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生物技术应用于环境保护


生物技术应用于环境保护

姓名:尹楠楠

学号:2084120329

摘要: 摘要:生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科 技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器, 这一技术在解决环境问题过程中所显 示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程, 从根本上体现了可持续

发展的 战略思想。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、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, 加之其技术开发所预示的广阔的市场前景, 受到了各国 政府、 科技工作者和企业家的高度重视。 随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的 深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的 希望。 关键词:生物技术、环境保护、修复 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。美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时也指出“生物治理技术优于 其他新技术的显著特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术 ” 由于大部分有机 污染物适于作为生物过程反应物(底物), 其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼 气、酒精、生物蛋白等有用物质,因此,生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。 生物过程是以酶促反应为基础的,作为催化剂的酶是一种活性蛋白,因此, 生物反应过程 通常是在常温、常压下进行的。另外,酶对底物有高度的特异性,因此,生物转化技术 (Bioconversion)的效率高,副产物少,这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比,反 应条件大大简化,因而投资省、费用少、消耗低,而且效果好、过程稳定、操作简便,同时, 在多数情况下, 它还可和其他技术结合使用。 用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的 污染水平,有利于实现工艺过程生态化或无废生产,真正实现清洁生产的目标。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。 生物处理技术除易于大规模处理外, 还可利用天然水体或土壤作为污染物处理场所, 从而大 大节约生物处理的费用。 另外, 生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降 解的, 并且都可以作为一种营养源加以利用。 用生物制品代替一切可以取代的化学药物、 化石能源、 人工合成物等,有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度,使经济发展进入 可持续 发展的轨道。生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程 来完 成的。因此,利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质,即用生物修复

(Bioremediation)技术净化环境, 使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、 土 壤等得以重新利用,同时还可进一步强化环境的自净能力 环境保护 生物监测技术在环保领域中的应用 1、 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。 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、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。 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体,促进垃圾的分解和稳定。准好氧填埋有如下优点:第一, 它不需要强制通风,节省能量;第二,渗滤液产生后被迅速收集,减少了对地下水的污染; 第三,相对于厌氧处理,垃圾稳定得更快,危险气体,如 CH4,H2S 等的产量降低。(4)混合 生物处理 混合生物处理是既有好氧又有厌氧的生物处理方法,是在填埋下一层垃圾之前好 氧处理 30 一 60d,其目的是让垃圾尽快经过产酸阶段为进入厌氧产甲烷阶段做准备。这种 方法主要的优点在于把厌氧的操作简单和好氧的高效率有机地结合起来了, 增加了对挥发性 有机酸、对空气具危害性的污染物的降解,其主要特点是降解速度快。 5、 生物修复技术是 80 年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术, 主要是利用生物独特的分解有机物质的能力, 去除污染环境如土壤中的污染物, 达到清除污 染的目的。生物修复主要包括植物修复和微生物修复。近 20 年来,人们认识到植物吸收可 以作为各种污染物的生存介质包括土壤等的净化技术开发。 目前已经有利用沙漠植物修复科 威特石油污染的土壤的研究工作。 而微生物的修复工作更是显得多种多样, 可以被广泛的用 来去除土壤等介质中的石油污染、 有机氯化物污染、 聚合物污染和重金属污染等多种污染物, 并且具有典型的处理速度快、经济、无二级污染的特点。 6、 环境生物技术在预防污染上的应用(1)利用分子遗传技术筛选特定菌种将产品生产过 程的废弃物直接转化为能源或副产品, 如微生物化肥; 利用 DNA 重组及蛋白质工程技术快速 生成特定的酶,应用于生产环节,减少化学无机品用量,从而达到清洁生产的目的。(2)利 用分子微生物族群、基因技术、DNA 修复改变某些物质的分子结构使其具有可降解性或加速 自然降解的速度。例如生物农药、生物肥料、生物可降解塑料薄膜等生物产品将会大量应用 到生产实际当中,逐步取代对环境存在污染或者污染威胁的环境物质的使用(如化学制成品 的农药、化肥等)。 随着科技的进步, 生物科学和生物工程、 以及生物技术将被越来越广泛地应用于生物多 样性保护、人类健康、环境污染防治和环境、经济、社会的可持续发展,同时在攻克环境保 护的科技难关中有广阔的发展前景。2l 世纪,实现生物多样性保护,合理开发生物资源, 有效利用生物技术,必将是本世纪的重要课题。我国是污染严重的国家,我们要构建一个有 利于现代生物技术在环保中应用的良好环境, 同时最大限度地减少和预防与这些技术伴生的 对人类和环境的危害。 环境生物技术不仅单纯适用于环境污染治理, 如今已相当广泛地应用 于环境监测,尤其是以 生物传感器为核心的环境生物监测技术,可在线在位迅速地提供环 境质量参数,成为环境质 量预报和报警中的重要组成部分。

参考文献 环境生物技术原理与应用 翻译版 环境生物技术在水污染治理中的研究与应用 环境生物技术的应用及发展趋势 作者:刘德绍; 郑强; 作者:余莉萍; 尹华; 彭辉;


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