(环境生物学)生物技术在环境保护中的研究与应用概况

新疆农业大学

专业文献综述

题目:生物技术在环境保护中的研究与应用概况姓名:艾尼瓦尔.阿卜力米提

学院:农学院

专业:生物技术

班级:生技061

学号:063135136

指导教师:姚正培职称:

2010年12月08日

生物技术在环境保护中的研究与应用概况

作者：艾尼瓦尔.阿卜力米提指导老师：姚正培

摘要：从废水、废气、固体废弃物处理及环境监测和环境修复等几个方面介绍了生在环境污染治理和环境保护中的应用与研究进展，分析了生物处理工艺的特点及优言了环境生物技术今后的发展方向和前景。

关键词：生物技术；环境保护；应用；研究；概况

生物技术可分为两类：一是传统的生物技术，即利用生物的天然机能及其酶行物质生产或参与其他生物处理过程的技术；二是新兴的生物技术，即利用基因工胞工程、酶工程、发酵工程等新兴技术，人工改造生物机能及酶系统进行物质生产处理的技术。生物技术在环境保护方面的应用，可大致分为两类：一类是消除环境直接应用，如环境污染的生物净化、废弃物的生物综合利用、污染的生物监测等；用于保护生态环境的间接应用，如用生物固氮顶替化肥、用生物农药取代化学农保护和创造物种的办法维护生物的多样性、用发展生物能源的办法防止生态破坏等就生物技术在环境污染治理和环境保护中的应用现状及前景作简要的概述。

1生物技术的内容与特点

多数学者认为，现代生物技术应包含微生物工程、酶工程、细胞工程和基因工个部分，各部分有其特定的理论基础和不同的应用领域，但是它们之间又互为补充结合，最终形成一个完整的体系。生物技术的特点大致有：①以生物为对象或工具限于现有资源的应用，更强调资源的再生利用和可持续发展，提倡环境友好；②一温、常压下进行操作，过程简单，能连续进行，并可节约能源，减少环境污染；③要定向选育或创造新物种、新品种及其他有用的生命类产品；④能提供高效生产各制品的新途径、新方法；⑤能用于处理常规技术和传统方法不能解决的问题。因此生物技术自20世纪末以来受到越来越多的关注，它的巨大市场潜力和诱人的投资吸引着世界的目光。

2生物技术在环境保护中的应用现状

2．1生物技术在废水处理中的应用

现代废水生物处理技术是利用水中微生物的新陈代谢功能，使废水中的有机转化为无害的物质，使废水得以净化。属于生物法处理工艺的有活性污泥法、生物自然生物处理法和厌氧生物处理法等[1]。

2．1．1活性污泥法活性污泥法是被广泛采用的传统废水生物处理工艺。它工条件下，将空气连续鼓入溶解了大量有机污染物的污水中，对污水中的各种微生连续混合和培养，形成悬浮状态的活性污泥，在活性污泥上生活着大量的好氧微生些微生物在好氧条件下能以溶解性有机物为食料获得能量，并不断增长，使污水中污染物得以分解去除，最后使污泥与水分离，大部分污泥回流到生物反应池，多余

称，其共同的特点是微生物附着在作为介质的滤料表面，生长成一层由微生物构成污水与之接触后，其中的溶解性有机污染物被生物膜吸附，进而被氧化分解，使以净化。目前，生物膜法是一项在废水处理工程上被广泛运用的技术，采用这种方筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。随着生物技术的迅猛生物流化床和生物转盘技术更加成熟，应用也越来越广。生物转盘、生物流化床中的清除有机物的生物膜、既可以作为独立的污水生物处理设备，也可以与其他处理合使用，以提高现有设备的处理效率。

2．1．3自然生物处理法利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理废水的称为自然生物处理法。其特点是工艺简单，建设与运行费用低，但净化受自然条件的主要处理技术是稳定塘和土地处理法。

稳定塘是利用塘中天然微生物的代谢作用氧化分解废水中的有机物，稳定塘中塘中藻类的光合作用和塘面与大气接触的溶氧提供，在稳定塘内废水停留时间长，的净化过程与自然水体净化过程基本一致。包括废水灌溉在内的土地处理也是一种物处理法，废水向农作物提供水分和肥分，废水中非溶解性杂质为表层土壤过滤截种有机物及截留物会被微生物分解利用，最终起到净化废水的作用。

2．1．4厌氧生物处埋法厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无下降解有机物的处理技术。用于厌氧生物处理的构筑物有消化池、厌氧滤池、上流污泥床、厌氧转盘、挡板式厌氧反应器和复合厌氧反应器等。

2．2生物技术在废气净化处理中的应用

生物净化技术应用于废水处理领域已有100多年的历史，而应用于废气处理的很短。自20世纪80年代末以来，这一方法已逐渐成为工业废气净化处理领域的研究目前较为成熟的生物处理方法主要有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等。生物技传统有机废气处理方法比较，具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等优点

废气生物净化处理技术多利用微生物来发挥作用，根据微生物在废气处理过程的形式，可分为吸附法和过滤法两类。吸收法主要用来处理含胺、酚和乙醛等污染体，去除率可高达95％；生物过滤法常用于有臭味废气的降解。美国利用微生物净化工业性恶臭气体效果显著，而且不产生二次异臭；德国和荷兰利用生物膜过含硫化氢的气体，硫化氢去除率达90％以上[2]。

Kim等在人工条件下模拟生物过滤器处理含不同浓度NH3的气体，填充物为用钠和PVA包埋的固定化微生物小球，当入口NH3浓度为4.5g/（m3·h）时，去除率几乎％[3]。魏在山等利用生物膜填料塔对橡胶再生脱硫过程中产生的低浓度有机废气进性处理，结果表明生物膜填料塔处理工业有机废气是可行的，当条件适宜时，净可保持在90％以上，能够实现达标排放，该工艺还具有投资小、运行费用低等优点

2．3生物技术在固体废弃物处理中的应用

固体废弃物主要来自工农业生产、城市生活垃圾及污水处理的剩余污泥等。目内外固体废弃物的处理方法主要有4种：①固积，此为最早采用的垃圾处理方式，

生产的肥料或其他有用产品，以实现变废为宝。城市生活垃圾中有机物约可占到总％，经过生物技术处理后，可作为作物生长的优质肥料，实现城市生活垃圾的部分资这无疑有利于保护生态环境。

2．4生物技术在环境监测中的应用

近年来，国内外研究较多的是应用PCR技术、生物芯片、生物传感器等生物高进行环境监测。

PCR技术即聚合酶链式反应，是在体外合成特异性核酸片段的方法。PCR技术为从分子水平上研究各种生命体或生命体相关物质提供了物质基础。PCR技术在环上主要可用于生物类污染物的检测，检测过程大致包括以下步骤[5]：①模板核酸的②PCR扩增靶序列；③PCR扩增产物的检测与分析。Niederhauser等[6]利用PCR技食品中的单核细胞增生性李斯特菌，只需几个小时即可完成，大大缩短了分析周期方法需10d）。刘永军等[7]通过设计多种肠道病原细菌的通用引物，运用实时荧光定量法，实现了环境水体中肠道病原细菌的定量检测，并具有很好的灵敏度，检测结统的滤膜法相比较，可信度为94％。PCR技术的高灵敏度和专一性特别适于检测行的样品，藉由与其他已知方法相结合扩增特定的基因序列，用于检测环境中有传寄生性孢菌[8]。不仅如此，PCR技术还可以跟踪检测环境中的基因工程菌株，测定达和根据基因序列的诊断来检测环境中的特异性种群[9]。随着PCR技术的不断发展继建立了套式PCR、反向PCR、复式PCR等。

生物芯片是20世纪末发展起来的一项生物学检测分析新技术，它是生物技术及计算机技术相融合的产物，能实现生物及医学等相关领域的高通量、高精度检测物技术的进一步发展打下了基础。例如，基因芯片进行的表达水平检测，可自动检基因的表达情况。在某些环境污染物的影响下，敏感生物个体的基因表达水平会发程度的变化，分析基因组中的序列变化可筛选出突变和多态性变化，揭示表达的差独或综合地确定该物质对敏感生物基因水平的影响及影响的程度，可以以此来评估的污染物及其生物效应。根据芯片上固定的样品探针不同，生物芯片可分为基因芯白质芯片、组织芯片等。Fritzsche等[10]用纳米金标记的DNA芯片实现了对环境中的检测，芯片还具有寿命长、安全可靠、具备很好的稳定性和专一性、易操作等优外，Rudolph等[11]报道了一种新颖的可提供海量信息的细胞芯片和组织芯片，与基或蛋白质芯片相比，它可以提供更多的、更复杂的应答信息，为应用于环境检测提能。

生物技术及电子信息技术的迅猛发展，也为生物传感技术的发展打下了坚实的推动了生物传感技术的不断进步，使该技术受到了越来越多的关注。由于传感器度自动化、微型化与集成化等特点，能提供快速有效的分析手段而代替传统的实术，可能为生物医药、环境监测、食品工业等领域带来新的技术革命。利用生物传术检测环境污染物，特别是将其作为现场及时检测手段日益为人们所重视。早在19 Karube设计了一种能用于致突变物检测的微生物传感器，工作菌株为枯草芽孢杆种传感器速度快且具有很好的灵敏度，对呋喃糠醛胺的最低检测浓度为1.6μg/mL 用来检测丝裂霉素、硝基胍、克菌丹等致癌物。Kim等用经过重组的荧光细胞构建传