現(xiàn)代生物技術(shù)在水污染控制中的應(yīng)用研究

崔燕妮

（煙臺市環(huán)保工程咨詢設(shè)計院 山東煙臺 264002）

引言

2015年《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）頒布實施以來，國家及各級生態(tài)環(huán)保主管部門加大了水環(huán)境污染治理力度，水環(huán)境污染防治取得了可喜成績，出現(xiàn)了整體向好態(tài)勢。但隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國流域水環(huán)境污染形勢依然不容樂觀。近年來，現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境技術(shù)融合于水污染控制中的應(yīng)用，成為新興的交叉學(xué)科在水環(huán)境污染控制中得到了有益嘗試，成為解決水環(huán)境污染的重要手段，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 現(xiàn)代生物技術(shù)主要內(nèi)容

現(xiàn)代生物技術(shù)是指以DNA技術(shù)為主導(dǎo)，涵蓋了基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、微生物工程、生物修復(fù)技術(shù)等等一系列生物高新技術(shù)的總稱，共同形成了現(xiàn)代生物技術(shù)體系。

1.1 酶工程

作為生物體內(nèi)具有新陳代謝催化劑功能的蛋白質(zhì)，酶可在特定條件下促成發(fā)生反應(yīng)，這種反應(yīng)具有效率高、產(chǎn)物污染小、能耗低和易控制等特點(diǎn)。作為以酶為催化作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，可以產(chǎn)生出人們所需產(chǎn)品。將酶工程與化工技術(shù)結(jié)合，在醫(yī)療、醫(yī)藥方面取得了顯著成果。

1.2 細(xì)胞工程

將細(xì)胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植、組織和細(xì)胞培養(yǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速繁殖，是一種在細(xì)胞水平上的遺傳操作技術(shù)，培養(yǎng)出所需的新物種技術(shù)。其中，關(guān)鍵是細(xì)胞融合。即，將融合劑加到兩種不同細(xì)胞，在達(dá)到某一條件后，融合后的細(xì)胞組成雜交細(xì)胞，使原本親本細(xì)胞基因能夠被表達(dá)出來，實現(xiàn)了遠(yuǎn)緣生物無法雜交的問題。目前，細(xì)胞融合已經(jīng)在田鼠與小鼠，小雞與小鼠等遠(yuǎn)緣體細(xì)胞雜交。尤其是植物間的體細(xì)胞融合獲得的雜交細(xì)胞實現(xiàn)了完整植株的培育效果，獲得新的雜交植物品種。

1.3 發(fā)酵工程

利用微生物特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)。發(fā)酵技術(shù)走過了過去酒精類飲料發(fā)酵、醋酸發(fā)酵和面包發(fā)酵等簡單的工藝，逐漸發(fā)展成了生物工程的重要分支，涵蓋了微生物學(xué)、基因工程、細(xì)胞工程等多學(xué)科工程。

1.4 基因工程

利用與工程設(shè)計類似，根據(jù)人類需要設(shè)計，并按照這一設(shè)計創(chuàng)建出具有某種新的性狀生物新品系，還具有穩(wěn)定遺傳后代的功能。基因工程的實施步驟包括：首先，取得符合要求的DNA片段，即目的基因。其次，將DNA片段與病毒DNA或質(zhì)粒連接，對DNA進(jìn)行重組；再次，將某種細(xì)胞引進(jìn)重組后的DNA；將DNA片段所能表達(dá)的受體細(xì)胞挑選出來?；蚬こ探⒃诜肿铀街系牟僮鳎轿锓N間不親和性，突破了物種間的遺傳弊端，能夠根據(jù)設(shè)計方案創(chuàng)建出新的性狀生物新品。

2 現(xiàn)代生物技術(shù)在水污染控制中的應(yīng)用

從水污染的性狀來看，將現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用到水污染控制中，實現(xiàn)利用生物處理廢水。其原理，就是利用微生物生命活動過程，實現(xiàn)待處理廢水中污染物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)凈化廢水效果。目前，現(xiàn)代生物技術(shù)在石油類、印染類、油脂類、農(nóng)藥類及城市生活污水處理中均取得了良好的應(yīng)用效果。其中，生物發(fā)酵、好氧、厭氧生物處理技術(shù)已經(jīng)十分成熟。

2.1 生物強(qiáng)化處理技術(shù)

為實現(xiàn)進(jìn)一步提升廢水處理效果，可將自然界中篩選出的優(yōu)勢菌種投加到廢水中，或者通過基因組成技術(shù)產(chǎn)生更為高效的菌種，從而實現(xiàn)去除廢水中的某一種或某一類有毒有害物質(zhì)的效果。生物強(qiáng)化處理技術(shù)主要有高濃度活性污泥法、生物-鐵法和生物-活性炭法。以“生物-活性炭法”為例，黃雅婷等利用“生物-活性炭法”技術(shù)處理對印染廢水二級處理出水進(jìn)行了深度處理，在掛膜初期、后期，以及穩(wěn)定運(yùn)行階段出水的色度、固體懸浮物和需氧量變化。通過實驗發(fā)現(xiàn)，采用“生物-活性炭法”處理印染廢水達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，色度控制在20mg/L以下，需氧量控制在20mg/L以下，色度平均在40倍以下，現(xiàn)實應(yīng)用效果顯著。

2.2 生物修復(fù)技術(shù)

利用生物、微生物將水中的污染物降解為二氧化碳和水，或轉(zhuǎn)化成為沒有危害物質(zhì)的工程技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)雖然無法降解金屬，但可以將其毒性轉(zhuǎn)移或降低。污水生物處理技術(shù)包括需氧生物修復(fù)技術(shù)和厭氧生物修復(fù)技術(shù)等。錢麗敏等人通過厭氧還原脫氮、微生物共代謝和直接氧化降解處理高濃度三氯乙烯（TCE），分析了將三氯乙烯降解菌轉(zhuǎn)入繁殖能力強(qiáng)、適應(yīng)性好的受體菌株中，構(gòu)建起更為高效的基因工程菌，取得良好處理效果。

2.3 生物反應(yīng)器技術(shù)

作為當(dāng)前現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的主要方向，生物反應(yīng)器技術(shù)是利用新型生物膜反應(yīng)器，將比表面大的載體裝入反應(yīng)器，將微生物附著于生物膜，利用微生物與污染物之間的充分接觸，增強(qiáng)微生物分解代謝功能。根據(jù)不同膜組件及原理，膜生物反應(yīng)器分為分體式、一體式膜生物反應(yīng)器；好氧、厭氧膜生物反應(yīng)器等。張樹國等，利用一體式平板膜生物反應(yīng)器處理污水，出水COD、氨氮和SS指標(biāo)均達(dá)到一級A處理標(biāo)準(zhǔn)，出水滿足回用標(biāo)準(zhǔn)。隨著膜生物反應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，目前2000立方米的反應(yīng)器已經(jīng)投入使用，運(yùn)行費(fèi)用低，處理能力強(qiáng)，易管理。

2.4 固定化微生物技術(shù)

上個世紀(jì)80年代，固定化微生物技術(shù)變作為一項新技術(shù)應(yīng)用到來工業(yè)廢水，以及生物降解困難的有機(jī)廢水處理中，通過改造或創(chuàng)造更加高效特異性優(yōu)勢菌種的專性菌（如脫色菌、脫氮菌、脫磷菌等），將這些專性菌固定化后，提高菌體密度，提升處理效率，在一些有毒有害污水中的難降解處理中應(yīng)用效果顯著。楊意東等以醫(yī)藥行業(yè)高濃度有機(jī)廢水為對象，篩選出以阿苯噠唑、撲爾敏、布洛芬三種底物優(yōu)勢菌，應(yīng)用3種固定化材料及2種包埋固定化材料對三種優(yōu)勢菌進(jìn)行固定化實驗，廢水中的有機(jī)污染物最高去除率達(dá)到了90%以上，比目前一般的活性污泥法處理高濃度有機(jī)廢水效率提升了1/3。

3 現(xiàn)代生物技術(shù)在水污染控制中的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）應(yīng)用范圍廣。以生物為對象，不依賴于有限資源，著眼于再生資源的利用，且應(yīng)用范圍十分廣泛。目前，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)實際應(yīng)用到了印染廢水、生活污水、油脂廢水、農(nóng)藥廢水、石油廢水等多個領(lǐng)域，均取得了明顯效果。

（2）應(yīng)用效果好?，F(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用于廢水處理，能夠在常溫和常壓下進(jìn)行，整個操作的連續(xù)性較強(qiáng)，可以有效地節(jié)約寶貴的能源資源，開辟利用高純、優(yōu)質(zhì)、安全和可靠的生物制品控制水污染的新路徑，極大地降低了污水控制過程中給環(huán)境帶來的二次污染。

（3）應(yīng)用創(chuàng)新性。與其他技術(shù)相比，根據(jù)廢水處理的實際需要，定向按照人們處理需要，通過創(chuàng)造出新物種、新品種以及其他兼具環(huán)保價值和經(jīng)濟(jì)價值的生物類型，將現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用到廢水處理中，開辟了一條更加高效、優(yōu)質(zhì)、安全和可靠的生物制品路徑，解決了傳統(tǒng)工藝技術(shù)中難以解決的問題。

結(jié)語

現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用于水污染控制，在實踐中取得了良好的應(yīng)用效果，值得在實踐中大范圍的推廣和應(yīng)用。下一步，現(xiàn)代生物技術(shù)將在分離、篩選和培養(yǎng)更加高效地降解菌、構(gòu)建更為高效的反應(yīng)器，注重運(yùn)行效果的自動監(jiān)測成為研究的新熱點(diǎn)。