環境生物技術的發展

曹傳悅+楊妍+尹家騏

摘要：隨著細胞融合、基因工程、分子生物等技術的發展，環境生物技術得到了進一步的開發，研究領域不斷擴大，已成為一種經濟效益和環境效益俱佳的解決環境污染問題的有效手段之一。本文結合現代科學技術的發展，對環境生物技術的發展研究進行了分析探討。

關鍵詞：環境生物技術；生物治理方法；生物技術應用

引言：

環境生物技術是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分或某些功能，建立降低或消除污染物的生產工藝或能夠高效凈化環境污染，同時又能生產有用物質的工程技術。科技的發展充分證明了環境生物技術在解決環境問題過程中所示出的獨特功能和優越性，它的純生態過程，體現出了可持續發展的戰略思想，它具有速度快、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。同時，隨著人們環境意識和生態概念的不斷加強，市場對生物技術、生物產品的需要明顯增多，政府也更加重視生物技術的發展，環境生物技術本身也將更加成熟。

一、關于環境生物技術

環境生物技術是21世紀國際生物技術的一大熱點，兼有基礎科學和應用科學的特點，在環境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作為污染控制的生物，是環境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術，其處理污染物通常能一步到位，最終產物大都是無毒無害、穩定的物質。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、環境污染的修復和重污染工業企業的清潔生產等各個方面，環境生物技術都發揮著極為重要的作用。在廢氣及大氣污染治理中的應用采用生物技術控制和處理廢氣，將廢氣中的有機污染物或惡臭物質降解或轉化為無害或低害類物質，從而凈化空氣，是一項空氣污染控制的新技術。目前采用的方法主要有生物過濾、生物洗滌和生物吸附法等，所采用的生物反應器為生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。

（一）生物過濾法

生物濾池內部填充活性填料，廢氣經加壓預濕后從底部進入生物濾池，氣體中的無機污染物、有機污染物或惡臭物質與填料上附著生成的生物膜（微生物）接觸，被生物膜吸收，最終被降解為水和二氧化碳或其它成分，處理過的氣體從生物濾池的頂部排出。該方法的特點是設備少、操作簡單、不需外加營養物、投資運行費用低、去除效率高，但反應條件較難控制、占地面積較大。

（二）生物洗滌法

生物洗滌法分為廢氣吸收和懸浮液再生兩個階段，通常由一個裝有填料的洗滌器（吸收設備）和一個裝有活性污泥或生物膜的生物反應器（再生反應器）構成廢氣從吸收設備底部進入，向上流動，與頂部噴淋向下的生物懸浮液在填料床中相互接觸，經傳質過程進入液相，再進入微生物細胞內或經微生物分泌的胞外酶作用分解，凈化后的氣體從吸收設備頂部排出。吸收了廢氣的生物懸浮液從再生反應池的底部進入，通入空氣充氧，廢氣被微生物氧化利用的過程也就是懸浮液的再生過程，再生后的懸浮液再進入吸收設備進行頂部噴淋，吸收與再生兩個過程反復進行。該方法的特點是反應條件易控制、壓降低、填料不易堵塞，但設備較多，需外加營養，成本較高，對溶解度小的化合物難以處理。

二、環境生物技術在水污染治理中的應用

環境生物技術中利用微生物的降解作用來處理水中污染物的方法，通常被稱為生化處理方法或生物降解法，以植物吸收為主來凈化土壤與水體的方法有土地生物修復、生物塘和人工濕地技術等。

（一）生化處理技術

由于生化反應的過程、條件和參與反應的微生物種類的不同，生化處理技術可簡單地分為好氧與厭氧降解兩類，兩類生化反應的基本過程如下：好氧降解：有機物+氧氣+好氧微生物/酶→水+二氧化碳+無機養分+能量。厭氧降解：有機物+厭氧與兼氧微生物/酶→降解的有機產物+無機養分+能量。

（二）生物自然凈化技術

生物自然凈化技術體系主要包括水體生物處理系統的生物塘（厭氧塘和氧化塘）和土地處理系統的人工濕地。生物自然凈化技術投資少，運行費用低，但占地面積大，出水水質不易控制。

生物塘以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生植物，利用植物吸收等方式帶走污染物以凈化水體。氧化塘中除選育合適的水生植物外，還增加了曝氣，以促進水體中生物的好氧降解。傳統的生物塘占地面積大，污水停留時間長，處理效率較差。目前通過培育高效水生凈化植物（水葫蘆、蘆葦、水萵苣等），建立組合曝氣、水生植物、水產養殖為一體的復合生態系統，增強了生物塘的處理功能，促進了水體生物處理技術的發展。

三、環境生物技術在固體廢棄物處理中的應用

利用生物技術處理固體廢棄物中的城市生活垃圾和農業廢棄物，主要方法是衛生填埋、堆肥和發酵沼氣。

（一）衛生填埋。衛生填埋是將城市生活垃圾存積在大坑或低洼地的衛生填埋場，填埋場下層應有不透水的自然隔水基質或人工隔水層，在填埋場設置排氣口和監測系統，每天填入的垃圾壓實后鋪蓋一層土壤，并通過科學管理來恢復地貌和維護生態平衡。其原理是利用微生物將垃圾中的有機物分解。垃圾通過衛生填埋還可產生沼氣。

（二）堆肥。堆肥是固體基質在有效的低溫條件下的發酵過程，適用于生活垃圾的處理。其基本步驟是：廢棄物―預處理―堆肥―后處理―存放。對堆肥處理器進行足夠的通氣是堆肥成功的關鍵。該技術安全性高，成本低廉。

（三）發酵產生沼氣。主要利用畜禽糞便、農作物秸稈、生活污水等。其原理是微生物厭氧發酵使有機質降解，產生沼氣，此法在農村有著廣闊的發展前景，沼氣不但可用作照明和燃料，還可建成以沼氣工程為紐帶的“豬、沼、果”生態農場等生態農業模式。

四、環境生物技術的發展前景

利用微生物脫去煤中的無機硫和有機硫，可控制燃煤中SO2等含硫氣體的排放。這些微生物包括硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、酸熱硫化葉菌等。日本利用氧化亞鐵硫桿菌已使H2S脫除率達99.99%，我國利用該菌對煉油廠進行干氣催化和工業廢氣脫硫，H2S脫除率分別為71.5%和46.9%。在燃煤的處理過程中，還可采用浮選與微生物脫硫技術相結合，對煤和黃鐵礦進行分離，達到清除或降低燃煤SO2排放的目的。利用微生物還可將石油成分中的硫分離出來。雖然生物技術在大氣污染治理中的應用時間尚短，但其具有技術簡單成本低、安全性好、無二次污染等優點。今后，在微生物脫硫技術以及高活性脫硫菌種的研制和培養方面，配以清潔生產技術的研究，將會備受關注，也會成為解決原煤燃燒產生的SO2污染的最佳途徑。

參考文獻：

[1]謝丹麗1 雷鳴2 生物技術在環境保護和污染修復中的應用 環境保護科學 2016，33（5）1.

[2]張偉鋒 現代生物技術在環境保護工作中的應用 綜合論壇2015

[3]郭顏偉 生物技術在環境保護工作中的應用探討 科技傳播 2015（11）endprint