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摘要:

随着人口、工农业生产和科学技术的飞速发展,环境和环境问题已越来越引起人们的普遍关注和重视。面对世界范围内的环境危机的严峻挑战,开展并加强环境保护工作已迫在眉睫。本文主要介绍了以现代微生物选育及培养技术和新型高效生物反应器为基础的环境生物技术在水污染治理、城市垃圾填埋、工农业污染源等方面的应用,最后还讨论了环境生物技术的应用及发展前景。

关键词:

环境生物技术;污染治理;城市垃圾填埋;废水;应用前景;MBR技术;环境保护

前言

环境生物技术(EnvironmentalBiotechnology)是指直接或间接利用生物的生理活动,建立降低或消除污染物的生产工艺,或能够高效地净化被污染的环境以及将污染物转化为资源的人工技术,是现代生物技术与环境科学结合产生的一门新兴交叉学科,是从传统的废水生物处理技术起始,通过应用现代微生物选育和培养技术和新型高效生物反应器,而逐步发展起来的一种经济效益和环境效益俱佳的、解决当前日益严重的包括水污染在内的“三废”问题的最有效手段之一。

通常,日常生活中较普遍的污染源就是“三废”。“三废”指的是废水、废气和固体废弃物,这三大污染源严重污染了人类的生存环境。将环境生物技术应用于“三废”问题的治理,主要是指利用微生物原理将污染物质进行生物降解和生物转化,从而提高环境质量,达到环境污染治理的目的。

环境生物技术的起源可以追溯到一百多年前的活性污泥工艺的发展,其理论和实用技术在此一百多年来不断发展和进步,并得到广泛应用,对控制环境污染和改善环境质量起到了重要作用。而从全世界范围来看,环境污染至今还没有得到有效控制,特别是对发展中国家而言。在我国,随着经济的迅猛发展,环境污染现状也依然严峻,并有加剧的趋势,近年来,我国的环境污染治理力度不断加大,进入了一个新的高速发展时期,对环境污染治理新技术的要求也日益迫切。随着现代生物技术的发展,尤其是现代分子生物学技术的出现,为环境科学的发展带来了新的机遇。现代环境生物技术就是在这一形势下形成的。它是现代生物技术在环境科学领域中的应用,是现代生物技术与环境科学紧密结合而形成的新兴交叉学科,是一种经济效益和环境效益俱佳的、解决复杂环境污染问题的有效手段,是当代环境科学研究发展的主导方向之一。

目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物,少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的'开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面,发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时,最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质,如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次转移,因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展,尤其是基因工程、

细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用,大大强化了上述环境生物处理过程,使生物处理具有更高的效率,更低的成本和更好的专一性,为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。下面将简单介绍一下环境生物技术在环境保护方面的应用:

1、废水生物处理技术

由于环境中的污染物无论是气体、液体或固体,经过在自然界中的迁移、转化,其最终归趋大多数是水体,因此,水污染的问题尤其突出。我国的水污染十分严重,高浓度有机物废水的处理是我国水污染治理的重点难题。污水中有毒物质的成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化。应用遗传工程技术构建符合人们需要的微生物高效菌以及具有降解多种污染物功能的超级菌可以提高对污,染物的降解能力、加快降解速度,以增强净化污水的效力。如微生物高效菌能够将氰化物(氰hua钾、氰氢酸、氰化亚铜等)分解成二氧化碳和氨;利用专门分解硫化物的微生物可以从废水中回收硫磺;利用能够降解石油烃的超级菌以清除油对水质的污染等。还可以将大量的微生物高效菌凝聚在泥粒上形成活性污泥,用来分解和吸附废水中的有毒物质,污水净化后沉积的污泥中存在丰富的氮、磷、钾等元素,是很好的有机肥料。目前应用到废水治理中的生物技术主要有:(1)生物强化技术;(2)生物反应技术;(3)生物发酵技术。

2、大气污染的生物处理

随着现代工、农业的发展,大量有毒、有害气体被排出,严重污染环境。微生物对污染物能较快地适应,并可使废物、废气得到降解和转化。同传统空气污染控制技术如活性炭吸附、湿法洗涤和燃烧等相比,微生物法以其处理效果好、投资及运行费用低、易于管理等优点,逐渐应用于空气污染控制中。

3、污染土壤的生物修复

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性,通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀等作用,防止水土流失。

4、生物监测

传统的环境监测以化学分析,即用成熟的仪器和生物分析(如鱼的毒性测试)为主,当代生物技术的发展有望增加相关的新手段,如通过测定微生物的酶和细胞基团等来监测环境的变化。目前研究较多的有生物发光菌(Bioluminescentbacterium)、氰菌(Cya2nobacteria)、卤素呼吸菌(Halorespiringbacterium)、苯乙烯降解菌和兰贻贝(Bluemussels)等,主要监测水体中的有害物和海水藻类的爆发。ManBockGu和Ge2unCheelGil应用生物发光细菌开发出了两阶段多频道毒性连续监测系统。每个频道含有一个两阶段生物反应

系统,其中含有特定的生物发光菌株。使用该系统可连续监测同一样品和分别确定不同类型毒性。通过分析,从每个频道获得的资料,可得到总体毒性和各类单项毒性的数据。

5、固体废弃物的生物处理技术

固体废弃物主要包括工业固体废弃物和城市生活垃圾。传统的固体废弃物处理方法主要有固积、埯埋、焚烧,这些方法会造成二次污染。生物技术的介入可将固体废弃物进行无害化,资源化,减量化”处理,处理过程达到了真正的清洁有效,还可优化生态循环;若把处理后的产物作为有机肥料投入农业,又可为人们提供高品质、高产量的绿色食品,构成食物链意义上的又一良性循环。20世纪60年代以来,研究人员就开始进行有关高效、快速堆肥方法的研究。至今,欧美各国及日本已开发了10多种机械快速堆肥工艺,其中最著名的是达诺式回转圆筒型发酵仓工艺。国外还发展用蚯蚓床处理有机垃圾和粪便。大型化的固体废弃物填埋场技术可靠,处理效率有保证,适合环境要求。目前,生物反应器式填埋场已在美国获得广泛的重视。

6、环境生物技术在城市垃圾填埋场的应用

城市生活垃圾的处理是目前我国环境污染控制的最重要课题之一。城市生活垃圾的人日均产生量,因地而异,但必须按日运出城市作适当处理。处理的目的是使垃圾资源化、减量化和无害化。当前发达国家中城市生活垃圾中作为资源再利用的分率高达40%,其余的部分,最通用的方法是卫生填埋法,堆肥法和焚化法。然而将环境生物技术应用于垃圾填埋场,可以改善垃圾填埋生态环境,实现垃圾资源化综合利用,美化垃圾场自然景,减少垃圾场对周边环境的不良影响,加速垃圾分解,使垃填埋场地可以重新被利用,有很高的环境效益和经济效益,常适合我国垃圾处理的现状和我国的经济发展水平具有广阔的推广应用前景。其应用主要包括三个方面:利用环境生物技术将垃圾填埋场地转化为建设用地;利用植物改善垃圾填埋场生态环境;利用垃圾填埋场地和垃圾腐熟土种植草坪。

城市生活垃圾的最新处理技术是生物反应器式持;日覆盖层设置;沉降以及稳定期的结束。生物反应器式填埋场的操作要点包括:垃圾的分拣及预处理;水分控制;LC回流;微生物活性的保持;日覆盖层设置;沉降以及稳定期的结束。生物反应器式填埋场已在美国获得广泛的重视。美国EPA于2000年4月发出征求意见的声明中说“:BL已被承认可能是对固体废弃物处理的一个革新。

结束语

现代生物技术是解决环保问题的强有力手段,它是一种能产生巨大效益的高新技术,与物理、化学技术相比,生物技术具有显著的高效廉价的特点。目前国际上有许多环境生物技术成果已进人商品化、产业化发展。另外,由于我国是一个污染严重的国家,因此建立一个有利于现代生物技术在环保中应用的良好环境规划、法规和资金投入是必不可少的,同时要鼓励和资助环境生物技术的研究和创新。我们也应充分利用我国的资源优势,借鉴国外的先进技术和先进经验,根据我国的国情有重点地加强环境生物技术的研究与开发。

参考文献

环境科学与现代生物技术的完美结合———评《现代环境生物技术》作者柳萍,女,清华大学出版社理工一编室,副编审,主要研究方向为环境、化工;E2mail:[emailprotected]tsinghua.edu.Cn《江西化工》2003年第3期“环境生物技术在“三废”治理中的应用”

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