生物技術在環境保護中的應用及展望

黃云龍 楊素霞

摘 要：生物技術在環境保護領域得到了廣泛的應用。本文介紹了以三廢等的處理、環境保護性預防、輔助環境監測為目的的生物技術，并就生物技術的未來發展趨勢進行了探討，以期為生物技術后續的研究方向提供些許的參考。

關鍵詞：生物技術；環境保護；應用；展望

生物技術，即廣為人知的生物工程，是指以生命科學為基礎的一種綜合性科學技術體系。生物技術分為傳統生物技術和現代生物技術，后者來源于對前者的繼承和精進，其區別在于傳統生物技術主要利用生物機體或其酶系統的天然機能進行降解處理或物質生產，而現代生物技術則能夠通過對生物機體等進行針對性、目的性地“改造”，來達到更為理想的運用效果【1】。根據應用的目的，生物技術在環境保護領域的應用主要分為三個方面，一是廢水、廢氣等既成污染的處理及凈化，二是生物農藥等對于自然環境的預防性保護，三是對于環境狀況的輔助監測。本文從上述三個方面介紹環境保護中常用的生物技術。

1、以處理、凈化既成污染為目的的生物技術

1.1 廢水處理中的生物技術

生物技術在廢水處理中的應用較為長久和廣泛，其原理在于通過微生物有機體本身或其酶系統的代謝功能，實現污水中污染物的降解和去除。污水處理中常見的生物技術如生物膜法、活性污泥法（見圖1）、固定化酶法等。就活性污泥法而言，常規的活性污泥法處理效果不夠理想，當前多采取強化處理的方式提升污泥的處理能效。常見的強化方法如提高污水處理系統中微生物的濃度或者加入強化微生物活性的材料等。加入高濃度活性污泥可顯著提高反應速度，大大降低污泥負荷。在強化微生物活性的材料方面，有研究表明，加入活性炭可實現活性炭良好吸附能力與微生物氧化降解能力的協同增效；加入鐵鹽等，可形成化學生物絮凝體，增強活性污泥的沉降性能【3】；一定功率的超聲處理可增強微生物的活性【4】。

1.2廢氣處理中的生物技術

生物技術在廢氣治理中的應用史較短，研究的深度相對有限【5】。當前，根據生物技術的工作原理，常見的廢氣處理生物技術有過濾法（見圖2）及吸附法（見圖3）兩種。吸收法主要用來處理含胺、酚和乙醛等污染物的氣體，去除率最高可達到95%；生物過濾法常用于有臭味廢氣，如氨氣等的降解。

1.3固體廢棄物中的生物技術

采用生物技術處理固體廢棄物，可達到無害化、低成本、高效率的處理功效，還可在一定程度上實現變廢為寶的目標，如利用堆肥工藝將生活垃圾進行堆肥處理，利用微生物的代謝作用，使生活垃圾變身為可使土壤增肥、作物增產的綠色肥料。

2 以預防性保護為目的的生物技術

2.1 生物類農藥代替化學類農藥

生物類農藥與化學農藥相比，選擇性較強，無殘留，且避免了抗藥性的產生，是代替化學類農藥的理想選擇【6】。可利用基因工程技術，針對各種不同害蟲的具體特點，篩選、構建具有抗蟲基因的工程菌，研發高效、無污染、無殘留的生物農藥，保護生態環境。

2.2 生物固氮代替化肥

根瘤菌可通過固氮作用將大氣中的無機氮轉化為有機氮，從而實現土壤增肥。考慮到天然的根瘤菌可能達不到理想的增肥效果，可利用生物技術，篩選、構建具有較強固氮能力的工程菌，進一步提升微生物固氮的能力和效率，逐漸減少化肥的投入和使用，從而緩解或者避免化肥過度使用導致的土壤、水體污染問題。

3 環境監測中的生物技術

3.1 生物芯片及生物傳感器

將與待檢測物質具有特異性反映的生物設置于芯片或者傳感器上，再以生物芯片或生物傳感器作為探測器進行環境監測。環境中的待測物質與芯片或者傳感器上的生物會發生一定的相互作用，作用過程中產生的信號會通過信號收集系統放大，經過處理，即可明確待測物質的某些信息。該項生物技術成本較低、操作簡單便捷，加之靈敏度較高，具有十分廣闊的應用空間和前景。

3.2 毒性物質的生物免疫檢驗

該項生物技術的原理在于，生物免疫檢驗系統在與環境中的某個或某類有毒有害物質接觸時，會產生特異性的抗原或抗體反應，從而幫助明確有毒有害物質的類別、特性、濃度等信息。由于該項技術以特異性反應為基礎和依托，因此，選擇性、靈敏度、精確度等指標都較常規檢測手段高，在有毒有害物質的檢測中具有十分重大的應用意義。

4生物技術在環境保護應用中的發展趨勢

整體上，鑒于高效率、可連續化、目的性強、操作簡單等特點和優勢，生物技術將覆蓋到環境保護領域的各個角落，并對環境保護工作作出重大貢獻。從三廢處理、環境預防性保護及環境監測等微觀層面上來看，不同的層面有著不同的發展趨勢。在三廢處理層面，廢水處理生物技術由來已久，相對較為成熟，其發展趨勢多在于生物技術的強化，如活性污泥技術，向污泥中添加高活性工程菌、高濃度活性污泥或者活性炭等強化材料是較為理想的強化方向。廢氣凈化生物技術當前尚處于初級階段，相對不夠成熟和先進，研究、開發空間很大，將成為一大研究熱點。固廢處理方面，高效、適應性強的工程菌的篩選、構建是重要的開發方向。環境預防性保護生物技術是保護環境的重要手段和支撐，日后的應用必定愈加廣泛。當前，該方面的生物技術多集中在生物農藥、生物固氮等方面，且研究不夠深入、應用層面較為局限，因此未來的趨勢更傾向于原有技術的深入及應用層面的拓展，如對于增加物種多樣性等方面的研究和開發。生物技術在環境監測中的應用趨勢，一方面在于加強待檢測物質與生物工具之間反應的特異性，以提高靈敏度，另一方面在于針對各種待測物質開發更為多元、便捷的生物檢測工具，提高環境監測的覆蓋面，為環境監測提供更多的選擇及技術支持。

參考文獻

[1]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（01）：145-148.

[2]吳志強，康長安，顧自強.生物技術在環境保護中的應用[J].廣州化工，2015，43（06）：142-144.

[3]唐瓊，李正山，尹華強.生物技術在環境保護中的應用及前景[J].環境污染治理技術與設備，2002（10）：28-35.

[4]鄔敏，黨媛.環保型水處理技術及發展趨勢探討[J].環境與發展，2018，30（04）：111-112.

[5]宋佳.生物技術在環境保護中的應用及前景[J].化工管理，2014（15）：214.

[6]姜虎生，張洪林，蔣林時.現代生物技術在環境保護中的應用[J].遼寧城鄉環境科技，2003（01）：11-12.

作者簡介

黃云龍（1975.11--）；性別：男，籍貫：河北省定州市，學歷：本科，畢業于中共中央黨校函授學院；現有職稱：中級工程師；研究方向：環境工程。

（作者單位：1.河北省環境保護開發服務中心；2.涿州市環境保護局）