淺析生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與前景

1、淺析生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與前景淺析生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與前景1我國(guó)生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀我國(guó)生態(tài)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，如三廢污染、水體污染、土壤污染、廢棄塑料和農(nóng)用地膜污染、農(nóng)用化肥和農(nóng)藥污染等，造成水資源嚴(yán)重短缺，土地荒漠化日益加劇，森林覆蓋率劇減，草場(chǎng)嚴(yán)重退化。生態(tài)環(huán)境的惡化，時(shí)刻威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)平安，疾病發(fā)病率也迅速進(jìn)步。因此，必須積極開(kāi)展高新技術(shù)，如現(xiàn)代環(huán)保生物技術(shù)等，采用防治結(jié)合的方式，解決當(dāng)前的環(huán)境危機(jī)，維護(hù)生態(tài)平衡，已迫在眉睫。2環(huán)境生物技術(shù)簡(jiǎn)介生物技術(shù)是建立在生命科學(xué)的根底上，通過(guò)直接或間接的方式利用生物或生物有機(jī)體的特定局部或某些功能，建立降低或消除污染物的消費(fèi)工藝或可以

2、高效凈化環(huán)境污染，同時(shí)又能消費(fèi)有用物質(zhì)的工程技術(shù)。主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、染色體工程、生化工程等。生物技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，正衍生出一門(mén)新興的學(xué)科與技術(shù)，即我們所說(shuō)的環(huán)境生物技術(shù)，亦稱(chēng)環(huán)境生物工程。其特點(diǎn)如下：2.1實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的循環(huán)利用對(duì)垃圾廢棄物的降解生成的產(chǎn)物或副產(chǎn)物，一般都可重新利用。這樣，可把污染降到最小程度，不僅可解決長(zhǎng)期污染的問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)固廢的循環(huán)利用。2.2平安可靠、效果明顯利用發(fā)酵工程技術(shù)治理，產(chǎn)生的物質(zhì)根本屬于穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì)，常見(jiàn)的包括2、水、氮?dú)狻⒓淄榈取２⑶?，多?shù)都是一步到位，無(wú)二次污染。因此，該技術(shù)既平安、徹底又高效。2.3

3、簡(jiǎn)化流程，節(jié)約本錢(qián)生物技術(shù)是建立在酶促反響根底上的生物化學(xué)本文由論文聯(lián)盟搜集整理過(guò)程。酶作為生物催化劑，本質(zhì)是一種活性蛋白質(zhì)。一般在常溫常壓或近乎中性的條件下即可發(fā)生反響。因此，絕大局部生物治理對(duì)環(huán)境條件要求不高，并可就地施行。3.環(huán)境生物技術(shù)在三廢處理中的應(yīng)用3.1在廢水處理方面的應(yīng)用廢水中含有許多有毒有害物質(zhì)，比方，酚類(lèi)、氰化物、重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)酸、醛、醇、蛋白質(zhì)等。廢水生化處理經(jīng)近百年的開(kāi)展，現(xiàn)已形成了許多新工藝、新技術(shù)。通過(guò)生物技術(shù)治理廢水，主要借助微生物的降解作用完成。它分為耗氧降解技術(shù)與厭氧降解技術(shù)兩種。耗氧降解技術(shù)又分為：活性污泥法與生物膜法。目前，采用較多的是固定化

4、酶與固定化細(xì)胞技術(shù)，它屬于酶工程技術(shù)。固定化酶又稱(chēng)為水不溶性酶，是通過(guò)物理吸附法或化學(xué)鍵合法，導(dǎo)致水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體結(jié)合起來(lái)，從而使酶不再溶于水。微生物細(xì)胞猶如一個(gè)天然的固定化酶反響器。微生物細(xì)胞的固定可采用制備固定化酶的方式。對(duì)于污水中的多種污染物，均可通過(guò)固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)展治理。國(guó)內(nèi)外有很多這方面的成功案例。3.2在廢氣凈化方面的應(yīng)用廢氣是近年來(lái)重要的污染源之一。如何利用生物技術(shù)高效凈化廢氣也成為重要的研究課題。目前采用的方法包括生物過(guò)濾、生物洗滌、生物吸附和植物修復(fù)法等。常用的生物反響器有生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。根據(jù)微生物在廢氣處理過(guò)程中的詳細(xì)形式，分為兩大類(lèi)：生物

5、吸附法與生物過(guò)濾法。前者可治理含胺、酚和乙醛等氣體，后者可降解惡臭性廢氣。植物修復(fù)技術(shù)是把太陽(yáng)能作為動(dòng)力，依靠植物的同化作用到達(dá)凈化氣體的目的。它屬于一種綠色技術(shù)。如今，全球都有很多成功處理廢氣的案例。美國(guó)利用微生物作用來(lái)凈化工業(yè)惡臭氣體，效果明顯，且還不會(huì)出現(xiàn)二次異臭。德國(guó)與荷蘭利用生物膜過(guò)濾技術(shù)可除掉超過(guò)90%的硫化氫。我國(guó)相關(guān)學(xué)者也在此方面獲得了不錯(cuò)的成果。比方，利用生物膜填料塔處理橡膠再生脫硫過(guò)程中產(chǎn)生的低濃度的有機(jī)廢氣，經(jīng)試驗(yàn)說(shuō)明，該方法是可行的，假設(shè)相關(guān)條件控制適度，凈化效果顯著，凈化率可超過(guò)90%。相比原有的廢氣處理方法，生物技術(shù)法有著很多優(yōu)勢(shì)：節(jié)約本錢(qián)、效果好、平安可靠、沒(méi)有二

6、次污染等。3.3在處理固廢方面的應(yīng)用工農(nóng)業(yè)消費(fèi)、城市建立與日常生活都會(huì)產(chǎn)生很多固體廢棄物。傳統(tǒng)固體廢棄物的處理方式，不僅浪費(fèi)資源能源，還會(huì)污染環(huán)境。利用生物技術(shù)處理城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物，不但可以把這些廢棄物變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，更有利于生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。常見(jiàn)的處理方式包括衛(wèi)生填埋、堆肥和發(fā)酵制沼氣等。4.環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境污染修復(fù)中的應(yīng)用4.1污染土壤的生物修復(fù)隨著農(nóng)業(yè)的開(kāi)展，各種化學(xué)殺蟲(chóng)劑、農(nóng)藥被大量使用。而這些農(nóng)藥很多都會(huì)殘留在土壤中，。尤其是那些極難降解的農(nóng)藥給生態(tài)環(huán)境造成難以估量的損害。通過(guò)相關(guān)生物技術(shù)處理，可以把這些污染物質(zhì)進(jìn)展有效分解，生成水與2。不僅不會(huì)造成

7、對(duì)環(huán)境的破壞，還能防止出現(xiàn)二次污染。但是是分解周期較長(zhǎng)，不符合農(nóng)業(yè)消費(fèi)的需求。重金屬屬于土壤污染中重要的污染物。重金屬污染的生物治理機(jī)制是：借助生物作用酶促反響導(dǎo)致重金屬的化學(xué)形態(tài)改變，將其固定在土壤中，或減輕其毒性。這樣，可有效制約重金屬在土壤中的挪動(dòng)。通過(guò)生物的吸收、代謝作用后，會(huì)進(jìn)一步固定重金屬或減小其毒性，從而凈化土壤。此外，生物修復(fù)污染土壤的過(guò)程中，還能進(jìn)步土壤有機(jī)物的數(shù)量，調(diào)動(dòng)相關(guān)微生物的活性，從而優(yōu)化土壤生態(tài)構(gòu)造。同時(shí)，還能強(qiáng)化對(duì)土壤的固定作用，防止土壤受到風(fēng)蝕、水蝕的破壞，預(yù)防水土流失。4.2.水體生物自然凈化技術(shù)環(huán)境生物技術(shù)中通過(guò)植物吸收到達(dá)凈化水體與土壤的方法被稱(chēng)為生物自然

8、凈化技術(shù)。分為生物塘與人工濕地兩種。前者把太陽(yáng)能作為初始能源，利用塘中植物的同化作用將水中的污染物吸收掉，從而凈化水體。生物塘中可栽植的高效凈化植物有水葫蘆、蘆葦、水萵苣等。同時(shí)，還應(yīng)構(gòu)建集組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖一體化復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)步生物塘的處理才能。后者是通過(guò)自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)、生物等作用到達(dá)對(duì)水體的凈化作用。由于人工濕地處理系統(tǒng)出水水質(zhì)較好，可用于飲用水源的處理，并且所需本錢(qián)也比常規(guī)處理方法要低。4.3白色污染的治理采用生物技術(shù)治理可從兩方面入手，一是挑選具有降解塑料與農(nóng)用薄膜的微生物，形成高效降解菌。二是別離克隆出帶有降解功能的基因，再將其植入到特定的土壤微生物內(nèi)，如

9、根瘤菌。這樣，既能發(fā)揮兩者各自作用，還有利于加快對(duì)塑料垃圾的降解速度。此外，還應(yīng)重點(diǎn)對(duì)預(yù)防白色垃圾技術(shù)進(jìn)展攻關(guān)與研發(fā)。個(gè)別微生物可以生成一些高分子化合物，類(lèi)似于塑料，被稱(chēng)為聚酯。為進(jìn)一步節(jié)約本錢(qián)、進(jìn)步產(chǎn)量，人們正致力于通過(guò)DNA重組技術(shù)，試圖改造某些微生物。比方，當(dāng)前一個(gè)重點(diǎn)研究課題就是通過(guò)微生物發(fā)酵消費(fèi)聚-羥基烷酸PHAs，相關(guān)研究人員正試圖形成自溶性PHAs消費(fèi)菌種。通過(guò)把PHAs重組菌發(fā)酵后，積累數(shù)量眾多的PHAs，再添加一些信號(hào)物質(zhì)，從而生成裂解蛋白，然后細(xì)胞壁被破壞，PHAs析出。即簡(jiǎn)化PHAs的提取流程，到達(dá)節(jié)約本錢(qián)的目的。4.4降解廢水中微量油脂含油廢水屬于一種量大面廣的污染源。

10、廢水中的少量油脂并不能通過(guò)原有的物理或化學(xué)方法處理掉。上海交大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院和日本日立化成公司合作，從5種活性污泥或土壤中馴化別離出六種菌，分析了它們?cè)诘蜏貤l件下對(duì)低濃度植物類(lèi)油脂的實(shí)際降解才能。不同菌的降解才能都各不一樣，其中，發(fā)現(xiàn)兩種菌的除油效果很好，除油率高達(dá)92.80%和95.49%，相關(guān)特性還有待進(jìn)一步研究。4.5化學(xué)農(nóng)藥污染的消除經(jīng)統(tǒng)計(jì)資料顯示，每合成一噸農(nóng)原藥需消耗3-4噸化工原料，多余的原料作為未反響物或中間副產(chǎn)物隨水排出，每年數(shù)百家農(nóng)藥廠(chǎng)排出的廢水上億噸，危害極大。中科院成都生物所經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，終于找到理解決處理農(nóng)藥樂(lè)果廢水的方法。他們將高效微生物菌種用于SBR設(shè)備處理有機(jī)

11、農(nóng)藥廢水，效果顯著，使有機(jī)磷轉(zhuǎn)化率達(dá)96-99%，其技術(shù)指標(biāo)到達(dá)了相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下施用的農(nóng)藥化肥約有80%的殘留，特別是難降解的氯代烴類(lèi)農(nóng)藥，給生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了極大的滯留危害，必須依賴(lài)基因工程構(gòu)建的高效菌種來(lái)進(jìn)展處理。但要想徹底消除化學(xué)農(nóng)藥的污染，還必須全面推廣生物農(nóng)藥。生物農(nóng)藥是指由生物體產(chǎn)生的具有防治病蟲(chóng)害和除草功能的一大類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，大多是生物體的代謝產(chǎn)物，主要有微生物殺蟲(chóng)劑、農(nóng)用抗生素制劑和微生物除草劑等。5.環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的生物技術(shù)主要有以下幾種：監(jiān)測(cè)水質(zhì)，利用細(xì)菌的數(shù)量、某些糞便指示菌大腸埃希氏菌、克霉伯氏菌等檢測(cè)物質(zhì)致突變性和致癌性，通常

12、使用鼠傷寒少門(mén)氏菌來(lái)檢驗(yàn)。通過(guò)發(fā)光細(xì)菌對(duì)環(huán)境中的毒物進(jìn)展檢測(cè)，速度較快。根據(jù)對(duì)水中藻類(lèi)的生長(zhǎng)情況測(cè)定，對(duì)水質(zhì)進(jìn)展監(jiān)測(cè)或檢測(cè)某些物質(zhì)的毒性。近年來(lái)，國(guó)際上在這一領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象包括PR技術(shù)應(yīng)用聚合酶式反響技術(shù)、核酸探針、生物傳感器等。PR技術(shù)可用于當(dāng)前還無(wú)法培養(yǎng)的微生物檢測(cè)，一般適用于對(duì)土壤、水樣、沉積物等環(huán)境標(biāo)本的細(xì)胞檢測(cè)。隨著今后技術(shù)的不斷完善，對(duì)于水質(zhì)的檢測(cè)，核酸探針與PR技術(shù)極有可能取代如今的常規(guī)微生物檢測(cè)方式。此外，生物酶法具有良好的開(kāi)展?jié)摿Γm用于快速檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。生物傳感器詳細(xì)有酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、免疫傳感器，通過(guò)酶、微生物、抗原、抗體等生物材料作為分子識(shí)別元件，從而把外

13、部對(duì)其理化特性的影響轉(zhuǎn)化為電磁信號(hào)。它可用于對(duì)特定污染物的快速檢測(cè)，并且操作簡(jiǎn)便、結(jié)果準(zhǔn)確。5環(huán)境生物技術(shù)現(xiàn)狀及前景展望5.1現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，并能有效解決各種污染問(wèn)題。但實(shí)際應(yīng)用中仍然存在種種局限：反響速度較慢，并且需要大型的反響器，需占用過(guò)多的土地面積。對(duì)于原水水質(zhì)有著非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，不然，不利于微生物的生長(zhǎng)。運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題，如污泥膨脹或流失，余下的污泥也不易處理。通常的微生物也極難解決人工合成物，尤其是難生物降解的污染物。實(shí)驗(yàn)室有可能泄漏某些活的有害菌體。大規(guī)模的微生物應(yīng)用會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。5.2開(kāi)展前景5.2.1各種新工藝新方法不斷涌現(xiàn)比方，國(guó)內(nèi)有關(guān)專(zhuān)家

14、利用高效反響器治理印染廢水時(shí)，結(jié)合三種新技術(shù)，以進(jìn)步生物處理效率。即在厭氧流化床中參加高效的脫色菌，通過(guò)聚集-交膠固定法，把脫色菌固定到活性污泥中。再在反響器中參加磁粉以構(gòu)成穩(wěn)恒弱磁場(chǎng)，從而對(duì)微生物產(chǎn)生正的磁生物效應(yīng)以加快生化反響速率。此外，還有利用基因工程克隆生物生長(zhǎng)基因控制植物生長(zhǎng)、構(gòu)建高效的細(xì)菌來(lái)治理各種污染問(wèn)題，以及利用遺傳工程處理農(nóng)業(yè)固廢中難降解的五碳糖等等新技術(shù)。5.2.2綜合利用為了防止微生物降解污染物后形成二次污染，同時(shí)，讓資源得到充分利用，生物治理技術(shù)也更趨向綜合性利用，如利用降解后形成的微生物菌體、微生物體內(nèi)酶、有關(guān)代謝產(chǎn)物、或其產(chǎn)生的能源。當(dāng)前，沼氣田發(fā)電是比擬成熟的生物

15、技術(shù)，投資少、本錢(qián)低、使用管理方便，正受到很多國(guó)家的推崇。英國(guó)有的污水處理廠(chǎng)采用乳酸細(xì)菌降解農(nóng)用工業(yè)垃圾生成乳酸。5.2.3和其它現(xiàn)代科技有效結(jié)合近年來(lái)，現(xiàn)代科技的開(kāi)展特別是IT技術(shù)的快速開(kāi)展，促使生物治理技術(shù)獲得了極大的進(jìn)步。生物處理工藝正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并且，生物技術(shù)方面正積極開(kāi)展數(shù)學(xué)模擬研究。據(jù)有關(guān)報(bào)道顯示，目前已研制出電子計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為分析程序與處理程序，進(jìn)一步降低了廢水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)方面的難度。隨著自控技術(shù)的開(kāi)展，連續(xù)性運(yùn)行的大型氧化溝也隨之產(chǎn)生。5.2.4重點(diǎn)研究極端微生物與超級(jí)工程菌極端微生物是指在一般生物無(wú)法生存的條件下能生存的生物。比方在高溫、高酸、高堿、高壓、高鹽、

16、低溫等極端條件。這類(lèi)微生物具有特殊的生理機(jī)制，有很高的環(huán)保應(yīng)用價(jià)值。hyte等經(jīng)研究理解到，冷微生物菌株可以使石油烴、十二烷、正十六烷、甲苯、萘等發(fā)生礦化。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)現(xiàn)有微生物的有效改造，不斷研發(fā)出新的具有特殊功能的微生物。通過(guò)質(zhì)粒工程技術(shù)，把分別降解芳烴、多環(huán)芳烴等的質(zhì)粒接合到降解酯烴的細(xì)菌體內(nèi)，形成一種超級(jí)菌。這種細(xì)菌在治理石油污染方面有著很好的應(yīng)用前景，可以把60%的烴分解。同時(shí)，相比一般菌種，其幾小時(shí)就能到達(dá)一般菌種凈化一年左右的效果。5.2.5轉(zhuǎn)變觀(guān)念，從治理轉(zhuǎn)向預(yù)防目前，隨著環(huán)境問(wèn)題的日益突出，世界各國(guó)都意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。生物技術(shù)的開(kāi)展也會(huì)從單純地治理過(guò)渡到防治結(jié)合，以預(yù)防為主，最終實(shí)現(xiàn)清潔消費(fèi)。比方，消費(fèi)微生物農(nóng)藥、源于微生物體又能生物降解的外表活性劑等。今后還可應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如洗滌劑制造、油類(lèi)回收處理、感光乳劑穩(wěn)定、植物病害防控、細(xì)胞破碎、微生物的快速測(cè)定等方面。目前，正嘗試通過(guò)基因工程技術(shù)把PHBV基因植入某些植物體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從植物體內(nèi)獲取塑料，從而解決嚴(yán)重的塑料污染難題。5.3.展望隨著全球環(huán)境的日劇惡化，使