环境生物技术与环境保护

环境生物技术与环境保护

日期：2009-12-25 来源：2008 字体大小：大中小

环境，是指影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。因此，环境保护也就是为了保障人类的生存和发展，人类社会就环境的维持和改善所采取的行政、法律、经济、科学技术等多方面的措施和进行的积极活动。20世纪中叶以来，环境问题已经成为整个地球的一大危机，人类赖以生存和发展的环境受到了严峻挑战，资源的迅猛开发与滥采滥用，使其日益枯竭，生态环境遭到了严重破坏，造成了各种污染事故频频发生。环境问题已经成为当今人类面临的全球性问题之一，引起了各国的普遍关注。1983年底，国务院宣布“环境保护是中国的一项基本国策”。环境保护是跨经济、社会、技术等学科的综合性科学。环境保护研究人体健康、人类生产和生活环境的舒适程度，以及自然资源保护和生态系统平衡。环境保护的基本任务是保护和改善生活环境与生态环境，防治污染和其他公害，保障人体健康，保护自然资源，促进社会主义现代化建设的发展。环境保护强调以防为主，防治结合，强调加强环境法制工作，推行总量控制、清洁生产等对策，并实行可持续发展战略。面对随经济的飞速发展而日益加剧的环境污染状况，如何保护环境、合理有效地处理环境污染物已迫在眉睫。采用传统的物理、化学方法可达到一定的除污净化效果，但成本高、过程繁琐，并易造成二次污染。近年来，利用微生物等环境生物技术处理环境污染物，所具有的安全、高效、廉价的优点，逐渐引起人们的重视。 1 环境生物技术的产生和发展环境生物技术(Environmental Biotechnology)是一门现代生物技

术与环境工程相结合的新兴交叉学科，主要由生物技术、工程学、环境学和生态学组成，是一门综合性科学体系，涉及多种学科，它的产生和发展反映了基础科学研究的最新成果，同时也体现了工程科学开拓出来的新技术和新工艺，代表了环境工程技术的发展方向。在环境工程研究领域，一般将19世纪末生物滤池的出现和1914年w．T．Loekett和．E．Arden 发明“活性污泥法”作为环境生物技术的开端。20世纪五、六十年代，随着工农业的快速发展所带来的环境污染尤其是水污染的加剧，直接刺激和促进了环境生物技术的发展；70

年代 Chakrabaty等人成功构建了含有多种降解质粒的“超级细菌”，为80年代环境生物技术的发展奠定了基础；1981年，欧洲生物技术联盟(EFB)首次将环境生物技术用于设立环境生物技术专门机构的名称，并将控制污染的生物技术概称为环境生物技术；1983年，美国在西雅图召开了首届“利用基因控制污染”的环境生物技术专题会议。进入90年代以后，环境生物技术更是引起了更多的注意并得到了充分的发展。1994年美国生物工业组织(BIO)

和白宫国家科学技术委员会共同组织的可持续环境中生物技术大会上提出了基因工程微生物、优选微生物和生物传感技术中可利用菌类等3大最新发展技术领域；1995年，美国国家科学和技术委员会发表的名为《2l世纪生物技术新方向》的蓝皮报告中将环境保护和环境生物技术列在了很重要的地位；1996年在美国和2000年在日本召开的两届国际环境生物技术大会上，也都充分展现了世界各国对环境保护和环境生物技术研究的重视。 2环境生物技术的研究内容与特点国外学者认为生物技术中的三个部分属于环境生物技术范畴：一是在环境中应用的生物技术，二是涉及到环境中的某些可看作为一个生物反应器部分的生物技术，三是作用于一些必定要进入环境的材料的生物技术。从国内外的研究可以发现，目前环境生物技术的主要研究内容包括四个方面：降解污染物的工程菌和抗污染型转基因植物的相关研究，环境友好材料生物合成技术的相关研究，危险性化合物的降解和污染场地的生物补救研究，以及废物强化处理技术研究。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、水和氮气而且能一步到位，避免了污染物的多次转移。因此环境生物技术具有速度快、消耗低、效率高、成本低以及无二次污染等显著优点，是环保中应用最广的、最为重要的单项技术。美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时指出“生物治理技术优于其他新技术的显著特点在于它是污染物消除技术而不是污染物分离技术”。据美国环保局估算，美国现有的化学工业若有5％为生物过程取代，污染防治费用可降低约1亿美元。生物技术的产品或副产品基本上可以快速生物降解，并且可以作为营养源加以利用。利用生物修复技术净化环境，可使受污染的宝贵资源如水资源、土壤等得以重新利用，还可进一步强化环境的自净能力。 3环境生物技术在环境保护中的应用 3．1 生物监测技术在环保领域中的应用应用酶联免疫技术、PCR技术、电子显微技术、基因差异显示技术、生物传感器、基因探针、生物芯片等现代生物技术对环境进行监测与评价，是近年来国内外科学工作者研究的热点，研究报道也日益增多。应用酶联免疫技术检测分析环境中的农药及其代谢物是90年代的一项新技术。目前，国内外已经开发出杀虫剂、杀菌剂、除草剂等农药以及多氯联苯、二恶英、抗菌素等污染物的酶联免疫分析方法，其中用于现场快速分析的酶免疫试剂盒已商品化。此技术具有快速灵敏，费用低，特异性强和适于现场大量样品分析等优点。我国在环境污染的生物监测方面也取得了一些新进展。一是广泛开展了生物监测方法的研究；二是各种生物综合监测指标的研究；三是利用生物监测手段和评价环境质量。我国华东师大吴自荣等同志利用冷冻干燥的发光细菌的发光强度随水质污染程度而变化的特点，研究提出了上海苏州河水质发光细菌测试和评价方法。 3．2废水生物处理技

术我国的水污染十分严重，高浓度有机物废水的处理是我国水污染治理的重点难题。污水中有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。应用遗传工程技术构建符合人们需要的微生物高效菌以及具有降解多种污染物功能的超级菌，可以提高对污染物的降解能力、加快降解速度，以增强净化污水的效力。如微生物高效菌能够将氰化物(氰化钾、氰氢酸、氰化亚铜等)分解成二氧化碳和氨；利用专门分解硫化物的微生物可以从废水中回收硫磺；利用能够降解石油烃的超级菌以清除油对水质的污染等。还可以将大量的微生物高效菌凝聚在泥粒上形成活性污泥，用来分解和吸附废水中的有毒物质，污水净化后沉积的污泥中存在丰富的氮、磷、钾等元素，是很好的有机肥料。 3．3大气污染的生物处理随着现代工、农业的发展，大量有毒、有害气体被排出，严重污染环境。微生物对污染物能较快地适应，并可使废物、废气得到降解和转化。同传统空气污染控制技术如活性炭吸附、湿法洗涤和燃烧等相比，微生物法以其处理效果好、投资及运行费用低、易于管理等优点，逐渐应用于空气污染控制中。近年来，采用把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合的方法而把煤和黄铁矿分开，进而达到脱硫。美国利用CBl菌株可脱去18％一47％的有机硫。捷克斯洛伐克1991年在其北部三个露天煤矿用氧化亚铁硫杆菌脱褐煤中硫，平均能脱去无机硫78．5％0有机硫23．4％。德国和荷兰用生物膜过滤器处理含硫化氢废气，其控制效率达90％以上。新西兰、英国、日本和美国也有在工业上规模应用的报导。 3．4 固体废物的生物降解在众多的处理方法中(如堆肥、焚烧、热处理等)，生物处理具有成本低、运行费用低、操作简单、易管理等优点。城市垃圾的“生物反应堆”理论就是其中的一种，它与传统的卫生填埋相反，允许适量的水分进入填埋场，增加湿度，为微生物的生长和繁殖提供有利的条件，从而加速固体废物的降解和稳定。 (1)好氧生物处理好氧生物处理是利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用，将废物中复杂的有机物分解成二氧化碳和水，其重要条件是保证充足的氧气供应、稳定的温度和水。实际工程中就是在填埋场中注人空气或氧气，使微生物处于好氧代谢状态。 (2)厌氧生物处理厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作用处理废物，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等，一般需要保证温度、无氧或低溶解氧浓度。 (3)准好氧处理准好氧填埋场的主要设计与运行思想是使渗滤液集水沟水位低于渗滤液集水干管管底高程，使大气可以通过集水干管上部空间和排气通道，使填埋场具有某种好氧条件。准好氧处理靠垃圾分解产生的发酵热造成内外温差，使空气流自然通过填埋