以微生物為例淺析生物技術(shù)在化學(xué)污染治理中的應(yīng)用

*李雋哲

(山西省知達(dá)常青藤學(xué)校 山西 030000)

以微生物為例淺析生物技術(shù)在化學(xué)污染治理中的應(yīng)用

*李雋哲

(山西省知達(dá)常青藤學(xué)校 山西 030000)

隨著我國的社會(huì)科技發(fā)展逐步加快,工業(yè)化生產(chǎn)逐步增強(qiáng),隨之而來的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重,為了更有效地解決環(huán)境污染問題,以微生物技術(shù)為核心的環(huán)境污染治理方法被廣泛應(yīng)用.該方法具有低能耗、低成本、高效率的優(yōu)點(diǎn),并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染.基于此,本文就我國當(dāng)前的環(huán)境狀況和在環(huán)境污染治理中遇到的各種問題做了簡要的分析,并以微生物為例,分析了生物技術(shù)在化學(xué)污染治理中的應(yīng)用,以供參考.

微生物;化學(xué)污染;環(huán)境治理;發(fā)展前景

1.前言

目前,使用微生物技術(shù)處理環(huán)境污染的方法被廣泛應(yīng)用,在大氣污染、水污染、土壤污染等方面都發(fā)揮了巨大的作用.隨著我國的社會(huì)科技發(fā)展逐步加快,工業(yè)化生產(chǎn)逐步增強(qiáng),人口城鎮(zhèn)化逐步擴(kuò)大,各種有害物質(zhì)、生活垃圾排放到水體、大氣和土壤中,其中一部分可以用物理方法進(jìn)行清除,但更多一部分長期存在、難以降解,使得環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重.為了解決環(huán)境污染問題,微生物技術(shù)被廣泛應(yīng)用.微生物廣泛分布在自然界中,它可以高度降解自然界中存在的有機(jī)物等污染物,通過生物轉(zhuǎn)化,可以將環(huán)境中的各種有害物質(zhì)和城市垃圾轉(zhuǎn)化為沼氣、腐殖質(zhì)肥料等,并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染,達(dá)到治理環(huán)境污染的目的,從而達(dá)到我國社會(huì)科技和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的.

2.微生物技術(shù)的簡介

(1)微生物的概念及特點(diǎn)

1674年,荷蘭科學(xué)家列文虎克通過透鏡發(fā)現(xiàn)了原生生物和細(xì)菌,這是人類首次接觸到微觀世界中的生物.從生物學(xué)的角度來說,人們無法通過肉眼能夠看清的一些微小生物均稱為微生物,主要包括病毒、真菌以及原生生物等,其特點(diǎn)如下:

①種類多:微生物種類繁多,目前世界上已發(fā)現(xiàn)的微生物種類至少有十萬種以上,按照機(jī)構(gòu)和組成可分為真核細(xì)胞微生物、原核細(xì)胞微生物和非細(xì)胞型微生物.隨著科學(xué)研究的深入,還會(huì)有許多微生物種類走進(jìn)人們的視野.

②繁殖速度快:以大腸桿菌為例,在溫度、濕度、營養(yǎng)充足等適宜生長條件下,大腸桿菌每隔20min就能分裂一次,一天繁殖次數(shù)高達(dá)72次,由此可以看出,微生物在適宜條件下就能在短時(shí)間內(nèi)快速形成一個(gè)龐大的族群,這也就是食品在炎熱夏季容易腐敗的根本原因.

③轉(zhuǎn)化能力強(qiáng):微生物新陳代謝旺盛,是高等動(dòng)物的幾千到幾萬倍.以酒精酵母為例,一天內(nèi),一千克酒精酵母就可通過新陳代謝產(chǎn)生幾千千克的酒精,轉(zhuǎn)化能力強(qiáng),這也從另一個(gè)角度解釋了微生物繁殖快的現(xiàn)象.

④個(gè)體較小表面積大;微生物個(gè)體非常小,肉眼幾乎難以看見,需借助顯微鏡下才能看清楚微生物的形態(tài),這是因?yàn)榇蠖辔⑸锏闹睆蕉荚?mm以下,而個(gè)體最小的病毒的直徑一般在幾十納米左右,比如冠性病毒的直徑為11nm、麻疹病毒的直徑為12nm.基于微生物個(gè)體如此之小,同等體積下,其相對(duì)的表面積則相應(yīng)地就比較大,增加了微生物的接觸面積.

⑤適應(yīng)能力強(qiáng),容易變異:微生物的適應(yīng)能力強(qiáng)表現(xiàn)在其一旦處于某個(gè)環(huán)境之中,能夠快速適應(yīng),并在短期之內(nèi)快速繁殖;此外,微生物極易變異,而變異一般與外界環(huán)境的刺激不無關(guān)系,比如經(jīng)常服用抗生素的人身體抵抗能力比較弱,吃藥效果不明顯,這就是因?yàn)轶w內(nèi)的微生物在抗生素的刺激下產(chǎn)生了變異,具有耐藥性.

(2)微生物技術(shù)

我國微生物技術(shù)發(fā)展迅速,并在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用.比如在工業(yè)發(fā)展方面,越來越多的化學(xué)合成產(chǎn)品被微生物發(fā)酵產(chǎn)品所取代,通過化學(xué)合成技術(shù)和生物酶反應(yīng)合成技術(shù)相結(jié)合,使新的發(fā)酵開發(fā)工藝被現(xiàn)代企業(yè)大規(guī)模使用;人類面臨的各種資源匱乏問題,通過微生物科技得到改善,微生物可以通過自身新陳代謝將地球上的各種可再生資源轉(zhuǎn)化為輕工、制藥等工業(yè)原料,開發(fā)所需的原料來源廣,能源消耗低,并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染;在環(huán)境保護(hù)方面,微生物可以利用自身的活性對(duì)污染物中的有機(jī)物進(jìn)行降解,也可以去除工業(yè)廢水中的有毒有害物質(zhì)、放射性金屬,生物過濾法能去除空氣中的臭味和工業(yè)生產(chǎn)中的廢氣,并且具有低耗能、高效率的特點(diǎn).傳統(tǒng)的處理環(huán)境的方法有物理法(過濾、填埋)和化學(xué)法(沉淀、焚燒),這樣的處理方式具有投資大、治理不徹底、易造成二次污染等缺點(diǎn),而微生物科技不僅能有效避免這些問題,還能保護(hù)環(huán)境、改善能源,是當(dāng)前社會(huì)需要的環(huán)保型科技.

3.我國環(huán)境現(xiàn)狀

伴隨著我國的工業(yè)化生產(chǎn)模式逐步擴(kuò)大,所帶來的環(huán)境污染情況不斷惡化,污染情況從我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)逐步向低端產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)乃至全國蔓延.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國沿海地區(qū),每年的生活污水和工業(yè)污水排放量高達(dá)70億噸,并被大量排放到東海沿岸、渤海沿岸和黃海沿岸,海洋被人類當(dāng)做quot;垃圾箱quot;,任意傾倒,甚至把其他生活垃圾或者廢物直接倒入海中或者堆放在海邊,這不僅破壞了海洋環(huán)境還對(duì)大海中生物的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害.此外,隨著核技術(shù)在醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的不斷推廣使用,大量的含有放射性物質(zhì)的污染物被傾倒或者填埋在土壤中,這些放射物質(zhì)不僅危害人身健康,還可以隨著飲水、食物進(jìn)入到人體中,對(duì)人體造成頭暈、食欲下降,損害人體自身細(xì)胞的危害,甚至能引起腫瘤、白血病或遺傳障礙等疾病.總的來說,這些人為因素是導(dǎo)致環(huán)境惡化的主要因素,其產(chǎn)生的后果則是環(huán)境中存在著大量的化學(xué)污染,具體如下:

(1)酸堿等污染:以二氧化硫?yàn)槔?煤炭中的硫元素通過燃燒與氧結(jié)合形成二氧化硫,二氧化硫是大氣中的主要污染物,是造成酸雨的主要原因;此外一些工廠隨意排放未經(jīng)處理的廢水,這些廢水中含有大量的堿性物質(zhì),如NaOH等.這些酸堿污染物不但會(huì)損害皮膚,還會(huì)改變環(huán)境中的pH值,給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害,比如一旦農(nóng)田酸堿失衡,那么農(nóng)作物就會(huì)受到嚴(yán)重影響.

(2)重金屬污染:工業(yè)垃圾和城市垃圾以填埋的方式進(jìn)行處理,垃圾中含有的大量鉛、汞、鉻、砷、銅等重金屬元素會(huì)進(jìn)入到土壤和污水中,污染我們的環(huán)境.這些重金屬富集能力強(qiáng),不易降解,能通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi),進(jìn)而富集在肝臟等器官中,引發(fā)癌癥等病變.

(3)有機(jī)磷農(nóng)藥等的污染:農(nóng)業(yè)在使用的殺蟲劑、殺菌劑和除草劑,通過各種途徑進(jìn)入農(nóng)作物和土壤中,對(duì)土壤和水體造成污染,比如敵百蟲等.這些農(nóng)藥肆意亂用,在環(huán)境中很可能會(huì)發(fā)生反應(yīng),繼而觸發(fā)二次污染.此外,農(nóng)藥在自然環(huán)境中也不易降解,以通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi),對(duì)人的生命安全構(gòu)成了威脅.比如,早在2007年,各大媒體就曾報(bào)道過quot;毒韭菜quot;食品重大問題,很多人因?yàn)槭秤昧宿r(nóng)藥超標(biāo)的韭菜而發(fā)生了有機(jī)磷中毒.

(4)需氧污染物污染:人類日常生活中產(chǎn)生的生活污水和工業(yè)廢水,直接排放到江、河、湖泊中,污水里含有大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)等有機(jī)污染物,這些污染物在分解的時(shí)候需要大量的氧氣,使水里氧氣濃度降低,不適合魚類等動(dòng)植物生存,造成水體污染.

4.微生物技術(shù)在化學(xué)污染治理中的應(yīng)用

化學(xué)污染是指人類活動(dòng)導(dǎo)致的化學(xué)污染物進(jìn)入到自然中造成的環(huán)境污染,主要包括農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)(農(nóng)藥、化肥等)、工業(yè)廢棄物、硫、磷、鉛、汞等有關(guān)化學(xué)物質(zhì)所造成的環(huán)境污染.由于化學(xué)物質(zhì)以小分子的形式存在環(huán)境中,傳統(tǒng)處理環(huán)境的方法不能有效地對(duì)化學(xué)污染進(jìn)行治理,所以科學(xué)家研發(fā)了微生物技術(shù),該技術(shù)可以有效地解決化學(xué)物質(zhì)污染環(huán)境的問題.

(1)微生物技術(shù)在酸堿污染方面的治理應(yīng)用

酸堿污染影響水體的PH值,受污染的水會(huì)腐蝕水里的建筑或船只,改變水質(zhì),使水里的生物無法生存,通過微生物技術(shù),利用微生物的自身新陳代謝把污染物轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì),達(dá)到凈化水體的目的.人類生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化硫污染物是大氣環(huán)境中的第一大污染物,是導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生的首要因素.科學(xué)家采用微生物技術(shù)對(duì)含硫污染物進(jìn)行處理,微生物煙氣脫硫方法與濕法脫硫相結(jié)合,使大氣中的二氧化硫通過水膜處理法,與水融合轉(zhuǎn)化成硫酸鹽或者亞硫酸鹽,在厭氧環(huán)境下,通過外加碳源處理,通過添加硫酸鹽還原菌(SRB),使硫酸鹽和亞硫酸鹽物質(zhì)被還原成硫化物,然后再使硫化物與無色硫細(xì)菌相結(jié)合,生成單質(zhì)硫,最后利用物理方法將單質(zhì)硫去除,從而達(dá)到微生物脫硫的目的.結(jié)果表明,在常溫常壓下,微生物脫硫技術(shù)的效率遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)方法,并且具有脫硫率高、成本低、使用范圍廣、沒有二次污染等優(yōu)點(diǎn).

(2)微生物技術(shù)在有機(jī)磷農(nóng)藥污染物方面的治理應(yīng)用

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展,傳統(tǒng)種植方式逐漸被優(yōu)化,農(nóng)民更多的依賴農(nóng)藥進(jìn)行除草和殺蟲,以拌種、浸種、噴灑的方式使用農(nóng)藥,等于把農(nóng)藥直接混入土壤中,由此帶來的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面每年使用60多噸的農(nóng)藥(殺蟲劑、除草劑、殺菌劑等),這些農(nóng)藥的主要成分是有機(jī)磷,具有很強(qiáng)的殺蟲、殺菌力.這些農(nóng)藥會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生永久或暫時(shí)的破壞作用,并且受到污染的土壤恢復(fù)時(shí)間很長,使土壤的生產(chǎn)力和糧食質(zhì)量明顯下降.為了有效地解決農(nóng)藥對(duì)土壤的污染問題,科學(xué)家使用芽孢桿菌屬和棒桿菌屬對(duì)DDT農(nóng)藥,進(jìn)行處理,使用曲霉和青霉對(duì)敵百蟲農(nóng)藥進(jìn)行處理,使用鏈霉菌對(duì)五氯硝基苯農(nóng)藥進(jìn)行處理,通過微生物進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)化、分解,將土壤中的農(nóng)藥最終分解成為二氧化碳和水,達(dá)到凈化土壤的目的.

(3)微生物技術(shù)在重金屬污染物方面的治理應(yīng)用

隨著城市化腳步和工農(nóng)業(yè)發(fā)展逐漸加快,每年都有大量的工業(yè)垃圾和城市垃圾填埋到土壤中,這些垃圾中不僅含有很多難以降解的固體污染物,還有很多的重金屬元素,比如含汞、銅、鎳、鉛等元素的化合物,這些重金屬元素在環(huán)境中不易降解,易致癌等.所以,重金屬對(duì)環(huán)境造成的污染已經(jīng)影響到了人類的生活質(zhì)量和身體的健康.用微生物技術(shù)對(duì)土壤中的重金屬元素進(jìn)行處理,通過固化、轉(zhuǎn)化和移動(dòng),改善他們在土壤中的狀態(tài),達(dá)到修復(fù)土壤的目的.孫嘉龍等研究發(fā)現(xiàn),微生物在重金屬污染治理方面的機(jī)理主要是通過吸附、生物轉(zhuǎn)化以及菌根對(duì)金屬元素的富集作用.Geoffrey等利用小球藻來吸附重金屬,5h后,Co、Mn、Zn的吸附率分別高達(dá)62%、40%和54%.

(4)微生物技術(shù)在需氧污染物方面的治理應(yīng)用

污水中的垃圾中含有很多的碳?xì)浠衔铩⒅疽约昂衔锏扔袡C(jī)污染物.這些有機(jī)污染物在好氧生物的作用下,被分解成水和二氧化碳,導(dǎo)致水中的氧氣和養(yǎng)分降低,促進(jìn)了厭氧生物的繁殖,而厭氧生物在新陳代謝的過程中,會(huì)產(chǎn)生大量大量的有機(jī)毒物,諸如H2S不但惡臭,還會(huì)導(dǎo)致人出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)方面的疾病.微生物技術(shù)處理需氧污染物的機(jī)制為:在有氧條件下,溶于水的有機(jī)物透過微生物的細(xì)胞壁,進(jìn)入到細(xì)菌體內(nèi),不溶于水的有機(jī)污染物,經(jīng)過微生物的分解,也進(jìn)入的細(xì)菌體內(nèi),通過微生物的氧化、分解、轉(zhuǎn)化等過程,最終變成二氧化碳、水、硫酸鹽等物質(zhì),徹底降解水中污染物,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的.通常,這類污染對(duì)象主要為水體,水體由于有機(jī)物過多,超出自身的凈化能力后,則因水體中的生物分解反應(yīng)使得氧氣缺乏,繼而引發(fā)一系列污染物的產(chǎn)生.因此,從上述描述來看,增加水體中的氧氣,確保微生物的新陳代謝與分解,是解決這類污染的關(guān)鍵手段.一般情況下,工廠對(duì)污水的處理會(huì)采用活性污泥(大量的微生物)結(jié)合曝氣手段對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行充分的降解,在曝氣的過程中,水體中氧氣含量有了保證,微生物就能夠進(jìn)行正常的分解水中的需氧污染物.當(dāng)然在降解的過程中,也會(huì)一并處理了水中的其他污染,如金屬污染.

5.結(jié)語

綜上所述,利用微生物自身新陳代謝、吸附等作用可以有效地降解環(huán)境中的污染物.筆者認(rèn)為,微生物來源廣泛、在化學(xué)污染治理中的效率高、成本低等優(yōu)勢是生物技術(shù)在化學(xué)污染治理方面碾壓其他技術(shù)的重要原因.隨著微生物菌種培育、篩選以及基因改造等技術(shù)的不斷應(yīng)用與突破,生物技術(shù)必將在化學(xué)污染治理中quot;大放異彩quot;.

[1]孫嘉龍,李梅,曾德華.微生物對(duì)重金屬的吸附、轉(zhuǎn)化作用[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(5):147-150.

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[3]劉瑜,董偉.我國環(huán)境污染現(xiàn)狀與化學(xué)計(jì)量應(yīng)用探究[J].科技風(fēng),2015(8):75.

[4]王小玲.論我國環(huán)境化學(xué)污染事故的應(yīng)急監(jiān)測[J].信息化建設(shè),2016(4).

[5]袁廷香.我國環(huán)境污染的現(xiàn)狀與防治策略[J].中學(xué)地理教學(xué)參考,2015(14).

[6]郭曉珂,史利濤.我國城市環(huán)境污染的現(xiàn)狀及防治措施研究[J].科技與企業(yè),2014(8):260-261.

[7]金秋,陳立華,閆少鋒.有效微生物技術(shù)在城市環(huán)境治理領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].環(huán)境科技,2015(1):70-74.

李雋哲(2000-),男,山西省知達(dá)常青藤學(xué)校;研究方向:無.

The Application of Biotechnology Technology in Chemical Pollution Control by Taking Microorganism for Example

Li Junzhe
(Zhida Ivy School of Shanxi Province, Shanxi, 030000)

With the rapid development of social science and technology in China, the industrial production is gradually enhanced, and the environmental pollution problems are becoming more and more serious. In order to solve the environmental pollution problem more effectively, the environmental pollution treatment method based on microbial technology is widely used. This method has the advantages of low energy consumption,low cost and high efficiency, and does not cause secondary pollution to the environment. Based on this, this paper makes a brief analysis of the current environmental conditions and the problems encountered in the treatment of environmental pollution, and takes the microorganism as an example,analyzes the application of biotechnology technology in the treatment of chemical pollution, for reference.

microorganisms;chemical pollution;environmental governance;development prospects

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