淺談環(huán)保工程中的生物技術(shù)應(yīng)用價值與實踐

白雨牧

（秦皇島政聯(lián)科技有限公司，河北 秦皇島 066300）

引言

生物技術(shù)不僅可以充分發(fā)揮微生物和植物的天然環(huán)境治理功能，還可以在環(huán)境保護過程中控制重金屬、毒物等的排放，或使其成為更加環(huán)保的生物能源。針對不同污染問題，生物技術(shù)在化學(xué)和物理方法無法或不立竿見影地處理的情況下，具有更加優(yōu)良的處理能力。另一方面，隨著社會和經(jīng)濟的飛速增長，國內(nèi)外環(huán)保工程的需求在不斷增長，從而促進了生物技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在環(huán)保領(lǐng)域的研究中，生物技術(shù)運用微生物、生物催化劑、生物降解、生物酶、生物傳感器等一系列技術(shù)手段，在環(huán)境保護領(lǐng)域中開創(chuàng)了新的技術(shù)應(yīng)用革命，并為環(huán)保工程領(lǐng)域提供了新的思路和解決方案。研究表明，在國內(nèi)外各大高校和科研機構(gòu)中，生物技術(shù)在環(huán)保工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益深入，并進一步催生了一批新的綠色技術(shù)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)，為環(huán)保領(lǐng)域提供了積極的促進作用[1]。

1 環(huán)保工程中的生物技術(shù)概述

生物技術(shù)可以說是一種比較新穎且有效的技術(shù)，針對不同的環(huán)境污染問題，生物技術(shù)有多種應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物技術(shù)可以用來研制藥品和治療疾病。借助基因工程技術(shù)，相關(guān)人員可以創(chuàng)造出新的治療方式，例如基因修復(fù)、基因轉(zhuǎn)錄和基因治療等，以此來幫助人們恢復(fù)健康。在工業(yè)和制藥領(lǐng)域，生物技術(shù)可以用來生產(chǎn)更純凈的化學(xué)品和材料，并減少廢棄物的產(chǎn)生[2]。此外，生物技術(shù)也可以用于畜牧業(yè)中，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量，增強農(nóng)作物的抗病性與耐熱性，從而降低使用化肥、農(nóng)藥等帶來的環(huán)境成本。與其它的環(huán)保技術(shù)相比，生物技術(shù)的優(yōu)勢在于其成本較低、更加環(huán)保，且不會產(chǎn)生二次污染。當(dāng)然，生物技術(shù)也面臨著很多挑戰(zhàn)，例如其操作和使用存在復(fù)雜性，以及一些無法預(yù)測的風(fēng)險和副作用。因此，在使用生物技術(shù)時，必須進行安全和風(fēng)險評估，并根據(jù)實際情況，適當(dāng)調(diào)整使用方案。

2 環(huán)保工程中的生物技術(shù)應(yīng)用價值

在經(jīng)濟全球化的背景之下，環(huán)境保護問題愈發(fā)凸顯，目前已經(jīng)成為各國廣泛關(guān)注的問題之一，如何減少生產(chǎn)和生活對環(huán)境的不良影響，實現(xiàn)生態(tài)平衡，成為各國關(guān)注和探討的話題。其中，生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用價值日益凸顯，主要體現(xiàn)在循環(huán)利用能源、節(jié)約使用資源、減少白色污染、降低土地污染、減少重金屬毒性等方面[3]。

2.1 實現(xiàn)能源的循環(huán)利用

生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保工程的過程當(dāng)中，能源的循環(huán)利用是最為關(guān)鍵的一環(huán)。傳統(tǒng)意義下，能源消耗也就意味著資源的消耗，但是隨著生物能源成為新能源的重要組成部分。如今，生物來源的能源，比如生物燃料，越來越多地應(yīng)用于各領(lǐng)域。生物燃料可以分為初級生物燃料和次生生物燃料兩種，兩者的共同點是都可以進行循環(huán)利用，降低了對于化石能源的依賴，同時也減少空氣污染和溫室氣體排放。

除了生物燃料，生物技術(shù)還可以應(yīng)用于廢棄物的利用。通過生物技術(shù)的分離提取，廢棄物可以變成生物材料，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化，為環(huán)保工程做出貢獻。另外，利用生物質(zhì)能夠修復(fù)土壤和水源。在循環(huán)利用能源的生態(tài)中，污水處理中的微生物是不可或缺的角色。通過微生物進行分解與轉(zhuǎn)化，使得廢水得以被最終凈化，并流入水系或循環(huán)利用，以實現(xiàn)資源的節(jié)約利用。

2.2 實現(xiàn)資源的節(jié)約使用

隨著人口的急劇增加和工業(yè)化進程的不斷加快，資源的消耗量也日益加大。然而，基于生物技術(shù)的環(huán)保工程實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，同時也促進了資源的節(jié)約使用[4]。生物技術(shù)可以應(yīng)用于廢棄物的生態(tài)處理，并通過指導(dǎo)生產(chǎn)和使用的行為來解決資源不足的問題。具體而言，生物技術(shù)在以下幾個方面能夠發(fā)揮作用：

2.2.1 有效處理廢棄物

生物技術(shù)在廢棄物的可回收、可再利用、可降解等方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。利用微生物可把有機物分解成簇，進而得到新的生物資源。通過污染物的分離與提取，生成新的能源或化學(xué)品，實現(xiàn)了資源化。而且當(dāng)今新發(fā)現(xiàn)了一種細菌“小消化器”，其能夠直接將廢塑料分解為油狀物，以生物方式回收電、輕油和煙氣等。

2.2.2 促進資源的節(jié)約和再利用

生物技術(shù)的應(yīng)用使得廢棄物的分解、轉(zhuǎn)化得以獲得更多的能量，促進了資源的節(jié)約和再利用。這些技術(shù)包括了生物傳輸、發(fā)酵、微生物刺激等。其中，微生物刺激技術(shù)可以促進野生藻類生長，將太陽能通過藻類生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。另外，中華無花果葉上以及草原隨處可見的紅色海拉鯨匯集成的胡須，也可以通過清洗、脫脂、提取等方式，找到生物匯集物進行化學(xué)分離，實現(xiàn)資源的節(jié)約。

2.3 減少白色污染

白色污染是指由塑料造成的大量廢棄物污染。生物技術(shù)的應(yīng)用可以有效地減少白色污染。在廢棄物的處理方面，生物技術(shù)能夠消除環(huán)境中的塑料廢棄物；同時，也可以利用生物燃料代替塑料，從而減少塑料廢棄物的產(chǎn)生。此外，也可以利用生物技術(shù)提煉、制作纖維素，以此來代替塑料，同時也能夠得到化學(xué)工業(yè)中所需的生物材料。生物技術(shù)的應(yīng)用有助于構(gòu)建生態(tài)循環(huán)的模式，降低白色污染帶來的環(huán)境壓力。

2.4 減輕重金屬毒性，降低土地污染

生物技術(shù)的應(yīng)用可以減少重金屬毒性，降低土地污染。重金屬是人體所需微量元素之一，但是其毒性也非常高，會對生態(tài)環(huán)境和人體造成不利影響?？梢酝ㄟ^利用生物技術(shù)，使各種微生物、植物和動物對土壤中的重金屬進行吸附、離子交換、修復(fù)并轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)對環(huán)境的修復(fù)和保護。例如常見的耐鹽度良好，而具有特異吸附能力的藻類以及一些菌類就能進行吸收、修復(fù)、轉(zhuǎn)化重金屬污染物。因此，生物技術(shù)的應(yīng)用有利于減輕重金屬對土壤和生態(tài)環(huán)境造成的危害，促進資源的循環(huán)利用。

3 環(huán)保工程中生物技術(shù)的應(yīng)用實踐

3.1 生物技術(shù)應(yīng)用于固體垃圾治理

隨著城市化進程加速和人口不斷增長，每日產(chǎn)生的垃圾數(shù)量也在不斷增多，固體垃圾的處理成了一個亟待解決的問題。傳統(tǒng)的垃圾處理方法包括焚燒、填埋等，并不能充分解決垃圾處理的問題，同時會帶來二次污染。而生物技術(shù)的應(yīng)用則可以使垃圾有機質(zhì)降解，從而實現(xiàn)垃圾的處理與回收利用。生物技術(shù)在固體垃圾治理中主要應(yīng)用以下方法：

3.1.1 生物堆肥技術(shù)

生物堆肥技術(shù)是通過微生物降解和分解有機物質(zhì)，使其變成穩(wěn)定的肥料。在垃圾填埋場中的垃圾、果皮等新增鮮物，都是適合進行生物堆肥的原料。利用堆肥箱，加入廢菜、廢紙、蟲子、泥鰍等物質(zhì)，然后通過人工加水、通風(fēng)、翻堆等方式，借助于細菌、線蟲、蚯蚓等微生物的分解，經(jīng)過30～60天的時間，便可以得到一定數(shù)量、良好質(zhì)量的堆肥，由此避免過去垃圾填埋場帶來的大量二次污染。

3.1.2 垃圾物化技術(shù)

垃圾物化技術(shù)是指將固體垃圾處理成具有燃燒能力的物質(zhì)，通過熱解造成的高溫和熱能來實現(xiàn)垃圾的處理。而在垃圾物化過程中，生物技術(shù)也有其應(yīng)用。例如在廚余垃圾物化過程中，可以選擇使用一種稱為加熱水化酶聯(lián)合菌種的生物處理系統(tǒng)，通過加熱、水解、細菌等作用將廚余垃圾進行降解，得到高效能的燃料。

3.1.3 生化式填埋技術(shù)

生化式填埋技術(shù)又稱生態(tài)填埋技術(shù)，是指利用微生物分解固體垃圾，將垃圾與土壤一起填埋，達到生態(tài)平衡和生態(tài)循環(huán)利用的目的。利用該技術(shù)，不僅可以將垃圾中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，還可以加速垃圾的降解和穩(wěn)定。同時，生物堆肥和生化式填埋技術(shù)還能為農(nóng)業(yè)提供有機肥料以及減少并發(fā)癥的發(fā)生，降低垃圾處理的成本。

3.2 生物技術(shù)應(yīng)用于水污染治理

水污染是當(dāng)今世界面臨的嚴峻環(huán)境問題之一，水體污染的主要原因是人類的各種生產(chǎn)和生活活動所造成的污染物，如工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢水、城市污水等。傳統(tǒng)的治水方法主要是依靠物理和化學(xué)方式，但這些方法不能完全去除污染物，且對環(huán)境帶來二次污染，如工業(yè)廢水處理所使用的化學(xué)藥劑，這些藥劑不能被完全分解，又會產(chǎn)生二次污染，同時，也會對生命和生態(tài)造成嚴重危害。而生物技術(shù)的應(yīng)用則可以通過微生物、水生植物等生物體的活動降解水污染物，實現(xiàn)水體的凈化。現(xiàn)階段，生物技術(shù)在水污染治理中主要應(yīng)用以下方法：

3.2.1 生物濾池技術(shù)

生物濾池技術(shù)是將水污染物送入濾床中，通過微生物的代謝反應(yīng)將污染物降解分解為無害物質(zhì)的處理方法。生物濾池技術(shù)可以分為生物濾池和人工生物濾池兩種類型。生物濾池主要采用天然河道、湖泊、植被、土壤及其縫隙等過程的過濾，對含污染物的水體進行過濾，使水質(zhì)達到一定標準。而人工生物濾池采用特制過濾材料和人工構(gòu)建的生物濾層來降解水中污染物，效果更顯著。

3.2.2 微生物法去除化學(xué)物質(zhì)污染

微生物法去除化學(xué)物質(zhì)污染技術(shù)是利用生物體，如細菌、藻類或者高等植物等對水中的化學(xué)物質(zhì)進行分解和減少。例如在大量批量出現(xiàn)的拋光液池廢水處理中，傳統(tǒng)的方法利用高效梯度復(fù)合凈化技術(shù)和化學(xué)藥品進行治理，但是性能不理想，實現(xiàn)效果差。微生物法去除化學(xué)物質(zhì)污染技術(shù)，通過施加特定的微生物菌株或菌群，使污染物得到分解和降解，實現(xiàn)了對污染物的高效處理。

3.2.3 生物膜技術(shù)

生物膜技術(shù)是指利用微生物和其代謝過程形成的微生物膜，對水污染物進行處理和凈化的技術(shù)。生物膜可附著在介質(zhì)的表面，例如，地面和水表面，其中，水表面被稱為生物膜反應(yīng)器的常見位置，而地面上則被稱為生物膜濾池。生物膜技術(shù)針對地下水、城市污水、造紙、化工等直接或間接流入河流湖泊等問題，提供了一套先進而有實踐意義的處理方案。

3.3 生物技術(shù)應(yīng)用于廢氣污染治理

廢氣污染是城市環(huán)境中常見的污染來源之一，它直接影響著人們的健康和生活質(zhì)量。因此，廢氣污染治理一直是環(huán)保領(lǐng)域工作的重點之一。傳統(tǒng)的廢氣處理技術(shù)采用化學(xué)處理、物理處理等方式進行廢氣凈化，但這種方法成本高、運營難度大，一些化學(xué)廢物的處理也會帶來負面的影響。而采用生物技術(shù)處理廢氣則具有成本低、技術(shù)上相對容易實現(xiàn)和環(huán)境友好等優(yōu)勢，并且具有良好的應(yīng)用前景。

目前，生物技術(shù)處理廢氣污染的方法包括生物過濾技術(shù)、生物膜技術(shù)、生物濕法凈化技術(shù)等。生物過濾技術(shù)是將廢氣通過一些專門設(shè)計的生物過濾材料層，通過微生物進行降解，達到廢氣凈化的目的，具有良好的降解效果和高的凈化效率。生物濕法凈化技術(shù)則是將廢氣通過專門設(shè)計的濕式反應(yīng)器中，與水相結(jié)合，同時利用微生物進行廢氣污染的處理，具有較好的穩(wěn)定性和廢氣凈化效率。

生物技術(shù)處理廢氣污染的優(yōu)點在于其通過微生物的天然降解機制，實現(xiàn)了廢氣的有效凈化和降解，同時減少了環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的使用量，避免了對環(huán)境產(chǎn)生的繼續(xù)污染，具有較大的潛力。

3.4 生物技術(shù)促進可持續(xù)發(fā)展

隨著環(huán)境保護意識的不斷提高，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成了全球的共同目標。生物技術(shù)在可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用也日益重要，這一點在以下例子當(dāng)中得到明顯的體現(xiàn)：

3.4.1 生物燃料、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

生物燃料是指種植并在干燥前收獲的植物，如玉米、小麥的秸稈等可用于燃燒發(fā)電，使用生物質(zhì)的發(fā)電技術(shù)會降低獲得能源的成本，在保護環(huán)境的前提下實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.4.2 生物塑料技術(shù)的應(yīng)用

生物塑料技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用是一項欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)。與傳統(tǒng)的石化塑料相比，生物塑料有許多優(yōu)勢，它能夠以天然材料生產(chǎn)，可以非常快速地水解，且不會對環(huán)境造成污染；同時，生物塑料還具有很好的組裝性，使得其在生產(chǎn)、加工和使用過程中更加方便。

3.5 生物監(jiān)測技術(shù)

生物監(jiān)測技術(shù)是指利用生物專業(yè)知識和生態(tài)學(xué)原理對環(huán)境狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測和評估，并通過采集實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和樣品進行分析和處理，以提供合理的決策和管理指導(dǎo)的技術(shù)。它是環(huán)保工程中的一項重要技術(shù)，可以幫助人們更好地了解和掌握環(huán)境狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理環(huán)境污染問題，為環(huán)境保護提供更精細化和針對性的解決方案。

生物監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用主要包括水質(zhì)生物監(jiān)測、土壤生物監(jiān)測和大氣生物監(jiān)測等方面，通過采集樣品、進行實驗和分析，了解環(huán)境的狀況和演變規(guī)律。例如，水質(zhì)生物監(jiān)測技術(shù)可以通過觀察水中的浮游生物、底棲生物、魚類等等來分析水質(zhì)的狀況，進而分析出水體的污染程度和來源；土壤生物監(jiān)測技術(shù)可以通過提取土壤中存在的細菌等微小生物來了解土壤質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)土壤中的有害物質(zhì)；另外還可以通過大氣生物監(jiān)測技術(shù)對空氣中的微生物多樣性和氣溶膠粒徑進行判斷和評估。通過生物監(jiān)測技術(shù)，相關(guān)人員可以快速、精準地獲取環(huán)境質(zhì)量信息，并制定出更加有效的環(huán)境治理和保護方案。

3.6 生物能源技術(shù)

隨著人們對于新能源的重視日益增強，生物能源成為一種極具潛力的可再生能源形式。生物能源技術(shù)利用生物質(zhì)原料來發(fā)電或制熱，不僅環(huán)保而且還能利用資源有效地解決能源短缺問題。

生物質(zhì)能源主要分為生物質(zhì)燃燒和生物質(zhì)氣化兩種，其中生物質(zhì)燃燒是指將生物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生熱能，進而發(fā)電或制熱。生物質(zhì)氣化則是將生物質(zhì)處于一定條件下進行加熱分解，產(chǎn)生可燃氣體，例如可直接用于燃料電池的氫氣氣體。生物質(zhì)能源的關(guān)鍵問題是如何有效地利用和轉(zhuǎn)化生物質(zhì)材料。生物質(zhì)選擇、生物質(zhì)處理、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及生物質(zhì)利用等方面都是生物能源技術(shù)中需要重點關(guān)注的。

而生物能源技術(shù)在實踐中還可以與其它的廢碳鏈技術(shù)相結(jié)合，如廢棄物處置技術(shù)以及生態(tài)農(nóng)業(yè)等，進行生物能源產(chǎn)生的過程中，減少廢棄物的排放和資源的浪費，形成循環(huán)經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)能源相比，生物能源具有顯著的優(yōu)點，比如生產(chǎn)過程環(huán)保、碳中和特性、安全可靠及可再生性、性價比低等。但是，在生物材料的種植、采集以及加工過程中，也產(chǎn)生了大量的廢棄物，中間及污染等問題。因此，在生物能源開發(fā)的同時，也需要注重生物材料的標注、加工過程的規(guī)范管理以及產(chǎn)業(yè)鏈的完善。

4 結(jié)語

在環(huán)境污染問題日益突出的大環(huán)境之下，環(huán)境工程具有更為重要的現(xiàn)實意義，生物技術(shù)作為一種較為新穎且有效的環(huán)保技術(shù)，對于促進能源的循環(huán)利用、資源的節(jié)約使用、白色污染的減少等具有重要的指導(dǎo)性價值和意義。