生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和污染修復(fù)中的應(yīng)用

摘要：隨著工業(yè)化的迅速發(fā)展，環(huán)境污染已成為全球面臨的一大挑戰(zhàn)。生物技術(shù)能夠利用生物體的自然功能，有效降低污染物含量，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的健康。這種技術(shù)的應(yīng)用有助于提升環(huán)境質(zhì)量，推動可持續(xù)發(fā)展政策的實(shí)施，使環(huán)境保護(hù)工作更加科學(xué)、經(jīng)濟(jì)。從生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中的重要性入手，提出生物技術(shù)在廢棄物處理中的具體應(yīng)用，分析生物技術(shù)在污染修復(fù)及環(huán)境監(jiān)測中的作用。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；環(huán)境保護(hù)；污染修復(fù)生物技術(shù)作為一種融合生物學(xué)原理與現(xiàn)代科技的方法，能夠?yàn)榄h(huán)境保護(hù)提供新的可能性［1］。這種技術(shù)通過模擬自然界的生物降解過程，實(shí)現(xiàn)對污染物的有效處理。其獨(dú)特的低成本優(yōu)勢，使得生物技術(shù)在全球環(huán)境管理中扮演著越來越重要的角色。從水體凈化到土壤重金屬的去除，生物技術(shù)的應(yīng)用正在推動環(huán)境治理向更加綠色的方向發(fā)展。

1生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中的重要性

生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用已成為當(dāng)代科技進(jìn)步與環(huán)境治理之間的重要橋梁。生物技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其低操作要求和連續(xù)化的處理能力，這不僅能夠避免傳統(tǒng)工業(yè)活動中可能產(chǎn)生的環(huán)境污染，還能探索出高純度的生物制品，解決許多傳統(tǒng)技術(shù)無法克服的難題。在環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用中，生物技術(shù)的必要性體現(xiàn)在其對環(huán)境治理意識的轉(zhuǎn)變上。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們開始從根本上改變對環(huán)境的處理方式，擺脫對化學(xué)物質(zhì)和物理手段的傳統(tǒng)環(huán)境治理模式的依賴，這種轉(zhuǎn)變有助于減少對自然環(huán)境的破壞。利用微生物來降解土壤中的有毒物質(zhì)或凈化水質(zhì)，這些方法既環(huán)保又有效，能夠在不對生態(tài)系統(tǒng)造成額外負(fù)擔(dān)的情況下，恢復(fù)環(huán)境的自然狀態(tài)。生物技術(shù)的發(fā)展符合生態(tài)環(huán)境發(fā)展的規(guī)律，是對未來環(huán)境保護(hù)工作的一種全新探索。利用生物技術(shù)可以更好地處理人類發(fā)展活動與自然資源之間的關(guān)系，從而不斷提升人們的生活質(zhì)量?；蚬こ碳夹g(shù)能夠通過改良植物品種來增加其對污染物的吸收能力，這有助于凈化環(huán)境，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。更重要的是，生物技術(shù)在實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。生物技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，既能夠減少環(huán)境污染，又可以提供新的能源供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與能源開發(fā)的雙重利益［2］。生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用是技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)，更是對傳統(tǒng)環(huán)境治理方式的一種有效補(bǔ)充，其依靠利用生物系統(tǒng)的自然能力，以更加環(huán)保經(jīng)濟(jì)的方式，為解決環(huán)境問題提供新的思路。

2生物技術(shù)在廢棄物處理中的具體應(yīng)用

2.1利用生物技術(shù)處理廢氣

生物技術(shù)在廢棄物處理，特別是廢氣凈化中的應(yīng)用，近年來已成為解決環(huán)境污染問題的有效方法。雖然生物化學(xué)凈化方法在廢水處理領(lǐng)域已有百年歷史，但其在廢氣處理領(lǐng)域的應(yīng)用相對較晚。20世紀(jì)80年代初期，科學(xué)家在有機(jī)廢氣凈化方面的突破性成就開始吸引全球的關(guān)注。這些研究主要致力于通過微生物的作用來降解空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物和惡臭物質(zhì)。雖然這些物質(zhì)的濃度較低，但其刺激性氣味和強(qiáng)烈臭味對環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重影響。生物技術(shù)主要的處理方法包括生物過濾、生物洗滌及生物吸附法，這些方法相比傳統(tǒng)的化學(xué)和物理方法具有成本低、安全性高和無二次污染的優(yōu)勢。在美國，微生物代謝技術(shù)被應(yīng)用于工業(yè)惡臭氣體的凈化，不僅效果顯著，還可以避免二次異臭的產(chǎn)生。德國和荷蘭采用生物膜過濾技術(shù)處理含硫化氫的氣體，其除去率超過90%，展示出生物技術(shù)在處理重污染氣體方面的高效性。在中國，采用纖維附著活性炭（ACOF）技術(shù)對甲苯廢氣的凈化顯示出極高的效率。此外，使用固定化微生物顆粒填充床的工藝能在較短的空塔停留時間內(nèi)，高效去除低濃度和高濃度的甲硫醇?xì)怏w，去除率均可達(dá)到90%以上。利用生物膜填料塔處理橡膠再生脫硫過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，能在適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行條件下維持90%以上的凈化效率，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，同時顯著降低投資和運(yùn)行成本。

2.2利用生物技術(shù)凈化廢水

廢水處理領(lǐng)域廣泛采用生物處理技術(shù)。該技術(shù)依賴于微生物生命活動的過程，通過轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化污染物來凈化廢水。這種方法結(jié)合生物的固有特性，符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。自1912年英國首次成功應(yīng)用活性污泥技術(shù)以來，生物處理技術(shù)在廢水管理中已有逾百年歷史。在這期間，生物工程技術(shù)不斷進(jìn)步，并在環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，展現(xiàn)出其在廢水處理中的潛力。在美國，大約84%的城市污水處理設(shè)施采用二級生物處理工藝；英國的大多數(shù)城市污水處理設(shè)施以及日本的大部分設(shè)施也采用類似技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，生物處理技術(shù)取得顯著的發(fā)展，涌現(xiàn)出多種創(chuàng)新技術(shù)。吸附降解（AB）生物處理技術(shù)結(jié)合吸附與生物降解機(jī)制，提高了處理效率；厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）通過優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)流動和接觸效率，能夠有效處理高濃度有機(jī)廢水。此外，間歇式活性污泥法（SBA）可以提供靈活的操作方式，以適應(yīng)不同的污染負(fù)荷變化。而LINDE生物處理技術(shù)、升流式厭氧污泥床（USAB）技術(shù)是厭氧處理技術(shù)的典型代表，特別適合于處理高濃度有機(jī)廢水。廢水生物脫氮除磷技術(shù)和人工濕地處理系統(tǒng)是近年來環(huán)保領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)［3］。這些技術(shù)能有效去除廢水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，改善水質(zhì)，為水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供條件。

2.3利用生物技術(shù)解決固體廢棄物

隨著城市化進(jìn)程的加快以及居民生活水平的提升，固體廢棄物的產(chǎn)量不斷增加，給環(huán)境帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的固體廢棄物處理方法存在諸多缺陷，可能引發(fā)二次污染問題。生物技術(shù)在固體廢棄物的處理中能夠?qū)崿F(xiàn)廢物的“無害化、資源化、減量化”，這代表著技術(shù)的創(chuàng)新，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵步驟。在固體廢棄物的處理中，生物技術(shù)主要涉及高效堆肥和蚯蚓床技術(shù)。自20世紀(jì)60年代以來，堆肥技術(shù)依靠生物降解將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為肥料，已廣泛得到研究與應(yīng)用。近年來，這種技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的露天堆肥發(fā)展到快速和半快速堆肥。歐洲、美國和日本已開發(fā)出多種高速機(jī)械堆肥工藝，其中達(dá)諾式回轉(zhuǎn)圓筒型發(fā)酵倉工藝尤為著名，其能夠有效提升有機(jī)廢棄物處理的速度。同時，蚯蚓床技術(shù)作為一種生物轉(zhuǎn)換方法，能有效地將城市有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)換為高效率的肥料。蚯蚓能消化有機(jī)物并轉(zhuǎn)化為無臭的蚯蚓糞土，還因其體內(nèi)高蛋白質(zhì)含量而成為畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖的優(yōu)質(zhì)飼料，從而為醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)提供寶貴資源。國外的研究者在研究城市生活垃圾處理的最佳工藝條件時發(fā)現(xiàn)，最適pH為5.5～8.0、水分為50%～70%、最佳碳氮比為30∶1，這些是實(shí)現(xiàn)有效堆肥化的關(guān)鍵參數(shù)。這些條件能夠確保微生物活動的最佳環(huán)境，從而提高有機(jī)廢棄物的降解速率。

3生物技術(shù)在污染修復(fù)中的具體應(yīng)用

生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物的自然能力，依靠提高通氣效率、補(bǔ)充營養(yǎng)素以及投放高效的降解菌種來分解土壤、地下水和海洋中的有毒有害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化環(huán)境的目的。生物修復(fù)技術(shù)在其早期階段主要用于處理環(huán)境中的石油烴污染。美國對阿拉斯加因油輪泄漏引起的海岸線污染進(jìn)行處理，依靠添加營養(yǎng)物質(zhì)和高效降解菌成功地改善近百km的海岸環(huán)境質(zhì)量。這項(xiàng)技術(shù)自此得到廣泛應(yīng)用。全球范圍內(nèi)，眾多國家都對生物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用給予極大的重視［4］。英國能源部在1990年代就已制定一項(xiàng)土壤和地下水的生物修復(fù)計(jì)劃，并建立由政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界代表組成的生物修復(fù)行動委員會來負(fù)責(zé)該技術(shù)的研究與實(shí)施。生物修復(fù)技術(shù)分為多種類型，依據(jù)修復(fù)環(huán)境的不同可分為土壤、地下水、沉積物和海洋生物修復(fù)；根據(jù)人工干預(yù)程度，又分為自然生物修復(fù)和人工生物修復(fù)。人工生物修復(fù)細(xì)分為原位生物修復(fù)（直接在污染現(xiàn)場進(jìn)行）、異位生物修復(fù)（將污染物轉(zhuǎn)移到別處處理）以及反應(yīng)器生物修復(fù)（在特定設(shè)備中進(jìn)行）。除了傳統(tǒng)的微生物修復(fù)，近年來還發(fā)展出其他形式的生物修復(fù)技術(shù)，包括真菌修復(fù)（mycoremediation）和植物修復(fù)（phytoremediation），以及針對無機(jī)污染物的生物修復(fù)。真菌修復(fù)利用特定類型的真菌分解有機(jī)污染物，而植物修復(fù)則依靠植物吸收或分解土壤和水中的污染物來凈化環(huán)境。生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展能夠豐富環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)手段，也為處理大面積污染區(qū)域提供一種可行、有效且具有優(yōu)越性的方法。

4生物技術(shù)在污染監(jiān)測中的具體應(yīng)用

依靠細(xì)菌、真菌、藻類和其他微生物的活動，監(jiān)測人員可以有效地監(jiān)測環(huán)境中的污染物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)早期警示和污染防治。環(huán)境監(jiān)測中常用的生物技術(shù)包括細(xì)菌總數(shù)及糞便污染指示菌的檢測。這些微生物能夠評估水體中的污染程度。此外，通過檢驗(yàn)物質(zhì)的致癌性，能夠?yàn)榄h(huán)境安全提供科學(xué)依據(jù)。發(fā)光細(xì)菌因其對環(huán)境毒素敏感而被廣泛應(yīng)用于快速檢測環(huán)境中的有毒物質(zhì)。通過測定這些細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度變化，可以迅速得知毒性物質(zhì)的存在。在水質(zhì)監(jiān)測方面，利用藻類的生長量變化，可以評估水體的污染程度。這些生物指標(biāo)的變化直接反映出水體環(huán)境的健康狀況?，F(xiàn)代生物技術(shù)如聚合酶鏈反應(yīng)（PCR技術(shù)）、核酸探針和生物傳感器的運(yùn)用，能夠極大地提高環(huán)境監(jiān)測的效率。PCR技術(shù)通過擴(kuò)增微量的DNA，使得難以培養(yǎng)的微生物也能被檢測到，這對于土壤、沉積物和水樣等環(huán)境樣本尤為重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些方法預(yù)計(jì)將成為替代傳統(tǒng)微生物檢測方法的主流。生物傳感器技術(shù)，包括酶傳感器、微生物傳感器和免疫傳感器，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測。這些傳感器利用具有生物活性的生物材料作為分子識別元件，將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號，從而快速精確地檢測特定污染物。

5結(jié)語

生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和污染修復(fù)中的應(yīng)用已成為當(dāng)代科技進(jìn)步的一個重要里程碑。這一領(lǐng)域的發(fā)展不僅能夠展示出生物技術(shù)處理的高效性，還可以為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保目標(biāo)提供強(qiáng)有力的支持。通過優(yōu)化生物技術(shù)手段，環(huán)境保護(hù)人員可以進(jìn)一步提升環(huán)境質(zhì)量，保障公眾健康，并為未來的環(huán)保策略提供科學(xué)依據(jù)。此外，生物技術(shù)的應(yīng)用也能夠促進(jìn)綠色技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境管理提供新的視角，從而推動環(huán)境科學(xué)技術(shù)的整體進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

［1］田金華.膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境工程污水處理中的應(yīng)用［J］.皮革制作與環(huán)保科技，2024，5（4）：1618.

［2］王征.生態(tài)環(huán)境保護(hù)視角下的污水處理技術(shù)與土壤污染防治研究［J］.皮革制作與環(huán)?？萍迹?024，5（4）：8385.

［3］袁璽，郭憲.膜生物反應(yīng)技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用［J］.低碳世界，2024，14（1）：2224.

［4］程暘.新型污水處理技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究［J］.皮革制作與環(huán)保科技，2023，4（21）：57.