- 相關(guān)推薦
淺析環(huán)境工程中生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景
生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與前景生物技術(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)安全,疾病發(fā)病率也迅速提高。因此,必須積極發(fā)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)的基礎(chǔ)上,通過(guò)直接或間接的方式利用生物或生物有機(jī)體的特定部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生產(chǎn)工藝或能夠高效凈化環(huán)境污染,同時(shí)又能生產(chǎn)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安全可靠、效果明顯
利用發(fā)酵工程技術(shù)治理,產(chǎn)生的物質(zhì)基本屬于穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì),常見(jiàn)的包括CO2、水、氮?dú)�、甲烷等。并�?多數(shù)都是一步到位,無(wú)二次污染。因此,該技術(shù)既安全、徹底又高效。
2.3簡(jiǎn)化流程,節(jié)約成本
生物技術(shù)是建立在酶促反應(yīng)基礎(chǔ)上的生物化學(xué)過(guò)程。酶作為生物催化劑,實(shí)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)生反應(yīng)。因此,絕大部分生物治理對(duì)環(huán)境條件要求不高,并可就地實(shí)施。
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),比如,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)近百年的發(fā)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)天然的固定化酶反應(yīng)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)行治理。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。常用的生物反應(yīng)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)程中的具體形式,分為兩大類(lèi):生物吸附法與生物過(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達(dá)到凈化氣體的目的。它屬于一種綠色技術(shù)�，F(xiàn)在,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)者也在此方面取得了不錯(cuò)的成果。比如,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)表明,該方法是可行的,若相關(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)約成本、效果好、安全可靠、沒(méi)有二次污染等。
3.3在處理固廢方面的應(yīng)用
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)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)的發(fā)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)行有效分解,生成水與CO2。不僅不會(huì)造成對(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)生產(chǎn)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(酶促反應(yīng))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移動(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,還能提高土壤有機(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)結(jié)構(gòu)。同時(shí),還能強(qiáng)化對(duì)土壤的固定作用,避免土壤受到風(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)植物吸收達(dá)到凈化水體與土壤的方法被稱(chēng)為生物自然凈化技術(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)而提高生物塘的處理能力。后者是通過(guò)自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)、生物等作用達(dá)到對(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,并且所需成本也比常規(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,一是篩選具有降解塑料與農(nóng)用薄膜的微生物,形成高效降解菌。二是分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)行攻關(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)約成本、提高產(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。比如,當(dāng)前一個(gè)重點(diǎn)研究課題就是通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)聚-β羥基烷酸(PHAs),相關(guān)研究人員正試圖形成自溶性PHAs生產(chǎn)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,達(dá)到節(jié)約成本的目的。
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。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分離出六種菌,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)際降解能力。不同菌的降解能力都各不相同,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應(yīng)物或中間副產(chǎn)物隨水排出,每年數(shù)百家農(nóng)藥廠排出的廢水上億噸,危害極大。中科院成都生物所經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),終于找到了解決處理農(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)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)達(dá)到了相關(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)行處理。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:①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②檢測(cè)物質(zhì)致突變性和致癌性,通常使用鼠傷寒少門(mén)氏菌來(lái)檢驗(yàn)。③通過(guò)發(fā)光細(xì)菌對(duì)環(huán)境中的毒物進(jìn)行檢測(cè),速度較快。④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)行監(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PCR技術(shù)(應(yīng)用聚合酶式反應(yīng)技術(shù))、核酸探針、生物傳感器等。PCR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PCR技術(shù)極有可能取代現(xiàn)在的常規(guī)微生物檢測(cè)方式。此外,生物酶法具有良好的發(fā)展?jié)摿?它適用于快速檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。生物傳感器具體有酶?jìng)鞲衅�、微生物傳感器、免疫傳感�?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)果精確。
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)用中依然存在種種局限:
①反應(yīng)速度較慢,并且需要大型的反應(yīng)器,需占用過(guò)多的土地面積。
②對(duì)于原水水質(zhì)有著十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),不然,不利于微生物的生長(zhǎng)。
�、圻\(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。
【淺析環(huán)境工程中生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景】相關(guān)文章：
餐飲業(yè)發(fā)展前景淺析11-29
淺析高中化學(xué)課堂中的情感教學(xué)應(yīng)用02-23
淺析智能光網(wǎng)絡(luò)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用02-25
淺析上網(wǎng)行為管理技術(shù)在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)安全中的應(yīng)用02-25
關(guān)于RSS的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景分析11-05
2017中國(guó)IT行業(yè)發(fā)展前景分析08-04
淺析IMS技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景02-17
淺析應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的意義論文11-27