環(huán)境生物技術(shù)在水污染處理中的應(yīng)用

張雪飛

（安徽禾美環(huán)保集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題已經(jīng)成為制約人們工作和生活的重要問題之一，同時也限制了城市的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)一體化背景下，水污染問題已經(jīng)成為全球各個國家共同關(guān)注的環(huán)境問題之一。雖然世界大部分區(qū)域被水覆蓋，但是這些水資源卻不能被利用，可被利用的淡水資源正在快速較少。為了挽救淡水資源、節(jié)約水資源，各個國家都相繼出臺了有關(guān)保護(hù)水資源的相關(guān)政策。目前在水資源處理技術(shù)中，環(huán)境生物處理技術(shù)已經(jīng)成為各個國家控制水污染的主要方式，尤其是現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)不僅可以控制水污染，而且還可以對被污染的水源進(jìn)行過濾清潔，從而實(shí)現(xiàn)對水資源的二次利用。

1 現(xiàn)代生物技術(shù)的內(nèi)容和特點(diǎn)

現(xiàn)代生物技術(shù)是以DNA技術(shù)為先導(dǎo)，包括微生物工程和細(xì)胞工程等一系列生物高新技術(shù)的統(tǒng)稱?，F(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)當(dāng)中可以提高環(huán)境保護(hù)力度，同時也可以減少人力物力的消耗，由于現(xiàn)代生物技術(shù)特定的理論基礎(chǔ)在不同領(lǐng)域應(yīng)用，所以現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣闊?，F(xiàn)代生物技術(shù)以生物為對象，不再依賴地球上的有限資源，而利用地球上的可再生資源通過現(xiàn)代生物技術(shù)開展環(huán)境保護(hù)，有效提高了環(huán)境保護(hù)力度，同時，現(xiàn)代生物技術(shù)操作簡便，工作人員經(jīng)短期學(xué)習(xí)就可以利用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行連續(xù)操作，節(jié)省資源，減少環(huán)境污染[1]。除此之外，現(xiàn)代生物技術(shù)還開辟了高純度和優(yōu)質(zhì)的生物制品，與傳統(tǒng)的生物技術(shù)相比，吸收了新技術(shù)的現(xiàn)代生物技術(shù)，可以提取出純度更高的生物制品?，F(xiàn)代生物技術(shù)也可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)生物技術(shù)的缺點(diǎn)，解決其不能解決的問題，也可以為人們定期創(chuàng)造所需要的新品種和新物種，延續(xù)生命的價值。

2 城市排污現(xiàn)狀

水資源污染是我國近些年經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中比較重要的污染問題，自改革開放以來，國家把發(fā)展重心放在了工業(yè)和經(jīng)濟(jì)方面，并不惜犧牲一切追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們的想象，而水污染就是其中一種。由于地球上可用的水資源比較少，雖然我國是全世界淡水資源最多的國家，但是由于我國人口眾多，所以人均水資源的可用數(shù)量越來越少，這對于我國的可持續(xù)性發(fā)展是非常不利的。因此，我國政府和地方相關(guān)部門開始制定各種水資源保護(hù)政策，并不斷宣傳水資源保護(hù)的重要性，是越來越多的人開始意識到水資源保護(hù)的作用。自20世紀(jì)80年代開始，我國城市污水處理已經(jīng)在各個方面取得了較大的進(jìn)步，但仍然有許多地方存在著不足。由于我國目前淡水資源比較缺乏，人均擁有量2 300立方米，在世界上的排位是第100名，即我國人均水資源的擁有量為世界人均水平的1/4。由此可見，雖然我國淡水資源比較豐富，但是由于我國人口基數(shù)龐大，所以人均水資源利用量非常少，水污染形勢也越來越嚴(yán)峻，這不僅不利于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，而且也會對人們的生活造成一定威脅。雖然我國是從計劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過來的，但是城市污水處理管理機(jī)構(gòu)和管理方式一直沿襲的是傳統(tǒng)模式，已經(jīng)不符合新時代的發(fā)展需求和趨勢。各個城市對污水處理設(shè)施的建造和設(shè)備運(yùn)行實(shí)行統(tǒng)一管理，因而對城市污水處理提出了較高的要求?，F(xiàn)如今，我國污水處理面臨著嚴(yán)重的水污染問題，再加上污水處理工作起步比較晚，與其他西方國家相比，我國的污水處理措施和制度都存在著許多的不足，因此，需要向西方國家借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善污水處理的制度和工作方式，提高污水處理的能力。

3 環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展的趨勢和存在的問題

3.1 存在的問題

盡管環(huán)境生物技術(shù)在水污染處理過程中具有較大的作用，但還是存在很多不足。首先，環(huán)境生物技術(shù)屬于物理技術(shù)，在水污染處理過程中與化學(xué)處理技術(shù)相比，其速度較慢，所以需要較大的反應(yīng)器和占地面積。其次，環(huán)境生物技術(shù)對水質(zhì)有一定的要求，需要水質(zhì)比較純凈，否則利用環(huán)境生物技術(shù)會影響微生物的生長。第三，利用環(huán)境生物技術(shù)處理污水有時會產(chǎn)生污泥，這些污泥會膨脹和流失，所以需要對其進(jìn)行處理，因而增加了污染處理的難度。第四，利用環(huán)境生物技術(shù)處理水環(huán)境中的人工合成物，特別是難降解的物質(zhì)比如塑料袋等，效果不明顯。第五，利用環(huán)境生物技術(shù)有可能會將實(shí)驗(yàn)室中的有害氣體和細(xì)菌帶入到自然環(huán)境當(dāng)中，這不僅不利于水污染的處理，而且還有可能對大氣環(huán)境造成污染。最后，大規(guī)模的工程微生物的應(yīng)用，可能會影響生態(tài)系統(tǒng)，如果在某個地區(qū)利用環(huán)境生物技術(shù)進(jìn)行大范圍的水污染處理，雖然可以凈化該區(qū)域的水環(huán)境，卻會對該區(qū)域的大氣環(huán)境及周圍環(huán)境造成危害。這些問題都是利用環(huán)境生物技術(shù)的過程中，可能存在和發(fā)生的問題[2]。

3.2 環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

目前，環(huán)境生物技術(shù)已經(jīng)在環(huán)境保護(hù)中獲得了廣泛應(yīng)用，也取得了一定的成效。隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，人口數(shù)量越來越多，人均利用資源的數(shù)量急劇下降，環(huán)境惡化成為了威脅人們生活和工作的最大因素，越來越多的人意識到了環(huán)境保護(hù)的重要性，并將環(huán)境生物技術(shù)的利用提上了日程。環(huán)境生物技術(shù)是與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的一種水污染處理技術(shù)，隨著生物工程技術(shù)的快速發(fā)展，人們不僅能對現(xiàn)有的微生物進(jìn)行改造，而且還能創(chuàng)造出具有新特殊功能的微生物，這些微生物可以對被污染的水體進(jìn)行凈化，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的[3]?，F(xiàn)如今，世界各國越來越多的人意識到了環(huán)境保護(hù)的重要性，并開始不斷宣傳環(huán)境保護(hù)和節(jié)約水資源的作用，環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的作用，將由單純的治理發(fā)展到防與治的結(jié)合，在今后的水污染防治措施中，環(huán)境生物技術(shù)不僅可以治理已經(jīng)被污染的水資源，而且也可以在水資源沒有被污染之前進(jìn)行預(yù)防。

4 環(huán)境生物技術(shù)在水污染治理中的開發(fā)與應(yīng)用

4.1 關(guān)于微生物遺傳學(xué)的研究

利用環(huán)境生物技術(shù)治理水污染時，處理過程離不開對微生物遺傳的分析，許多微生物和原生動物可以凈化廢水，已經(jīng)取得了一定的研究成果[4]。傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)，大多數(shù)是對自然生長的微生物群體進(jìn)行馴化和繁殖，然后再將這些微生物放入被污染的廢水當(dāng)中進(jìn)行凈化，這種傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)降解被污染的能力比較低。70年代之后，我國環(huán)境生物技術(shù)方面的研究學(xué)者對一些特定的有毒廢水成分或單一的高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行了提取和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)被污染的水資源當(dāng)中還有一種可以被降解的成分，研究學(xué)者選育出具有較高降解活性的菌種，并進(jìn)行提純培養(yǎng)后用于廢水處理，這種菌種在進(jìn)入被污染的廢水之后，顯示出了一定的優(yōu)越性，可以凈化被污染的水源，而且凈化速度和凈化水平比較高。但是，從自然環(huán)境中分離篩選出來的菌種降解污染物的能力比較有限，需要定期進(jìn)行遺傳學(xué)的改造。簡單來說，從自然環(huán)境中分離篩選出來的菌種仍然具備自然環(huán)境的特點(diǎn)和性質(zhì)，所以，研究學(xué)者需要在固定的時間內(nèi)，對分離出來的菌種進(jìn)行遺傳學(xué)改造，定向選育出降解能力較高的工程菌種，將這些工程菌種放入被污染的廢水中，才能大幅度提高微生物的降解能力，達(dá)到廢水處理的要求和標(biāo)準(zhǔn)，這一試驗(yàn)有力推動了水污染治理工作的發(fā)展。微生物育種技術(shù)主要有原生質(zhì)體融合育種和基因工程育種，原生質(zhì)體融合技術(shù)可以培育出跨越不同種屬間的遺傳障礙，也就是說可以將不同性質(zhì)的菌種進(jìn)行結(jié)合，在菌體內(nèi)可以擁有兩套或兩套以上親本的遺傳基因，這對于廢水污染的處理來說比較有利。利用這種技術(shù)，不僅可以提高降解水質(zhì)的速度，而且還可以提高水質(zhì)質(zhì)量?；蚬こ碳夹g(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用始于80年代，利用基因工程育種可以使基因突變，不僅可以提高菌種凈化水資源的能力，而且還可以降低廢水被污染的速度，促使微生物降解特性向有益的方向轉(zhuǎn)變。有一些水資源是活性水資源，而這些水資源中的污泥數(shù)量比較多，利用基因工程技術(shù)進(jìn)行廢水污染處理可以持續(xù)數(shù)月以上，長時間的污水處理不僅可以迅速降解污水中的各種有毒物質(zhì)，而且還可以提高水資源的質(zhì)量。目前，大部分基因工程菌種還在培養(yǎng)條件下，研究學(xué)者表示利用他們可以降解石油和農(nóng)藥等有機(jī)污染物，以及凈化重金屬污染的水體，這對于我國污水處理工作是一項(xiàng)巨大的突破和進(jìn)步。

4.2 關(guān)于生物凈化酶的研究

生物的凈化功能主要依靠生物酶的催化作用實(shí)現(xiàn)，所以生物凈化酶的活性以及適應(yīng)條件是污水處理最重要的關(guān)鍵之處。80年代之后，生物酶和細(xì)胞固定化技術(shù)進(jìn)入了環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，這也使污水處理工作上了一個新臺階。這些年，越來越多的研究學(xué)者開始對生物凈化酶進(jìn)行分析，并通過分析生物凈化酶，提煉出更加精純的能夠凈化水資源的酶，對微生物降解代謝途徑以及降解酶系組成的研究是學(xué)者們研究的主要研究。研究內(nèi)容中顯示，活性污泥中存在著淀粉酶和脫氫酶，可以利用活性污泥對廢水進(jìn)行處理，而且也可以凈化水資源。由于原生動物的過氧化氫酶活性遠(yuǎn)高于細(xì)菌，所以原生動物利用細(xì)菌分解產(chǎn)生的氨基酸為氮源，可以利用原生動物對污水進(jìn)行處理和凈化，這比一般的污水處理技術(shù)效果要好。由于廢水的污染物成分比較復(fù)雜，而且還存在著影響活性酶的有毒物質(zhì)，所以如果想利用活性酶對污水進(jìn)行處理和凈化，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4.3 生物發(fā)酵技術(shù)

生物發(fā)酵技術(shù)是目前存在最廣，也是最早的廢水生物處理技術(shù)之一，在環(huán)境生物技術(shù)沒有問世之前，生物發(fā)酵技術(shù)是廢水處理工作中比較常見的一項(xiàng)技術(shù)。在污水處理工作中，相關(guān)業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的生物發(fā)酵技術(shù)包括水資源的解體、生物除磷脫氧技術(shù)和間歇式活性污泥法。第一種技術(shù)是將厭氧過程控制在水解和酸化階段，然后以焦化廢水和印染廢水等各種工業(yè)廢水作為實(shí)例，利用生物發(fā)酵技術(shù)對這些廢水進(jìn)行處理，效果十分顯著。第二種生物除磷脫氧技術(shù)是70年代以后研究出來的，該技術(shù)已經(jīng)在湖水處理中得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用，這是由于聚磷微生物中主要有假單胞菌屬，而生物中所具有的這些物質(zhì)可以有效地凈化湖水中的污染物。第三種間歇式活性污泥法是80年代之后研發(fā)出來的技術(shù)，這種技術(shù)主要應(yīng)用于20萬噸以下的城市污水處理廠中，這也是三種技術(shù)中應(yīng)用范圍比較廣的一種處理技術(shù)。

4.4 生物強(qiáng)化技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)主要是為了提高污泥法的處理能力和降解效果，包括三種方法，其中第一種是高濃度活性污泥法，這種方法可以對長時間存在的廢水和有毒物質(zhì)進(jìn)行處理，處理和凈化的速度非?？?，通過向沉淀池內(nèi)添加混凝劑，提高污泥的濃度。這種處理方法也是日本最常用的處理方法。第二種生物鐵法是在普通活性污泥中加入無機(jī)鹽，比如鐵和鈣等，形成具有吸附和清除作用的生物鐵，主要用于提高去除污水磷的作用，第三種生物活性炭法是綜合利用微生物的氧化能力和活性炭良好的吸附能力吸附水底有毒物質(zhì)，采用這種方法處理廢水，不僅可以提高對廢水中有毒物質(zhì)吸附能力，而且還可以提高對廢水的處理能力[5]。

4.5 生物反應(yīng)技術(shù)

生物反應(yīng)技術(shù)就是生物反應(yīng)器技術(shù)，在利用生物反應(yīng)技術(shù)的過程中主要是利用生物反應(yīng)器，主要應(yīng)用于制藥和食品等行業(yè)中，這種技術(shù)的特點(diǎn)是含量比較大，而且連續(xù)性也比較好，美國和英國等西方國家大量生產(chǎn)的現(xiàn)代化新型反應(yīng)器就是生物反應(yīng)技術(shù)的器具，北京、上海等地也在積極開和發(fā)研制，并已經(jīng)相繼生物問世。

5 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境生物技術(shù)是新時代處理水資源污染的一種新型技術(shù)，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境生物技術(shù)不會只停留在現(xiàn)在的水平，隨著科技的進(jìn)步，該技術(shù)也會不斷發(fā)展，在未來的水資源處理和凈化工作中，環(huán)境生物技術(shù)會為其提供更多的便利。