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【摘要】 目的 将已构建完成的携带增强绿色荧光蛋白基因的TSLC1真核表达载体转染到HepG2细胞中,观察其对HepG2肝癌细胞的作用。方法 脂质体Lipofectamine 2000介导重组载体转染到HepG2肝癌细胞中,经G418筛选建立稳定转染细胞株,分别采用RTPCR、免疫组化法和Western印迹法检测其表达;同时检测细胞周期、凋亡及caspase3酶活性。结果 与对照组比较,RTPCR方法可见转染组细胞TSLC1 mRNA表达明显增多(P
【关键词】 TSLC1;转染;克隆;HepG2;细胞周期
肺癌肿瘤抑制物1(tumor suppressor of nonsmall cell lung cancer 1,TSLC1)是一种新的肿瘤抑制基因,最早由Gomyo等〔1〕于1999年分析人类染色体11q23.2区域所发现。2001年Kuramochi等〔2〕研究人类肺癌时,通过功能性互补的方法证明TSLC1具有肿瘤抑制能力。目前,国内外对于真核表达载体pReceiverM29连接TSLC1基因转染肝癌HepG2细胞并研究其抑制肝癌机制的报道较少。本实验将已构建完成的真核表达载体pReceiverM29TSLC1转染到HepG2肝癌细胞中,建立稳定转染TSLC1的HepG2肝癌细胞株,探讨TSLC1对肝癌细胞的抑制机制。
1 材料与方法
1.1 材料 质粒小提试剂盒、Marker DL2000、dNTP、PCR反应试剂盒、RNA提取试剂盒、DMEM、小牛血清、二抗羊抗兔IgG购自天根生化科技有限公司;TaqDNA 聚合酶购于大连宝生物工程有限公司;逆转录cDNA合成试剂盒购自Fermentas Life sciences公司;引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成;抗人TSLC1单克隆抗体为Santa Cruz公司;Lipofectamine 2000购自Invitrogen公司;caspase3试剂盒购自碧云天生物技术研究所;G418购自宝泰克生物工程公司;PI购自Sigma公司;其他相关试剂由本人采购。
1.2 稳定转染HepG2细胞珠的建立 细胞转染按照Lipofectamine 2000试剂盒说明书进行。实验分为2组:将稳定转染TSLC1的细胞株命名为pReceiverM29TSLC1HepG2(转染组);将稳定转染空载体的细胞株命名为pReceiverM29HepG2(对照组)。最后,经过G418(400 μg/ml)连续加入,每3 d换1次液体,直至产生单克隆,挑取单克隆培养,最终建立稳定转染TSLC1和对照质粒的HepG2细胞株。
1.3 RTPCR检测稳定转染细胞株中TSLC1 mRNA的表达 分别提取转染组和对照组细胞的总RNA,以OligoT为引物进行逆转录,然后进行PCR克隆,以5′GGAATTCATGGCGAGTGTAG3′为上游引物,以5′CGGTACCCTAGATGAAGTA3′为下游引物进行PCR扩增,PCR反应条件如下:94℃预变性5 min,94℃变性1 min,56℃退火45 s,72℃延伸90 s,共30个循环,最后72℃延伸10 min。克隆产物经琼脂糖凝胶电泳,最后分析灰度值,每组各重复3次。
1.4 免疫组化方法检测稳定转染细胞株中TSLC1蛋白的表达 消毒处理过的盖玻片种植在24孔板内,每个盖玻片上分别接种约1×106个转染组和对照组细胞,孵箱37℃、5% CO2孵育24 h;第2天弃去培养液,加入4%多聚甲醛固定30 min;然后0.3% Triton100 10 min,3% H2O2孵育5 min,TSLC1单克隆抗体过夜,羊抗兔IgG抗体HRP 20 min后,DAB显色、复染、脱水、封片、最后镜下观察,采集图像并分析,计算阳性细胞率,每组重复3次。
1.5 Western印迹方法检测稳定转染细胞株中TSLC1蛋白的表达 将已制备好的转染组和对照组细胞经过细胞裂解液裂解,沸水变性10 min,超声粉碎30 s,13 000 r/min室温离心10 min,留上清,考马斯亮蓝法测定蛋白浓度;蛋白质在经过连续SDSPAGE电泳分离后,电转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉封闭60 min,与一抗TSLC1单克隆抗体过夜;与二抗孵育2 h,DAB显色,最后采集结果,分析数据。
1.6 流式细胞仪检测细胞周期及凋亡 两组细胞培养3 d后,分别取约1×106个细胞,PBS洗2次,加入3倍体积70%冰乙醇过夜,50 μg/ml碘化丙啶250 μl,PBS 240 μl,RNase 10 μl,避光30 min,流式细胞仪检测细胞周期及细胞凋亡。
1.7 caspase3的检测 按照碧云天生物技术研究所caspase3试剂盒说明书进行。
1.8 统计学方法 所有数据均应用SPSS10.0统计学软件进行检验,两组间比较采用t检验。
2 结 果
2.1 pReceiverM29TSLC1转染HepG2肝癌细胞 利用G418连续筛选,产生单克隆,最后建立稳定转染的细胞株,由于pReceiverM29带有绿色荧光蛋白,在显微镜下能够观察到绿色荧光克隆。见图1。
2.2 RTPCR检测转染组TSLC1 mRNA的表达 RTPCR结果可见转染组TSLC1 mRNA的表达比对照组明显增多,经灰度分析组间比较具有统计学差异(P
2.3 免疫组化检测TSLC1蛋白的表达 转染组细胞TSLC1蛋白表达棕黄色细胞明显比对照组多。转染组细胞TSLC1中染色较多(图3A),阳性细胞计数为(95.63±2.15)%,对照组TSLC1染色较少(图3B),阳性细胞计数为(41.27±3.45)%,两组比较差异有统计学意义(P
图3 免疫组化法检测细胞TSLC1蛋白表达(×400)
2.4 Western印迹法检测转染组TSLC1蛋白的表达 转染组细胞TSLCI蛋白(图4A)表达明显比对照组细胞(图4B)多,经过灰度分析,组间比较具有统计学差异(P
2.5 细胞周期及细胞凋亡的改变 转染组较对照组G1期细胞显著增多,而S期和G2/M期细胞明显降低(P
2.6 caspase3的活性检测 转染组细胞caspase3酶活性〔(0.580±0.104)IU〕较对照组细胞caspase3酶活性〔(0.317±0.245)IU〕显著增多(P
3 讨 论
TSLC1属于细胞黏附分子中免疫球蛋白超家族成员,TSLC1具有多种生物学作用:参与细胞间黏附、介导免疫监视,参与细胞运动及信号转导等作用。研究表明TSLC1基因与喉癌〔3〕、宫颈癌〔4〕、乳腺癌〔5〕、鼻咽癌〔6〕以及消化系统多种恶性肿瘤有关,其在肿瘤的发生、发展中起负性作用。该基因的表达失活与肿瘤的浸润程度、转移和预后情况有关,而基因失活机制主要之一是发生TSLC1基因启动子的甲基化。Ito等〔7〕研究TSLC1基因在食管鳞状细胞癌(ESCC)细胞株和人原发性食管癌中的mRNA表达中发现,75% ESCC细胞株和50%的原发性食管癌发生TSLC1表达缺失;进一步研究还发现,与TSLC1表达的癌组织相比,TSLC1表达低的食管癌浸润程度深,转移率也高。Kuramochi等〔2〕将人类11号染色体转入肺癌细胞株A549中发现,TSLC1在A549及其他人类非小细胞性肺癌中表达缺失或明显下降,且表达缺失与TSLC1启动子甲基化密切相关。近年来,Ando等〔8〕运用免疫组化方法研究发现TSLC1在恶性神经母细胞瘤中显著降低,108例恶性神经母细胞瘤患者中,降低表达的TSLC1基因与患者的不良预后显著相关。此外,该项研究还发现TSLC1能够降低人类神经母细胞瘤SHSY5Y细胞系的增殖活性。该研究认为TSLC1可以作为神经母细胞瘤的候选抑癌基因。
目前,Kuramochi等〔2〕研究了31例原发性肝癌标本和8株肝癌细胞系,发现TSLC1基因启动子发生甲基化率为29%,3株肝癌细胞系TSLC1表达缺失,这些均提示TSLC1与肝癌的发生相关。李文涛等〔9〕应用免疫组化和Western印迹方法检测TSLC1蛋白在50例原发性肝癌组织中的表达情况,发现TSLC1蛋白在原发性肝癌组织中的阳性率为34%,明显低于癌旁组织(72%),该研究认为TSLC1蛋白可能在原发性肝癌中表达降低,TSLC1蛋白对肝癌的发生、发展可能起到抑制作用。为进一步探讨TSLC1是否具有抑制肝癌作用,本研究将已构建完成的真核表达载体pReceiverM29TSLC1转染到HepG2肝癌细胞中,并且最终建立了稳定转染TSLC1基因的HepG2肝癌细胞株;同时,本研究还发现,与对照组比较,流式细胞仪检测转染组G1期细胞显著增多,而S期和G2/M期细胞明显降低,凋亡细胞比例明显增高,caspase3酶活性显著增多。提示TSLC1可能通过阻滞细胞周期、促进细胞凋亡及升高caspase3的酶活性等发挥抗肿瘤的作用,这为进一步研究TSLC1抗肿瘤作用机制奠定了基础。
参考文献
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7 Ito T,Shimada Y,Hashimoto Y,et al.Involvement of TSLC1 in progression of esophageal squamous cell carcinoma〔J〕.Cancer Res,2003;63(19):63206.
【关键词】:农村河流污染现状措施
中图分类号:G812.42 文献标识码:A 文章编号:
引言
随着我国现代化脚步的日益加快,在城市环境日益改善的同时,农村的污染尤其是农村河流污染问题越来越突出。农村河流的污染与城市河流的污染相比有一定的特点,在控制措施方面也有不相同之处,必须根据农村的现状采取控制措施。
一、农村河流水污染影响因素
1、畜禽粪便
近年来,由于我国养殖业的不断发展,导致大量禽畜粪便未经过处理而直接排放,是导致我国水体富营养化的主要因素。这些粪便中含有许多的细菌、真菌等病原体微生物。这些微生物污染养殖场周围的环境,同时,大量的氮、磷混合物渗入湖泊或地下水,直接污染了饮用水。
2、农药
目前,我国农药的使用量居世界第1位。2001年来,全国平均农药(有效成分)使用水平为12.7kg/hm2,农药总使用量每年约23万t(有效成分)。农药喷施只有8%~15%吸附在植物体上,利用率极低,其余有10%~35%悬浮于空中,有40%~55%沉降到地面,下渗土壤、污染水域,导致农业面源污染。
3、化肥
据统计,2008年我国化肥总施用量为4653.8万t,并快速增长,我国化肥使用量占世界总施用量的32.8%,是世界上施用化肥最多的国家。有相关资料显示,化肥过量地施用,导致土壤的理化性质严重破坏。并通过淋溶、地表径流、附着、反硝化作用等方式进入环境,导致土壤、水体和大气污染。
4、塑料薄膜
近几年,塑料薄膜使用量逐渐加大,残留在农田中的薄膜不断增加,使土壤环境遭到严重破坏,土壤的透气性下降,使农作物的正常生长代谢受到影响。截至目前,耕地平均使用量为200.9 kg/hm2,能够分解的仅为5.3%,回收利用率为58.7%。
5、气温变化
我市年平均气温呈逐步上升趋势,10a平均升高1.0℃。气温的变化决定水温的变化,而水温的变化对溶解氧及其生物氧化作用有较大影响。相关研究表明,当水温超过15℃时,气体从水体中溢出速度明显增加,高温条件下水下厌氧作用增强,厌氧条件下河流恶臭污染加剧。
二、农村河流水污染的现状
1、农业面源污染严重影响水质
我国农业面源污染问题很大,粗略估算,目前水体污染物中来自农业面源污染的大约占1/3。化肥、农药过量和不合理施用形成农田的化肥、农药流失,形成农业面源污染,而传统灌溉方式加重了面源污染;集约化畜禽养殖产生的污染相当部分都随农田排水或雨水而进入到河流,造成对地表水环境的污染。十几年来我国采取措施逐渐限制了工业污染的排放,城市生活污水也逐步进入污水处理厂处理,而对农业面源污染目前还没有很好的办法。
2、总氮、氨氮成为主要农村河流污染物
由于环境保护工作的重点一般都放在城市,特别是一些经济发达的城市对建设项目的环保把关比较严格,导致一些经济不发达的农村地区接受了城市转移的重污染项目。生产工艺落后、不符合国家产业政策的“十五小”的项目,甚至有些重污染项目不经过环保审批,在偏僻的农村得以生存。这些重污染项目没有有效的污染防治措施,加上农村环境监管的不力,使得一些农村地区河流工业污染十分严重。
通过对某地2001年~2006年农村河流的监测调查显示,被调查的河流中总氮、氨氮超标率100%,具体统计情况见表1。可见总氮、氨氮为主要污染因子,阴离子表面活性剂、COD、CODMn、BOD5、总磷、粪大肠菌群等有机污染也占比较大的比重,由此可见农田的化肥流失是主要原因,农村生活污水直排入河也是造成河流水污染的重要原因。
表12001年~2006年农村河流的监测调查
3、水生植物引发农村河流沼泽化
由于农业生产使用大量的化肥以及生活排泄物流失到水体,使农村河流水质普遍富营养化,造成水葫芦、水花生等水生植物迅速蔓延,泛滥成灾。农村承包到户后,农民对公共河流的状况也没有以前那样关心了,加上使用化肥后农民不再揽河泥作肥料,使得河床逐年提高。据相关数据统计,大多数的农村河流都不同程度发现了水葫芦、水花生疯长的情况,由于每年水葫芦、水花生自然的生长、腐烂、沉积,已经造成河底的明显抬高,水面缩小,反复污染水质。多年的积累使得河流面临沼泽化,水体变绿等。而且,水葫芦、水花生的疯长还影响了当地水生生物多样性。这种由水葫芦、水花生的长期疯长得不到控制而引起的河流淤塞和沼泽化的趋势是农村河流比较普遍情况。
三、农村河流水污染控制措施
1、建立制度,长效管理
在目前的情况下,必须重在制度建设,通过建立符合农村实际的长效管理制度,来巩固清理整治的成果十分必要。而要达到长效管理的目的,重要的是广大农民能够意识到农村河流保护要依靠大家,每个人都不做污染河流的事情,而农民掌握和使用低耗高效的农业生产技术和循环综合利用技术也十分重要。必须建立制度,多个部门,齐抓共管,合力推进,建立和完善乡镇公共服务管理机构,明确各级领导负总责的河长制,发挥他们应有的公益性,才能达到长效管理的目的。
2、做好规划,突出整治
可以通过规划,设立控制区域,引导乡镇工业相对集中,便于工业废水的集中治理和管理;科学划定乡镇居民集中区,便于生活废水的集中治理和管理;结合当地的实际情况制定控制农业面源污染的措施,对农民进行环境宣传教育和技术培训。在规划中突出农村水环境的综合整治,充分体现政府调控和引导作用,充分发挥农民在农村水环境的综合整治中决定作用。有些好的传统对农村水环境的影响非常大,如果变成农民的自觉行动,农村河流污染控制就会达到事半功倍的效果。
3、利用生物强化技术净化河流
生物强化技术,是直接向污染水体中接种外源的污染降解菌,利用其唤醒或激活水体中原本存在的、但被抑制而不能发挥其功效的微生物,并通过它们的迅速增殖,强有力地钳制有害微生物的生长和活动,从而消除水体有机污染及富营养化,消除水体的黑臭以及硝化底泥。目前国内外常用的有集中式生物系统、高效复合微生物菌群及固定化微生物等技术。
在营养化污染水体中,原位修复投菌技术逐渐受到关注。日本、韩国、澳大利亚等国采用定期向水中投放光合细菌,由于光合细菌能利用光能和氧将微污染水或废水中的无机和有机碳源及其它营养物质转化为菌体,从而能起到净化水质的作用。
4、结合特点,区别对待
在农村水污染治理中,应根据不同地区的水环境状况,结合农村地区人口分布和污染排放的特点,采用工程措施和非工程措施结合的办法来解决。经济欠发达的地区,以非工程措施为主,加强低耗高效的农业生产技术推广,立足资源综合利用,解决化肥、农药、人畜粪便、水葫芦、水花生及作物秸秆对水环境的污染问题,不能不顾环境而片面追求发展工业。有条件的地区要加快推进乡镇工业污水、生活污水和垃圾集中处理,积极探索污水实用处理方法,鼓励跨行政区域联合建设规模化、集约型污水处理厂。在水环境整治工作中,应充分考虑各地的自然生态条件和经济发展水平,不强求统一模式,不搞一刀切。可以在平原、水网、丘陵、山区、城郊结合部、风景名胜区等不同的自然生态条件下,发达和不发达的地区分别搞一些试点村,便于总结不同层次、不同区域的典型经验。
5、控制农业生产过程中农药、化肥的施用
这是防止农业污水对河流水污染的有效途径。为此,各地要加大环保宣传力度,加强对人们的教育,促使人们提高对农药、化肥环境污染危害性的认识,以便进行有效的防范。第二,要严格规范农药、化肥生产流通的管理,确保农药、化肥品种与质量符合国家的规定和标准,避免违禁和不合格产品用于农业生产中。第三,加强科学技术指导,控制农药、化肥的施用量,做到科学、合理、安全施用。第四,研究开发和施用高效、易降解的无公害和无污染的农药、化肥。
6、大力发展生态农业
开展生态农业可以实现农业生产,农业经济与环境保护的可持续协调发展。各地要树立大环境生态观念,加大农、林、牧、渔环境污染源管理力度,大力推广有机农业和生态农业,引导农民开发和生产有机食品,推动种植结构的改变。推广高效、实用的节水灌溉技术,大力发展节水农业。控制水土、有机质流失和土壤污染,
7、全面开展农村沟浜整治
开展县乡农村沟浜综合整治工程,使河道行洪畅通,提高河道行洪能力和槽蓄量,降低水位,整治后的河道水流变得更加通畅、水质变得更加清澈,两岸绿树成荫,显著改善当地居民的生活水平,使人民群众安居乐业。
结语
河流水污染问题日益严重,本文以上提出的防治措施只是起到一个提纲挈领的作用,并不能从根本上解决河流水污染的问题。各地具体加强对河流水污染控制盒治理的时候,应该首先根据河流污染的具体情况,进行科学合理的选择应用,从工业生产、居民生活、农业生产等方面加强对河流水污染源头的控制,从而保证控制和治理后能够有效的保持城市河流的水体的长期健康。
参考文献
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[2]江红梅,王正中,王东刚,曹满,任鑫.城市河流综合治理与生态建设探讨[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2008(01).
关键字: 地表水;水环境;变化趋势
聊城市水资源非常丰富,马颊河、徒骇河、漳卫河等众多河流在市内纵横交错,国家南水北调工程将从聊城经过,形成了我国北方少有的、独特的水系。市区内有我国北方最大的城市湖泊——东昌湖,水面总面积5平方公里;京杭大运河、徒骇河、引黄灌渠等30多条大小河流穿城而过,并且水系相通,形成了“城中有湖,湖中有城,城河湖一体”的独特城市风貌。
一、聊城地表水水质分析
1.评价方法的确定
因为综合污染指数法在空间上可对水体的污染程度用定量指标分级,在时间上可刻划水环境污染的总趋势。综合污染指数法采用选取的评价参数的实测浓度值与该指标的比值反映水体中污染物的超标倍数,用各项比值的加权统计值对水体分级,改善了单项指标评价不够全面的缺陷。所以选用综合污染指数法,作为本文的评价方法。
2.评价标准的选择
本文以我国GB3838-2002《地面水环境质量标准》的Ⅲ类标准值为评价依据。
3.确定评价因子
评价因子的选取要符合全面性,反映污染的原则,结合聊城市河流水污染的实际状况。故选用排放量大、毒性大的COD、BOD5、氨氮、硫化物、挥发酚、总磷、硝酸盐氮和氰化物等8个项目。
4.确定评价对象的选择
由于聊城市拥有众多河流,有些河流没有监测数据且这些河流对全市的地表水环境的影响较小。所以选择聊城市的主要河流:马颊河、徒骇河和漳卫河为评价河流。
5.聊城市1993~2008年地表水环境质量状况
聊城市地表水环境的主要污染物有COD、BOD5、氨氮、硫化物、挥发酚、总磷、硝酸盐氮、氰化物等。为了明确的污染因子对地表水环境的影响的大小,历年污染因子的平均污染指数见图1,
根据历年污染因子的平均污染指数按大小排序为:氨氮、挥发酚、BOD5、 COD、硫化物、总磷、硝酸盐氮和氰化物。各污染因子对地表水环境影响最大的是氨氮,其次是挥发酚。BOD5、COD、硫化物和总磷对地表水环境也有较大影响,硝酸盐氮和氰化物对地表水环境基本没有影响。
根据1993~2008年的监测数据,依河流为单元进行评价分析。根据分析数据可以得出,各河流的年际变化趋势。
由图2可看出,各评价河流的污染程度1993-2000年污染程度有所波动,但变化趋势不大;2000-2002污染程度加重;2002-2004年污染程度减轻;2004-2008年污染程度有所波动,总体看减轻。总体上看1993-2008年,聊城市地表水环境的污染程度有先上升后下降的趋势。
二、 地表水环境质量变化趋势
1.污染指数趋势分析
如表1所示,1993-2008年聊城市地表水的主要污染指标中氨氮、COD、BOD5、硫化物和总磷呈明显的先上升后下降的趋势,挥发酚有所波动,硝酸盐氮和氰化物变化趋势不明显。详细数据见表1。
2.综合污染指数趋势分析
如表2所示,1993-2008年聊城市地表水环境的综合污染指数,地表水环境的污染程度呈先上升后下降的趋势。马颊河和漳卫河2001-2004年污染程度最重,徒骇河1995-1996年污染程度较重。详细数据见表2。
根据上述对地表水质变化趋势的分析结果,可以得出如下结论:地表水环境的污染程度呈先上升后下降的趋势;地表水环境的主要污染物是氨氮、挥发酚、BOD5、 COD、硫化物和总磷。
表1 1993-2008年聊城市地表水环境的污染指数表
表2 1993-2008年聊城市地表水环境的综合污染指数表
三、 地表水环境污染防治对策
从以上分析可看出聊城市地表水环境已有所改善,但污染程度依然较重,主要是氨氮、挥发酚、BOD5、 COD、硫化物和总磷等污染指标引起。从中可得出,工业点污染源的防治仍然是重中之重,农业的面污染源的防治也不能忽视。为此提出以下建议:继续抓紧建设集中污水处理厂,使城市生活污水达标排放。督促工业污染大户自建污水处理设备,使其达标排放。对不能达标排放,近期无力进行生产工艺改进、无治理价值的污染企业,必须采用关停措施。对城市和企业实行水污染排放总量控制。依据河流的水环境容量和水资源保护规划制定的区域水体的质量标准,确定各入河排污口的允许排污量,积极推行污染物排放许可证制度。对于超过允许排污量的应限制其向河流等水体排放。提高水资源的重复利用率。充分利用水价的经济杠杆作用,适当提高水的价格,鼓励企业或农业灌溉利用符合各自用水要求的废水或经污水处理厂处理后的水源。从经济角度使有关部门积极添置污水处理设备,参与治理水污染这一系统工程。教育农民合理使用化肥和农药,减少因化肥和农药过量使用造成的水环境污染。
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【关键词】河流湖泊;污染;现状;整治
中图分类号:P343文献标识码: A
一、前言
目前,河流湖泊的生态环境正在遭受更为恶劣的破坏,河流湖泊受污染的程度不断加深,所以,研究河流湖泊的整治技术是挽救河流湖泊生态的一个重要举措,必须要加以重视。
二、污染现状
据统计,我国的河流、河段有1/4以上因污染而不能满足最基本的灌溉用水(我国Ⅴ类水质标准)要求。单就河段来说,水质污染严重而不能用于灌溉,即劣于Ⅴ类的河段约占10.6%。水体己丧失使用价值,受到污染相当于Ⅳ、Ⅴ类的河段约占46.5%。从七大水系污染情况来看,我国南北有差异,即七大水系中,辽河、海河两大水系属于重度污染,淮河、松花江、黄河三大水系属于中度污染,只有长江、珠江两大水系的总体水质良好。而且水污染正从东部向西部发展,从支流向干流延伸,从城市向农村蔓延,从地表向地下渗透,从区域向流域扩散。因此我们应该加大力度重视河流污染问题,为我们未来的用水以及子孙的用水提供可能。
三、城市河流污染现象产生的原因
通过作者的分析和总结,上述城市河流污染现象的产生主要受到生活污水、工业污水及农业污水三方面的影响。
1、城市生活污水排放总量不断增长,但污水的处理率没有同步增加,致使河流遭受严重污染,既影响了城市河流的水质,又影响了城市的景观,破坏了城市的生态环境,使人们的健康和生活受到损害。
2、工业污水排放仍是城市河流目前的重要污染源。虽然外资企业、合资企业和国有大中型企业的污水得到了有效治理,对污染严重的工厂采取了关闭、搬迁等措施,但是许多中小型企业和乡镇企业的废水没有得到有效治理,偷排、漏排的现象时有发生,甚至对有些国家明确规定不许排放的有毒有害物质仍排放入河流,导致河流污染日趋严重。
3、农业污水的排日益增加。随着郊区城市化发展,小城镇的生活污水量急剧增加,化肥、农药的流失量也越来越多,而且郊区畜禽养殖业的发展,使规模化养殖场的粪尿和废水基本上未经处理就直接排人河流,成为日益严重的污染源。
四、湖泊富营养化成因
光合作用下,水体中藻类原生质的生成有赖于碳、氮、磷的存在,碳、氮、磷是生成藻类的决定性因素,也是构成湖泊水体富营养化的决定性因素。由于藻类可利用的氮远比可利用的磷多,因此,磷常被作为富营养化的限制因子。湖泊富营养化可分为天然富营养化和人为富营养化。人为富营养化是当代湖泊富营养化的主要因素。人类出于经济生产的需要,忽视自然规律,一方面以点、面源形式通过河渠、径流等水文过程向水体排放生活、工业和农业废水;另一方面又采取种种措施破坏水生植被(如水产养殖)、缩小湖体自净容量、在沿岸带进行各种工农业生产活动(如围星、筑堤),从而加剧了湖泊富营养化进程。
五、河流湖泊污染的整治技术
河流污染治理与生态修复技术种类繁多,但从技术原理上看,可分为物理、化学和生物/生态技术三大类。
1物理技术
物理方法往往治标不治本,污染物只是得到了转移而并没有消除.
(一)调水
调水是通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入上游或附近的清洁水源来改善下游污染河道水质,其实质是由于清洁水的大幅增加使污染物得到稀释从而改善水质,但并未减少河道的污染物通量(总量)。对于上游或附近具有充足清洁水源、水利设施较完善的河网地区,该技术不失为一种投资少、成本低、见效快的治理方法。
2、曝气复氧
人工曝气复氧技术是根据受污染河流缺氧的特点,人工向水体中充入空气或氧气,加速水体复氧过程,以提高水体溶解氧水平,恢复和增强水体中好氧微生物活性,使水体中污染物得以净化,从而改善河流的水质。人工曝气通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各类微生物和水生生物之间功能上的协同作用去除污染物,并形成食物链去除有机物。
应用形式主要有固定式充氧站和移动式充氧平台两种。主要应用于过渡性措施使用和对付突发性河道污染使用。该技术由于设备简单、易于操作而被许多国家优先选用净化中小型河流。实例有英国泰晤士河,德国Emscher河,韩国釜山港湾,美国圣克鲁斯港,北京清河,上海上澳塘,上海苏州河等。
另外,有研究表明采用人工复氧技术并投加生物制剂及底质改良剂,放养水生动植物等集成技术治理河道,效果比单纯复氧更好。
2、化学类技术
(一)化学絮凝处理技术(CEPT)
化学絮凝处理技术(CEPT)是一种通过投加化学药剂(一般为混凝剂)去除水体污染物,改善水质的处理技术,较适用于污染严重、较为封闭的地表水体。且由于其除磷效果良好,特别是低泥磷的释放,有一定效果,也适用于富营养化河流。一般通过直接将药剂投加到水体中或者是将河水用泵提升至建于岸边的永久(或临时)构筑物中,再投加药剂进行河水的化学一级强化处理。
(二)化学除藻
化学除藻是控制藻类生长的快速有效的方法,在治理湖泊富营养化中已经有应用,也可以作为严重富营养化河流的应急除藻措施。但常用化学除藻剂会对鱼类、水草等生物产生危害甚至导致死亡,甚至具有致癌作用;化学除藻虽可使水质暂时得到改善,但不能从根本上解决湖泊富营养化问题,且会造成二次污染,一般不采用。
3、生物/生态技术
(一)生物强化技术
生物强化技术,是直接向污染水体中接种外源的污染降解菌,利用其唤醒或激活水体中原本存在的、但被抑制而不能发挥其功效的微生物,并通过它们的迅速增殖,强有力地钳制有害微生物的生长和活动,从而消除水体有机污染及富营养化,消除水体的黑臭以及硝化底泥。目前国内外常用的有集中式生物系统、高效复合微生物菌群及固定化微生物等技术。
在营养化污染水体中,原位修复投菌技术逐渐受到关注。日本、韩国、澳大利亚等国采用定期向水中投放光合细菌,由于光合细菌能利用光能和氧将微污染水或废水中的无机和有机碳源及其它营养物质转化为菌体,从而能起到净化水质的作用。
(二)生物促生技术
生物促生技术是通过向污染河流投放解毒剂、降解污染物的多种酶、有机酸、微量元素、常量元素、维生素等,以减轻环境中的毒性,对自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用,为之创造一个能顺利完成其自然降解功能的环境,强化污染环境的自净能力,加速对有机污染物的分解。
(三)生物膜技术
生物膜法是根据天然河床上附着的生物膜的净化及过滤作用,人工填充填料或载体,供细菌絮凝生长,形成生物膜。利用滤料和载体比表面积大,附着微生物种类多、数量大的特点,从而使河流的自净能力成倍增长。它非常适合于城市中小河流的直接净化。生物膜法具有较高的处理效率,对受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果。有机负荷较高,接触停留时间短,减少占地面积,节省投资。
六、结束语
综上所述,河流湖泊的污染问题越来越严重,提高整治的效果和技术含量已经迫在眉睫,今后必须要更加清醒的认识到河流湖泊整治工作的重要性,采取更加有效的整治措施,提高整治的效果。
【参考文献】
[1]刘影.浅谈城市河流水环境问题的综合治理[J].科技创新导报.2009(11).
[2]江红梅,王正中,王东刚,曹满,任鑫.城市河流综合治理与生态建设探讨[J].西北农林科技大学学报(自然科学版).2011(01).
关键词:横向扩散;水力学;流场;数学模型
In this paper, abeam diffusing process of pollutant are studied, the abeam calculation of complanate flow field is analyzed in two dimension, exiting hydraulic academic formula is simplified. All is to post the abeam variational rules between concentration and time of pollutant, which can forecast contaminative degree and provide criterion for water quality protection, aquatic environment evaluating and water resources exploiting.
Key words: abeam diffusing process; flow field; mathematical models
污染物进入水体后,发生了复杂的物理、化学和生物变化,其主要行为是降解、稀释和扩散。长期以来,人们对污染物的降解过程进行了深入的研究,提出了很多水质模型,取得了不少进展[1]。近年来,在水质评价和规划工作中,对水质模型的注意力,越来越多的转向了对污染物扩散规律的研究。
污染物与水体的混合过程通常可分为三个阶段,如图所示。
污染物与水体混合过程示意图
第一阶段为垂向混合阶段,主要在水深方向混合,这一混合阶段的影响范围称为近区。污染物在近区的混合过程比较复杂,其水流方向的混合距离X1相对较小,通常为排放处河流水深的几十倍至一百倍。该距离主要取决于排污口位置、排放形式、河道水力学特性以及污水与水体的物理和能量交换过程。
第二阶段为掺混阶段,以垂向充分混合起至河流横向开始充分混合为止,水流方向混合距离X2及浓度分布主要取决于源强、河流宽深及流态、流场的因数。
第三阶段为完全混合阶段,污染物在横断面上开始充分混合后的区域。在该区域内污染物河流纵向的浓度变化,主要受污染物性质、河流流速等因数的影响。
本文主要讨论二维流场中可溶性污染物的横向扩散。
横向扩散浓度及横向混合时间
污染物扩散的第二阶段是污染带扩展阶段。污水经过初始稀释阶段以后,其运动速度变为与河水流速一样。从初始稀释阶段结束到污水扩散至全断面,有一个较长过程,在这段过程中污水仅占据了河流的一部分空间,即所谓污染带。根据具体情况,污染带的扩散可能是二维扩散,也可能形成三维扩散。对大多数河道,河宽比水深要大得多,所以污染物很快在垂向上完全混合,浓度分布较均匀,而后主要是沿横向扩散。若污水系中性物质,与周围水体密度相同,则此阶段的扩散可视着二维扩散问题。
1、横向扩散浓度
河道污染物的二维扩散方程为:
(1-1)
式中:c-污染物浓度;K-污染物的降解系数;t-污染物扩散时间;
x-河流沿纵向的坐标;y-河流沿横向的坐标;
U-河流纵向平均流速;V-河流横向平均流速;
Ex-河流纵向的扩散系数;Ey-河流横向的扩散系数;
Dx-河流纵向的分子扩散系数;Dy-河流横向的分子扩散系数;
假定明渠为顺直河流,从前面的分析结果可粗略认为扩散系数是常数;由于河流纵向离散作用远小于纵向平流作用,故上式右边第一项可以忽略;忽略垂向平流作用也远小于垂向混合扩散作用,因此左边第三项也可以忽略;由于分子扩散作用很小,所以右边第三、第四项也可以忽略。则上式可变为:
(1-2)
在多数情况下,污水排放为时间连续源,这里以河段的连续点源排放为例进行分析,设单位时间投放的物质强度为m,则时间连续点源二维移流扩散的解为:
(1-3)
如果物质不可降解,则K=0,上述公式变为:
设,则该公式变为:
设河流宽度为B,分别画出,,,时的污染物浓度分布图如下:
图4-1 时的横向浓度分布
图4-2 时的横向浓度分布
图4-3 时的横向浓度分布
图4-4 时的横向浓度分布
从以上浓度的分布图形可以看出:浓度的峰值出现在排放点。若污染物在河道中心点处排放,则浓度的分布以河道中心线为对称轴。从实绘图形分析来看,该结果是合理的。
设坐标原点取在污染物排放点,则,则
(1-3)
在工程中为便于计算,可取一次反射,并且忽略污染物的降解项,得
(1-5)
2、横向混合时间
设完成垂向扩散的时间尺度为tz,完成横向扩散的时间尺度为ty,因,,所以
(2-1)
式中h为水深,B为河宽,Ey及Ez分别为横向及垂向扩散系数,若取, [2],则
(2-2)
设想有代表性的河流深宽比为,于是
(2-3)
由此可见,污染物横向扩散时间的长短与其垂向扩散的时间有关,而横向扩散所需的时间要比垂向扩散长得多,所以我们通常认为垂向扩散是瞬时完成的。
3、结束语
本文的研究旨在揭示污染物扩散过程中,它的横向扩散浓度在平面流场中随时间的变化规律,下一步将着重污染物垂向混合的理论研究,从而可以预报纳污水域中水体受污染的程度,为水质的保护,水环境评价,水资源的开发和利用提供依据。
参考文献
〔1〕傅国伟. 水污染控制系统规划. 118,清华大学. 北京,1985
〔2〕赵文谦. 环境水力学. 成都科技大学出版社,1986
〔3〕杜彦良, 褚君达. 河流连续点源的垂向混合规律研究及其应用. 环境科学学报,2001(6)
〔4〕张书农. 环境水力学. 南京:河海大学出版社,1988
〔5〕张书农,天然河道横向扩散系数的研究。水利学报,1983(12)
〔6〕F.Eddeline. A Simple Simulation Method for River Selfpurification Studies. Water Reserch,No.8,1974