生物技術在環境保護和污染修復中的應用

摘要：隨著工業化的迅速發展，環境污染已成為全球面臨的一大挑戰。生物技術能夠利用生物體的自然功能，有效降低污染物含量，恢復生態系統的健康。這種技術的應用有助于提升環境質量，推動可持續發展政策的實施，使環境保護工作更加科學、經濟。從生物技術在環境保護應用中的重要性入手，提出生物技術在廢棄物處理中的具體應用，分析生物技術在污染修復及環境監測中的作用。

關鍵詞：生物技術；環境保護；污染修復生物技術作為一種融合生物學原理與現代科技的方法，能夠為環境保護提供新的可能性［1］。這種技術通過模擬自然界的生物降解過程，實現對污染物的有效處理。其獨特的低成本優勢，使得生物技術在全球環境管理中扮演著越來越重要的角色。從水體凈化到土壤重金屬的去除，生物技術的應用正在推動環境治理向更加綠色的方向發展。

1生物技術在環境保護應用中的重要性

生物技術在環境保護中的應用已成為當代科技進步與環境治理之間的重要橋梁。生物技術的核心優勢在于其低操作要求和連續化的處理能力，這不僅能夠避免傳統工業活動中可能產生的環境污染，還能探索出高純度的生物制品，解決許多傳統技術無法克服的難題。在環境保護的應用中，生物技術的必要性體現在其對環境治理意識的轉變上。隨著生物技術的發展，人們開始從根本上改變對環境的處理方式，擺脫對化學物質和物理手段的傳統環境治理模式的依賴，這種轉變有助于減少對自然環境的破壞。利用微生物來降解土壤中的有毒物質或凈化水質，這些方法既環保又有效，能夠在不對生態系統造成額外負擔的情況下，恢復環境的自然狀態。生物技術的發展符合生態環境發展的規律，是對未來環境保護工作的一種全新探索。利用生物技術可以更好地處理人類發展活動與自然資源之間的關系，從而不斷提升人們的生活質量。基因工程技術能夠通過改良植物品種來增加其對污染物的吸收能力，這有助于凈化環境，提高生態系統的穩定性。更重要的是，生物技術在實現環境可持續發展方面發揮著重要作用。生物技術可以實現廢物的資源化，既能夠減少環境污染，又可以提供新的能源供應，實現環境保護與能源開發的雙重利益［2］。生物技術在環境保護中的應用是技術進步的體現，更是對傳統環境治理方式的一種有效補充，其依靠利用生物系統的自然能力，以更加環保經濟的方式，為解決環境問題提供新的思路。

2生物技術在廢棄物處理中的具體應用

2.1利用生物技術處理廢氣

生物技術在廢棄物處理，特別是廢氣凈化中的應用，近年來已成為解決環境污染問題的有效方法。雖然生物化學凈化方法在廢水處理領域已有百年歷史，但其在廢氣處理領域的應用相對較晚。20世紀80年代初期，科學家在有機廢氣凈化方面的突破性成就開始吸引全球的關注。這些研究主要致力于通過微生物的作用來降解空氣中的揮發性有機物和惡臭物質。雖然這些物質的濃度較低，但其刺激性氣味和強烈臭味對環境和人類健康造成嚴重影響。生物技術主要的處理方法包括生物過濾、生物洗滌及生物吸附法，這些方法相比傳統的化學和物理方法具有成本低、安全性高和無二次污染的優勢。在美國，微生物代謝技術被應用于工業惡臭氣體的凈化，不僅效果顯著，還可以避免二次異臭的產生。德國和荷蘭采用生物膜過濾技術處理含硫化氫的氣體，其除去率超過90%，展示出生物技術在處理重污染氣體方面的高效性。在中國，采用纖維附著活性炭（ACOF）技術對甲苯廢氣的凈化顯示出極高的效率。此外，使用固定化微生物顆粒填充床的工藝能在較短的空塔停留時間內，高效去除低濃度和高濃度的甲硫醇氣體，去除率均可達到90%以上。利用生物膜填料塔處理橡膠再生脫硫過程中產生的有機廢氣，能在適當的運行條件下維持90%以上的凈化效率，實現達標排放，同時顯著降低投資和運行成本。

2.2利用生物技術凈化廢水

廢水處理領域廣泛采用生物處理技術。該技術依賴于微生物生命活動的過程，通過轉移和轉化污染物來凈化廢水。這種方法結合生物的固有特性，符合可持續發展的目標。自1912年英國首次成功應用活性污泥技術以來，生物處理技術在廢水管理中已有逾百年歷史。在這期間，生物工程技術不斷進步，并在環境生物技術領域得到廣泛應用，展現出其在廢水處理中的潛力。在美國，大約84%的城市污水處理設施采用二級生物處理工藝；英國的大多數城市污水處理設施以及日本的大部分設施也采用類似技術。隨著科技的發展，生物處理技術取得顯著的發展，涌現出多種創新技術。吸附降解（AB）生物處理技術結合吸附與生物降解機制，提高了處理效率；厭氧折流板反應器（ABR）通過優化反應器內流動和接觸效率，能夠有效處理高濃度有機廢水。此外，間歇式活性污泥法（SBA）可以提供靈活的操作方式，以適應不同的污染負荷變化。而LINDE生物處理技術、升流式厭氧污泥床（USAB）技術是厭氧處理技術的典型代表，特別適合于處理高濃度有機廢水。廢水生物脫氮除磷技術和人工濕地處理系統是近年來環保領域關注的焦點［3］。這些技術能有效去除廢水中的氮、磷等營養物質，改善水質，為水生生態系統的恢復提供條件。

2.3利用生物技術解決固體廢棄物

隨著城市化進程的加快以及居民生活水平的提升，固體廢棄物的產量不斷增加，給環境帶來嚴重挑戰。傳統的固體廢棄物處理方法存在諸多缺陷，可能引發二次污染問題。生物技術在固體廢棄物的處理中能夠實現廢物的“無害化、資源化、減量化”，這代表著技術的創新，也是實現可持續發展的關鍵步驟。在固體廢棄物的處理中，生物技術主要涉及高效堆肥和蚯蚓床技術。自20世紀60年代以來，堆肥技術依靠生物降解將有機物質轉化為肥料，已廣泛得到研究與應用。近年來，這種技術已經從傳統的露天堆肥發展到快速和半快速堆肥。歐洲、美國和日本已開發出多種高速機械堆肥工藝，其中達諾式回轉圓筒型發酵倉工藝尤為著名，其能夠有效提升有機廢棄物處理的速度。同時，蚯蚓床技術作為一種生物轉換方法，能有效地將城市有機廢棄物轉換為高效率的肥料。蚯蚓能消化有機物并轉化為無臭的蚯蚓糞土，還因其體內高蛋白質含量而成為畜禽及水產養殖的優質飼料，從而為醫藥和農業提供寶貴資源。國外的研究者在研究城市生活垃圾處理的最佳工藝條件時發現，最適pH為5.5～8.0、水分為50%～70%、最佳碳氮比為30∶1，這些是實現有效堆肥化的關鍵參數。這些條件能夠確保微生物活動的最佳環境，從而提高有機廢棄物的降解速率。

3生物技術在污染修復中的具體應用

生物修復技術是利用微生物的自然能力，依靠提高通氣效率、補充營養素以及投放高效的降解菌種來分解土壤、地下水和海洋中的有毒有害物質，從而達到凈化環境的目的。生物修復技術在其早期階段主要用于處理環境中的石油烴污染。美國對阿拉斯加因油輪泄漏引起的海岸線污染進行處理，依靠添加營養物質和高效降解菌成功地改善近百km的海岸環境質量。這項技術自此得到廣泛應用。全球范圍內，眾多國家都對生物修復技術的研究和應用給予極大的重視［4］。英國能源部在1990年代就已制定一項土壤和地下水的生物修復計劃，并建立由政府、學術界和工業界代表組成的生物修復行動委員會來負責該技術的研究與實施。生物修復技術分為多種類型，依據修復環境的不同可分為土壤、地下水、沉積物和海洋生物修復；根據人工干預程度，又分為自然生物修復和人工生物修復。人工生物修復細分為原位生物修復（直接在污染現場進行）、異位生物修復（將污染物轉移到別處處理）以及反應器生物修復（在特定設備中進行）。除了傳統的微生物修復，近年來還發展出其他形式的生物修復技術，包括真菌修復（mycoremediation）和植物修復（phytoremediation），以及針對無機污染物的生物修復。真菌修復利用特定類型的真菌分解有機污染物，而植物修復則依靠植物吸收或分解土壤和水中的污染物來凈化環境。生物修復技術的發展能夠豐富環境科學領域的技術手段，也為處理大面積污染區域提供一種可行、有效且具有優越性的方法。

4生物技術在污染監測中的具體應用

依靠細菌、真菌、藻類和其他微生物的活動，監測人員可以有效地監測環境中的污染物質，從而實現早期警示和污染防治。環境監測中常用的生物技術包括細菌總數及糞便污染指示菌的檢測。這些微生物能夠評估水體中的污染程度。此外，通過檢驗物質的致癌性，能夠為環境安全提供科學依據。發光細菌因其對環境毒素敏感而被廣泛應用于快速檢測環境中的有毒物質。通過測定這些細菌的發光強度變化，可以迅速得知毒性物質的存在。在水質監測方面，利用藻類的生長量變化，可以評估水體的污染程度。這些生物指標的變化直接反映出水體環境的健康狀況。現代生物技術如聚合酶鏈反應（PCR技術）、核酸探針和生物傳感器的運用，能夠極大地提高環境監測的效率。PCR技術通過擴增微量的DNA，使得難以培養的微生物也能被檢測到，這對于土壤、沉積物和水樣等環境樣本尤為重要。隨著技術的進步，這些方法預計將成為替代傳統微生物檢測方法的主流。生物傳感器技術，包括酶傳感器、微生物傳感器和免疫傳感器，已被廣泛應用于環境監測。這些傳感器利用具有生物活性的生物材料作為分子識別元件，將生物反應轉化為電信號，從而快速精確地檢測特定污染物。

5結語

生物技術在環境保護和污染修復中的應用已成為當代科技進步的一個重要里程碑。這一領域的發展不僅能夠展示出生物技術處理的高效性，還可以為實現可持續發展的環保目標提供強有力的支持。通過優化生物技術手段，環境保護人員可以進一步提升環境質量，保障公眾健康，并為未來的環保策略提供科學依據。此外，生物技術的應用也能夠促進綠色技術的發展，為環境管理提供新的視角，從而推動環境科學技術的整體進步。

參考文獻：

［1］田金華.膜生物反應技術在環境工程污水處理中的應用［J］.皮革制作與環保科技，2024，5（4）：1618.

［2］王征.生態環境保護視角下的污水處理技術與土壤污染防治研究［J］.皮革制作與環保科技，2024，5（4）：8385.

［3］袁璽，郭憲.膜生物反應技術在污水處理中的應用［J］.低碳世界，2024，14（1）：2224.

［4］程暘.新型污水處理技術在水環境保護中的應用研究［J］.皮革制作與環保科技，2023，4（21）：57.