現代生物技術在水污染控制中的應用研究

崔燕妮

（煙臺市環保工程咨詢設計院 山東煙臺 264002）

引言

2015年《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）頒布實施以來，國家及各級生態環保主管部門加大了水環境污染治理力度，水環境污染防治取得了可喜成績，出現了整體向好態勢。但隨著工業化、城鎮化進程的加快，我國流域水環境污染形勢依然不容樂觀。近年來，現代生物技術與環境技術融合于水污染控制中的應用，成為新興的交叉學科在水環境污染控制中得到了有益嘗試，成為解決水環境污染的重要手段，取得了良好的經濟效益和環境效益。

1 現代生物技術主要內容

現代生物技術是指以DNA技術為主導，涵蓋了基因工程、酶工程、發酵工程、微生物工程、生物修復技術等等一系列生物高新技術的總稱，共同形成了現代生物技術體系。

1.1 酶工程

作為生物體內具有新陳代謝催化劑功能的蛋白質，酶可在特定條件下促成發生反應，這種反應具有效率高、產物污染小、能耗低和易控制等特點。作為以酶為催化作用的物質轉化，可以產生出人們所需產品。將酶工程與化工技術結合，在醫療、醫藥方面取得了顯著成果。

1.2 細胞工程

將細胞融合、核質移植、染色體或基因移植、組織和細胞培養，能夠實現快速繁殖，是一種在細胞水平上的遺傳操作技術，培養出所需的新物種技術。其中，關鍵是細胞融合。即，將融合劑加到兩種不同細胞，在達到某一條件后，融合后的細胞組成雜交細胞，使原本親本細胞基因能夠被表達出來，實現了遠緣生物無法雜交的問題。目前，細胞融合已經在田鼠與小鼠，小雞與小鼠等遠緣體細胞雜交。尤其是植物間的體細胞融合獲得的雜交細胞實現了完整植株的培育效果，獲得新的雜交植物品種。

1.3 發酵工程

利用微生物特定性狀，通過現代工程技術，在生物反應器中生產有用物質。發酵技術走過了過去酒精類飲料發酵、醋酸發酵和面包發酵等簡單的工藝，逐漸發展成了生物工程的重要分支，涵蓋了微生物學、基因工程、細胞工程等多學科工程。

1.4 基因工程

利用與工程設計類似，根據人類需要設計，并按照這一設計創建出具有某種新的性狀生物新品系，還具有穩定遺傳后代的功能。基因工程的實施步驟包括：首先，取得符合要求的DNA片段，即目的基因。其次，將DNA片段與病毒DNA或質粒連接，對DNA進行重組；再次，將某種細胞引進重組后的DNA；將DNA片段所能表達的受體細胞挑選出來。基因工程建立在分子水平之上的操作，超越物種間不親和性，突破了物種間的遺傳弊端，能夠根據設計方案創建出新的性狀生物新品。

2 現代生物技術在水污染控制中的應用

從水污染的性狀來看，將現代生物技術應用到水污染控制中，實現利用生物處理廢水。其原理，就是利用微生物生命活動過程，實現待處理廢水中污染物轉移、轉化，實現凈化廢水效果。目前，現代生物技術在石油類、印染類、油脂類、農藥類及城市生活污水處理中均取得了良好的應用效果。其中，生物發酵、好氧、厭氧生物處理技術已經十分成熟。

2.1 生物強化處理技術

為實現進一步提升廢水處理效果，可將自然界中篩選出的優勢菌種投加到廢水中，或者通過基因組成技術產生更為高效的菌種，從而實現去除廢水中的某一種或某一類有毒有害物質的效果。生物強化處理技術主要有高濃度活性污泥法、生物-鐵法和生物-活性炭法。以“生物-活性炭法”為例，黃雅婷等利用“生物-活性炭法”技術處理對印染廢水二級處理出水進行了深度處理，在掛膜初期、后期，以及穩定運行階段出水的色度、固體懸浮物和需氧量變化。通過實驗發現，采用“生物-活性炭法”處理印染廢水達到一級排放標準，色度控制在20mg/L以下，需氧量控制在20mg/L以下，色度平均在40倍以下，現實應用效果顯著。

2.2 生物修復技術

利用生物、微生物將水中的污染物降解為二氧化碳和水，或轉化成為沒有危害物質的工程技術。生物修復技術雖然無法降解金屬，但可以將其毒性轉移或降低。污水生物處理技術包括需氧生物修復技術和厭氧生物修復技術等。錢麗敏等人通過厭氧還原脫氮、微生物共代謝和直接氧化降解處理高濃度三氯乙烯（TCE），分析了將三氯乙烯降解菌轉入繁殖能力強、適應性好的受體菌株中，構建起更為高效的基因工程菌，取得良好處理效果。

2.3 生物反應器技術

作為當前現代生物技術發展的主要方向，生物反應器技術是利用新型生物膜反應器，將比表面大的載體裝入反應器，將微生物附著于生物膜，利用微生物與污染物之間的充分接觸，增強微生物分解代謝功能。根據不同膜組件及原理，膜生物反應器分為分體式、一體式膜生物反應器；好氧、厭氧膜生物反應器等。張樹國等，利用一體式平板膜生物反應器處理污水，出水COD、氨氮和SS指標均達到一級A處理標準，出水滿足回用標準。隨著膜生物反應器技術的應用及發展，目前2000立方米的反應器已經投入使用，運行費用低，處理能力強，易管理。

2.4 固定化微生物技術

上個世紀80年代，固定化微生物技術變作為一項新技術應用到來工業廢水，以及生物降解困難的有機廢水處理中，通過改造或創造更加高效特異性優勢菌種的專性菌（如脫色菌、脫氮菌、脫磷菌等），將這些專性菌固定化后，提高菌體密度，提升處理效率，在一些有毒有害污水中的難降解處理中應用效果顯著。楊意東等以醫藥行業高濃度有機廢水為對象，篩選出以阿苯噠唑、撲爾敏、布洛芬三種底物優勢菌，應用3種固定化材料及2種包埋固定化材料對三種優勢菌進行固定化實驗，廢水中的有機污染物最高去除率達到了90%以上，比目前一般的活性污泥法處理高濃度有機廢水效率提升了1/3。

3 現代生物技術在水污染控制中的應用特點

（1）應用范圍廣。以生物為對象，不依賴于有限資源，著眼于再生資源的利用，且應用范圍十分廣泛。目前，現代生物技術已經實際應用到了印染廢水、生活污水、油脂廢水、農藥廢水、石油廢水等多個領域，均取得了明顯效果。

（2）應用效果好。現代生物技術應用于廢水處理，能夠在常溫和常壓下進行，整個操作的連續性較強，可以有效地節約寶貴的能源資源，開辟利用高純、優質、安全和可靠的生物制品控制水污染的新路徑，極大地降低了污水控制過程中給環境帶來的二次污染。

（3）應用創新性。與其他技術相比，根據廢水處理的實際需要，定向按照人們處理需要，通過創造出新物種、新品種以及其他兼具環保價值和經濟價值的生物類型，將現代生物技術應用到廢水處理中，開辟了一條更加高效、優質、安全和可靠的生物制品路徑，解決了傳統工藝技術中難以解決的問題。

結語

現代生物技術應用于水污染控制，在實踐中取得了良好的應用效果，值得在實踐中大范圍的推廣和應用。下一步，現代生物技術將在分離、篩選和培養更加高效地降解菌、構建更為高效的反應器，注重運行效果的自動監測成為研究的新熱點。