環境保護工程中生物技術與重要進展分析

傅永杰 肖許亮 曾曜

（1、四川省核工業輻射測試防護院，四川 成都 610000；2、重慶市大渡口區環境監測站，重慶 404100）

環境生物技術已不單純是一種污染治理技術，而已開始影響到包括其他行業的產業政策，促進各工業部門逐步以生物過程替代傳統的化工過程，如利用生物酶制劑在造紙行業中，進行生物漂白，減少甚至徹底替代化學漂白，并最終在造紙工業中實現完全的生物制漿和生物漂白，徹底解決嚴重污染我國水環境的造紙黑液問題，使許多污染行業的工業生產真正進入無污染的清潔生產的軌道。

1 環境生物技術的特點

生物是構成生態系統的要素，生態系統內物質循環主要是依靠生物過程來完成的。科技的發展也充分證明生物技術是環境保護的理想武器，這一技術在解決環境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優越性充分體現在它是一個純生態過程，從根本上體現了可持續發展的戰略思想。生物技術在處理環境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優點，加之其技術開發所預示的廣闊的市場前景，受到了各國政府、科技工作者和企業家的高度重視。

目前生物技術應用于環境保護中主要是利用微生物，少部分利用植物作為環境污染控制的生物。生物技術已是環境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質的降解、清潔可再生能源的開發、廢物資源化、環境監測、污染環境的修復和污染嚴重的工業企業的清潔生產等環境保護的各個方面，發揮著極為重要的作用。應用環境生物技術處理污染物時，最終產物大都是無毒無害的、穩定的物質，如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉移，因此它是一種消除污染安全而徹底的方法。大部分有機污染物適于作為底物，一些有機污染物經生物過程處理后可轉化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質，因此，生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術。生物過程是以酶促反應為基礎的，酶是一種活性蛋白，生物反應過程通常是在常溫、常壓下進行的，因而投資省、費用少、消耗低、效果好、過程穩定、操作簡便，同時，它還可和其他技術結合使用。生物過程代替化學過程可以降低生產活動的污染水平，有利于實現工藝過程生態化或無廢生產，真正實現清潔生產的目標。另外，生物技術的產品或副產品基本上都是可以較快生物降解的，且都可以作為一種營養源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學藥物、化石能源、人工合成物等，有助于把人類活動產生的環境污染降至最低程度，使經濟發展進入可持續發展的軌道。利用環境生物技術可治理用其他方法難以處理的環境介質，即用生物修復技術凈化環境，使受污染的寶貴資源如水資源、土壤等得以重新利用，同時還可進一步強化環境的自凈能力。

2 環境生物技術的重要進展

環境污染不但影響了國民經濟的可持續發展，甚至已威脅到人類的健康、智力乃至生存，因此全球各國近幾年都在尋找新的途徑和方法，以治理和解決環境污染問題。我國是一個發展中國家，經濟水平和科技總體水平離國際發展水平仍有相當差距，這就要求我國在科技發展特別是環保高科技發展上，需跟蹤國際前沿，與國際同步開發未來可能應用的高新技術。以下介紹幾項已接近產業化的環境生物技術。

2.1 高硫煤微生物脫硫技術

我國是一個發展中國家，開發廉價的、操作簡便的煤脫硫技術，將具有深遠的經濟和環境保護意義。與現有的物理、化學法相比，微生物潔凈技術具有投資低、操作簡便、反應條件溫和、不產生新污染，并可和現有的物理洗煤過程相結合，脫除其中的灰分，而煤基本無損失，且可提高煤的燃值等優勢。

煤的微生物潔凈技術主要是脫硫、脫塵。煤炭中的硫分主要包括有機硫和無機硫、無機黃鐵礦硫以及少量的硫酸鹽硫。其中，有機硫分、黃鐵礦硫FeS2較易去除，早期的研究主要利用一些自養菌在幾天時間里將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水中而排出。雖然該方法脫硫效率較高，可去除90%的無機硫，使某些煤的含硫量降至1%以下，但處理的時間較長，并要求較大的反應器容積和較細的煤炭粒徑。

為提高脫硫效率，近年來研究人員把選煤技術之一的浮選法和微生物處理相結合，即把煤粉碎成微粒與水混合，并將微生物加入溶液中，讓微生物附著在黃鐵礦表面，使其表面變成親水性，能溶于水。在浮選中其難以附著在氣泡上，下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時間只需數分鐘即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約70%。另外，該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時，灰分也可同時沉底，所以也具有脫去灰分的優點。目前，浮選法微生物脫硫已成為國際上潔凈煤技術開發的熱點。

2.2 造紙工業生物制漿和生物漂白技術

造紙工業中的制漿和漂白工序是污染物產生的主要工序。與化學法相比，雖然機械法制漿紙漿得率高，可節省大量林木資源，但能耗很大，成品紙強度等質量性能不如硫酸鹽漿，因而限制了這項技術的發展。生物技術可以幫助解決這問題，其中以生物制漿與生物漂白為最具優勢，采用生物制漿與生物漂白可以有效減少蒸煮黑液和漂白廢液的產生。利用微生物與微生物酶類進行生物制漿與生物漂白具有很大的優勢和潛力，因為微生物極易生長繁殖，酶催化反應具有高度專一性，反應條件溫和，并且高效無污染。

木質素是造紙工業中有效利用纖維素的最大障礙。傳統的化學漂白法是采用多段的氯/二氧化氯漂白及堿提取來去掉木質素，在廢水中會有大量含氯的、致癌致畸的物質，如呋喃、二惡英等，造成嚴重的環境污染和生態破壞。將生物預漂白技術引入制漿造紙工業中，用木聚糖酶對紙漿進行預漂白，至今，用于生物預漂白的木聚糖酶已經經歷了三代的發展。目前，對第三代木聚糖酶的研究與應用正進入高峰期，采用基因工程與蛋白質工程手段獲得性質優良的耐熱耐堿木聚糖酶已成為各相關實驗室的研究熱點，期望不久的將來重組酶會更有效地應用于漂白工藝中。未來生物制漿和生物漂白的技術突破將使造紙工業擺脫污染，實現清潔生產。

2.3 污染土壤的生物修復

人類的生產活動，當代工業的迅速發展，大量的人造化學物質排放入環境中，對資源和環境構成越來越嚴重的破壞。化石燃料的開采和使用，工業三廢的排放，給我們賴以生存的環境造成難以估量的污染，不僅制約了經濟的發展，而且影響到人類的健康和生存。

針對嚴重污染的土壤，我國尚未采取大規模的治理措施，僅在少數地區開展了治理，并以物理化學方法(如洗脫、吸附)為主，不僅投資成本高，而且也造成了二次污染。對全國范圍的污染環境進行修復，若采用傳統方法，即使考慮勞動力相對便宜的因素，其投資規模將仍然非常龐大，如采用生物修復技術，不僅其投資規模大為縮小，而且還沒有二次污染。綜上所述，環境污染的生物修復技術是我國今后治理環境污染必須發展的生物技術，更具有廣闊的市場和發展前景。可預見，在21世紀，生物修復技術將成為我國生態環境保護領域最具有價值和最具有生命力的大面積污染的優選生物工程技術。

生物修復技術是80年代以來出現和發展的清除和治理環境污染的生物工程技術，其主要利用生物特有的分解有毒有害物質的能力，去除污染環境如土壤中的污染物，達到清除環境污染的目的。實踐結果表明生物修復技術是可行的、有效的和優越的，此后該技術被不斷擴大應用于環境中其他污染類型的治理。生物修復是采用諸如提高通氣效率、補充營養，投加優良菌種、改善環境條件等辦法來提高微生物的代謝作用和降解活性水平，以促進對污染物的降解速度，從而達到治理污染環境的目的。

結束語

目前，我國的環境生物技術處于剛剛起步階段，該技術的進一步開發需要得到社會、同行及主管部門的廣泛支持，大力開展以污染控制生物技術為主體的環境生物技術的研究，將大力推進生物技術在環境保護中的應用，并將通過生物高技術的發展帶動整個環保科技的發展，解決我國目前和未來面臨的嚴峻的環境保護問題，并為環保市場提供高品質的環境保護高技術，應該充分認識到環境生物技術開發對我國環境保護和社會、經濟發展的重大意義。

[1]崔巍.環境保護行政管理體制研究[J].河南大學，2010-05-01.

[2]孫明媚.論我國的環境保護公眾參與制度[J].中國海洋大學，2009-06-10.