浅析生物技术在环境工程的应用与发展前景

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浅析生物技术在环境工程的应用与发展前景

摘要：当今社会,环境和环境问题已越来越引起人们的普遍关注和重视。面对世界范围内的环境危机的严峻挑战 ,开展并加强环境保护工作已迫在眉睫。本文主要介绍了以现代微生物选育及培养技术和新型高效生物反应器为基础的环境生物技术在水污染治理、城市垃圾处理、废气处理等方面的应用，以及它的起源，最后还讨论了环境生物技术的应用及发展前景。

关键词：环境生物技术；污染治理；固废处理；废水；应用前景；

随着人口、工农业生产和科学技术的飞速发展，环境和环境问题已越来越引起人们的普遍关注和重视。面对世界范围内的环境危机的严峻挑战。开展并加强环境保护工作已迫在眉睫。随着科技的快速发展，保护环境的方法也越来越多。物理和化学处理方法已经是最基本的方法了，现在很多的污染治理专家开始把研究方向深入到生物治理方面。

生物技术主要包括①基因工程：在基因水平上操作并改变生物遗传的技术，它的核心是重组 DNA 技术。②细胞工程：应用细胞培养、细胞融合等细胞生物学方法，以改善品种，生产生物制品及其组分的技术。③酶工程：在一定生物反应装置中利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术。④发酵工程：培养活细胞以取得生物体或代谢产物的技术。⑤蛋白质工程：运用基因工程全套技术改变蛋白质结构的技术。⑥染色体工程：探索基因在染色体上的定位，异源基因导入、染色体结构改变。⑦生化工程：生物反应器及产品的分离、提纯技术。

环境生物技术（Environmental Biotechnology）是指直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些功能，建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染，同时又能生产有用物质的工程技术。是现代生物技术与环境科学结合产生的一门新兴交叉学科, 是从传统的废水生物处理技术起始, 通过应用现代微生物选育和培养技术和新型高效生物反应器。而逐步发展起来的一种经济效益和环境效益俱佳的、解决当前日益严重的包括水污染在内的“三废”问

题的最有效手段之一。

环境生物技术的起源

环境生物技术的起源可以追溯到一百多年前的活性污泥工艺的发展，其理论和实用技术在此一百多年来不断发展和进步 ,并得到广泛应用 ,对控制环境污染和改善环境质量起到了重要作用。而从全世界范围来看,环境污染至今还没有得到有效控制,特别是对发展中国家而言。在我国,随着经济的迅猛发展 ,环境污染现状也依然严峻 ,并有加剧的趋势，近年来 ,我国的环境污染治理力度不断加大 ,进入了一个新的高速发展时期 ,对环境污染治理新技术的要求也日益迫切。随着现代生物技术的发展 ,尤其是现代分子生物学技术的出现 ,为环境科学的发展带来了新的机遇。现代环境生物技术就是在这一形势下形成的。它是现代生物技术在环境科学领域中的应用 ,是现代生物技术与环境科学紧密结合而形成的新兴交叉学科 ,是一种经济效益和环境效益俱佳的、解决复杂环境污染问题的有效手段 ,是当代环境科学研究发展的主导方向之一。

科技的发展充分证明了环境生物技术在解决环境问题过程中所示出的独特功能和优越性，它的纯生态过程，体现出了可持续发展的战略思想，它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。

环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点，兼有基础科学和应用科学的特点，在环境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作为污染控制的生物，是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其处理污染物通常能一步到位，最终产物大都是无毒无害、稳定的物质。在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境污染的修复和重污染工业企业的清洁生产等各个方面，环境生物技术都发挥着极为重要的作用。

随着细胞融合、基因工程、分子生物等技术的发展，环境生物技术得到了进一步的开发，研究领域不断扩大，已成为一种经济效益和环境效益俱佳的解决环境污染问题的有效手段之一。同时,随着人们环境意识和生态概念的不断加强,市

场对生物技术、生物产品的需要明显增多,政府也更加重视生物技术的发展，环境生物技术本身也将更加成熟。

环境生物技术的应用

目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。

一、污水治理方面

环境生物技术中利用微生物的降解作用来处理水中污染物的方法，通常被称为生化处理方法或生物降解法，以植物吸收为主来净化土壤与水体的方法有土地生物修复、生物塘和人工湿地技术等。

1、生化处理技术由于生化反应的过程、条件和参与反应的微生物种类的不同，生化处理技术可简单地分为好氧与厌氧降解两类，两类生化反应的基本过程如下：好氧降解：有机物＋氧气＋好氧微生物/酶→水＋二氧化碳＋无机养分＋能量。厌氧降解：有机物＋厌氧与兼氧微生物/酶→降解的有机产物＋无机养分＋能量。

好氧降解技术好氧降解技术包括活性污泥法和生物膜法。

（1）活性污泥法活性污泥法是最传统的好氧生物处理技术。活性污泥是指微生物利用废水中的有机物生长与繁殖而形成的絮凝体。活性污泥法的工作原理是：在废水中通过曝气供氧，促进微生物生长形成活性污泥，利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降性能来净化废水中的有机污染物。处理过程中，有机降解是依赖活性污泥的吸附与氧化分解能力，而泥水分离则是利用活性污泥的凝聚和沉降性能。活性污泥法中两项最基本的技术措施是：通过曝气来提高反应器水体中溶解氧的水平；通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。基于活性污泥原理的新型生化处理技术中，较为典型和成功的是间歇式活性污泥法（SBR）和氧化沟。间歇式活性污泥法是将初沉池、反应池和二沉池各工序放在同一反应器（SBR反应器）中进行，处理过程分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段。废水在SBR反应器的曝气过程中与污泥完全混合。完成降解反应后，停止曝气，活性污泥颗粒在静置中沉降，上层的清水自反应器中排出。SBR法的特点是简化了工艺结构，提高了反应器的混合传质效率，投资少，反应易于操作控制。氧化沟亦称氧化渠或循环曝气池，其特点是采用横轴转刷或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。该工艺能耗低，具有推流式和混合式两者的特征。

（2）生物膜法生物膜法是在处理污水的反应器中添加介质（填料）作为微生物附着的载体。在分解有机污染物的过程中，微生物在介质表面生长繁殖，逐步形成粘液状的膜，然后利用固着在介质表面的这种微生物膜来净化污水。在分解有机污染物的过程中，膜逐步增厚，形成表层好氧、内层兼氧和厌氧的微生态环境，因此生物膜法具有一定的厌氧降解功能。生物膜法具有无需污泥回流、膜的生物活性高、反应稳定等优点。生物膜法通常分为润壁型生物膜法（如生物滤池和生物转盘）、浸没型生物膜法（如接触氧化法）和流动床型生物膜法（如生物移动床和生物流化床）。不同类型的生物流化床在结构、充氧方式、填料性质与形状方面有一定的差异，但共同点是：床内载体在充氧过程中始终悬浮于液体中做快速运动，具有类似于液体的自由流动性，促进了物质的扩散与接触，相应提高了反应速率。

厌氧处理技术自20世纪70年代起，就有一大批类似好氧降解的厌氧反应器被研制和开发出来，如厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流