環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展

曹傳悅+楊妍+尹家騏

摘要：隨著細(xì)胞融合、基因工程、分子生物等技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境生物技術(shù)得到了進(jìn)一步的開發(fā)，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已成為一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳的解決環(huán)境污染問題的有效手段之一。本文結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展研究進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：環(huán)境生物技術(shù)；生物治理方法；生物技術(shù)應(yīng)用

引言：

環(huán)境生物技術(shù)是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分或某些功能，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，同時又能生產(chǎn)有用物質(zhì)的工程技術(shù)?？萍嫉陌l(fā)展充分證明了環(huán)境生物技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中所示出的獨特功能和優(yōu)越性，它的純生態(tài)過程，體現(xiàn)出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，它具有速度快、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。同時，隨著人們環(huán)境意識和生態(tài)概念的不斷加強(qiáng)，市場對生物技術(shù)、生物產(chǎn)品的需要明顯增多，政府也更加重視生物技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境生物技術(shù)本身也將更加成熟。

一、關(guān)于環(huán)境生物技術(shù)

環(huán)境生物技術(shù)是21世紀(jì)國際生物技術(shù)的一大熱點，兼有基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的特點，在環(huán)境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作為污染控制的生物，是環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技術(shù)，其處理污染物通常能一步到位，最終產(chǎn)物大都是無毒無害、穩(wěn)定的物質(zhì)。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、環(huán)境污染的修復(fù)和重污染工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等各個方面，環(huán)境生物技術(shù)都發(fā)揮著極為重要的作用。在廢氣及大氣污染治理中的應(yīng)用采用生物技術(shù)控制和處理廢氣，將廢氣中的有機(jī)污染物或惡臭物質(zhì)降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類物質(zhì)，從而凈化空氣，是一項空氣污染控制的新技術(shù)。目前采用的方法主要有生物過濾、生物洗滌和生物吸附法等，所采用的生物反應(yīng)器為生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。

（一）生物過濾法

生物濾池內(nèi)部填充活性填料，廢氣經(jīng)加壓預(yù)濕后從底部進(jìn)入生物濾池，氣體中的無機(jī)污染物、有機(jī)污染物或惡臭物質(zhì)與填料上附著生成的生物膜（微生物）接觸，被生物膜吸收，最終被降解為水和二氧化碳或其它成分，處理過的氣體從生物濾池的頂部排出。該方法的特點是設(shè)備少、操作簡單、不需外加營養(yǎng)物、投資運行費用低、去除效率高，但反應(yīng)條件較難控制、占地面積較大。

（二）生物洗滌法

生物洗滌法分為廢氣吸收和懸浮液再生兩個階段，通常由一個裝有填料的洗滌器（吸收設(shè)備）和一個裝有活性污泥或生物膜的生物反應(yīng)器（再生反應(yīng)器）構(gòu)成廢氣從吸收設(shè)備底部進(jìn)入，向上流動，與頂部噴淋向下的生物懸浮液在填料床中相互接觸，經(jīng)傳質(zhì)過程進(jìn)入液相，再進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)或經(jīng)微生物分泌的胞外酶作用分解，凈化后的氣體從吸收設(shè)備頂部排出。吸收了廢氣的生物懸浮液從再生反應(yīng)池的底部進(jìn)入，通入空氣充氧，廢氣被微生物氧化利用的過程也就是懸浮液的再生過程，再生后的懸浮液再進(jìn)入吸收設(shè)備進(jìn)行頂部噴淋，吸收與再生兩個過程反復(fù)進(jìn)行。該方法的特點是反應(yīng)條件易控制、壓降低、填料不易堵塞，但設(shè)備較多，需外加營養(yǎng)，成本較高，對溶解度小的化合物難以處理。

二、環(huán)境生物技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用

環(huán)境生物技術(shù)中利用微生物的降解作用來處理水中污染物的方法，通常被稱為生化處理方法或生物降解法，以植物吸收為主來凈化土壤與水體的方法有土地生物修復(fù)、生物塘和人工濕地技術(shù)等。

（一）生化處理技術(shù)

由于生化反應(yīng)的過程、條件和參與反應(yīng)的微生物種類的不同，生化處理技術(shù)可簡單地分為好氧與厭氧降解兩類，兩類生化反應(yīng)的基本過程如下：好氧降解：有機(jī)物+氧氣+好氧微生物/酶→水+二氧化碳+無機(jī)養(yǎng)分+能量。厭氧降解：有機(jī)物+厭氧與兼氧微生物/酶→降解的有機(jī)產(chǎn)物+無機(jī)養(yǎng)分+能量。

（二）生物自然凈化技術(shù)

生物自然凈化技術(shù)體系主要包括水體生物處理系統(tǒng)的生物塘（厭氧塘和氧化塘）和土地處理系統(tǒng)的人工濕地。生物自然凈化技術(shù)投資少，運行費用低，但占地面積大，出水水質(zhì)不易控制。

生物塘以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生植物，利用植物吸收等方式帶走污染物以凈化水體。氧化塘中除選育合適的水生植物外，還增加了曝氣，以促進(jìn)水體中生物的好氧降解。傳統(tǒng)的生物塘占地面積大，污水停留時間長，處理效率較差。目前通過培育高效水生凈化植物（水葫蘆、蘆葦、水萵苣等），建立組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖為一體的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)了生物塘的處理功能，促進(jìn)了水體生物處理技術(shù)的發(fā)展。

三、環(huán)境生物技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用

利用生物技術(shù)處理固體廢棄物中的城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物，主要方法是衛(wèi)生填埋、堆肥和發(fā)酵沼氣。

（一）衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋是將城市生活垃圾存積在大坑或低洼地的衛(wèi)生填埋場，填埋場下層應(yīng)有不透水的自然隔水基質(zhì)或人工隔水層，在填埋場設(shè)置排氣口和監(jiān)測系統(tǒng)，每天填入的垃圾壓實后鋪蓋一層土壤，并通過科學(xué)管理來恢復(fù)地貌和維護(hù)生態(tài)平衡。其原理是利用微生物將垃圾中的有機(jī)物分解。垃圾通過衛(wèi)生填埋還可產(chǎn)生沼氣。

（二）堆肥。堆肥是固體基質(zhì)在有效的低溫條件下的發(fā)酵過程，適用于生活垃圾的處理。其基本步驟是：廢棄物―預(yù)處理―堆肥―后處理―存放。對堆肥處理器進(jìn)行足夠的通氣是堆肥成功的關(guān)鍵。該技術(shù)安全性高，成本低廉。

（三）發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。主要利用畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、生活污水等。其原理是微生物厭氧發(fā)酵使有機(jī)質(zhì)降解，產(chǎn)生沼氣，此法在農(nóng)村有著廣闊的發(fā)展前景，沼氣不但可用作照明和燃料，還可建成以沼氣工程為紐帶的“豬、沼、果”生態(tài)農(nóng)場等生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

四、環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展前景

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%，我國利用該菌對煉油廠進(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。利用微生物還可將石油成分中的硫分離出來。雖然生物技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用時間尚短，但其具有技術(shù)簡單成本低、安全性好、無二次污染等優(yōu)點。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，將會備受關(guān)注，也會成為解決原煤燃燒產(chǎn)生的SO2污染的最佳途徑。

參考文獻(xiàn)：

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