運(yùn)行。故采用這種方法從全流程上來看是不行的。最終選定的方案是采用投加Fe鹽沉淀去除的方法。
【摘要】 目的： 探討復(fù)合預(yù)處理（亞低溫下缺血預(yù)處理）對大鼠小腸缺血再灌注損傷的保護(hù)作用及機(jī)制. 方法： 將32只大鼠隨機(jī)分為4組（每組8只）：假手術(shù)對照組（Sham）、缺血再灌注組（I/R）、缺血預(yù)處理組（IP）、亞低溫預(yù)處理組（MHIP）. 比較各組小腸組織濕干質(zhì)量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量及血清乳酸脫氫酶（LDH）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）活力、總抗氧化（TAX）能力的變化，并觀察各組腸組織超微結(jié)構(gòu)及Bcl2, Bax蛋白表達(dá). 結(jié)果: 腸缺血再灌注后小腸濕干質(zhì)量比值增高,LDH, MDA含量明顯上升（P<0.01），Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯下降，小腸組織Bcl2和Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）明顯增高（P<0.01）；IP組與I/R組比較及MHIP組與IP組比較小腸濕干質(zhì)量比值減小，LDH，MDA含量明顯下降，Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯上升，小腸組織Bcl2蛋白表達(dá)吸光度（A）值增高，Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）值降低（P<0.01, P<0.05），Bcl2/Bax吸光度（A）比值明顯增高. 結(jié)論： 亞低溫缺血預(yù)處理通過增加腸組織自身抗氧化能力、抑制脂質(zhì)過氧化、上調(diào)Bcl2基因的蛋白表達(dá)與下調(diào)Bax基因的蛋白表達(dá)以抑制腸組織細(xì)胞凋亡的發(fā)生等機(jī)制對抗腸缺血再灌注損傷.
【關(guān)鍵詞】 小腸；再灌注；亞低溫；缺血預(yù)處理；基因表達(dá)
0引言
亞低溫對腦和肝缺血再灌注損傷有保護(hù)作用［1,2］，但亞低溫缺血預(yù)處理對小腸缺血再灌注損傷作用的研究尚未見報(bào)道. 我們在缺血預(yù)處理和亞低溫研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用大鼠小腸缺血再灌注損傷模型，觀察亞低溫缺血預(yù)處理對腸缺血再灌注損傷的保護(hù)作用，并探討其可能的機(jī)制.
1材料和方法
1．1材料
1.1.1動物選用Wistar健康雄性大鼠32只，體質(zhì)量230~280 g. 由咸寧醫(yī)學(xué)院動物室提供. 將32只大鼠隨機(jī)分為4組，每組8只. ① 假手術(shù)對照組（Sham）：僅暴露腸系膜上動脈（SMA）而不夾閉，共2 h結(jié)束實(shí)驗(yàn)后取材；② 缺血灌注組（Ischemiareperfusion, I/R）：夾閉SMA 60 min后松夾60 min再取材；③ 缺血預(yù)處理組（Ischemicpreconditioning, IP）：夾閉SMA 5 min和松夾5 min作為預(yù)處理，余同I/R組；④ 亞低溫預(yù)處理組（mild hypothermia ischemicpreconditioning, MHIP）：在實(shí)施缺血預(yù)處理前在小腸周圍充填碎冰造成小腸亞低溫（33~35℃）［3］，余同IP組.
1.1.2藥品及試劑乳酸脫氫酶（LDH）、Ca2+Mg2+ATP酶含量、總抗氧化（TAX）能力、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）活性試劑盒均購自南京建成生物工程研究所，Bcl2, Bax免疫試劑盒由武漢博士德生物工程有限公司提供，其他試劑均為國產(chǎn)分析純. 結(jié)果測定按試劑盒提供的說明書嚴(yán)格進(jìn)行操作.
1.2方法
1.2.1模型制備100 mL?L-1水合氯醛（3.5 mL?kg-1, ip）麻醉后，仰臥固定，取腹部正中切口，暴露SMA,用無損傷動脈夾夾閉其根部導(dǎo)致缺血，松夾即為再灌注，在各設(shè)定時(shí)相點(diǎn)經(jīng)髂動脈取血并迅速放血致死，同時(shí)取中段小腸勻漿.
1.2.2指標(biāo)測定① 取定量腸組織制備組織勻漿測定Ca2+Mg2+ATP酶活性，并留取腸組織觀察組織濕干質(zhì)量比值；經(jīng)髂動脈取血分離血漿，測定LDH活性，SOD, MDA含量，TAX能力；②冰凍切片后，用免疫組化方法，通過DAB顯色，觀察bcl2 及 bax 蛋白表達(dá)，在顯微鏡下用圖像分析系統(tǒng)檢測吸光度（A）值（每組選10個(gè)視野分別測量，計(jì)算均值）；③冰凍切片后，光鏡下觀察并拍片，根據(jù)Chiu腸粘膜損傷進(jìn)行分級，電鏡標(biāo)本嚴(yán)格制片，在日立H600透視電鏡下觀察并拍片.
統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：所有數(shù)據(jù)均以 x±s表示，組與組之間采用t檢驗(yàn).
2結(jié)果
2.14組動物小腸組織濕干質(zhì)量比Ca2+Mg2+ATP酶含量以及血漿TAX, LDH, SOD, MDA的變化腸缺血再灌注后小腸濕干質(zhì)量比值增高,LDH, MDA含量明顯上升（P<0.01），Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯下降（P<0.01）；缺血預(yù)處理組與缺血再灌注組比較及亞低溫預(yù)處理組與缺血預(yù)處理組比較小腸濕干質(zhì)量比值減小，LDH， MDA含量明顯下降（P<0.01, P<0.05）， Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯上升（P<0.01, P<0.05, Tab1) .
表1大鼠腸組織濕干質(zhì)量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量、血漿TAX， LDH， SOD活性及MDA含量 (略)
2.24組動物小腸組織Bcl2, Bax和Bcl2/Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）值的變化腸缺血再灌注后小腸組織Bcl2和Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）值明顯增高，與假手術(shù)對照組有顯著性差異（P<0.01）；缺血預(yù)處理組與缺血再灌注組比較及亞低溫預(yù)處理組與缺血預(yù)處理組比較小腸組織Bcl2蛋白表達(dá)吸光度（A）值增高（P<0.01, P<0.05），Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）值降低（P<0.01, P<0.05），Bcl2/Bax吸光度（A）比值明顯增高 （Tab 2 ）.
2.34組動物腸組織學(xué)改變光鏡下，將各組腸粘膜損傷進(jìn)行比較：假手術(shù)對照組腸粘膜基本正常，損傷均為0級；缺血再灌注組腸粘膜損傷（Ⅱ級2只，Ⅲ級3只，Ⅳ級3 只）明顯高于假手術(shù)對照組（P<0.01）；缺血預(yù)處理組腸粘膜損傷（Ⅰ級2只，Ⅱ級4只，Ⅲ級2只）明顯低于缺血再灌注組（P<0.01）；亞低溫預(yù)處理組腸粘膜損傷（0級1只，Ⅰ級3只，Ⅱ級4只）低于缺血預(yù)處理組（P<0.05）. 電鏡下，假手術(shù)對照組腸粘膜上皮微絨毛排列整齊，各細(xì)胞器形態(tài)正常；I/R組腸粘膜上皮微絨毛稀疏、變短、脫落，線粒體明顯腫脹，空泡變性，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排列紊亂、腫脹；缺血預(yù)處理組腸粘膜上皮微絨毛排列基本整齊，線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輕度腫脹；而亞低溫預(yù)處理組腸粘膜上皮微絨毛排列整齊，線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹不明顯.
表24組小腸組織Bcl2、 Bax和Bcl2/Bax蛋白表達(dá)吸光度（A）值的比較 (略)
3討論
1986年Murry等［4］提出預(yù)處理(preconditioning, PC)這一概念，他們在動物實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)心臟經(jīng)歷多次短暫缺血后，緊接一個(gè)較長時(shí)程的心肌缺血，不僅沒有“累積性損傷”，而且心肌對隨后較長時(shí)間缺血產(chǎn)生更大的耐受力，這一現(xiàn)象稱為缺血預(yù)處理的保護(hù)作用. 近年來，IP對腦、腎、肝I/R損傷的保護(hù)作用已有大量報(bào)道，并從內(nèi)源性細(xì)胞保護(hù)物質(zhì)、膜受體信息傳遞及細(xì)胞代謝因素等方面探討其保護(hù)機(jī)制. IP對組織的保護(hù)作用畢竟有限，目前有研究表明，亞低溫對腦［5］、肝［3］I/R所致氧自由基損害有保護(hù)作用. 我們在大鼠小腸I/R損傷模型上觀察亞低溫對IP的增強(qiáng)效應(yīng)和亞低溫缺血預(yù)處理即復(fù)合預(yù)處理對小腸I/R損傷的保護(hù)作用. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，I/R組腸組織濕干質(zhì)量比值、LDH, MDA含量明顯上升，Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯下降，表明腸I/R后，產(chǎn)生大量的氧自由基，作用于生物膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化，造成組織細(xì)胞損害. IP組腸組織濕干質(zhì)量比值、LDH, MDA含量明顯低于I/R組，Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明顯高于I/R組. 表明IP能提高小腸組織的抗氧化能力，抑制腸組織脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，減輕I/R產(chǎn)生氧自由基所致的損傷. 但I(xiàn)P只能減輕不能避免這種損傷，限制了臨床應(yīng)用. 本實(shí)驗(yàn)在IP前對小腸實(shí)施亞低溫處理，以期增強(qiáng)IP的保護(hù)作用. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，MHIP組與IP組比較，小腸濕干質(zhì)量比值減小，LDH, MDA含量明顯下降，Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能明顯上升，腸粘膜損傷程度及腸組織超微結(jié)構(gòu)異常也明顯減輕. 提示亞低溫能增強(qiáng)IP的保護(hù)作用. 其機(jī)制可能是亞低溫進(jìn)一步抑制小腸因I/R所致的腸組織脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，提高小腸的抗氧化能力，減輕氧自由基所致的損害，維護(hù)細(xì)胞的正常能量代謝及細(xì)胞器形態(tài)和功能的完整性.
我們發(fā)現(xiàn)，腸I/R后，小腸組織Bcl2和Bax蛋白表達(dá)吸光度值明顯增高，與對照組有顯著性差異；MHIP組小腸組織Bcl2蛋白表達(dá)吸光度值明顯高于I/R組，Bax蛋白表達(dá)吸光度明顯低于I/R組，Bcl2/Bax吸光度值比值也明顯高于I/R組. Bcl2是一種細(xì)胞凋亡的抑制基因，Bax是一種細(xì)胞凋亡的促進(jìn)基因，二者相互作用調(diào)控細(xì)胞凋亡［6,7］. 我們認(rèn)為MHIP對抗I/R損傷的機(jī)制可能是誘導(dǎo)了Bcl2的表達(dá)，抑制了Bax的表達(dá)，從而抑制腸組織細(xì)胞凋亡的啟動，減輕腸I/R損傷. 本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的意義就是在基因水平上觀察到復(fù)合預(yù)處理對腸移植的供體小腸血供復(fù)流時(shí)的再灌注損傷保護(hù)作用，為臨床應(yīng)用提供有效方法和理論依據(jù).
摘要：目的 研究選擇性Na+/H+ 交換抑制劑HOE642（Cariporide）預(yù)處理對未成熟心肌缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用及機(jī)制。方法 20只健康新西蘭幼兔（3~4周齡），利用Langendorff左室做功模型灌注其離體心臟,建立全心缺血/再灌注模型。KH液自主動脈逆行灌注心臟，向球囊緩慢注入生理鹽水，調(diào)整至左室舒張末壓（LVEDP）為10mmHg, 做功20 min，隨機(jī)分為兩組，組Ⅰ: 對照組，繼續(xù)灌注15min；組Ⅱ：HOE642預(yù)處理組，用加入HOE642的KH液（濃度為5μmol/L）繼續(xù)灌注15min。然后兩組心臟均以St.Thomas停搏液誘導(dǎo)停跳，常溫（37℃）缺血45min（保濕保溫），再灌注60 min。記錄冠脈流量（CAF），多導(dǎo)生理記錄儀記錄左心功能指標(biāo)， 原子吸收分光光度計(jì)測定心肌細(xì)胞內(nèi)鈣（Ca）含量,自動生化分析儀測量冠脈流出液中磷酸肌酸激酶（CK）、磷酸肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脫氫酶（LDH）漏出量含量，計(jì)算心肌含水量，透射電鏡觀察心肌超微結(jié)構(gòu)改變。結(jié)果 CAF、左室發(fā)展壓（LVDP）、左室壓力微分（±dp/dtmax）恢復(fù)率，心肌組織內(nèi)Ca 及心肌含水量，心肌超微結(jié)構(gòu)變化，HOE642預(yù)處理組明顯優(yōu)于對照組（P<0.05）。結(jié)論 HOE642預(yù)處理通過減少細(xì)胞內(nèi)鈣超載，模擬缺血預(yù)處理的心肌保護(hù)效果，對未成熟心肌缺血/再灌注損傷有明顯的保護(hù)作用。
關(guān)鍵詞：Na+/H+ 交換;預(yù)處理;未成熟心肌;缺血再灌注損傷;鈣超載
隨著心血管外科、體外循環(huán)及圍術(shù)期處理水平的提高，越來越多的先心病患兒在嬰幼兒期、新生兒期進(jìn)行早期手術(shù)治療。術(shù)中良好的心肌保護(hù)是術(shù)后存活的關(guān)鍵，與未成熟心肌生理功能相適應(yīng)的、有別于成熟心肌保護(hù)措施的尋求是小兒心臟外科關(guān)注的焦點(diǎn)［1］。這也為將來胎兒體外循環(huán)的心肌保護(hù)提供依據(jù)。
防治心肌缺血/再灌注損傷是心肌保護(hù)的關(guān)鍵，藥物預(yù)處理是防治心肌缺血/再灌注損傷的有效措施。近年,心肌細(xì)胞鈉氫通道（Na+/H+ exchanger,NHE1） 介導(dǎo)缺血/再灌注損傷的機(jī)制逐漸受到重視，有研究報(bào)道Na+/H+ 交換抑制劑對成熟心肌有保護(hù)作用［2］ 。HOE642（cariporide）是第一個(gè)進(jìn)入臨床研究的NHE1拮抗劑，本實(shí)驗(yàn)探討了HOE642預(yù)處理防治未成熟心肌缺血/再灌注損傷的作用及機(jī)制。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器
HOE642（Cariporide）(德國Aventis Pham公司惠贈), Langendorff灌流裝置,Powerlab多導(dǎo)生理記錄儀（Bridge AD Instrument PTY Ltd, Australia ,Chart v5.0），P-300生理壓力傳感器（北京金三江傳感技術(shù)有限公司），滾壓泵（Stockert,德國）,混合氣（O2:CO2=95%,北京普萊克斯公司），超純水（SZ-93自動雙重純凈水蒸餾器，上海亞容生化儀器廠），Krebs-Henseleit重碳酸鹽緩沖液（KH液）（mmol/L）:NaCl 118.5、NaHCO3 25.0 、KH2PO4 1.2 、KCL 4.8 、 MgSO4?7H2O 1.2、 CaCl2?2H2O 1.8 、葡萄糖11.0 ，pH (7.4±0.5)。
1.2 建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?
健康純種新西蘭大耳白兔，3~4周齡，雌雄不限，體重300~350g（阜外心血管病醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動物中心提供）。以戊巴比妥鈉（30mg/kg）腹腔麻醉，經(jīng)耳緣靜脈肝素化（150IU/kg）,由劍突剪開胸腔，迅速剪開壁層心包，快速摘取心臟并浸入4℃KH液中，主動脈修剪及輕擠心臟排盡心腔余血后立即將心臟懸掛于Langendorff灌流裝置上，用恒溫循環(huán)器預(yù)先恒溫到37℃、95%O2+5%CO2混合氣平衡20min的KH液，自主動脈根部逆行灌注心臟，冠脈流出液不參與循環(huán)，主動脈灌注壓（CPP）為70 cmH2O，剪開肺動脈根部以利冠脈回流通暢。剪開左心耳,將與多道生理記錄儀相連的小乳膠囊經(jīng)左心耳放于左室，通過Powerlab壓力換能器的換能作用，多道生理記錄儀能記錄心臟左室功能參數(shù)：左室發(fā)展壓（LVDP）、左室壓力微分（±dp/dtmax）。向球囊緩慢注入生理鹽水，調(diào)整至左室舒張末壓（LVEDP）為10mmHg，建立左室做功模型。
1.3 實(shí)驗(yàn)分組
37℃KH液平衡灌注心臟，做功20 min，將20枚幼兔心臟隨機(jī)分為兩組，組Ⅰ:對照組, 繼續(xù)灌注15min； 組Ⅱ：HOE642預(yù)處理組，用加入HOE642的KH液（濃度為5μmol/L）繼續(xù)灌注15min。兩組心臟均以常溫St.Thomas停搏液20ml誘導(dǎo)停跳（灌注壓為80 cmH2O），常溫（37℃）缺血45min（保濕保溫），再灌注60 min，建立全心缺血/再灌注模型。
1.4 監(jiān)測指標(biāo)
心臟做功20 min時(shí)，記錄冠脈（CAF）、 LVDP、±dp/dtmax作為基礎(chǔ)值，再分別記錄其再灌注10min、30min、60min測定值，計(jì)算其對基礎(chǔ)值的恢復(fù)率。取再灌注5 min的冠脈流出液，以自動生化分析儀測定磷酸肌酸激酶（CK）漏出量、磷酸肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脫氫酶（LDH）漏出量。再灌注畢，快速取下心臟，濾紙吸盡心臟表面水分，取心尖部心肌置于戊二醛固定做透射電鏡觀察心肌超微結(jié)構(gòu)。切取左室心肌，電子天平（精度1×10-5）稱量心肌濕重，置于60烘箱烘烤24h后稱量其干重，心肌含水量為（1-干重/濕重）×100%，以百分比表示。留取干標(biāo)本，用原子吸收分光光度計(jì)測定心肌細(xì)胞內(nèi)鈣含量（Ca）。
1.5 數(shù)據(jù)表達(dá)和統(tǒng)計(jì)分析
數(shù)據(jù)均以±s表示，采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，組間比較采用t檢驗(yàn), P<0.05為組間差異有顯著性意義，P<0.01為差異有非常顯著性意義。
2 結(jié)果
2.1 基礎(chǔ)值及恢復(fù)率
心臟做功20 min時(shí)，兩組心功能的基礎(chǔ)值和冠脈流量測定結(jié)果比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。再灌注后10 min、30min 、60min，組Ⅱ的LVDP、 ±dp/dtmax的恢復(fù)率較組Ⅰ顯著性增高（P<0.05 或P<0.01）。見表1。表1 兩組心功能缺血前基礎(chǔ)值及再灌注10min、30min、60min恢復(fù)率（略）注：與同時(shí)點(diǎn)Ⅰ組比較 * P<0.05，* *P<0.01
2.2 心肌酶
再灌注5min后冠脈流出液中心肌酶值于組Ⅱ較組Ⅰ明顯降低（P<0.05 或P<0.01），見圖1。
2.3 心肌細(xì)胞鈣含量
見圖1。組Ⅱ細(xì)胞內(nèi)含鈣量(9.9±3.4μmol/g.dry wt)明顯低于組Ⅰ（16.4±4.8μmol/g.dry wt）（P<0.01）。
2.4 心肌細(xì)胞內(nèi)含水量
組Ⅰ、組Ⅱ心肌細(xì)胞內(nèi)含水量分別為85.（41±6.1）%、（82.3±7.5）%，組Ⅱ明顯低于組Ⅰ（P<0.01）。
2.5 心肌組織透射電鏡
觀察結(jié)果見圖2,3。組Ⅰ（圖2）：肌節(jié)長短不一，肌原纖維排列紊亂，收縮不規(guī)則；心肌細(xì)胞灶性肌漿凝集、灶性肌絲溶解壞死，有大泡形成；多數(shù)線粒體腫脹、空泡化，線粒體嵴斷裂，嵴減少；肌漿網(wǎng)擴(kuò)張、空泡化；細(xì)胞核染色質(zhì)凝集；糖原顆粒明顯減少；內(nèi)皮細(xì)胞腫脹明顯。組Ⅱ（圖3）：肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常，肌節(jié)清晰，I帶、A帶、M線、Z線清晰，少數(shù)肌絲灶性溶解；線粒體無腫脹，嵴清晰；少數(shù)肌漿網(wǎng)擴(kuò)張；糖原顆粒較組Ⅰ明顯多。
3 討論
預(yù)處理是防治缺血/再灌注損傷的重要措施，可分為缺血預(yù)處理（ischemic preconditioning ,IPC）和藥物預(yù)處理。IPC往往具有一定的致?lián)p性，臨床應(yīng)用是通過對IPC保護(hù)機(jī)制的理解，利用能激動IPC信號傳導(dǎo)某一階段的藥物來模擬其作用。IPC對心肌保護(hù)機(jī)制可歸納為內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)的釋放和離子及離子通道的變化，其中缺血/再灌注期間有害Ca2+內(nèi)流的減少是一重要途徑［3］。
Ca2+是調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞收縮和舒張所必須的因素。心肌細(xì)胞漿內(nèi)Ca2+濃度主要由肌漿網(wǎng)、線粒體、質(zhì)膜上鈣泵的調(diào)節(jié)來維持其動態(tài)平衡。在成熟心肌，胞漿中Ca2+濃度主要靠肌漿網(wǎng)的釋放與隔離作用來調(diào)節(jié)。未成熟心肌細(xì)胞鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)尚未成熟，肌漿網(wǎng)稀疏，鈣泵活性低，但其質(zhì)膜面積和細(xì)胞容積之比值較大，鈣通道數(shù)量及敏感性較成熟心肌高，與成熟心肌相比，未成熟心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的維持和調(diào)節(jié)更依賴于質(zhì)膜上鈣通道數(shù)量及敏感性［1］。傳統(tǒng)的鈣通道阻斷劑通過阻斷質(zhì)膜上慢鈣通道使細(xì)胞外鈣的內(nèi)流減少，減輕細(xì)胞內(nèi)鈣超載，對成熟心肌有明顯的保護(hù)作用，然而對未成熟心肌則會因?yàn)闇p少質(zhì)膜上鈣通道數(shù)量及降低其活性而引起心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+降低，導(dǎo)致心肌收縮功能下降。固此，針對未成熟心肌缺血再灌注時(shí)鈣超載，有必要尋找傳統(tǒng)鈣通道阻斷劑以外的能減輕鈣超載藥物。
哺乳動物鈉氫通道［4］（Na+/H+ exchanger,NHE）有7種亞型，分別稱之為NHE1~7，而存在心肌細(xì)胞主要是NHE1，NHE1每排出一個(gè)H+就有一個(gè)Na+進(jìn)入細(xì)胞。在正常情況下，心肌細(xì)胞NHE1 對調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞內(nèi)pH和細(xì)胞內(nèi)Na+濃度具有十分重要的作用。當(dāng)心肌細(xì)胞缺血時(shí)，糖酵解增加，產(chǎn)生大量H+，細(xì)胞內(nèi)酸度提高，NHE1被激活；再灌注時(shí)，細(xì)胞外液H+濃度迅速下降，造成細(xì)胞內(nèi)外H+濃度梯度增大，這會再度激活NHE1。NHE1激活后，大量Na+流入細(xì)胞內(nèi)，［pH］i 迅速恢復(fù)；與之伴隨的是細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高及細(xì)胞腫脹，Na+跨質(zhì)膜梯度降低和［pH］i 的升高又迅速 使Na+/K+-ATP酶和Na+-Ca2+通道激活，以便更好地清出細(xì)胞內(nèi)過高的Na+［4,5］；由于心肌缺血時(shí)ATP合成減少，Na+/K+-ATP酶活性降低，無法通過正常的Na+/K+交換將過多的Na+排出細(xì)胞外，Na+-Ca2+交換便活躍起來［5］。Na+-Ca2+通道以3個(gè)Na+交換1個(gè)Ca2+的方式進(jìn)行， 引起Ca2+內(nèi)流增加，最終造成心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷 。
正常心肌細(xì)胞的鈣穩(wěn)態(tài)主要依靠質(zhì)膜鈣轉(zhuǎn)移系統(tǒng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) /肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)移系統(tǒng)、線粒體鈣轉(zhuǎn)移系統(tǒng)［5］。質(zhì)膜上有兩個(gè)鈣通道：高親和力低容量的Ca2+泵（Ca2+-Mg2+ATP酶）和低親和力高容量的Na+-Ca2+通道，前者需要分解1分子ATP。未成熟心肌肌漿網(wǎng)稀疏，肌漿網(wǎng)鈣攝取與釋放功能在缺血再灌注損傷鈣超載機(jī)制中不起主要作用［1］；而缺血再灌注期，ATP合成減少，Ca2+-Mg2+ ATP酶 活性受到抑制，故NHE1激活這一始動環(huán)節(jié)是激活Na+-Ca2+通道從而導(dǎo)致未成熟心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載的重要途徑。鑒于未成熟心肌細(xì)胞糖原顆粒含量豐富和鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)［1］，特異性NHE1抑制劑抑制NHE1的激活，間接地抑制質(zhì)膜上Na+/Ca2+交換，既能防治鈣超載，又不影響質(zhì)膜上未成熟心肌鈣泵數(shù)量和活性，理論上是未成熟心肌保護(hù)的理想的藥物，但尚無研究深入證實(shí)這一點(diǎn)。
本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，NHE1拮抗劑HOE642預(yù)處理能模擬IPC的心肌保護(hù)作用，抗缺血/再灌注損傷的作用明顯。其主要機(jī)制是（1）降低缺血/再灌注后Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而防止細(xì)胞內(nèi)Ca2+過度增加引起細(xì)胞攣縮、壞死、心律失常，本實(shí)驗(yàn)HOE642預(yù)處理組細(xì)胞內(nèi)鈣含量明顯低于對照組；（2）維持細(xì)胞內(nèi)Na+平衡，減輕微血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹和組織水腫［6］，本實(shí)驗(yàn)HOE642預(yù)處理組細(xì)胞內(nèi)含水量明顯低于對照組；（3）調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH，調(diào)節(jié)心肌能量代謝，利于細(xì)胞內(nèi)糖原儲備，HOE642預(yù)處理組透射電鏡顯示，HOE642預(yù)處理組糖原顆粒含量明顯較對照組多。
NHE1拮抗劑HOE642預(yù)處理是否可以激發(fā)未成熟心肌其它內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)如G蛋白、蛋白激酶C、KTAP離子通道、熱休克蛋白等有待更進(jìn)一步研究探討。
摘要：對高濃度粉絲廢水的預(yù)處理方法作了實(shí)驗(yàn)研究。采用調(diào)節(jié)等電點(diǎn)酸沉的方法回收蛋白質(zhì)，然后用聚合硫酸鐵化學(xué)混凝處理上清液以降低COD的含量。實(shí)驗(yàn)證明了方法的可行性并得出了最佳實(shí)驗(yàn)條件。
關(guān)鍵詞：粉絲廢水 蛋白回收 混凝劑 聚合硫酸鐵 廢水處理
粉絲廠排出的廢水可分為高濃度有機(jī)廢水和泡豆、洗豆及粉絲洗滌廢水兩類。前者不僅COD含量很高，而且蛋白含量占原料質(zhì)量的20%左右，若當(dāng)作廢水排掉，既污染環(huán)境又浪費(fèi)了寶貴的蛋白質(zhì)。廢水中的蛋白質(zhì)含量大，也增加了后續(xù)廢水處理的成本。國內(nèi)蛋白回收有的用氣浮法但此設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。采用酸沉法工藝簡單，運(yùn)行成本低。
化學(xué)法廢水處理是選用混凝劑使廢水的膠體破壞，使分散狀態(tài)的有機(jī)物脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集狀態(tài)的粗顆粒從水中分離出來，達(dá)到降低廢水中COD含量的目的。聚合硫酸鐵因其高效、廉價(jià)已廣泛用于水和廢水處理中。即使同一混凝劑處理同一的廢水，不同的條件下的混凝效果也不同，它受到水樣的pH、溫度、攪拌速度以及混凝劑投加量、廢水的濃度、溫度的影響，需具體問題具體分析，優(yōu)化選擇。
實(shí)驗(yàn)中所用聚合硫酸鐵為液體型：堿化度B=0.4；pH=1.5；鐵含量 0.5 mol/L。
實(shí)驗(yàn)中所用廢水取自煙臺粉絲廠。粉絲原料為豌豆。水質(zhì)主要指標(biāo)：漿黃色；pH 4.2；COD含量為7000～20000 mg/L。
1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑
7200可見分光光度計(jì)；JJ-3型六聯(lián)定時(shí)變速攪拌機(jī)；TG-32A型電光分析天平；PHS-2C精密酸度計(jì)及其他常規(guī)儀器；TL-1型COD測定儀；COD測定專用氧化劑、催化劑；Ferron試劑（AR，進(jìn)口）及常規(guī)試劑。
2 實(shí)驗(yàn)方法
2.1 實(shí)驗(yàn)流程圖
2.2 粗蛋白的回收實(shí)驗(yàn)
2.2.1自然沉降
直接從現(xiàn)場取1 L高濃度粉絲廢水置于大型透明玻璃容器中，間隔一定時(shí)間分別測量上清液高度和上清液中COD的含量。COD的測量采用重鉻酸鉀法在COD消解儀上進(jìn)行。由于COD殘余量的大小與蛋白回收率的大小成反比，實(shí)驗(yàn)中用COD殘余量間接反映蛋白回收量（下同）。
2.2.2 酸 沉
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自然沉降所得清液殘余COD值仍較大，蛋白回收量必小?？紤]到蛋白質(zhì)的酸堿兩重性，在其等電點(diǎn)附近溶解度最小提出酸沉的方法：通過調(diào)節(jié)水樣pH來強(qiáng)化沉降，一方面可增加粗蛋白的回收量，另一方面可減輕后續(xù)水處理的負(fù)擔(dān)。實(shí)驗(yàn)中分別取一定量的水樣，調(diào)節(jié)其pH到指定值，靜沉2 h，分別測定上清液COD值。對于最優(yōu)pH，采用2.2.1的方法測定清液層高度和上清液的COD值。
由pH－COD曲線可得最優(yōu)沉降所需的pH。
2.3 混凝實(shí)驗(yàn)
分別取500 mL水樣，調(diào)節(jié)pH到指定值，控制水樣溫度恒溫25℃，加入一定量的PFS，在六連攪拌機(jī)上快速攪拌1 min，轉(zhuǎn)慢速5 min，靜止沉降2 h。然后在液面下1 cm處取上清液在COD消解儀上測定COD。在該實(shí)驗(yàn)測定條件下，COD的標(biāo)準(zhǔn)曲線近似為COD=14700A mg/L (A為吸光度)
2.3.1最優(yōu)混凝 pH的確定
分別取500 mL水樣，調(diào)節(jié)pH分別為6.0、7.0、7.95、8.9、9.9，分別加入150 mg/L（以Fe計(jì)）PFS，做混凝試驗(yàn)。COD值最小時(shí)對應(yīng)的pH應(yīng)為最優(yōu)pH。
2.3.2 最優(yōu)混凝劑投加量的確定
分別取500 mL水樣，均調(diào)節(jié)pH為最佳絮凝pH，分別投加不同量的PFS，混凝后，測定上層清液的殘余COD值。作COD－混凝劑用量曲線圖，找出混凝劑最佳用量。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1自然沉降與酸沉?xí)r清液中COD含量和清液層高度隨沉降時(shí)間的變化
圖 1 沉降清液層高度隨時(shí)間的變化
由圖1可以看出，沉降的時(shí)間在大于24 h后，清液高度不再變化。
圖2 自然沉降與快速沉降時(shí)COD值隨時(shí)間的變化
由圖2可看出，在12 h左右，COD值變化已不明顯。考慮到沉降后期主要是沉渣壓緊的過程，清液高度在沉降后期變化很慢，因此可取12 h為pH＝4.7條件下的沉降時(shí)間。
兩種沉降曲線可以看出：當(dāng)調(diào)節(jié)pH后，沉降所得清液的殘余COD值更小，即蛋白回收量較大。
3.2 酸沉?xí)r清液中殘余COD量隨pH的變化
由圖3可知，酸沉?xí)r的最優(yōu)pH為4.7。從廢水處理的角度看，COD值的減少量有限（由圖1、2也可看出）。因此，蛋白回收后的清液仍需作進(jìn)一步處理。
圖3 酸沉?xí)r水樣pH對殘余COD值的影響
圖4 水樣pH對混凝效果的影響
3.3 水樣pH對混凝效果的影響
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4可知，聚合硫酸鐵在粉絲廢水中的最優(yōu)pH為9.0。
3.4 混凝劑投加量對混凝效果的影響
選擇不同的聚合硫酸鐵投加量，測定混凝后的COD殘余量，結(jié)果見圖5。
圖5 投加量對混凝效果的影響
由圖5可看出，最優(yōu)投加量為3 mL，折合Fe為85 mg/L。
4 結(jié) 論
（1）酸沉優(yōu)于自然沉降。酸沉?xí)r水樣的pH為4.6，沉降時(shí)間為12 h。
（2）聚合硫酸鐵（PFS）在粉絲廢水中的最佳混凝條件為：pH＝8.9，絮凝劑投加量為85 mg/L。
（3）經(jīng)過以上方法的處理后廢水指標(biāo)：pH=7～8；COD含量為500～1000 mg/L?；窘咏荻?、粉絲洗滌廢水的指標(biāo)，與其他廢水混合處理后，完全可用于車間洗刷等。
摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，我國植物油脂的年產(chǎn)量也在不斷增加，有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示截至目前全國范圍內(nèi)已有五千多家不同規(guī)模的植物油脂加工廠，油脂的年產(chǎn)量也已經(jīng)超過了四千萬噸，其中精制油脂的比例占到五分之一，就按每一噸的油脂產(chǎn)量，排放的污水也為一噸計(jì)算，每年由于生產(chǎn)植物油脂而排放的廢水?dāng)?shù)目也是非常的驚人。
關(guān)鍵詞：植物油脂；油脂廢水；預(yù)處理技術(shù)
植物油脂生產(chǎn)中所產(chǎn)生的油脂廢水，其成分中含有乳化油、溶解性油、有磷脂、皂腳等物質(zhì)，如果這些廢水不經(jīng)過任何處理就排放，將會給大自然的水資源造成很嚴(yán)重的污染。對于植物油脂廢水的處理工藝有很多種，本文將對這些處理工藝做簡單的介紹，希望能對同行人士有所幫助。
1 植物油脂廢水簡介
植物油脂廢水，主要是指植物油脂生產(chǎn)企業(yè)排放出來的蒸煮廢水、水洗廢水、沖地面廢水、脫色、脫水、脫臭的真空蒸汽噴射裝置冷凝器排出的含油含酸廢水和廢酸廢堿水。有機(jī)物和乳化油等油脂的含量極高、金屬和有毒物質(zhì)含量低是植物油脂廢水的特點(diǎn)，此特點(diǎn)使得油脂廢水比較適合生化處理。我國目前存在的植物油脂企業(yè)大多為中小型，油脂廢水的排放多為間歇排放，水質(zhì)水量的波動較大，PH值也不穩(wěn)定，給生化處理過程帶來了一定難度。
2 油脂廠廢水預(yù)處理技術(shù)
2.1 隔油
隔油池一般有三種型式：平流、平行板、傾斜板，其工作原理是利用油脂廢水中懸浮物與水的不同比重而對其分離，屬于依靠比重自然浮上分離裝置。隔油池主要去除廢水中上浮分散油，可能除去的最小油滴粒徑為100-150μm。通常進(jìn)入隔油池的廢水，油的含量比較高，油粒徑越大，利用隔油池處理的效果就越好。雖然隔油池對分散油的去除效果非常好，但是對乳化油的處理效果就相對較差，所以要向油脂廢水中投入破乳劑，將乳化油轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒂驮龠M(jìn)行處理，就可達(dá)到理想的效果。
2.2 氣浮
氣浮與隔油的最大區(qū)別是，隔油是依靠自然上浮，而氣浮則是利用微氣泡，實(shí)行強(qiáng)制上浮。氣泡所起到的作用是粘附在油滴上，由于氣泡比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的比重，所以有很大的浮力，使油滴迅速上浮，從而實(shí)現(xiàn)廢水中油脂與水的分離。氣浮也有三種型式：溶氣氣浮、電解氣浮和機(jī)械碎氣氣浮。三種方式中電解氣浮的設(shè)備最為簡單，操作容易，在不需充氣和加混凝劑的情況下，去除廢水中乳化油和分散油的效率就可高達(dá)90%，但是電解氣浮需耗用較大的電量，再加上電極材料等的原因，使得電解氣浮多是停留在試驗(yàn)研究階段，未能得到大的實(shí)際應(yīng)用。機(jī)械碎氣氣浮在電能消耗上比另外兩種方式都要低，并且設(shè)備投資資金也相對較低，但是目前在植物油脂廢水處理中應(yīng)用的很少。植物油脂廠中目前采用的廢水預(yù)處理方式多為溶氣氣浮。植物油脂廠采用氣浮技術(shù)進(jìn)行油脂廢水預(yù)處理，還必須注意以下幾點(diǎn)：
a.選用合理氣浮工藝；植物油廢水氣浮工藝一般選用處理后廢水部分回流加壓溶氣氣浮工藝較為合適；b.選取合理的PH值；進(jìn)水PH值試驗(yàn)表明，PH=7時(shí)單位體積內(nèi)微氣泡個(gè)數(shù)最多，平均粒徑最小，氣浮效率最高，所以在廢水進(jìn)入氣浮前要進(jìn)行中和處理，使PH為7；c.選擇合理的釋放器類型；當(dāng)植物油脂廢水預(yù)處理選擇氣浮方式時(shí)，為了達(dá)到理想的處理效果，要選用高效且不易被油粒和懸浮物堵塞的釋放器；d.加入適當(dāng)?shù)钠迫閯?；油脂廢水中的乳化油，自身帶有負(fù)電荷，并且化學(xué)性能非常穩(wěn)定，因此要在油脂廢水中放入適當(dāng)?shù)钠迫閯?，將乳化油破解，以?shí)現(xiàn)理想的氣浮效果。
2.3 混凝破乳
混凝破乳常采用的工藝方法是鹽析法，此法的作用原理為，將鹽類電解質(zhì)放入到植物油脂廢水當(dāng)中，使油滴與廢水面的電層被壓縮，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)處理效果。常用的鹽析劑有鈣、鎂、鈉的氯化物及鈣、鎂硫酸鹽。單靠使用鹽析法對油脂廢水預(yù)處理，常遇到的問題是需使用大量鹽析劑，聚析以及沉降分離的時(shí)間都很長，設(shè)備占地面積大等，為了改善上述問題，很多植物油脂生產(chǎn)企業(yè)在研究嘗試使用鋁、鐵鹽混凝劑破乳，對鋁、鐵鹽的使用出使得以上提到的問題被有效解決外，還可以使增寬最優(yōu)PH值。
2.4 生物預(yù)處理
2.4.1 活性污泥法
活性污泥法處理油脂廢水的原理是，在有氧條件下，向油脂廢水中連續(xù)的通入空氣，使得大量好氧性微生物能夠連續(xù)、循環(huán)生長，此類微生物具有超強(qiáng)的吸附能力，并且在生長中可降解油脂廢水中的油粒和懸浮物，轉(zhuǎn)化為自身的有機(jī)成分，從而實(shí)現(xiàn)水油分離，達(dá)到廢水預(yù)處理的效果。為提高溶解氧的濃度，常采用漸進(jìn)曝氣法、深井曝氣法。
2.4.2 生物膜法
生物膜法與活性污泥法類似，都是一種好氧性生物預(yù)處理工藝。但是在型式上與活性污泥法還是有所區(qū)別，活性污泥法主要利用的是以菌膠團(tuán)為主的微生物群進(jìn)行廢水預(yù)處理，而生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）實(shí)現(xiàn)廢水預(yù)處理，其附著的固體介質(zhì)被稱作濾料或載體。生物膜法對油脂廢水預(yù)處理的工作原理是，生物膜首先附著在載體上，由好氧微生物將其分解，之后進(jìn)入到厭氣層進(jìn)行厭氣分解，隨著新生物膜的生長，老化的生物膜會被流動的水層沖掉，重復(fù)此過程就可以對油脂廢水進(jìn)行預(yù)處理。生物膜法具有以下特點(diǎn)：（1）對水量、水質(zhì)、水溫的變化有極強(qiáng)的適應(yīng)能力；（2）處理效果顯著；（3）污泥量小且易于固液分離；（4）節(jié)省費(fèi)用。
2.4.3 水解法
生物水解法是對油脂廢水厭氧預(yù)處理工藝，主要用于處理濃度較高的油脂廢水。生物水解法能夠去除油脂廢水中的有機(jī)負(fù)荷，該工藝將有機(jī)物的厭氧分解中的水解、酸化、酸性減退，甲烷化階段始終控制在水解、酸化段，利用水解菌和產(chǎn)酸菌將廢水中的大分子、難降解的有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物。對油脂廢水預(yù)處理時(shí)，在水解池中加入以光合細(xì)菌為主的高效降解菌和產(chǎn)酸菌，將油脂廢水中長鏈脂肪酸類大分子有機(jī)物分解成小分子揮發(fā)性脂肪酸。目前該工藝已被廣泛應(yīng)用于植物油脂廢水的預(yù)處理。
結(jié)語
對植物油脂廢水除了采用上述生化處理工藝外，目前我國正在大力研究應(yīng)用微生物選育技術(shù)和膜生物處理技術(shù)對油脂廢水進(jìn)行處理，此項(xiàng)研究工作，重點(diǎn)是朝著無污染的方向努力。然而不可忽視的是，各種油脂廢水處理工藝都會存在一些這樣那樣的不足，這些還需要莘莘學(xué)子的努力改造，以保護(hù)水資源環(huán)境不被油脂廢水所污染。
作者：裴旭東，葉啟發(fā)，肖建生，明英姿，牛 冰
【摘要】 目的 探討缺血預(yù)處理(IP)對大鼠肝移植缺血再灌注（IR）損傷后肝CyclinD1和CyclinE表達(dá)的影響，以了解移植肝再生能力和功能不良的影響因素。方法 將SD大鼠90只隨機(jī)分為缺血預(yù)處理組（IP組）、對照組（OLT組）和假手術(shù)組（SO組）3組；用全自動生化分析儀來檢測肝功能；通過免疫組化S-P法來測定移植肝CyclinD1和CyclinE的變化。結(jié)果 對照組中大鼠移植肝缺血再灌注損傷后血清中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)明顯升高，CyclinD1和CyclinE的百分含量較低，提示移植肝細(xì)胞再生不良；實(shí)驗(yàn)組經(jīng)缺血預(yù)處理后血清中ALT、AST稍升高，幅度<對照組，CyclinD1和CyclinE的百分含量很高，提示移植肝細(xì)胞再生活躍。結(jié)論 缺血預(yù)處理能夠啟動內(nèi)源性保護(hù)移植肝的相應(yīng)機(jī)制，可促進(jìn)肝CyclinD1和CyclinE的合成，激發(fā)肝細(xì)胞的增殖和再生。
【關(guān)鍵詞】 大鼠肝移植；缺血再灌注；缺血預(yù)處理；CyclinD1；CyclinE
缺血再灌注(IR)損傷普遍貫穿于肝移植始終，它是臨床上肝移植術(shù)后原發(fā)性移植物無功能的首要因素。Sasaki等證實(shí)IR損傷可使鼠移植肝細(xì)胞凋觶?］，近年來的研究也表明肝臟再生能力的大小也是IR損傷后移植肝功能恢復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。缺血預(yù)處理（IP）是公認(rèn)的對肝臟IR損傷有保護(hù)作用［2］。為研究移植肝IR損傷程度與肝細(xì)胞再生能力的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)以移植肝IR損傷后CyclinD1和CyclinE的表達(dá)作為細(xì)胞增殖指標(biāo)，以檢測IP對IR損傷后移植肝細(xì)胞增殖的影響，從而進(jìn)一步探討肝移植術(shù)后肝功能不良的原因。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動物與分組 純系Wistar雄性大鼠90只，體重280～320mg，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究中心提供。普通喂養(yǎng)，自由進(jìn)食，術(shù)前12h禁食，將大鼠隨機(jī)分為3組：（1）取樣缺血預(yù)處理組(IP組)：即在供肝冷轉(zhuǎn)灌注前缺血處理10min，10min再灌注，循環(huán)2次，然后行雙袖套法原位肝移植術(shù)。術(shù)后2h、6h、24h各時(shí)間點(diǎn)取肝臟標(biāo)本和經(jīng)下腔靜脈采血4ml待測。各時(shí)間點(diǎn)分別取樣6只。（2）對照組 (OLT組)：即單純行雙袖套法原位肝移植術(shù)，術(shù)后2h、6h、24h各時(shí)間點(diǎn)取肝臟標(biāo)本和經(jīng)下腔靜脈采血4ml待測。各時(shí)間點(diǎn)分別取樣6只。（3）假手術(shù)組（SO組）：即血流阻斷與復(fù)流及原位肝移植外，其余處理同上。分別取樣6只。
1.2 實(shí)驗(yàn)器械與試劑 肝功能檢測用全自動生化分析儀（AU800 Olympus）。免疫組化試劑CyclinD1單克隆抗體(兔抗大鼠），購于北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司；CyclinE單克隆抗體（兔抗大鼠），購于上海長島生物技術(shù)有限公司；DAB顯色試劑購于福州邁新生物技術(shù)有限公司。
1.3 方法
1.3.1 原位肝移植模型的建立 按照Kamada［3］和孫君泓［4］報(bào)道的術(shù)式建立大鼠原位肝移植模型：即不重建肝動脈的雙袖套法大鼠肝移植術(shù)。
1.3.2 標(biāo)本的制備和測定方法 取移植肝組織用4%的復(fù)合甲醛固定待制石蠟標(biāo)本，行光鏡學(xué)檢查及行免疫組化S-P法檢查，同時(shí)將所采靜脈血2ml，11000r/min離心5min取血清置于-70℃深低溫水箱保存檢測轉(zhuǎn)氨酶。
1.4 結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn) 由兩位病理醫(yī)生在光鏡200倍視野下，每張切片取5個(gè)視野，用HPIAS—1000型彩色圖像分析儀系統(tǒng)測定CyclinD1和CyclinE表達(dá)情況，結(jié)果用陽性細(xì)胞率來表示：陽性細(xì)胞率（%）=視野中陽性細(xì)胞數(shù)/視野中總細(xì)胞數(shù)× 100%。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）來表示，以SAS統(tǒng)計(jì)軟件包分析處理，多個(gè)樣本均數(shù)間比較用重復(fù)測量設(shè)計(jì)方法分析和單因素方差分析，IP組與OLT組比較用t檢驗(yàn)。
2 結(jié)果
2.1 一般情況 該部分供肝手術(shù)時(shí)間、血管袖準(zhǔn)備時(shí)間和受體手術(shù)時(shí)間分別為（30±3.30）min、(11±3.83)min和（31.5±3.20）min。其中無肝期為18～22min，平均（19.67±1.63）min，手術(shù)成功率94.1%。未處死的大鼠1周存活率達(dá)88%，最長存活72天。
2.2 各組血清ALT、AST含量 見表1。OLT組各時(shí)間點(diǎn)ALT、AST較SO組顯著升高，且隨再灌注時(shí)間延長而逐步升高，以移植肝再灌注2h升高最為明顯，以后升高幅度降低。IP組各時(shí)間點(diǎn)ALT、AST升高幅度遠(yuǎn)低于OLT組，與之相比較，P<0.01。
2.3 移植肝細(xì)胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE標(biāo)記陽性細(xì)胞率 SO組CyclinD1、CyclinE均未發(fā)現(xiàn)陽性表達(dá)。IP組各時(shí)間點(diǎn)CyclinD1、CyclinE陽性細(xì)胞率均高于OLT組，尤以6～24h升高明顯；而IR組6h細(xì)胞凋亡顯著升高，增殖低下，24h仍維持很低水平。24h CyclinD1與CyclinE陽性細(xì)胞率分別為0.47±0.23、0.44±0.21與OLT組0.21±011、0.20±0.08比較，差異具有非常顯著性（t=7.57，P<0.01），見表2。筆者還發(fā)現(xiàn)CyclinD1表達(dá)時(shí)限等同于CyclinE的表達(dá)，陽性細(xì)胞表達(dá)率高于CyclinE的表達(dá)率。
表1 移植肝IR損傷后血清ALT、AST含量變化 （x±s，u/L）
注：同時(shí)間點(diǎn)IP組與OLT組相比較，P<0.01
表2 移植肝IR后細(xì)胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE陽性細(xì)胞率表達(dá) （x±s）
注：IP組與OLT組相比較，P<0.05；IP組與OLT組相比較，*P<0.01
2.4 光鏡下肝臟病理組織學(xué)變化與SO組肝臟組織相比較 OLT組（見圖1、圖2）中肝臟細(xì)胞廣泛水腫，以中央靜脈周圍為主，肝組織結(jié)構(gòu)混亂可見小滴樣脂肪變性，肝竇內(nèi)大量中性粒細(xì)胞浸潤；灌注后24h可見部分肝竇狹窄，并有紅細(xì)胞殘片，界板破壞。而IP組（見圖3、圖4）僅有輕度肝細(xì)胞水腫，肝竇內(nèi)有少許中性粒細(xì)胞散在，小葉結(jié)構(gòu)基本完整。
3 討論
IR引起損傷已在多種組織器官缺血再灌注模型中得到證實(shí)。Borghi［5］等觀察16例臨床原位肝移植術(shù)后細(xì)胞凋亡情況，發(fā)現(xiàn)IR后肝細(xì)胞發(fā)生一系列代謝、結(jié)構(gòu)和功能的改變， 導(dǎo)致轉(zhuǎn)氨酶升高，酶泄漏的發(fā)生，線粒體功能受損，活性氧化劑的增多，由此認(rèn)為肝細(xì)胞的凋亡與肝IR損傷有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)血生化結(jié)果證實(shí)了這種變化，并觀察到OLT組隨著再灌注時(shí)間的延長， 轉(zhuǎn)氨酶(ALT、AST) 呈進(jìn)行性升高。6h血清ALT、AST迅速升至最高，提示細(xì)胞嚴(yán)重受損，酶泄露嚴(yán)重；24h ALT、AST升高幅度開始回落，細(xì)胞修復(fù)能力加強(qiáng)；組織病理學(xué)檢查有明顯變化，并隨灌注時(shí)間延長而加重。說明肝缺血再灌注損傷引發(fā)的細(xì)胞凋亡為一種動態(tài)過程，其原因可能是在不同階段參與損傷的因素不同，是由多種因素綜合作用的結(jié)果所致。Schlossberg［6］等觀察小鼠肝IR損傷后細(xì)胞凋亡和組織修復(fù)的相關(guān)指標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡在肝葉IR后6h達(dá)峰值，且持續(xù)升高到20h以上，并在IR損傷急性期（1～3h）和亞急性期（6～20h）由不同的受體途徑介導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)中，OLT組中CyclinD1、CyclinE的表達(dá)達(dá)最低值。
IP減輕肝IR損傷后肝細(xì)胞凋亡和增強(qiáng)細(xì)胞再生能力，目前已廣泛證實(shí)，但其機(jī)制十分復(fù)雜；它與腺苷、一氧化氮、熱休克蛋白、蛋白激C酪氨酸激酶依賴性信號系統(tǒng)、K+ ATP通道的激活等諸多因素有關(guān)［7］。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IP可通過上調(diào)（肝細(xì)胞抗凋亡基因bcl-2）活性來下調(diào)Fas凋亡途徑中Fas-mRNA的表達(dá)和抑制caspase-3的活性［8］，使細(xì)胞內(nèi)容物（如DNA）避免氧化損傷，促使細(xì)胞周期中G1/S的轉(zhuǎn)化啟動，從而完成細(xì)胞再生［9］。Kuo［10］觀察臨床肝移植術(shù)后細(xì)胞凋亡情況時(shí)發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞凋亡與IR造成的生化損傷及病理學(xué)損傷參數(shù)改變呈正相關(guān)。實(shí)驗(yàn)中IP組肝移植前給予10min缺血，10min再灌注2次，血清轉(zhuǎn)氨酶幅度較OLT組明顯降低（P<0.01），病理變化顯示肝細(xì)胞輕度水腫，小葉結(jié)構(gòu)完整，超微結(jié)構(gòu)變化示細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整，酶泄露少。再灌注后24h作為細(xì)胞周期正性調(diào)節(jié)蛋白CyclinD1與CyclinE在IP組24h的陽性表達(dá)率顯著高于OLT組，提示移植肝細(xì)胞凋亡機(jī)制受限，肝細(xì)胞增殖機(jī)制活動增強(qiáng)。
增殖性細(xì)胞周期分為DNA及蛋白質(zhì)合成準(zhǔn)備期G1期、DNA合成期S期、有絲分裂準(zhǔn)備期G2期、有絲分裂期M期。凋亡細(xì)胞的細(xì)胞周期常阻滯于G1/S期和（或）G2/M期，尤其G1末期限制性調(diào)控點(diǎn)“R”點(diǎn)的阻滯［11］。IP能夠增加bcl-2活性，并于IR損傷后6h達(dá)高峰［8］，bcl-2能夠保護(hù)細(xì)胞避免各種形式釋放NO誘導(dǎo)的凋亡，下調(diào)P53基因，干擾caspase-3活性（caspase-3是細(xì)胞凋亡效應(yīng)分子，是Fas凋亡途徑下游操作底物酶解的關(guān)鍵酶，被稱為“凋亡執(zhí)行者”）；增加細(xì)胞周期基因及生長因子的調(diào)控能力［12］。作為細(xì)胞周期正性調(diào)節(jié)蛋白CyclinD1是肝細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期G1期的顯著標(biāo)志，并隨著細(xì)胞生長因子的增減而增減。CyclinD1能與CDK4和（或）CDK6（細(xì)胞周期依賴性激酶，與調(diào)節(jié)因子合稱細(xì)胞周期引擎）特異性結(jié)合，形成CyclinD1-CDK4/CDK6復(fù)合物在G1中期激活，可使細(xì)胞周期中“R”限制點(diǎn)附近的抑制蛋白（如P503、Pb）磷酸化而失活，并釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F致使G1期縮短，同時(shí)加速G1/S的轉(zhuǎn)換［13］。E2F又協(xié)同DP1啟動G1/S轉(zhuǎn)換相關(guān)基因的表達(dá)（如：CDK基因、CyclinE），在G1后期CyclinE與CDK2結(jié)合并激活CDK2形成CyclinE-CDK2復(fù)合物，使細(xì)胞通過“R”限制點(diǎn)，進(jìn)入S期；同時(shí)減少細(xì)胞對生長因子的需要量，推進(jìn)DNA復(fù)制和細(xì)胞的2倍增殖。由于細(xì)胞周期領(lǐng)帶CyclinE的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子E2F介導(dǎo)，而后者通過PRb被 CyclinD1依賴性激酶超磷酸化而激活，故CyclinE的表達(dá)依賴于CyclinD1依賴性激酶的活性，同時(shí)還受myc、Ras等基因調(diào)控。在本實(shí)驗(yàn)中筆者發(fā)現(xiàn)CyclinE的表達(dá)程度低于CyclinD1的表達(dá)，但表達(dá)時(shí)限基本相同［14］。據(jù)Meujoe［14］等報(bào)道，BACA/C大鼠肝IR損傷后12h CyclinD1RNA表達(dá)開始升高，在24～48h達(dá)最高峰，但術(shù)后2h比較差異無顯著性，可能與細(xì)胞周期啟動因子INF-α、IL-6、EHGF等調(diào)控在IR損傷術(shù)后4～6h才開始啟動有關(guān)［15］。
IR 損傷和IR后的肝細(xì)胞增殖涉及到許多復(fù)雜的機(jī)制，從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看：IP作為移植肝IR損傷的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制，增強(qiáng)bcl-2活性，抑制caspase-3及Fas-mRNA的表達(dá)，提高正性調(diào)節(jié)蛋白CyclinD1、CyclinE的調(diào)控能力，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)再灌注早期肝細(xì)胞再生能力增強(qiáng)，從而使移植肝在灌注后肝臟功能迅速啟動，為臨床上預(yù)防肝移植術(shù)后原發(fā)性移植肝無功能及功能不良提供了新的理論依據(jù)。但I(xiàn)P如何使細(xì)胞增殖順利通過G2/M期的機(jī)制尚需進(jìn)一步研究闡明。
【摘要】 目的： 探討肺表面活性物質(zhì)（pulmonary surfactant, PS）是否參與了肺缺血預(yù)處理（IPC）對肺缺血/再灌注損傷（I/R）的保護(hù)作用. 方法： 建立兔在體I/R損傷模型，實(shí)驗(yàn)分為對照組（Control）,I/R組和IPC組. 通過阻斷左肺門造成兔在體I/R損傷，檢測各組動脈血氧分壓（PaO2）、肺通透性指數(shù)、支氣管肺泡灌洗液（BALF）中白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比；采用Bartlett法、Mason法和Lowery法檢測BALF中總磷脂（TPL）、胞和卵磷脂（SatPC）和總蛋白（TP）含量，PS活性以SatPC/TP和SatPC/TLP來表示. 結(jié)果： 肺I/R損傷后，PaO2較正常對照組顯著降低（P<0.01），肺通透性指數(shù)及BALF中白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比亦明顯升高（P<0.01）；IPC組上述指標(biāo)較I/R組均有顯著改善（P<0.01）. I/R損傷組SatPC/TP(ng/g)和SatPC/TLP（％）分別為124±23和36.5±4.9，明顯低于對照組（P<0.01），IPC組上述兩指標(biāo)分別為159±28和44.7±6.8，顯著高于I/R組. 結(jié)論: 缺血預(yù)處理可通過維持PS的分泌和功能而對肺I/R損傷有顯著的保護(hù)作用.
【關(guān)鍵詞】 肺； 缺血/再灌注； 缺血預(yù)處理； 肺表面活性物質(zhì)
0引言
肺缺血/再灌注（ischemia reperfusion, I/R）損傷常見于肺動脈袖狀切除、肺移植術(shù)，可致肺動脈高壓、肺水腫及呼吸衰竭等，嚴(yán)重影響患者術(shù)后肺功能的恢復(fù). 因此，對肺I/R損傷保護(hù)作用的研究具有十分重要的意義. 1986年，Murry等［1］首次報(bào)道了心肌缺血預(yù)處理（ischemic preconditioning, IPC），即短暫缺血后恢復(fù)血流再灌注，心肌對隨后出現(xiàn)更長時(shí)間的嚴(yán)重缺血產(chǎn)生耐受的狀態(tài). 此后在多種臟器均發(fā)現(xiàn)IPC現(xiàn)象，已有報(bào)道IPC對肺I/R損傷也具有保護(hù)作用，但是其作用機(jī)制尚未明確. I/R損傷可導(dǎo)致內(nèi)源性肺表面活性物質(zhì)（pulmonary surfactant, PS）異常，而引起呼吸功能下降［2］，IPC對PS活性有無影響鮮見報(bào)道. 我們在兔I/R損傷模型的基礎(chǔ)上，探討IPC對肺I/R損傷的保護(hù)作用及其對內(nèi)源性PS活性的影響，為臨床上肺I/R損傷的防治提供新的思路和理論依據(jù).
1材料和方法
1．1材料
新西蘭大白兔36只（第四軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心提供，合格證號陜動字08015號），體質(zhì)量（2.0±0.2）kg，牛血清白蛋白購于美國Sigma公司.
1．2方法將大白兔在無特殊病原體(SPF)的條件下隨機(jī)分為3組，每組12只，即對照組（Control），I/R組和IPC組.
1．2．1制作兔原位肺缺血/再灌注模型手術(shù)前肌注阿托品0.1 mg，經(jīng)耳緣苯巴比妥鈉麻醉后(30 mg/kg, iv)仰臥位固定于手術(shù)臺上，氣管切開插管，接動物呼吸機(jī)，呼吸頻率30次/min，潮氣量10 mL/kg，吸入氧濃度1 L/L，股動脈插管監(jiān)測動脈壓. 胸骨正中切口，開胸后，肝素1 mg/kg iv. IPC組為阻斷左肺門5 min，開放5 min，反復(fù)3次，然后阻斷左肺門60 min，再灌注120 min. I/R組為直接阻斷左肺門60 min，再灌注120 min. 對照組為開胸后僅游離肺門而不進(jìn)行其他處理的假手術(shù)組.
1．2．2氧分壓（PaO2）測定實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，取半數(shù)動物用肝素化抗凝空針自主動脈取血2 mL, 保持密閉，測PaO2.
1．2．3肺通透指數(shù)測定實(shí)驗(yàn)結(jié)束后抽取半數(shù)動物肺動脈血制備血清；以Hanks液經(jīng)左主支氣管灌洗，收集支氣管肺泡灌洗液（BALF），采用Lowery法檢測BALF上清及血清中蛋白濃度，BALF中蛋白濃度與血清蛋白濃度之比為肺通透性指數(shù).
1．2．4BALF中白細(xì)胞分類計(jì)數(shù)取BALF離心沉渣涂片，瑞氏染色，光鏡下計(jì)數(shù)BALF中的白細(xì)胞數(shù)量，并進(jìn)行細(xì)胞分類.
1．2．5PS測定用生理鹽水10 mL/kg對其余半數(shù)動物經(jīng)左主支氣管灌入左肺,進(jìn)行支氣管肺泡灌洗，然后灌洗液流出，再注入與前次流出量相等的生理鹽水，同法操作，共灌洗3次. 灌洗液經(jīng)雙層紗布過濾后計(jì)算回收量，然后于4℃下1500 r/min離心10 min，取上清分裝后保存于-70℃低溫冰箱中. 采用Lowry法檢測BALF中總蛋白（total protein，TP）含量；Bartlett法測定BALF中總磷脂（total phospholipid，TPL）；Mason法檢測BALF中飽和卵磷脂（saturated phosphatidylcholine，SatPC）的含量. PS的活性以SatPC/TP和SatPC/TLP來表示.
統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：所有數(shù)據(jù)均以x±s表示，組間比較采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行方差分析及LSDt檢驗(yàn).
2結(jié)果
2．1PaO2肺I/R損傷后測PaO2為（11.65±2.34）kPa，較對照組（15.63±2.79）kPa顯著降低（P<0.01）；IPC組動脈血PaO2為（14.84±1.67）kPa，較I/R組明顯增高（P<0.01）.
2．2肺通透指數(shù)檢測I/R組肺通透指數(shù)顯著高于對照組(P<0.01)，IPC組較I/R組顯著降低（P<0.01, Tab 1）.表1肺通透性指數(shù)和BALF中白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比（略）
2．3BALF中白細(xì)胞計(jì)數(shù)及分類I/R組白細(xì)胞總數(shù)、中性粒細(xì)胞數(shù)顯著高于對照組（P<0.01）；IPC組較I/R組均顯著降低（P<0.01, Tab 1）.
2．4PS磷脂含量I/R組SatPC/TP和SatPC/TLP均顯著低于對照組（P<0.01）；IPC組上述兩指標(biāo)明顯高于I/R組（P<0.01, Tab 2）.表2肺表面活性物質(zhì)磷脂含量（略）
3討論
IPC作為一種機(jī)體內(nèi)源性的保護(hù)機(jī)制，其對I/R損傷的保護(hù)作用超過了目前已知的任何藥物，現(xiàn)在已越來越為人們所重視. 我們建立了兔在體I/R損傷模型，由于肺毛細(xì)血管通透性增高是肺I/R損傷后的基本病理改變，表現(xiàn)為血管內(nèi)液滲出增多，有大量蛋白漏出，BALF與血清中蛋白濃度之比即肺通透性指數(shù)增高，因此，我們以肺通透性指數(shù)作為評價(jià)肺I/R損傷的指標(biāo). 我們在肺I/R損傷后檢測到肺通透指數(shù)較對照組明顯增高，而反復(fù)3次5min的短暫缺血即IPC使肺通透指數(shù)顯著下降，表明肺IPC可減輕I/R導(dǎo)致的肺血管通透性增高而起到肺保護(hù)作用.
PS是磷脂和蛋白質(zhì)的混和物，由肺泡Ⅱ型細(xì)胞合成和分泌. 在肺泡腔內(nèi)的液氣界面提供磷脂形成單分子膜，降低肺泡表面張力，維持肺泡膨脹，對于維持肺的正常功能起著重要作用［3］. 而PS中的磷脂含量是決定PS功能的關(guān)鍵因素，它能有效降低肺泡表面張力及改善肺的順應(yīng)性［4］. 我們檢測了肺I/R損傷時(shí)肺PS中磷脂含量的變化，結(jié)果表明，I/R時(shí)，內(nèi)源性PS含量、成分和功能均有下降，使小氣道和肺泡易于萎陷，肺順應(yīng)性下降，加重了通氣障礙，I/R損傷時(shí)檢測PaO2較正常組明顯下降，導(dǎo)致組織缺氧. 而IPC可使PS含量較I/R組顯著增高，磷脂含量明顯增加，檢測PaO2基本正常.以上結(jié)果表明，IPC可能通過影響PS的分泌而對肺I/R損傷具有保護(hù)作用.
肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞在肺損傷、肺泡修復(fù)和逆轉(zhuǎn)肺纖維化的過程中起關(guān)鍵作用，它具有合成、分泌PS,以及PS相關(guān)蛋白的作用［5］. I/R損傷時(shí)，中性粒細(xì)胞浸潤、激活并附著于肺毛細(xì)血管內(nèi)膜上,釋放大量的氧自由基、蛋白水解酶、炎癥介質(zhì), 使細(xì)胞膜損傷和細(xì)胞自融，損傷肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞,致使PS 的合成和分泌減少. 我們檢測了BALF中白細(xì)胞總數(shù)及中性粒細(xì)胞百分比，結(jié)果在I/R組白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比均顯著高于對照組；而IPC組白細(xì)胞數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比較I/R組均明顯減低. 因而，IPC可能通過顯著抑制I/R時(shí)中性粒細(xì)胞的浸潤、激活，減輕肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞損傷程度，保護(hù)了其分泌PS的功能而發(fā)揮肺保護(hù)作用. IPC對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞有無直接的促增殖作用尚有待進(jìn)一步研究證實(shí).
IPC作為一種強(qiáng)有力的機(jī)體內(nèi)源性保護(hù)方法，開辟了組織器官保護(hù)的新領(lǐng)域，對肺IPC現(xiàn)象及機(jī)制的研究將加速其在臨床上的應(yīng)用.
【關(guān)鍵詞】 地塞米松
【摘要】 目的 評價(jià)氣管插管前應(yīng)用地卡因混合地塞米松聲門表面麻醉對氣管插管后咽喉疼痛的影響。方法 將190例病人隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對照組，試驗(yàn)組在氣管插管前后用1%地卡因2ml加地塞米松5mg對聲門區(qū)及聲門下進(jìn)行表面噴霧麻醉，然后氣管插管，對照組常規(guī)氣管插管對照，術(shù)后24h隨訪，用纖維喉鏡檢查咽喉紅腫情況并記錄聲音嘶啞和喉痛發(fā)生率。結(jié)果 試驗(yàn)組聲音嘶啞和喉痛發(fā)生率為4.2%，對照組為20.2%，兩組術(shù)后咽喉纖維喉鏡檢查水腫發(fā)生率，試驗(yàn)組3.1%，對照組17.1%。結(jié)論 地卡因混合地塞米松氣管插管前聲門表面麻醉可減輕氣管插管后的聲音嘶啞和喉痛發(fā)生率。
關(guān)鍵詞 地卡因 地塞米松 氣管插管 疼痛
在危重病人的搶救、呼吸道疾病的治療、全身麻醉和ICU治療中目前大量使用氣管插管技術(shù)，氣管插管最常見的并發(fā)癥是術(shù)后聲音嘶啞、喉痛，嚴(yán)重者可發(fā)生上呼道梗阻，因此對其并發(fā)癥的防治受到普遍關(guān)注。地卡因是一種快速、強(qiáng)效的常用粘膜表面麻醉劑，較利多卡因起效快和作用持久，本文采用1%地卡因混合地塞米松進(jìn)行聲門表面麻醉后行氣管插管，拔管后用纖維喉鏡觀察聲門及咽喉部，了解喉頭水腫發(fā)生情況，以探討地卡因和地塞米松預(yù)防氣管插管并發(fā)癥的效果，為防止氣管插管并發(fā)癥提供臨床研究依據(jù)。
1 對象與方法
1.1 對象 本研究對象來自本院2001年1月～2002年12月我院外科收治的190例全麻手術(shù)患者。納入標(biāo)準(zhǔn):術(shù)前全身情況附合美國麻醉醫(yī)師聯(lián)合會分級標(biāo)準(zhǔn)ASAⅠ～Ⅱ級，年齡18～45歲之間，全麻氣管插管下?lián)衿谑中g(shù)治療患者。排除標(biāo)準(zhǔn):喉炎及慢性咽喉炎癥，有小頜畸形、張口度<3cm及頸短粗影響順利氣管插管者。將190例患者隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對照組。試驗(yàn)組96例，年齡（37.6±5.4）歲，男/女為65/31。對照組94例，年齡（36.2±4.5）歲，男/女為59/35。兩組年齡和性別構(gòu)成差異無顯著性。
1.2 方法 試驗(yàn)組氣管插管前用1%地卡因2ml混合地塞米松5mg對聲門及聲門下表面噴霧麻醉，然后將氣管導(dǎo)管插入聲門，對照組不用聲門表面麻醉行常規(guī)氣管插管。誘導(dǎo)均用維庫溴銨和異丙酚，麻醉維持采用芬太尼和安氟醚靜吸復(fù)合麻醉。氣管導(dǎo)管均用德國產(chǎn)RUSH乳膠螺紋氣管導(dǎo)管，導(dǎo)管選擇按年齡進(jìn)行計(jì)算，防止過粗和過細(xì)，術(shù)后清醒后拔除導(dǎo)管。兩組氣管插管均為主治醫(yī)師以上人員操作以控制插管不熟練造成人為操作損傷。
1.3 測量指標(biāo) 患者拔管后送入重癥監(jiān)護(hù)室監(jiān)護(hù)24h，然后進(jìn)行術(shù)后隨訪和纖維喉鏡聲門咽喉部檢查，隨訪和檢查均由重癥監(jiān)護(hù)病房醫(yī)師擔(dān)任以防止選擇性偏倚，病房醫(yī)師不知試驗(yàn)分組情況。記錄兩組患者的聲音嘶啞和喉痛發(fā)生率，聲門及咽喉部紅腫、潰湯發(fā)生情況。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用卡方檢驗(yàn)，成組t檢驗(yàn)，P<0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
（1）兩組患者氣管導(dǎo)管留置時(shí)間:試驗(yàn)組為（4.5±1.5）h，對照組為（4.2±1.3）h，兩組間比較t=1.34，P<0.05。（2）試驗(yàn)組術(shù)后聲嘶、喉痛發(fā)生率為4.2%，對照組為20.2%，卡方檢驗(yàn)顯示兩組聲嘶、喉痛的發(fā)生率差異有顯著性χ 2 =9.72，P<0.01，見表1。證明1%地卡因混合地塞米松預(yù)處理組聲嘶、喉痛和喉水腫的發(fā)生率明顯低于對照組。（3）纖維喉鏡觀察:對照組術(shù)后24h有16例患者咽部、會厭和喉腔有紅腫，少數(shù)患者出現(xiàn)點(diǎn)、片狀小潰瘍，試驗(yàn)組僅3例出現(xiàn)咽喉腔紅腫。兩組患者術(shù)后喉鏡檢查咽喉腔水腫情況見表2。
表1 兩組患者術(shù)后24h聲嘶、喉痛發(fā)生情況 略
表2 兩組患者術(shù)后24h纖維喉鏡檢查喉頭水腫情況 略
3 討論
氣管插管的主要并發(fā)癥是喉頭水腫，表現(xiàn)為術(shù)后聲音嘶啞，吞咽時(shí)咽喉部疼痛及喉部有發(fā)緊不適，病理改變主要為咽喉、會厭下和聲門區(qū)腫脹，術(shù)后24h是發(fā)作高峰。并發(fā)癥主要與（1）插管過粗;（2）插管后麻醉不平穩(wěn)，嗆咳;（3）插管困難，反復(fù)試插或插管用力過猛;（4）長時(shí)間置管;（5）術(shù)中頭過度后仰，過多扭動頸部。此類并發(fā)癥發(fā)生率3%～40%不等 ［1］ ，主要治療為術(shù)后霧化吸入激素和抗生素類藥物，預(yù)防上未見有關(guān)報(bào)道。本研究采用氣管插管前聲門區(qū)1%地卡因混合地塞米松表面噴霧麻醉以預(yù)防術(shù)后喉水腫，臨床發(fā)現(xiàn)使用1%地卡因混合地塞米松組聲音嘶啞、喉痛和咽喉部紅腫發(fā)生率明顯低于對照組（P<0.05），其機(jī)制可能是:（1）地卡因聲門區(qū)表面麻醉后，聲帶松馳，可以減少聲帶對氣管導(dǎo)管的磨擦而降低術(shù)后聲帶損傷;（2）地塞米松通過增高血管對兒茶酚胺的敏感性，抑制致炎活性物質(zhì)的產(chǎn)生和激活，減少炎性介質(zhì)的釋放，穩(wěn)定溶酶體膜，抑制趨化因子和移動抑制因子對炎性細(xì)胞的作用，使機(jī)體對炎癥的耐受性增加以及炎癥的血管反應(yīng)和細(xì)胞反應(yīng)降低，如 炎癥早期的毛細(xì)血管擴(kuò)張、滲出、水腫、白細(xì)胞浸潤及吞噬反應(yīng) ［2］ ，從而緩解全麻氣管插管操作引起的并發(fā)癥。
Braughler等 ［3］ 認(rèn)為地塞米松可明顯抑制炎癥反應(yīng)，對組織有保護(hù)作用。其機(jī)理是:（1）抑制膜的脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation，LPO）;（2）增加損傷區(qū)血流量;（3）穩(wěn)定細(xì)胞膜的離子通道;（4）作用于特異性糖皮質(zhì)激素受體，抑制磷脂酶A 2 ，從而抑制花生四烯酸的產(chǎn)生。
也有人認(rèn)為地塞米松可減輕術(shù)后疼痛介導(dǎo)的精神心理反應(yīng) ［4］ 。術(shù)后鎮(zhèn)痛作用與激素抑制前列腺素合成及抗炎效果有關(guān) ［5］ 。組織損傷可激活并釋放炎性介質(zhì)，地塞米松可抑制創(chuàng)傷部位的氧化酶活性和前列腺素合成，而發(fā)揮其鎮(zhèn)痛作用 ［6］ 。研究結(jié)果顯示，1%地卡因混合地塞米松組和對照組術(shù)后喉痛分別為6.9%和21.6%，試驗(yàn)組術(shù)后喉痛發(fā)生率顯著低于對照組。
由于地卡因毒性較大，臨床上使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意用藥量，在顯露聲門區(qū)后，對聲門區(qū)噴霧3次即可，本研究中未見地卡因過量中毒現(xiàn)象。試驗(yàn)表明氣管插管前應(yīng)用1%地卡因和地塞米松聲門區(qū)噴霧表面麻醉可預(yù)防因氣管插管造成的術(shù)后喉頭水腫。
摘要：為了降低垃圾滲濾液中高濃度NH4-N對生物處理的影響，采用吹脫法預(yù)處理垃圾滲濾液中的NH4-N，對影響吹脫的因素進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：最佳實(shí)驗(yàn)條件為pH=8.5，曝氣強(qiáng)度為180m3/(m2h)，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)24h吹脫NH4-N去除率可以達(dá)到55.6%，出水NH4-N不會對后續(xù)生物處理產(chǎn)生抑制。
關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液 吹脫 生物處理
垃圾滲濾液成分復(fù)雜、含有高濃度的氨氮和重金屬等有害成分，其處理技術(shù)主要為生化法，但該廢水中普遍存在的高濃度氨氮制約了生化法對其的處理應(yīng)用和效果[1]。有研究結(jié)果表明,垃圾滲濾液中高濃度的氨氮對微生物活性有抑制作用,會降低生化系統(tǒng)對有機(jī)污染物的降解效率,從而導(dǎo)致處理出水難于達(dá)標(biāo)排放[2]。因此在生物處理工藝之前，采用有效的方法預(yù)除去高濃度的氨氮尤為必要。工程中常見的的幾種脫氮方法有：微生物法、氨吹脫法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法、土地處理法等[3]。但對于高氨氮的垃圾滲濾液，較為經(jīng)濟(jì)有效的方法是吹脫法。而且滲濾液經(jīng)吹脫后，不僅脫掉了大量的游離氨，還去除了部分苯酚、氰化物、硫化物及其他難生化的，對生化處理有抑制作用且毒性大的揮發(fā)物質(zhì)，對后續(xù)處理較為有利[4]。吹脫法又包括空氣吹脫和蒸汽吹脫，其中蒸汽吹脫效率較高，但能耗大，設(shè)備復(fù)雜，應(yīng)用前景不大。本次實(shí)驗(yàn)采用空氣吹脫進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。
對影響吹脫的各種因素進(jìn)行研究，并得出最佳吹脫條件，為工程提供依據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件
1.1 滲濾液水質(zhì)
滲濾液取自長春市某垃圾填埋場，其水溫為18℃-23℃，pH為8.0-8.8 ，COD為2000-5000mg/L， BOD為600-1500mg/L，氨氮為1800-2300 mg/L。
1 --曝氣頭2 --吹脫池3 --空壓機(jī)
圖1 試驗(yàn)裝置圖
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置為容積1L的吹脫池，這樣可以保證氣水在容器中的充分混合。曝氣采用曝氣效率為3L/min的曝氣泵。曝氣強(qiáng)度通過曝氣頭的個(gè)數(shù)來控制，每個(gè)曝氣頭的曝氣強(qiáng)度為m3/m2.h， pH值用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)。在連續(xù)曝氣的情況下，我們在不同的時(shí)間對各個(gè)反應(yīng)條件下的水樣進(jìn)行取樣測試，測試內(nèi)容主要是NH4-N。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 pH值對吹脫效果的影響
為了研究滲濾液pH值對吹脫后NH4-N去除率的影響，采用NaOH 和H2SO4溶液調(diào)節(jié)滲濾液的pH值為7.0、8.5和10，采用一個(gè)曝氣頭曝氣，對NH4-N去除效果進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,隨著吹脫時(shí)間的增加,不同pH值條件下的去除率都不斷增加，在同一吹脫時(shí)間下，pH=10的條件下去除率最高,其次是pH=8.5, pH=7時(shí)去除率最低。這說明NH4-N的去除率隨原液pH值的升高而增大，pH 值越高越有利于滲濾液中的氨氮充分雖然轉(zhuǎn)化為游離氨, 但是過高的pH 值不僅要求在調(diào)節(jié)時(shí)投入大量NaOH,而且在吹脫處理后,還要將過高的堿性用酸調(diào)節(jié)到接近中性,才能進(jìn)入后續(xù)生化處理系統(tǒng),這一系列的操作無疑會增加運(yùn)行費(fèi)用[5]。從圖2可知，pH=10條件下NH4-N去除率高于pH=8.5條件下的去除率不是很多，由于該垃圾滲濾液中重碳酸鹽堿度很高，對滲濾液的pH值有很強(qiáng)的緩沖作用，因此吹脫過程中，經(jīng)酸堿調(diào)節(jié)過的滲濾液的PH值有向原始值接近的趨勢，即在原滲濾液pH=8.0-8.8條件下,可以達(dá)到相對較高的去除率。如圖pH=8.5時(shí),吹脫時(shí)間24h,NH4-N的去除率為35.3%,吹脫后NH4-N為1195 mg/ L。所以本次實(shí)驗(yàn)pH值可以不經(jīng)調(diào)節(jié)直接進(jìn)行吹脫,吹脫后的pH值可以滿足后續(xù)生物處理的中性范圍要求,節(jié)省調(diào)節(jié)裝置和運(yùn)行費(fèi)用，同樣可以脫過延長吹脫時(shí)間可以進(jìn)一步提高去除率。
2.2 曝氣強(qiáng)度對吹脫效果的影響
為了研究曝氣強(qiáng)度對吹脫效果的影響,分別在一個(gè)曝氣頭,兩個(gè)曝氣頭和三個(gè)曝氣頭的條件下對垃圾滲濾液進(jìn)行吹脫實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的pH=8.5。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，隨著曝氣時(shí)間的增加,不同的曝氣頭條件下的去除率都不斷增加，而在相同的曝氣時(shí)間下，三個(gè)曝氣頭的曝氣效果最好，曝氣頭的個(gè)數(shù)越多，曝氣強(qiáng)度越大，曝氣強(qiáng)度反映的是空氣對滲濾液的擾動程度，隨著強(qiáng)度的增加，游離氨從水中逸出到大氣中速率增加，去除率也相應(yīng)增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用3個(gè)曝氣頭對滲濾液進(jìn)行吹脫能達(dá)到較好的效果，在吹脫時(shí)間為24h的條件下，NH4-N的去除率為55.6%,吹脫后NH4-N為820 mg/ L。
2.3 曝氣時(shí)間對吹脫效果的影響
如圖4所示，去除率隨曝氣時(shí)間的增加不斷增加,但當(dāng)曝氣時(shí)間增加到一定程度時(shí)，吹脫效率的增加不顯著隨著曝氣時(shí)間的增加，即不同的時(shí)間段增加的速度是不一樣的，在24h以內(nèi)增加的速度較快，而在24h以后，增加的速度明顯降低。這說明去除率隨時(shí)間不是呈線性變化,曝氣時(shí)間達(dá)到一定程度去除率的增加受到一定限制.這和NH4-N本身的濃度有關(guān)，在吹脫的初期去除率增加快是由于初期NH4-N濃度較高，有利于吹脫的進(jìn)行,而吹脫達(dá)到一定時(shí)間后，滲濾液中NH4-N濃度降低,吹脫去除率增長緩慢。
2.4 最佳條件下的吹脫實(shí)驗(yàn)
經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)得出最佳實(shí)驗(yàn)條件為，pH=8.5，采用三個(gè)曝氣頭。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，最佳條件下NH4-N去除率與吹脫時(shí)間成二次函數(shù)關(guān)系，吹脫時(shí)間達(dá)24h，去除率可以達(dá)到55.6%，出水NH4-N值為820 mg/ L，根據(jù)后續(xù)生物處理的要求，可通過調(diào)節(jié)吹脫時(shí)間來改變吹脫后的NH4-N值，以達(dá)到后續(xù)生物處理能承受的限度。
3 結(jié)論
（1）試驗(yàn)的影響因素為滲濾液pH、曝氣強(qiáng)度和曝氣時(shí)間，其中是曝氣時(shí)間易于調(diào)節(jié),可用來控制出水NH4-N濃度，以適應(yīng)后續(xù)生物處理的要求。
（2）最佳實(shí)驗(yàn)條件為pH=8.5，曝氣強(qiáng)度為180m3/(m2h)（三個(gè)曝氣頭），在該條件下經(jīng)24h吹脫，NH4-N去除率可以達(dá)到55.6%，出水NH4-N濃度不會對后續(xù)生物處理產(chǎn)生抑制。
摘 要：在介紹CL(Chui-Lian)多小波基本理論的基礎(chǔ)上，探討了CL多小波的預(yù)處理方法及其對CL多小波原有濾波器響應(yīng)的影響，分析后認(rèn)為Haar和平衡預(yù)處理方法是CL多小波最有效的預(yù)處理方法。文章還做了將具有這兩種預(yù)處理方法的CL4多小波應(yīng)用于電力系統(tǒng)正弦信號和故障暫態(tài)信號數(shù)據(jù)壓縮的仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，基于Haar和平衡預(yù)處理方法的CL4多小波具有較GHM多小波和傳統(tǒng)db4小波更好的數(shù)據(jù)壓縮效果。
關(guān)鍵詞：CL多小波；預(yù)處理方法；數(shù)據(jù)壓縮；電力系統(tǒng)故障
1 引言
多小波分析是一種基于小波理論的近幾年發(fā)展起來的新理論，多小波可同時(shí)具有對稱性、正交性、短支撐性、高階消失矩等屬性，而這些屬性是傳統(tǒng)實(shí)系數(shù)小波不能同時(shí)具有的[1]。多小波有許多構(gòu)造方法，如Geronimo等人[2]應(yīng)用分形插值方法構(gòu)造了具有短支撐、正交性、對稱性和二階消失矩屬性的GHM多小波，Chui等人[3]利用多小波的正交性、緊支撐性、對稱性和插值性構(gòu)造了CL(Chui-Lian)多小波，Jiang[4]利用時(shí)頻分析中的窗函數(shù)性質(zhì)構(gòu)造了具有最優(yōu)時(shí)頻分辨率的Jiang系列多小波，Mariantonia Cotronei等人[5]利用Hurwitz塊矩陣和Gram矩陣構(gòu)造了半正交多小波。本文在介紹CL多小波理論的基礎(chǔ)上，深入探討了CL多小波的預(yù)處理方法，并將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)正弦信號數(shù)據(jù)和故障暫態(tài)數(shù)據(jù)的壓縮，還比較了GHM多小波與CL多小波的數(shù)據(jù)壓縮效果。
2 CL多小波的基本理論
小波分析中的多分辨率即是將平方可積信號f∈L2(R) 的逐級逼近視為采用低通平滑函數(shù)φ(t) 對f(t) 作平滑濾波的結(jié)果，且逐級逼近時(shí)平滑函數(shù)φ(t)也作逐級伸縮。一個(gè)多分辨率分析由一個(gè)尺度 函數(shù)生成，且包含一個(gè)經(jīng)平移與伸縮構(gòu)成L2(R) 空 間基的小波函數(shù)。類似地，多小波分析中也存在多分辨率分析，一個(gè)多分辨率分析由多個(gè)尺度函數(shù)生成，且包含多個(gè)經(jīng)平移與伸縮構(gòu)成L2(R) 空間基的 小波函數(shù)，這些小波函數(shù)即稱為多小波[6]。
多小波的多尺度函數(shù)φ(t)和多小波函數(shù)Ψ(t)滿足以下二尺度矩陣方程[3]
式中 0≤k≤L ，Hk 和Gk 為r×r維系數(shù)矩陣；L為多小波濾波器長度；r為多小波維數(shù)。根據(jù)多小波的多分辨率分析，有如下快速多小波分解與重構(gòu)公式[7]
式中 為多小波分解和重構(gòu)的低頻系數(shù)； 為多小波分解和重構(gòu)的高頻系數(shù)； 分別為Hk 和Gk 的復(fù)共軛矩陣。
位于區(qū)間[0,2]上的CL多小波的兩個(gè)尺度函數(shù)φ1(t)、φ2(t)和兩個(gè)小波函數(shù)Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撐區(qū)間均為[0,2]；位于區(qū)間[0,3]上的CL多小波的兩個(gè)尺度函數(shù)φ1(t)、φ2(t)和兩個(gè)小波函數(shù)Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撐區(qū)間均為[0,3]。為方便起見，作者根據(jù)Daubechies系列小波的定義方式，將上述兩種CL多小波暫稱為CL3多小波和CL4多小波(即它們的濾波器長度分別為3和4)，CL4多小波的濾波器系數(shù)矩陣[3]為
式中 H0 、H1 、H2 、H3 為低通濾波器系數(shù)矩陣；G0 、G1 、G2 、G3 為高通濾波器系數(shù)矩陣；下標(biāo)0、1、2、3表示系數(shù)矩陣的次序，與傳統(tǒng)小波的濾波器系數(shù)序列相同；S=diag[1,-1] 。
根據(jù)多小波的尺度矩陣方程繪出CL4多小波的尺度函數(shù)φ1(t)、φ2(t)和小波函數(shù)Ψ1(t)、Ψ2(t)的時(shí)域波形和頻域響應(yīng)波形分別如圖1和圖2所示。
與傳統(tǒng)小波相比，CL多小波具有更為優(yōu)良的屬性：CL多小波的尺度函數(shù)和小波函數(shù)均具有緊支撐屬性，使其具有良好的局域性；兩個(gè)尺度函數(shù)分別與兩個(gè)小波函數(shù)對稱和反對稱，保證其具有線性相位；CL多小波是正交的，使其變換后保持能量衡定；CL3多小波具有二階逼近階，CL4多小波具有三階逼近階，使其具有良好的逼近性能，GHM多小波與CL4多小波相似，濾波器長度均為4，但其逼近階僅為二階。
3 CL多小波的預(yù)處理方法
3.1 采用預(yù)處理方法的必要性
與傳統(tǒng)小波相比，多小波在實(shí)際應(yīng)用中必須解決的關(guān)鍵問題是對原始信號的預(yù)處理。預(yù)處理的關(guān)鍵問題是：①由于多小波的尺度函數(shù)和小波函數(shù)是多維的，而需處理的信號一般是一維的，必須對所有多小波的原始信號進(jìn)行預(yù)處理；②不同的預(yù)處理方法對多小波應(yīng)用性能的影響非常大，怎樣根據(jù)應(yīng)用需要選擇相應(yīng)的最優(yōu)預(yù)處理方法是多小波應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
如不采用預(yù)處理方法，簡單的方法是將一維信號分解為其多相形式
式中 z=ejω 。CL4多小波的低通濾波器響應(yīng)H1(ω)和H2(ω)分別為
同理可求出其相應(yīng)的高通濾波器響應(yīng)G1(ω)和G2(ω)，如圖3所示。
由圖3可見，CL4多小波的低通濾波器和高通濾波器響應(yīng)均表現(xiàn)出帶通和帶阻兩種不相同的屬性，其他多小波也有類似屬性，這種現(xiàn)象易導(dǎo)致多小波的低通和高通頻帶相互混疊，不利于分解和重構(gòu)信號，即如不采用有效的預(yù)處理方法，多小波不能像傳統(tǒng)小波那樣對信號很好地進(jìn)行去噪和壓縮等處理。
目前多小波的預(yù)處理方法主要分為兩類：預(yù)濾波(prefilter)法[8]和采用平衡多小波(balanced multiwavelet)法[9]。
3.2 預(yù)濾波法
對于預(yù)濾波方法的研究主要集中在GHM多小波的預(yù)濾波，本文將文[5]提出的odd/even、deriv.、Haar、mod.Haar預(yù)濾波法和文[10]提出的預(yù)濾波法應(yīng)用于CL4多小波。經(jīng)大量仿真分析后，作者認(rèn)為采用Haar法可取得較好的濾波效果，圖4為Haar預(yù)濾波方法對CL4多小波原有濾波器響應(yīng)的影響。
由圖4可見，Haar預(yù)濾波法在一定程度上改善了CL4多小波兩個(gè)低通濾波器和兩個(gè)高通濾波器的響應(yīng)。
3.3 平衡多小波法
多小波低通部分如有不同的頻譜屬性，會使通道不平衡和復(fù)雜化矢量化過程，矢量化過程的多相方法產(chǎn)生了混合粗細(xì)分辨系數(shù)，僅用粗分辨系數(shù)重構(gòu)信號時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，稱為不平衡現(xiàn)象[9]。消除多小波不平衡現(xiàn)象的方法是構(gòu)造平衡多小波，主要有兩種構(gòu)造方法：采用復(fù)Daubechies小波系列濾波器構(gòu)造平衡多小波和平衡已有的不平衡多小波(簡稱平衡法)。
以下采用平衡方法來平衡CL4多小波，平衡算子為 ，平衡后CL4多小波的低通和高通濾波器分別為
CL4多小波的低通合成算子LT 和高通合成算子TT 滿足等式
式中 u1=[...,1,1,1,1,...]T ，即矢量 在低通支路 保持不變，在高通支路被取消，這時(shí)CL4多小波即是平衡的多小波[9]。圖5為平衡法對CL4多小波原有濾波器響應(yīng)的影響。
由圖5可見，對CL4多小波采用平衡法不僅可使兩個(gè)低通濾波器和兩個(gè)高通濾波器的響應(yīng)分別重合，還可較好地改善系統(tǒng)本身的低通、高通濾波器的響應(yīng)性能。
4 CL多小波的應(yīng)用
本文采用不同預(yù)處理方法的CL4多小波、GHM多小波和db4小波來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的壓縮， GHM多小波和db4小波與CL4多小波非常類似，且具有正交性和緊支撐性，濾波器長度均為4。關(guān)于傳統(tǒng)小波在電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)壓縮中的應(yīng)用可參見文[11]。
采用電力系統(tǒng)的正弦信號和500kV高壓輸電線路單相接地短路故障相的電壓信號(故障點(diǎn)距輸電線首端的長度與輸電線總長度的百分比分別為2.5%、12.5%、25%、37.5%、50%、75%、87.5%)作為原始信號，采樣點(diǎn)為1024個(gè)，分解層數(shù)為6層。對CL4多小波采用Haar法和平衡法兩種預(yù)處理方法；對GHM多小波采用GHM.init預(yù)處理方法(GHM.init是GHM多小波的所有已知預(yù)處理方法中綜合效果最好的預(yù)處理方法之一)；對db4傳統(tǒng)小波采用直接處理采樣點(diǎn)的方法。本文采用保留多小波分解后的若干最大系數(shù)的數(shù)據(jù)壓縮方法。該方法的原理是：對原始信號進(jìn)行小波尺度的擴(kuò)展，保留絕對值最大的系數(shù)，這種情況下，可僅用全局閾值來壓縮信號，以實(shí)現(xiàn)信號的壓縮或相對均方差賦范信號的恢復(fù)，該方法可先確定數(shù)據(jù)的壓縮比。定義信號重構(gòu)后的賦范均方誤差為
式中 f(n)、 分別為原始信號與恢復(fù)信號。 表1為采用該方法時(shí)，采用不同多小波對相應(yīng)信號數(shù)據(jù)的壓縮結(jié)果。
計(jì)算出其他故障點(diǎn)信號數(shù)據(jù)壓縮的賦范誤差、平均誤差和均方差，得到壓縮比為20:1時(shí)隨不同故障地點(diǎn)變化的賦范誤差曲線如圖6所示。50%處故障的暫態(tài)信號隨不同壓縮比變化的賦范誤差曲線如圖7所示。
由表1、圖6和圖7中壓縮效果參數(shù)可知：
(1)GHM多小波及CL多小波對平穩(wěn)信號(正弦信號)或暫態(tài)信號(故障信號)的數(shù)據(jù)壓縮效果均比db4傳統(tǒng)小波的好；
(2)采用Haar和平衡法預(yù)處理方法的CL4多小波的壓縮效果均明顯比采用GHM.init預(yù)處理方法的GHM多小波的壓縮效果好；
(3)CL4多小波采用平衡預(yù)處理方法時(shí)，壓縮效果總體上比Haar預(yù)處理方法的好一些。
5 結(jié)論
本文介紹和分析了CL多小波及其不同的預(yù)處理方法，采用保留分解后若干最大系數(shù)的數(shù)據(jù)壓縮方法，對采用不同預(yù)處理方法的CL多小波在故障數(shù)據(jù)壓縮中的效果與GHM多小波及傳統(tǒng)db4小波進(jìn)行了比較。綜合各種壓縮性能指標(biāo)后認(rèn)為，基于Haar法和平衡法的CL4多小波比基于GHM.init法的GHM多小波壓縮效果優(yōu)越，更適用于對電力系統(tǒng)信號的數(shù)據(jù)壓縮。
近幾十年由于富營養(yǎng)化水平的加劇，包括水源水庫水在內(nèi)的淡水水體經(jīng)常發(fā)生藍(lán)藻水華，藍(lán)藻水華可導(dǎo)致水源水中微囊藻毒素(Microcystins，MC)含量升高，而水中MC對人類的健康構(gòu)成潛在危害。MC對人體重要調(diào)節(jié)酶(蛋白質(zhì)磷酸酶1和2A)有潛在的抑制作用〔1〕，被證實(shí)可導(dǎo)致人類、家畜和野生動物的死亡。許多國家根據(jù)世界衛(wèi)生組織推薦值〔2〕建立了飲用水中MC-亮氨酸精氨酸(LR)限制標(biāo)準(zhǔn)，最高允許含量為1?0μg／L。我國的“生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范”〔3〕和“城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”〔4〕中都規(guī)定MC-LR最高濃度為1?0μg／L。MC的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，常規(guī)水處理工藝對其去除率較低。因此，在常規(guī)處理之前尋求有效去除MC的預(yù)處理方法，對于飲用水的安全保障具有重要意義。本文對去除水源水中藻毒素的預(yù)處理方法研究進(jìn)展作一綜述。
1 去除藻毒素的預(yù)氧化法
1?1 預(yù)加氯 自從20世紀(jì)，氯已被用來作為水處理試劑。20世紀(jì)初，美國就應(yīng)用氯作消毒劑來代替砂濾。預(yù)加氯是應(yīng)用最早和目前應(yīng)用最廣泛的氧化除藻方法，它常用于水源水的預(yù)處理工藝中以殺死藻類，使藻類及藻毒素易于在后續(xù)常規(guī)水處理工藝中去除。Tsuji等〔5〕的研究證實(shí)，MC的去除效果主要決定于水中自由氯含量， 觀察了NaClO對MC-LR和MC-雙精氨酸(RR)的去除效果，發(fā)現(xiàn)毒素易被降解且依賴于自由氯的劑量，用濃度為0?7mg／L的自由氯經(jīng)60min處理后，水中僅有35％的MC被去除，當(dāng)自由氯濃度增大到2?8mg／L時(shí)接觸30min后，MC的去除率達(dá)99％。另外，MC的去除效果還依賴于pH值的大小，Nicholson等〔6〕發(fā)現(xiàn)，在高pH值條件下，NaClO和Ca(ClO)2的殺毒效果低。當(dāng)pH值升高時(shí)，毒素的去除率大大降低，由pH值7時(shí)的79％降至pH值10時(shí)的0?4％。分析認(rèn)為是由于氯溶于水中生成次氯酸，在pH值超過5后開始分解形成次氯酸根離子，pH值超過10后完全離解，而次氯酸是一種比次氯酸根離子更有效的氧化劑，因而隨pH值增大，次氯酸濃度的降低影響了有效氯的氧化作用。氯化提供了一個(gè)有效的去除飲用水中MC的方法，它對MC的去除效果依賴于有效氯的投加量和足夠的余氯。但有關(guān)氯化去除MC的機(jī)制和經(jīng)氯化后MC的降解副產(chǎn)物的特征至今尚未清楚。
1?2 預(yù)加高錳酸鉀 自20世紀(jì)60年代，歐美等地區(qū)開始大規(guī)模的將高錳酸鹽應(yīng)用于水處理技術(shù)中。高錳酸鉀作為一種強(qiáng)氧化劑能氧化大量有機(jī)化合物，其對有機(jī)物分子中多鍵功能團(tuán)的破壞能力非常強(qiáng)，甚至可以分裂苯環(huán)。在與MC水溶液作用時(shí)，它可以破壞MC分子中3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基癸-4,6-二烯酸(ADDA)上的不飽和雙鍵，因此，在消除MC毒性方面十分有效。有文獻(xiàn)指出〔7〕，1mg／L的高錳酸鉀30min內(nèi)可去除濃度為200μg／L的溶液中95％ MC-LR。對用氯和高錳酸鉀作氧化劑(濃度均為2mg／L)氧化MC-LR的實(shí)驗(yàn)〔7〕比較顯示，2種氧化條件下毒素有相似的衰減曲線。但觀察到高錳酸鉀在去除MC上表現(xiàn)更迅速，且保持恒定的氧化還原電位。
1?3 預(yù)加臭氧(O3) 臭氧的氧化能力極強(qiáng)，氧化還原電位為2?07V，在酸性溶液中僅次于氟。1886年法國最早進(jìn)行臭氧技術(shù)研究，20世紀(jì)60年代末臭氧開始用于原水預(yù)氧化，主要用途為改善感官指標(biāo)、助凝、初步去除或轉(zhuǎn)化污染物等，目前它已被廣泛應(yīng)用于飲用水處理中。臭氧可以通過與有機(jī)物雙鍵的迅速氧化反應(yīng)生成羰基化合物。當(dāng)臭氧作用于MC時(shí)，MC中ADDA的雙鍵被氧化打開而使其毒性消失。早期的研究表明，1mg／L的O3對濃度為60μg/L的MC溶液的去除效果可達(dá)到100%。Rositano J〔8〕等研究發(fā)現(xiàn)，用0?05mg／L的O3處理15s后，99％的MC被去除掉。O3比Cl2、H2O2、高錳酸鉀等能更有效地去除MC-LR，這與O3具有更高的氧化電位有關(guān)。研究證實(shí)，臭氧是一種去除飲用水中MC的有效方法。雖然關(guān)于臭氧分解MC的副產(chǎn)物的危害性方面仍需做進(jìn)一步的研究，但臭氧氧化作為一種有效的凈水方法，仍然具有很好的應(yīng)用前景。
2 粉末活性炭法
粉末活性炭(PAC)在水廠最初應(yīng)用的目的是為了去除水中的色、嗅、味等〔9〕。20世紀(jì)70年代以來，隨著水源污染的日益嚴(yán)重以及消毒副產(chǎn)物(DBP)的檢出，研究人員發(fā)現(xiàn)PAC對飲用水源中的酚類、農(nóng)藥、消毒副產(chǎn)物及其前體物等也有很好的去除效果〔10〕。因此，PAC在水處理中得到了普遍的應(yīng)用，且有逐年遞增趨勢。Hoffmann等〔11〕應(yīng)用PAC去除藻毒素的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，PAC能去除藍(lán)藻產(chǎn)生的MC，MC的去除效果依賴于PAC的投加量，要去除掉MC-RR和LR，PAC的投加量高達(dá)800mg／L(一般給水處理中PAC投加范圍為5～30mg／L)，F(xiàn)alconer等〔12〕的報(bào)道也證實(shí)了這一點(diǎn)。在對活性炭去除MC-LR的研究中發(fā)現(xiàn)，影響活性炭吸附的主要因素是孔的體積而不是比表面積，對MC-LR吸附最好的是中孔體積(孔徑1?2～2?6nm)的活性炭。另外，競爭吸附同樣影響PAC對MC的去除效果，在對高純水和原水中MC去除率的比較中發(fā)現(xiàn)，由于原水中有機(jī)物對活性炭吸附點(diǎn)的競爭導(dǎo)致了MC去除效率的下降，天然有機(jī)物(NOM)的濃度尤其影響MC的去除。大量文獻(xiàn)證實(shí)，PAC可成功應(yīng)用于MC的去除，但在常規(guī)的水處理工藝中其性能會降低，另外MC是否吸附到活性炭上也不明確，它有可能被活性炭表面的生物膜降解而表現(xiàn)出安全性，也有可能被再次釋放到水體中對健康造成危害。
3 生物預(yù)處理法
目前采用生物預(yù)處理工藝凈化受污染原水，主要考察對有機(jī)物、氨氮、藻類、亞硝酸鹽氮、濁度、鐵、錳等污染物質(zhì)的去除效能，而關(guān)于生物法去除MC方面的研究報(bào)道相對較少。呂錫武等〔13〕以人工配制的含微囊藻水為試驗(yàn)對象，在靜態(tài)條件下考察生物接觸氧化工藝對MC的去除效率，表明氧化工藝對MC的生物降解遠(yuǎn)比缺氧有效，氧化處理24h時(shí)3種MC去除率均超過90%，處理72h后水中已檢測不到MC。關(guān)于生物法去除MC的機(jī)制被一致認(rèn)為是生物降解作用，有學(xué)者〔14〕發(fā)現(xiàn)，MC-LR經(jīng)生物降解后其ADDA側(cè)鏈的共軛雙鍵被破壞，從而證明ADDA側(cè)鏈?zhǔn)巧锝到獾墓舭形唬怯捎谄浣Y(jié)構(gòu)的變化才導(dǎo)致MC-LR毒性的降低或喪失。Harada等〔15〕分離一種菌種(Sphingomonas strain，B-9)，它靠體內(nèi)的3種水解酶(MlrA，MlrB,MlrC)來降解MC，首先環(huán)狀MC在MlrA作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榫€型MC，MlrB進(jìn)一步將其降解為四肽化合物，而水解酶MlrC又將這種化合物水解成更小的縮氨酸和氨基酸，從而使MC的毒性喪失。朱光燦等〔16〕采用三階生物膜反應(yīng)器預(yù)處理含MC的富營養(yǎng)化湖水，停留時(shí)間2h時(shí)，藻類的去除率>90％，細(xì)胞外MC-LR和MC-RR的去除率分別達(dá)到86?7％和81?7％以上，總MC-LR和MC-RR的去除率分別達(dá)到71?5％和80?5％以上。證明三階生物膜工藝可作為水廠含MC富營養(yǎng)化原水高效、安全的生物預(yù)處理工藝。
4 結(jié)語
預(yù)氯化的高投加量和較長的接觸時(shí)間限制了它在去除MC上的應(yīng)用，而且還需考慮氯化后副產(chǎn)物的潛在危害；而關(guān)于高錳酸鉀對MC破壞機(jī)制的研究還很少，因此，高錳酸鉀預(yù)氧化去除MC效果需進(jìn)一步研究。PAC去除MC不破壞其結(jié)構(gòu)，因此，不需考慮副產(chǎn)物的生成，去除效果較好，但對截留或吸附后MC的處置應(yīng)高度重視，它的應(yīng)用必須采取安全嚴(yán)密的監(jiān)控措施，以確保能達(dá)到預(yù)期的效果。預(yù)加臭氧是一種去除水源水中MC很有效的預(yù)處理方法，該方法運(yùn)行簡單，產(chǎn)生有害副產(chǎn)物的概率小，去除率一般可達(dá)到95％以上，是一種經(jīng)濟(jì)上較為合理的凈化技術(shù)。近年來，生物降解有毒藍(lán)藻及其毒素的研究表明，生物預(yù)處理法也是去除水源水中MC的重要途徑之一，該方法安全簡便，無須特殊的設(shè)備，投資較少，且對MC有較高的去除率，有望在水源水的預(yù)處理中得到廣泛的應(yīng)用。
