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環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景
摘要: 進(jìn)入2l 世紀(jì)以來，減輕環(huán)境污染和遏制生態(tài)惡化趨勢(shì)已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。環(huán)境生物技術(shù)是直接或間接利用生物或生物體降低或消除污染物，凈化環(huán)境或生產(chǎn)有用物質(zhì)的 工程技術(shù)�，F(xiàn)從廢水、廢氣與有害廢物的生物處理技術(shù)以及生物分解塑料技術(shù)、EM 生物技術(shù)等方面論述了環(huán)境生物技術(shù)研究進(jìn)展，并探討了該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
環(huán)境生物技術(shù)( Environmental Biotechnology) 是一門多學(xué)科相互交叉滲透的新興邊緣學(xué)科，它主要是由生物技術(shù)、環(huán)境工程和生態(tài)學(xué)等學(xué)科組成，是以
微生物為介質(zhì)，為人類提供服務(wù)的技術(shù)科學(xué)［1］。環(huán)境生物技術(shù)的核心是依據(jù)各類微生物的生態(tài)活動(dòng)規(guī)律，可在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、工業(yè)等方面應(yīng)用，尤其是為從根本上 解決相關(guān)環(huán)境問題提供了希望。該技術(shù)涉及基因工程、酶工程、細(xì)胞工程、水處理工程、生態(tài)工程等工程與技術(shù)，并奠基于眾多學(xué)科的基礎(chǔ)理論［2 － 3］。改革開放初期，我國(guó)經(jīng)濟(jì)是粗放式的增長(zhǎng)方式，資源投入高，能源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，然而隨 之而來的各種環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，將生態(tài)文明建設(shè)放在突出位置，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系是社會(huì)發(fā)展的必然選擇［4 － 5］。鑒于此，筆者主要從廢水、廢氣與有害廢物的處理以及生物塑料技術(shù)、EM 生物技術(shù)等方面論述了環(huán)境生物技術(shù)研究進(jìn)展，并探討了該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)環(huán)境生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。
1 環(huán)境生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
環(huán)境生物技術(shù)是直接或間接利用生物或生物體降低或消除污染物，從而達(dá)到凈化環(huán)境或生產(chǎn)有用物質(zhì)的目的［6］。環(huán)境生物技術(shù)較其他技術(shù)與方法有
不可比擬的優(yōu)越性，利用該技術(shù)處理后的最終產(chǎn)物大多是無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì)，如CO2、H2O、N2和CH4等，有效避免了多次污染。例如，微生物可將污染 物
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作為代謝底物降解或轉(zhuǎn)化，因此，利用微生物治理環(huán)境污染具有治理效果好、成本低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)［7 － 8］。另外，利用生物處理技術(shù)處理的產(chǎn)物或副產(chǎn)品大多能生物降解或作為資源加以利用，有效提高廢物利用率和降低生產(chǎn)成本。因此，環(huán)境生物技術(shù)具有較大的發(fā) 展?jié)摿�，特別是對(duì)資源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重的發(fā)展中國(guó)家具有極大的應(yīng)用前景。關(guān)于環(huán)境生物技術(shù)的研究?jī)?nèi)容，國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為可包括以下幾方面:
( 1) 現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)，是指以基因工程為主導(dǎo)的生物防治技術(shù)，包括構(gòu)建降解殺蟲劑、除草劑、多環(huán)芳烴類化合物等污染物的高效基因工程菌，為快速、有效地解決日益出現(xiàn)的大量環(huán)境難題開辟了新的途徑;
( 2) 以廢物的生物處理為主要內(nèi)容，包括在新的理論和技術(shù)支撐下，開發(fā)一系列廢物強(qiáng)化處理工藝;
( 3) 主要包括氧化塘、人工濕地和農(nóng)業(yè)、生態(tài)工程等，其特點(diǎn)是最大程度地發(fā)揮自然界的生物環(huán)境功能，投入資金少，且易于操作管理［9 － 11］。
2 環(huán)境生物技術(shù)應(yīng)用的研究進(jìn)展
環(huán)境生物技術(shù)的起源可追溯到100 多年前的活性污泥工藝，隨著其理論和實(shí)用技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在治理環(huán)境污染、改善環(huán)境質(zhì)量方面起到了積
極作用。近年來，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，尤其是基因工程、細(xì)胞工程等現(xiàn)代分子學(xué)生物技術(shù)的出現(xiàn)，為環(huán)境科學(xué)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，為生物技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域 的應(yīng)用奠定了重要的理論基礎(chǔ)［12］。近幾年的實(shí)踐證實(shí)，環(huán)境生物技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益佳、治理成效好、可持續(xù)利用與發(fā)展的重要環(huán)境治理手段，是當(dāng)代環(huán)境科 學(xué)發(fā)展的主導(dǎo)方向。
2． 1 廢水的生物處理技術(shù)
廢水生物處理技術(shù)是利用水體中微生物的新陳代謝功能，使水體中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定而又無害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。利用生物法處理
廢水類似于酶工程、發(fā)酵工程等，是利用生物細(xì)胞產(chǎn)生的多種酶進(jìn)行的催化反應(yīng)。生物法在廢水處理中的主要方法有活性污泥法、生物膜法、厭氧處理技術(shù)、自然生物處理法等［13 － 16］。
2． 1． 1 活性污泥法
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指微生物利用廢水中的有機(jī)物，與之生長(zhǎng)繁殖形成絮凝體，該方法是最傳統(tǒng)的好氧生物處理技術(shù)。它能從污水中去除溶解性的、膠體狀態(tài)的可生化有
機(jī)物或能被活性污泥吸附的懸浮固體以及其他物質(zhì)，同時(shí)還能去除一部分磷素和氮素等。活性污泥法及其衍生改良工藝在城市污水處理中被廣泛應(yīng)用。
2． 1． 2 生物膜法
利用微生物附著在載體表面形成一層生物膜，污水在流經(jīng)載體表面時(shí)，通過微生物對(duì)有機(jī)物的吸附、與微生物發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)或氧氣向生物膜內(nèi)
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部的擴(kuò)散等，形成CO2、H2O 等各種代謝產(chǎn)物。生物膜法具有污泥量小、易于固液分離、膜的生物活性高、反應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。利用該方法時(shí)，污染物、溶解氧以及各種營(yíng)養(yǎng)物必須要由液相擴(kuò)散到生物膜表面或內(nèi)部才能被轉(zhuǎn)化或分解。
2． 1． 3 厭氧生物處理法
在厭氧狀態(tài)下，污水中的有機(jī)物被厭氧細(xì)菌分解、代謝、消化，使得污水中的有機(jī)物含量大幅減少，同時(shí)產(chǎn)生沼氣的一種高效的污水處理方式。該方法
的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的沼氣是很好的家庭生活和發(fā)電能源、無需攪拌和供氧，能量消耗少、可處理高濃度的廢水; 缺點(diǎn)是初次啟動(dòng)需要的時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)溫度的要 求較高、處理后的水質(zhì)很難達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)。
2． 1． 4 自然生物處理
主要包括穩(wěn)定塘和土地處理系統(tǒng)。生物穩(wěn)定塘法是在穩(wěn)定的塘內(nèi)引種水生植物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的: 該方法操作簡(jiǎn)單，可作為引種的植物有茭白、
水葫蘆、蘆葦、美人蕉等。土地處理系統(tǒng)是利用土壤及其微生物、植物根系等凈化廢水，同時(shí)也利用污水中的有機(jī)物( N、P、K 等) 促進(jìn)植物生長(zhǎng)，人工濕地是一種常見的土地處理系統(tǒng)，合理應(yīng)用物種共生、物質(zhì)循環(huán)的原理，既治理了環(huán)境污染，又合理地進(jìn)行了資源利用，其去污機(jī)理見表1.
2． 2 廢氣的生物處理技術(shù)
氣態(tài)污染物的生物凈化是利用微生物將廢氣中的有毒、有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)化合物及細(xì)胞質(zhì)［17］。其凈化過程主要有以下三步: ( 1) 污染物首
先由氣相轉(zhuǎn)移到液相或固相表面液膜中; ( 2) 液膜中污染物被微生物吸附、吸收;
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( 3) 進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)的污染物被微生物利用，從而完成廢氣處理。在
微生物利用中，含氮的物質(zhì)被分解為NH3、NO －2 、NO －3; 含硫的部分被分解為S、SO2 －3 、SO2 －4; 不含氮的部分被分解為CO2、H2O，具體凈化流程見圖1。
目前生物法已逐漸成為凈化有機(jī)廢氣和惡臭物質(zhì)的主要方法，且已開始在脫臭微生物的分離與純種鑒定等方面開展研究。荷蘭及德國(guó)已建立了500
個(gè)生物脫臭處理裝置，負(fù)荷250 ～ 380 m3 /( m2·h) 。Demmer 使用生物滴濾池處理NH3，去除率達(dá)90%［18］，我國(guó)在這方面的研究始于20 世紀(jì)80 年代末。姜安璽［19］等從篩選適宜微生物出發(fā)，進(jìn)行了填料塔脫除硫系惡臭H2S、DMS、MT 等的研究試驗(yàn)，篩選到1 株硫化氫氧化優(yōu)勢(shì)菌，并鑒定為化能硫桿菌。
2． 3 有害廢物的處理技術(shù)
利用微生物還可處理環(huán)境中的有害廢物，如重金屬污染物、有毒有機(jī)物和高能放射性物質(zhì)、化學(xué)肥料等。用常規(guī)辦法處理這些物質(zhì)成本較高，而利用
微生物處理技術(shù)則能有效降低成本。最近發(fā)現(xiàn)一種特別抗放射性物質(zhì)的細(xì)菌( Deincoccusradiodurans ) ，研究用其生物降解基因進(jìn)行遺傳工程處理有害廢物�，F(xiàn)已將廣譜假單孢菌酶—甲苯雙加氧酶( toluene dioxygenase ) 基因進(jìn)行了克隆，即使在高電離輻射熒流光存在情況下，也能在D． radiodurans
細(xì)菌中表達(dá)和有活性［20 － 22］。另外，固體廢棄物的處理方法也正向減量化、無害化、資源化方向發(fā)展，如固體廢棄物堆肥、城市生活垃圾填埋、發(fā)酵產(chǎn)生沼氣等。
2． 4 生物分解塑料
生物分解塑料是指在自然界中，能被細(xì)菌、霉菌、藻類等微生物分解，且代謝物不會(huì)造成環(huán)境污染的塑料。與傳統(tǒng)塑料相比，生物分解塑料可降低
30% ～ 50%石油消耗，減少對(duì)石油等不可再生資源的依賴，同時(shí)還可與有機(jī)廢棄物( 如廚余垃圾) 堆肥處理，省去了人工分揀環(huán)節(jié)，提高了垃圾收集與處理的工作效率［23 － 24］。目前，生物分解塑料按其作用效果可分為完全生物降解塑料和破壞性生物降解塑料［25］，按其原材料來源可分為以下4 種: 可再生的
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天然生物質(zhì)資源、由可再生天然生物質(zhì)資源通過生物合成的聚合物、利用石油副產(chǎn)品化學(xué)合成的聚合物、以上3 種材料的混合物。
2． 5 EM 生物技術(shù)
EM 是一種復(fù)合微生物菌劑，是20 世紀(jì)80 年代初由日本琉球大學(xué)教授比嘉照夫研制。由于該制劑能把5 科10 屬80 多種具有不同性質(zhì)和作用的有效
微生物( 主要是乳酸菌類、光合菌類、酵母菌類、發(fā)酵絲狀菌類、革蘭氏陽性放線菌類等) 復(fù)合在同一種液體中，并以活性狀態(tài)共同存在，所以EM 用途十分廣泛［26］。目前全世界已有100 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在工業(yè)污水和生活污水處理、垃圾濾液處理、有機(jī)物處理、江河湖泊水質(zhì)處理、畜禽養(yǎng)殖污染治理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。據(jù)研究，使用EM 生物技術(shù)處理城市生活污水，BOD5可降低70． 7% ～
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90． 3%，COD 可降低60% ～ 80%［27］; 王平等［28］通過構(gòu)建有效微生物好氧生物濾池反應(yīng)器( EM—SBＲ) ，證實(shí)EM 對(duì)啤酒工業(yè)廢水中COD 和BOD 去除率為94． 53% 和96．47%; 黃永春［29］研究證實(shí)，在養(yǎng)蝦的水中投入EM，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖相比，異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量減少40． 0%，弧菌數(shù)量減少7． 8%，光合細(xì)菌數(shù)量增加98． 2%，放線菌
數(shù)量增加99． 2%，蝦成活率提高23． 08%，餌料系數(shù)下降9． 4%，利潤(rùn)提高
16． 1l%。EM 處理污水的作用機(jī)理還不清楚。另外，目前EM 生產(chǎn)成本高、劑穩(wěn)定性差且不易保存，因此，在今后的技術(shù)研究中應(yīng)重點(diǎn)解決上述問題，從而推進(jìn)EM 生物技術(shù)在我國(guó)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
3 環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3． 1 微觀化
以生物反應(yīng)器為主要對(duì)象的微觀解析。一方面，以核酸雜交技術(shù)為主的分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用以及代謝組學(xué)、基因組學(xué)的發(fā)展，為篩選和利用各種
環(huán)境功能微生物、監(jiān)測(cè)和調(diào)控生物反應(yīng)器創(chuàng)新了方法和手段，并為在分子水平上闡述分子適應(yīng)性等問題提供了可靠的理論依據(jù)。另一方面，納米技術(shù)、激光共聚焦顯微鏡、化學(xué)芯片等先進(jìn)工具和技術(shù)手段的迅速發(fā)展，從微觀角度探索環(huán)境生物技術(shù)的過程、本質(zhì)和機(jī)制提供了極大的便利。
3． 2 集成化
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環(huán)境中污染物的組成極為復(fù)雜，單靠一兩種生物技術(shù)難以凈化。在當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中，雖然已將各種單元生物技術(shù)按一定的工藝流程組合起來，但其
合理性與綜合效率的提高還有待于進(jìn)一步研究探討。因此，根據(jù)污染物的性質(zhì)、組成狀態(tài)以及對(duì)治理后環(huán)境質(zhì)量的要求，研究基于不同原理的單元生物
技術(shù)及其他技術(shù)的集成耦合是環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展的必然選擇。
3． 3 資源化
常規(guī)的環(huán)境生物技術(shù)在治理污染物的氧化過程中耗能較大，同時(shí)也失去了儲(chǔ)存在有機(jī)物內(nèi)的大量化學(xué)能，因此，今后的環(huán)境生物技術(shù)必須以低能耗和
低資源損耗為前提，減少有機(jī)物氧化，盡可能多地回收資源并加以利用。目前，利用環(huán)境生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)污染物資源化的途經(jīng)主要有: 以廢物為原料生產(chǎn)清
潔能源、生物分解塑料、生物農(nóng)藥等環(huán)境友好型材料。近年來，微生物燃料電池由于同時(shí)具備控制污染和產(chǎn)生電能等優(yōu)點(diǎn)，而成為環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域研
究的新熱點(diǎn)。
3． 4 系統(tǒng)化
近年來，從環(huán)境污染物中分泌干擾素的生物降解技術(shù)備受關(guān)注，如何提高生物的降解效率、保證系統(tǒng)的生態(tài)安全性是今后該領(lǐng)域值得深入研究的問
題。另一方面，目前的環(huán)境生物技術(shù)未考慮所產(chǎn)生的溫室氣體排放問題，隨著環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的提高和對(duì)污染物控制的深入認(rèn)識(shí)，人們會(huì)逐步認(rèn)識(shí)到必須
應(yīng)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)去研究和應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)［30 － 33］。
4 環(huán)境生物技術(shù)的展望
環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展前景廣闊，在今后的研究中應(yīng)重點(diǎn)把握以下幾點(diǎn): ( 1) 把解決水、能源等資源的可持續(xù)發(fā)展問題放在首位，在治理好環(huán)境的同時(shí)提
供了更多的可再生資源; ( 2) 開發(fā)和采用更有效的分子技術(shù)工具，深入研究微生物的生態(tài)活動(dòng)規(guī)律;( 3) 綜合利用分子生物學(xué)、模型分析工具和采用新
材料解決日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題; ( 4) 更加注重生物膜技術(shù)的研究。綜上所述，環(huán)境生物技術(shù)不僅能有效解決環(huán)境問題，還能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)是一個(gè)污染嚴(yán)重的國(guó)家，且正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的 關(guān)鍵期，各級(jí)政府部門與相關(guān)科研單位應(yīng)相互配合，充分利用我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，借鑒國(guó)外該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，
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有序、有重點(diǎn)地做好我國(guó)環(huán)境生物技術(shù)的基礎(chǔ)研 究與應(yīng)用開發(fā)。
目前湖北武漢市有多家企業(yè)選擇了將污水處理交第三方運(yùn)行管理的模式，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)施安全運(yùn)行、達(dá)標(biāo)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是格林公司的愿望和目的，武漢格林環(huán)保設(shè)施運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，也將繼續(xù)為您關(guān)注工業(yè)污水、 生活污水污水處理外包、污水處理運(yùn)營(yíng)的行業(yè)動(dòng)態(tài)。
環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景2017-04-07 09:55 | #2樓
1 環(huán)境污染對(duì)生物的不利影響與人體健康
1.１ 酸雨對(duì)生物的危害：酸雨使土壤和河流酸化，并且經(jīng)過河流匯入湖泊，導(dǎo)致湖泊酸化。湖泊酸化以后不僅使生長(zhǎng)在湖中和湖邊的植物死亡，而且威脅著湖內(nèi)魚、蝦和貝類的生存，從而破壞湖泊中的食物鏈，最終可以使湖泊變成“死湖”。酸雨還直接危害陸生植物的葉和芽，使農(nóng)作物和樹木死亡。
1.２ 有害化學(xué)藥品對(duì)生物的危害：農(nóng)藥是一類常見的有害化學(xué)藥品。
1.３ 重金屬對(duì)生物的危害:有些重金屬如Mn、Cu、Zn等是生物體生命活動(dòng)必需的微量元素，但是大部分重金屬如Hg、Pb等對(duì)生物體的生命活動(dòng)有毒害作用。
1.４ 富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)生物的危害:富營(yíng)養(yǎng)化是指因水體中N、P等植物必需的礦質(zhì)元素含量過多而使水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。
1.5 大氣污染與人體健康:大氣污染主要是指大氣的化學(xué)性污染。我國(guó)的大氣污染屬于煤炭型污染，主要的污染物是煙塵和二氧化硫，此外， 還有氮氧化物和一氧化碳等。這些污染物主要通過呼吸道進(jìn)入人體內(nèi)，不經(jīng)過肝臟的解毒作用，直接由血液運(yùn)輸?shù)饺�。這種危害可以分為慢性中毒、急性中毒和致癌作用三種。
1.6 水污染與人體健康
1.6.1 飲用污染的水和食用污水中的生物，能使人中毒，甚至死亡。
1.6.2 被人畜糞便和生活垃圾污染了的水體， 能夠引起病毒性肝炎、細(xì)菌性痢疾等傳染病以及血吸蟲病等寄生蟲疾病。
1.6.3 一些具有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)，如砷（As）、鉻（Cr）、苯胺等污染水體后，可以在水體中的懸浮物、底泥和水生生物體內(nèi)蓄積。長(zhǎng)期飲用這樣的污水， 容易誘發(fā)癌癥。
1.7 固體廢棄物污染與人體健康:固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)和生活中丟棄的固體物質(zhì)，如采礦業(yè)的廢石、工業(yè)的廢渣、廢棄的塑料制品以及生活垃圾。固體廢棄物往往含有多種對(duì)人體健康有害的物質(zhì)，如果不及時(shí)加以處理，長(zhǎng)期堆放，越積越多，就會(huì)污染生態(tài)環(huán)境，對(duì)人體健康造成危害。
1.8 噪聲污染對(duì)人體的健康:第一，損傷聽力；第二， 干擾睡眠；第三，誘發(fā)多種疾��；
1
第四， 影響心理健康。噪聲會(huì)使人心情煩躁，不能集中精力學(xué)習(xí)和工作，并且容易引發(fā)工傷和交通事故。因此，我們應(yīng)當(dāng)采取多種措施，防治環(huán)境污染，使包括人類在內(nèi)的所有生物都生活在美好的生態(tài)環(huán)境之中。
2 用生物技術(shù)治理環(huán)境污染
真正的生物技術(shù)不僅不產(chǎn)生污染，而且能徹底消除污染，只是自動(dòng)消除污染的過程很慢，人們積極利用它，可以在短時(shí)間內(nèi)消除污染。而我我們重在保護(hù)環(huán)境。
2.1 微生物轉(zhuǎn)化
微生物處理主要用于廢水處理，方法有好氧和厭氧微生物處理兩大類。特殊情況下，使用專一的微生物吸收轉(zhuǎn)化特殊的污染物，如酚、汞、鐵及塑料等。好氧微生物處理廢水不產(chǎn)生臭氣，處理廢水速度快，但處理過程需要消耗動(dòng)力。厭氧微生物處理的反應(yīng)器是密閉的，但也要使污水和微生物充分接觸。根據(jù)污水和攜帶微生物的污泥或微生物顆粒接觸的方式不同， 形成了多種處理方式，厭氧處理往往有臭味氣體產(chǎn)生，可以再利用的沼氣是厭氧處理的產(chǎn)物之一。
2.2 植物轉(zhuǎn)化
植物轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用植物消除由有機(jī)毒物和無機(jī)廢物造成的環(huán)境污染， 被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、有效、非破壞性的環(huán)境修復(fù)方式，有著很大的應(yīng)用前景。植物能夠直接吸收有機(jī)污染物， 然后再經(jīng)過不同的途徑去除這些物質(zhì)。植物也可以分泌各種酶類， 通過酶的催化作用來轉(zhuǎn)化或降解有機(jī)污染物。同時(shí)， 植物可以將有機(jī)污染物吸附在根的表面， 與根際微生物協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的降解。
2.3 動(dòng)物轉(zhuǎn)化
以纖維素為例，牛、羊、豬吃草， 給人類的是蛋白質(zhì)、脂肪，幾乎全是寶。農(nóng)村燃燒秸稈產(chǎn)生空氣污染，原因在于農(nóng)民無法合理利用秸稈。通過引導(dǎo)農(nóng)民用秸稈飼養(yǎng)動(dòng)物，發(fā)展沼氣，增加秸稈回田可以有效減少燃燒秸稈。發(fā)酵工業(yè)排除的菌體、濾渣經(jīng)適當(dāng)處理后可以用來飼喂動(dòng)物。
2.4 生態(tài)恢復(fù)
長(zhǎng)期的污染會(huì)導(dǎo)致局部生態(tài)環(huán)境惡化，如石油、煤炭開采和冶金帶來的土壤污染， 石油和有毒金屬在土壤表層中富集， 很容易給人類和其他生物帶來危害，這些污染物很難短時(shí)間自然減輕或消除，但利用生物技術(shù)可以做到這一點(diǎn)。首先是人工改善微生物的生長(zhǎng)環(huán)境。其次是人工增加降解和吸收污染物的微生物數(shù)量，通過人工大量培養(yǎng)這些微生物并噴灑到污染的地方。
2.5 構(gòu)建治理污染工程菌
人們至今找到的微生物在治理污染方面并非萬能，如塑料的降解、石油高效降解、除草劑、殺蟲劑的降解、貴重金屬的轉(zhuǎn)化等尚缺少真正有效的微生物。一些在自然界存在的微生物，如降解纖維素、木質(zhì)素的微生物在體外很難廣泛使用。通過基因工程，人們希望構(gòu)建出更多滿足人類需求的工程菌。工程菌就是采用生物工程技術(shù)將多種微生物的降解性基因從細(xì)胞中取出， 然后組裝到一個(gè)細(xì)胞中， 使這個(gè)菌株集多種微生物的降解性功能于一身， 同時(shí)可以降解多種化合物。因此，工程菌具有多種功能，所以適應(yīng)性也強(qiáng)；同時(shí)克服了混合微生物之間的相互制約，大大提高了治理污染的效率。
3 用于預(yù)防環(huán)境污染的生物技術(shù)
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3.1 抗蟲、抗除草劑品種的培育化學(xué)殺蟲劑、除草劑不僅直接嚴(yán)重污染環(huán)境，而且殘留于農(nóng)作物果實(shí)之中，不斷給使用者帶來健康危害。目前，最有效的預(yù)防辦法是抗蟲、抗除草劑的農(nóng)作物品種。我國(guó)已經(jīng)推廣百萬畝抗棉鈴蟲棉花，抗均二氮苯類除草劑的大豆也逐步推廣。
3.2 研制開發(fā)生物農(nóng)藥和微生物菌肥。所謂生物農(nóng)藥，是指利用生物工程技術(shù)，將病蟲害的“微生物天敵”篩選出來，培養(yǎng)加工成一般農(nóng)藥的形式，用以對(duì)付病蟲害。這些微生物天敵包括細(xì)菌、真菌、病毒和原生動(dòng)物（如線蟲、微孢子蟲）等。
3.3 研制開發(fā)可降解包裝材料一次性塑料包裝材料帶來白色污染和過度毀壞森林。利用可降解的纖維素、淀粉和蛋白質(zhì)等生物材料制作的包裝材料已經(jīng)在我國(guó)開始正式推廣使用。我國(guó)科學(xué)家在世界上首先用大豆蛋白質(zhì)加工成人造紡絲織物。
3.4 加速國(guó)土綠化。植物可以吸收、降解和轉(zhuǎn)化多種有害大氣污染物。許多植物還可以用作污染指示。合理的植物種類之間的搭配栽植可以減少病菌繁殖。綠地和濕地有利于儲(chǔ)存水分，增加空氣溫度，減少空氣揚(yáng)塵帶來的粉塵污染，有利于動(dòng)物繁殖生長(zhǎng)，利用動(dòng)物之間的食物鏈， 可以減少害蟲對(duì)農(nóng)作物的危害。
3.5 利用生物技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)造紙、皮革、食品和制藥工業(yè)一直被認(rèn)為是環(huán)境污染的主要生產(chǎn)行業(yè)。由于這些部門的生產(chǎn)原料以生物材料為主，而生物材料的自然轉(zhuǎn)化機(jī)制無疑可以利用于這些部門，如酶法脫毛。
4 污染場(chǎng)地的生物修復(fù)
4.1 生物修復(fù)的基本概念
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢水、固體廢棄物、農(nóng)田中施用的農(nóng)藥、石油開采中的井噴及運(yùn)輸中的泄漏等對(duì)水體、土壤環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，從而引起人們的關(guān)注。微生物是自然界生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，它可使進(jìn)入環(huán)境的污染物不斷地降解，最終轉(zhuǎn)化為CO２、H
使污染的環(huán)境得以凈化，然而在某些天然污染環(huán)境中往往因缺乏合適的降解微生２O 等無機(jī)物，
物或因微生物數(shù)量（濃度）過低、缺乏使微生物生長(zhǎng)所必要的營(yíng)養(yǎng)（如N 、P 等），缺乏足夠的溶解氧等條件，使污染環(huán)境的自凈過程極其緩慢，使污染物不斷貯積，結(jié)果環(huán)境污染程度更趨嚴(yán)重。
為了改善人類居住的環(huán)境，人們采用活性污泥法、生物膜法， 通過建造大型污水處理廠來解決水體的污染； 采用生物堆肥法來解決有機(jī)生活垃圾對(duì)環(huán)境的危害。在難降解的工業(yè)廢水及有機(jī)垃圾處理中， 通過投菌法添加高效降解菌來提高污水處理系統(tǒng)和垃圾堆肥場(chǎng)中高效降解微生物的數(shù)量， 增強(qiáng)其降解污染物的活性和提高處理效果；在污染成分單一的工業(yè)廢水處理中，通過添加合適的營(yíng)養(yǎng)來促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，從而提高處理效果，縮短凈化時(shí)間。
4.2 生物修復(fù)的原理
4.2.1 用于生物修復(fù)的微生物及其他生物。
4.2.2 提供合適的環(huán)境條件：營(yíng)養(yǎng)，電子供體。
4.2.3 微生物在環(huán)境污染治理中的作用。（1）微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解與轉(zhuǎn)化。在好氧條件下，它能將有機(jī)污染物徹底氧化，分解成CO２、H２O、SO２、PO３、NO２、NO３等無機(jī)物。在厭氧條件下，能將有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)酸、CO２、H２ 、CH４ 等。因此，微生物是生物修復(fù)中污染物降解的主力軍。（２）微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化與固定。
4.3 生物修復(fù)的方法
4.3.1 原位生物修復(fù)。原位生物修復(fù)技術(shù)即原位處理法，是指污染土壤或水體不經(jīng)搬動(dòng)或輸送， 在其原位和易殘留部位之間進(jìn)行原位處理。污染物降解的主體 ——微生物一般采用
3
土著微生物，有時(shí)也加入經(jīng)過馴化和培養(yǎng)的微生物以及商品化的適宜微生物菌劑。
4.3.2 在采用人工修復(fù)氧強(qiáng)化技術(shù)時(shí)，除了可采用傳統(tǒng)的受污染水體布設(shè)氣管，以風(fēng)機(jī)曝氣外，德國(guó)Messer公司的BIOX純氧曝氣系統(tǒng)可省去風(fēng)機(jī)，它將純氧置于儲(chǔ)罐中，液氧經(jīng)氣化器、減壓閥和計(jì)量裝置后通過布?xì)夤軐⒀鯕庖晕馀菪问结尫�，其他還有AIRE－O2曝氣器、軸向流液下曝氣器、復(fù)葉推流式曝氣器等，它們的充氧能力和動(dòng)力效率較高，且可防止河面漂浮物的不利影響。上海佛欣河道治理公司還推出專利產(chǎn)品河道曝氣船，除了可改善景觀外，還可將船開至溶氧較低的河段游動(dòng)供氧， 機(jī)動(dòng)靈活性較高。在土壤生物修復(fù)中，可通過真空或加壓進(jìn)行土壤曝氣，其被稱之為“生物通風(fēng)堆”（如下圖所示），其可補(bǔ)充土壤中的氧氣，并有助于排出二氧化碳。
生物通風(fēng)堆示意圖
4.3.3 異位生物修復(fù)和原位—異位聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。對(duì)土壤或嚴(yán)重污染的水體，有時(shí)只能采用較為昂貴的異位生物修復(fù)。例如，對(duì)受污染的土壤采用挖掘堆置處理，為防止污染物向地下水或更廣大地域擴(kuò)散，將土壤運(yùn)輸?shù)揭粋�(gè)經(jīng)過各種工程準(zhǔn)備的場(chǎng)所堆放，并在此進(jìn)行生物修復(fù)，從系統(tǒng)中滲漏出來的水要收集起來，重新噴灑至土壤堆上或另外處理，土堆中可投入一些填充劑，如木片、樹皮、木屑等�？筛纳仆寥澜Y(jié)構(gòu)，使之疏松通氣，又可保持一定的溫度，有利于降解污染物的微生物生長(zhǎng)繁殖，處理后的土壤應(yīng)運(yùn)回原地。
5 環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展前景
5.1 大氣污染治理與微生物脫硫技術(shù)的開發(fā)
利用微生物脫去煤中的無機(jī)硫和有機(jī)硫，可控制燃煤中SO2等含硫氣體的排放。這些微生物包括硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、酸熱硫化葉菌等。日本利用氧化亞鐵硫桿菌已使H2S脫除率達(dá)99.99%，我國(guó)利用該菌對(duì)煉油廠進(jìn)行干氣催化和工業(yè)廢氣脫硫，H2S脫除率分別為71.5%和46.9%。在燃煤的處理過程中，還可采用浮選與微生物脫硫技術(shù)相結(jié)合，對(duì)煤和黃鐵礦進(jìn)行分離，達(dá)到清除或降低燃煤SO2排放的目的。雖然生物技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用時(shí)間尚短，但其具有技術(shù)簡(jiǎn)單成本低、安全性好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。今后，在微生物脫硫技術(shù)以及高活性脫硫菌種的研制和培養(yǎng)方面，配以清潔生產(chǎn)技術(shù)的研究，將會(huì)備受關(guān)注，也會(huì)成為解決原煤燃燒產(chǎn)生的SO2污染的最佳途徑。
5.2 水污染治理工藝的完善
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廢水生物處理技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室階段已比較成熟，也已比較廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程中。好氧與厭氧工藝相結(jié)合、生物膜法與活性污泥法相結(jié)合的廢水處理技術(shù)、無害化的生產(chǎn)工藝過程、高效完善的自動(dòng)化體系以及構(gòu)建針對(duì)難降解污染物的生物基因庫和特殊功能的微生物的培養(yǎng)研究是今后主要的發(fā)展方向。
5.3 難降解污染物的處理
基因工程是通過基因分離和重組技術(shù)，將人類需要的目的基因片段移到受體生物細(xì)胞中并表達(dá)出來，使受體生物具有該目的基因表達(dá)后顯現(xiàn)出來的特殊性狀，以改進(jìn)生物物種。利用基因工程構(gòu)建的高效菌種來處理如殺蟲劑、塑料、橡膠制品、醫(yī)療廢物、危險(xiǎn)廢物等難降解的污染物，是現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
5.4 環(huán)境芯片的前景展望
生物芯片技術(shù)是21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)。它克服了傳統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)操作繁雜、自動(dòng)化程度低，檢測(cè)效率低等不足，充分利用了生物科學(xué)、信息學(xué)等當(dāng)今前沿領(lǐng)域的研究成果，現(xiàn)在已越來越廣泛的被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域中。環(huán)境科學(xué)研究的主要是環(huán)境中的物質(zhì)，尤其是人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物，及其在環(huán)境中的產(chǎn)生、遷移 轉(zhuǎn)變、歸宿等過程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，將生物芯片技術(shù)引入環(huán)境科學(xué)研究中有重大意義。生物芯片高信息量、快速、微型化、自動(dòng)化、成本低、污染少、用途廣等優(yōu)點(diǎn)，很適應(yīng)環(huán)境學(xué)研究中的技術(shù)需求。雖然生物芯片技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例還較少，且其自身還有許多問題亟待解決(如提高芯片的特異性、簡(jiǎn)化樣品制備和標(biāo)記操作程序、增加信號(hào)檢測(cè)的靈敏度等等)，但隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，生物芯片技術(shù)必將會(huì)越來越廣泛的應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。
5.5 生物傳感器的研制
隨著科技的進(jìn)步，分子生物技術(shù)將會(huì)在開發(fā)研制生物傳感器方面發(fā)揮積極作用。生物傳感器可以滿足實(shí)施自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的需要，判斷環(huán)境污染發(fā)展的趨勢(shì)，探索污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化以及降解規(guī)律，檢測(cè)污染致突變的成因，分析污染的來源，從而使生物環(huán)境污染監(jiān)測(cè)更便捷、更靈敏、更全面。生物傳感器具有成本低、制作容易、使用方便、測(cè)定快速等優(yōu)點(diǎn)。
5.6 環(huán)境生物技術(shù)與其它技術(shù)的結(jié)合
環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展離不開相關(guān)科學(xué)技術(shù)的配合。其與相關(guān)科學(xué)技術(shù)的結(jié)合，可提高處理效率、增強(qiáng)處理效果。將光、聲、電與高效生物處理技術(shù)相結(jié)合，處理高濃度有毒有害難降解有機(jī)廢水，如光催化氧化－生物處理新技術(shù)、電化學(xué)高級(jí)氧化－高效生物處理技術(shù)、輻射分解－生物處理組合工藝等；采用SBR＋臭氧氧化工藝和物化氣�。佑|氧化處理印染廢水，采用混凝－氣�。瓍捬酰醚跆幚砥r麻廢水、油田和煉油廢水等。這些工藝、設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合正在使以環(huán)境生物技術(shù)為主的綜合治理技術(shù)向自動(dòng)化、模塊化方向發(fā)展。
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