題目：現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

環(huán)境生物技術(shù)論文題目：現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用 現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用摘要:在環(huán)境污染治理中,作為一種技術(shù)手段,生物技術(shù)具有高效性,反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點,它對環(huán)境污染的治理和修復(fù)發(fā)揮了巨大作用,為重金屬廢水,石油廢水,油脂廢水,農(nóng)藥廢水,以及生活污水提供了一條十分有效的途徑。隨著生物技術(shù)研究的進展和人們對環(huán)境問題認識的深入,人們已越來越意識到,現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限的希望。我們要在污染環(huán)境修復(fù)、污染環(huán)境治理、廢棄物的循環(huán)再生過程中應(yīng)用生物技術(shù),其中應(yīng)用最廣泛的是酶工程技術(shù),微生物工程技術(shù),分子生物學(xué)技術(shù),基因工程。 關(guān)鍵詞:現(xiàn)代生物技術(shù)環(huán)境污染治理應(yīng)用環(huán)境保護已成為當前國際關(guān)系、經(jīng)貿(mào)合作中的一個極為重要的問題,也日益嚴重地影響著我國國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展1。在我國過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展中,由于忽視了發(fā)展中的環(huán)境保護,目前環(huán)境狀況十分嚴峻。近年來雖采取了大量控制措施,但環(huán)境質(zhì)量下降的趨勢仍在繼續(xù)。我國是世界上環(huán)境污染最為嚴重的國家之一,從城市到鄉(xiāng)村,我國的大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。當前我國社會經(jīng)濟仍然保持著高度發(fā)展的態(tài)勢,環(huán)境保護的壓力將進一步加重,由人類活動所造成的環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量的惡化已成為制約我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的障礙。如何在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時控制環(huán)境污染,改善環(huán)境質(zhì)量,以實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展之目標是我國目前亟待解決的重要問題2?，F(xiàn)代生物技術(shù)不但在凈化環(huán)境,減少污染和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面發(fā)揮出重要的作用,還可以為保護人類生存環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展作出積極的貢獻。在環(huán)境治理中,生物技術(shù)因其投資少,處理效率高,運行成本低等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。1 現(xiàn)代生物技術(shù)的概況 現(xiàn)代生物技術(shù)是應(yīng)用現(xiàn)代生物科學(xué)以及某些工程原理,如酶工程,基因工程,微生物工程等,利用生命體(從微生物到高級動物)及其組成(含器官,組織,細胞,細胞器,基因)來發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系。一般認為,生物技術(shù)包括基因工程,細胞工程,酶工程和發(fā)酵工程四個方面。 生物技術(shù)直接關(guān)系到與人民生活,衛(wèi)生,健康密切相關(guān)的醫(yī)藥衛(wèi)生,食品工業(yè),化學(xué)工業(yè),農(nóng)業(yè)的發(fā)展。可以在糧食危機,能源危機,環(huán)境污染中發(fā)揮巨大的作用,并且還可以從基因的角度治愈人類的遺傳病。因此,現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)被世界各國列為重點項目。 環(huán)境生物技術(shù)(Environmental Biotechnology,也稱為Environmental Bioengineering)。是一門由現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境工程相結(jié)合的新興交叉學(xué)科5。直接或間接利用完整的生物體或生物體的某些組成部分或某些機能,建立降低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝,或者能夠高效凈化環(huán)境污染以及同時生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術(shù)系統(tǒng),稱之為環(huán)境生物技術(shù)。 2.現(xiàn)代生物技術(shù)的特點 生物是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成的?？萍嫉陌l(fā)展也充分證明生物技術(shù)是環(huán)境保護的理想武器,這一技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個純生態(tài)過程8。生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點,受到了高度重視。隨著生物技術(shù)研究的進展和人們對環(huán)境問題認識的深入,人們已越來越意識到,現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,為從根本上解決環(huán)境問題提供了希望。 目前生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護中主要是利用微生物。生物技術(shù)已是環(huán)境保護中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技術(shù),其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復(fù)等環(huán)境保護的各個方面,發(fā)揮著極為重要的作用。應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)處理污染物時,最終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì),如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移。特別是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,尤其是基因工程、細胞工程和酶工程等生物高技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用,大大強化了上述環(huán)境生物處理過程,使生物處理具有更高的效率3。美國環(huán)保局(EPA)在評價環(huán)境生物技術(shù)時也指出“生物治理技術(shù)優(yōu)于其他新技術(shù)的顯著特點在于其是污染物消除技術(shù)而不是污染物分離技術(shù)” 由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應(yīng)物(底物),其中一些有機污染物經(jīng)生物過程處理后可轉(zhuǎn)化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì),生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術(shù)。生物過程是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的,作為催化劑的酶是一種活性蛋白。生物反應(yīng)過程通常是在常溫、常壓下進行的。 酶對底物有高度的特異性,生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的效率高,副產(chǎn)物少,這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比,反應(yīng)條件大大簡化,因而消耗低,效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便。用生物過程代替化學(xué)過程可以降低生產(chǎn)活動的污染水平,有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn),真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標。生物處理技術(shù)除易于大規(guī)模處理外,還可利用天然水體或土壤作為污染物處理場所。另外,生物技術(shù)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品基本上都是可以較快生物降解的,并且都可以作為一種營養(yǎng)源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學(xué)藥物、化石能源、人工合成物等,有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染降至最低程度6。生物是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成的。 利用環(huán)境生物技術(shù)可治理用其他方法難以處理的環(huán)境介質(zhì),即用生物修復(fù)技術(shù)凈化環(huán)境,使受污染的寶貴資源如水資源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用,同時還可進一步強化環(huán)境的自凈能力。 環(huán)境生物技術(shù)不僅單純適用于環(huán)境污染治理,如今已相當廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測,尤其是以生物傳感器為核心的環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù),可在線在位迅速地提供環(huán)境質(zhì)量參數(shù),成為環(huán)境質(zhì)量預(yù)報和報警中的重要組成部分4。 3.生物技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用 3.1以環(huán)境污染的生物治理為主,開展環(huán)境微生物學(xué)的基礎(chǔ),應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,為重金屬廢水,石油廢水,印染廢水,油脂廢水,農(nóng)藥廢水,生活污水等提供效果好的,成本低的生物治理技術(shù)和設(shè)備,以促進我國的環(huán)境工程建設(shè)。 3.2微生物技術(shù)在污染控制工程中的應(yīng)用主要有活性污泥法,生物膜法,厭氧生物處理法,生物脫氮法,生物除磷法,微污染飲用源水的生物處理,水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的生物處理,城市生活垃圾的微生物處理,污泥的微生物處理,禽畜糞便處理與資源化工程,生物修復(fù),微生物脫臭,廢棄物的微生物資源化,固定化微生物技術(shù)及其在污染控制中的應(yīng)用,綠色環(huán)保產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。 3.3環(huán)境污染的生物降解主要包括好氧生物處理,厭氧生物處理;貧營養(yǎng)環(huán)境污染生物降解;石油污染的生物降解,如甲基苯和二甲基苯的降解;芳香族化合物的生物降解;鹵代有機化合物的生物降解;有機農(nóng)藥在環(huán)境中的生物降解;危險性有機污染物的生物降解以及污染環(huán)境的生物修復(fù),如地下水污染生物修復(fù)等等。 3.4然而,由于技術(shù)有限,目前我們可以使用的技術(shù)（1）城市有機垃圾處理技術(shù) 將城市垃圾通過分選后綜合治理,將可腐有機垃圾生產(chǎn)成優(yōu)質(zhì)有機粉肥或有機無機復(fù)混粒肥;將可燃有機垃圾采用氣化焚燒或生產(chǎn)成版材;無機垃圾用于填埋,處理過程中產(chǎn)生的廢氣,粉塵集中處理,廢水凈化后再排放,防止污染環(huán)境。（2）生物曝氣濾池處理生活污水及資源化利用技術(shù) 集生物處理和過濾兩種功能于一體,出水水質(zhì)優(yōu)良,是一種高效的新型生物反應(yīng)器,極適用于生活污水和工業(yè)有機廢水的處理及資源化利用。 （3）含油污泥高新生物處理技術(shù) 對于我國大中型油田,煉油場,石化企業(yè)等行業(yè)中含油污泥,煉油浮渣等進行生物治理,通過生物處理達到回收石油資源和污泥達標排放。（4）高新生物工程技術(shù)處理油脂化工廢水 利用來自于自然界又經(jīng)培養(yǎng)馴化的功能菌株,根據(jù)廢水和污水的不同性質(zhì),組成,配制不同菌株,通過發(fā)酵培養(yǎng)形成多功能復(fù)合型菌液,用于油脂化工,化工有機廢水,食品,印染,生活污水,工業(yè)廢水的處理。 （5）油田,煉油廢水高新生物處理技術(shù) 通過對大中型油田,煉油場廢水石油污染物樣品采集,降解微生物菌株的分離,篩選,獲得石油降解優(yōu)勢微生物,針對含油廢水的不同水質(zhì)特征,選用不同的微生物菌劑處理,使其穩(wěn)定達標排放。4現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用4.1污水的生物凈化 污水生物處理是用生物學(xué)的方法處理污水的總稱,是現(xiàn)代污水處理應(yīng)用中最廣泛的方法之一。其主要原理是:根據(jù)水體自凈的原則,利用微生物的催化作用和代謝活性,好氧或厭氧分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物后,配合物理、化學(xué)方法使污水得到凈化。按對氧氣需求情況可分為厭氧生物處理和好氧生物處理兩大類。厭氧生物處理系利用厭氧微生物把有機物轉(zhuǎn)化為有機酸,甲烷菌再把有機酸分解為甲烷、二氧化碳和氫等。好氧生物處理系采用機械曝氣或自然曝氣為污水中好氧微生物提供活動能源,促進好氧微生物的分解活動,使污水得到凈化7。污水生物處理效果好,費用低,技術(shù)較簡單,應(yīng)用比較簡單。當簡單的沉淀和化學(xué)處理不能保證達到足夠的凈化程度時,就要用生物的方法作進一步處理。生物處理中要特別注意掌握凈化污水的微生物的基本特點,滿足其要求條件;污水中BOD與COD比值要大于0.3。溫度影響較大,冬季一般效果較差。 在污水處理中,常見的生物方法包括生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厭氧處理法和人工濕地處理系統(tǒng)法等。 4.2空氣的生物凈化 應(yīng)用生物技術(shù)來處理廢氣和凈化空氣是控制大氣污染的一項新技術(shù),代表了大氣處理凈化處理技術(shù)的未來發(fā)展方向。廢氣的生物處理是利用微生物新陳代謝過程中需要營養(yǎng)物質(zhì)這一特點,把廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì)。微生物對各類污染物均有較強、較快的適應(yīng)性,并可將其作為代謝底物降解、轉(zhuǎn)化。同常規(guī)的有機廢氣處理技術(shù)相比,生物技術(shù)具有效果好、投資及運行費用低、安全性好、無二次污染、易于管理等優(yōu)點,尤其在處理低濃度(小于3mgPL)、生物降解性好的有機廢氣時更顯其優(yōu)越性10。 生物洗滌法分洗滌式活性污泥脫臭法和曝氣式活性污泥脫臭法兩種工藝9。洗滌式活性污泥脫臭法的主要原理是將惡臭物質(zhì)和含懸浮泥漿的混合液充分接觸,使之在吸收器內(nèi)從臭氣中去除掉,洗滌液再送到反應(yīng)器中,通過懸浮生長的微生物的代謝活動降解溶解的惡臭物質(zhì)。這種方法可以處理大氣量的臭氣,同時操作條件易于控制,占地面積較小,壓力損失也較小, 實際中有較大的適用范圍。這種方法設(shè)備費用大、操作復(fù)雜而且需投加營養(yǎng)物質(zhì),因而其應(yīng)用受到了一定限制。曝氣式活性污泥脫臭法是將惡臭物質(zhì)以曝氣形式分散到含活性污泥的混和液中,通過懸浮生長的微生物降解惡臭物質(zhì),現(xiàn)已應(yīng)用于糞便處理場和污水處理場的惡臭氣處理。 4.3 用生物技術(shù)消除白色污染 為凈化環(huán)境,消除塑料廢棄物,治理“白色污染”,人們曾采用填埋、焚燒、高溫降解、再生利用等辦法來緩解環(huán)境污染,但無論何種辦法,除了自身方法存在缺陷外,還總有至少20%的制品無法回收,得不到處理?？茖W(xué)家們已經(jīng)經(jīng)研究出多種可降解塑料,其中微生物發(fā)酵生產(chǎn)的微生物塑料更顯示出它的優(yōu)越性,因而格外受到人們的重視。微生物塑料不僅可以降解,減少環(huán)境污染,改變土壤結(jié)構(gòu),增加土壤肥料,而且不含有毒物質(zhì),生物相容性好,不引起炎癥,透明,易著色,能抗紫外線,具有高相對分子質(zhì)量、高結(jié)晶度、高彈性和高熔點的特性,因此用途更廣,更受歡迎。 我國已成功研制出可完全降解朔料和可降解塑料薄膜,可完全降解塑料是一類新型功能性塑料,使用廢棄后通過自然界中的微生物能降解成二氧化碳和水,回歸自然,不污染環(huán)境。 4.4用生物農(nóng)藥減少化學(xué)農(nóng)藥污染 生物農(nóng)藥是從微生物、植物和動物體中提取的具有農(nóng)藥效應(yīng)的物質(zhì)。這類物質(zhì)對人、牲畜、農(nóng)作物比較安全,通常情況下一般不導(dǎo)致對農(nóng)作物和環(huán)境的污染。根據(jù)藥源,生物農(nóng)藥可分為微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥、轉(zhuǎn)基因生物農(nóng)藥和天敵生物農(nóng)藥等11。 生物農(nóng)藥的另外一個重要成員植物性農(nóng)藥,從世界范圍來講,其應(yīng)用只處于初級階段,中國植物性農(nóng)藥現(xiàn)在市場規(guī)模只占生物農(nóng)藥1.5%左右,市場需求量及發(fā)展?jié)摿艽?4.5固體廢棄物的生物處理 固體廢棄物主要包括固體生活垃圾和生產(chǎn)廢棄物。生物技術(shù)處理垃圾廢棄物能夠降解破壞污染物的分子結(jié)構(gòu),降解的產(chǎn)物以及副產(chǎn)物,大都可以被生物重新利用,有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染減輕到最小程度,這樣可以做到一勞永逸,既不留下長期污染問題,也對垃圾廢棄物進行了資源化利用。 固體廢棄物的生物處理技術(shù)是利用微生物對有機固體廢物的分解作用使其無害化可以使有機固體廢物轉(zhuǎn)化為能源、食品、飼料和肥料,還可以用來從廢品和廢渣中提取金屬,是固化廢物資源化的有效的技術(shù)方法12。5.結(jié)語 著名的天文學(xué)家和生物學(xué)家,佛瑞得 霍意耳(Fred Hoyle)先生曾經(jīng)說過,還未解決的主要問題的答案應(yīng)該由基本的假設(shè)來得到,而且同時也必須依靠經(jīng)過反復(fù)嘗試和檢驗的科學(xué)工具及方法。隨著處理技術(shù)的不斷發(fā)展,生物方法所能處理或修復(fù)的對象也在時刻不停地改變。為了使生物技術(shù)能滿足新的發(fā)展需要。我們必須真正進行探索,并且可能以過去未曾想象到的方式來使用生物或是它們的衍生物。參考文獻 1 孔繁翔.環(huán)境生物學(xué) 2 中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會中國環(huán)境保護優(yōu)秀論文集C.中國環(huán)境科學(xué)出版社,2005 3 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