環境污染治理中生物技術的應用

杜鵑

吉林醫藥學院，吉林 吉林 132013

隨著我國經濟的迅速發展，環境問題也日益嚴峻。煤炭、石油、天然氣等能源的大量消耗，工業、生活和農業污染物的超量排放，環境保護措施的欠缺，導致我國多地出現嚴重的環境污染，環保問題也逐漸引起人們的重視。環境生物技術是將生物技術與工程學相結合的現代新興交叉前沿學科，具有能耗低、速度快、成本低、效率高、無二次污染等優點，在環境保護領域應用前景廣闊。

1 環境生物技術概況

現代生物技術主要包括基因工程、酶工程、蛋白質工程、微生物工程和細胞工程等多項高新技術。環境生物技術主要利用其中的微生物工程進行水污染、大氣污染和土壤污染治理，另有一部分直接利用植物進行環境污染控制。當前生物技術在環保領域的應用主要分為三方面：一、直接消除環境污染物，如污染物的生物凈化、污水的生物處理、廢棄物的生物利用、土壤的生物修復等；二、間接保護生態環境，如利用生物農藥代替化學農藥、采用生物固氮代替化肥；三、利用生物技術進行環境監測，評價環境質量。

環境生物技術在環境污染治理方面擁有諸多優點，例如其反應終產物多是無毒無害的，不易造成環境二次污染；污染物處理常能一步到位，減少了污染物轉移過程中對環境的再次破壞；多數反應在常溫、常壓下進行，操作簡單；能耗小，成本低；可用于處理常規技術不能解決的環境問題等。

2 環境生物技術在環保領域的應用

2.1 土壤污染的生物處理 土壤污染是指人類生產和生活活動中排放的有害物質進入土壤后，超過限量造成的污染。我國現今土壤污染的主要問題包括：農業生產中施用農藥、化肥造成的土壤板結硬化和農藥殘留；工業三廢排放造成的土壤重金屬超標；城市生活垃圾掩埋、固積造成的土壤污染。其中，土壤重金屬污染和生活垃圾處理都可采用生物技術。土壤重金屬污染的生物修復，是通過酶促反應對土壤重金屬離子進行固定，使其化學形態發生改變，移動性降低，再通過微生物或作物對不同金屬離子的吸收和代謝，最終削減土壤重金屬含量，達到修復凈化土壤的目的。利用生物技術將城市生活垃圾無害化處理，并將反應產物用作農業肥料，變廢為寶，也是未來研究和應用的熱點。

2.2 廢水的生物凈化 水體污染的來源包括工業廢水、生活污水、農業廢水等，污染物成分復雜，特別是化學性污染物，既包括無機污染物如汞、鉻、鉛、砷、磷、氮、氰化物、酸、堿、鹽等，也包括有機污染物如酚類、石油醚、苯及苯系物等。廢水的生物凈化技術主要是利用水體中微生物的新陳代謝作用，使廢水中的有機物和部分無機物轉化或分解，成為穩定且無毒無害物質，甚至可再生資源，最終達到廢水凈化的目的。常用的生物處理方法包括需氧處理法和厭氧處理法。需氧處理法分為生物膜法和活性污泥法，常用于處理電鍍行業的含氰基廢水、高分子行業的含甲醛廢水及農藥等多種生產性廢水。厭氧處理又稱為厭氧消化，是在缺氧條件下利用厭氧微生物將有機物分解為硫化氫、甲烷和氨的方法，主要用于處理高濃度有機廢水，如食品廠、屠宰場廢水等。

2.3 農藥殘留的生物降解及生物農藥推廣 消除化學農藥殘留危害的方法有兩種，一是利用微生物降解殘留農藥；二是推廣生物農藥替代化學農藥。微生物降解農藥的機制分兩種：一是農藥直接吸附于降解菌表面，進而穿透細胞膜，在膜內與降解酶結合發生一系列酶促反應，最終農藥被分解為無毒產物，從而達到降解目的；二是通過礦化作用、共代謝作用等微生物的自身活動間接對有機磷農藥進行降解。生物農藥的推廣可從根源上消除化學農藥對環境的破壞。生物農藥又稱天然農藥，主要是利用生物體或其代謝產物，達到殺滅或抑制影響農業生產的病、蟲、害的一大類物質的統稱。與傳統化學農藥相比，具有選擇性強，對人、畜危害性小、可利用天然可再生資源加工等優點。而其最大的優點是生態影響小、無污染，主要活性成分源于自然，易被土壤微生物、植物或日光等分解。

2.4 白色污染的生物消除 白色污染是對難以降解的塑料垃圾的一種形象稱謂，是指聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等高分子物質制成的各類塑料制品，廢棄后形成的固體垃圾。塑料制品從石油中提煉而來，但在土壤中卻需要一百年以上甚至更長時間才能夠自然分解。我國現有的解決白色垃圾的方法主要有以紙代塑、使用可降解塑料及通過行政手段頒布限塑令等，但收效并不明顯。未來，通過生物技術手段降解塑料，使其無害化，可能是解決白色垃圾的最有效途徑。利用生物技術手段分離可降解塑料的微生物種群，通過微生物的代謝、分解，對塑料制品中的高分子聚酯結構進行破壞，從而達到消除污染的目的。目前，德國、英國和日本已經進行了相關研究，并實現了部分產業化。

3 結語

隨著基因工程、酶工程、微生物工程和環境工程的迅速發展，環境生物技術將越來越廣泛的應用于環境污染防治和生態建設中。合理開發生物可再生資源，保護生物多樣性、科學利用生物技術，必將是未來全球關注的重要課題。同時，人類也應從自身做起，合理利用資源，最大限度避免和減少環境破壞，為人類自己及子孫創造一個和諧美好未來。

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[3]朱將偉，陳衛紅，邱江平．生物技術在環境保護中的研究與應用概況[J]．生物技術通訊，2010，21（1）：145～147．