生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用及展望

黃云龍 楊素霞

摘 要：生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹了以三廢等的處理、環(huán)境保護(hù)性預(yù)防、輔助環(huán)境監(jiān)測(cè)為目的的生物技術(shù)，并就生物技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，以期為生物技術(shù)后續(xù)的研究方向提供些許的參考。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；環(huán)境保護(hù)；應(yīng)用；展望

生物技術(shù)，即廣為人知的生物工程，是指以生命科學(xué)為基礎(chǔ)的一種綜合性科學(xué)技術(shù)體系。生物技術(shù)分為傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)，后者來源于對(duì)前者的繼承和精進(jìn)，其區(qū)別在于傳統(tǒng)生物技術(shù)主要利用生物機(jī)體或其酶系統(tǒng)的天然機(jī)能進(jìn)行降解處理或物質(zhì)生產(chǎn)，而現(xiàn)代生物技術(shù)則能夠通過對(duì)生物機(jī)體等進(jìn)行針對(duì)性、目的性地“改造”，來達(dá)到更為理想的運(yùn)用效果【1】。根據(jù)應(yīng)用的目的，生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為三個(gè)方面，一是廢水、廢氣等既成污染的處理及凈化，二是生物農(nóng)藥等對(duì)于自然環(huán)境的預(yù)防性保護(hù)，三是對(duì)于環(huán)境狀況的輔助監(jiān)測(cè)。本文從上述三個(gè)方面介紹環(huán)境保護(hù)中常用的生物技術(shù)。

1、以處理、凈化既成污染為目的的生物技術(shù)

1.1 廢水處理中的生物技術(shù)

生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用較為長(zhǎng)久和廣泛，其原理在于通過微生物有機(jī)體本身或其酶系統(tǒng)的代謝功能，實(shí)現(xiàn)污水中污染物的降解和去除。污水處理中常見的生物技術(shù)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(guī)的活性污泥法處理效果不夠理想，當(dāng)前多采取強(qiáng)化處理的方式提升污泥的處理能效。常見的強(qiáng)化方法如提高污水處理系統(tǒng)中微生物的濃度或者加入強(qiáng)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(yīng)速度，大大降低污泥負(fù)荷。在強(qiáng)化微生物活性的材料方面，有研究表明，加入活性炭可實(shí)現(xiàn)活性炭良好吸附能力與微生物氧化降解能力的協(xié)同增效；加入鐵鹽等，可形成化學(xué)生物絮凝體，增強(qiáng)活性污泥的沉降性能【3】；一定功率的超聲處理可增強(qiáng)微生物的活性【4】。

1.2廢氣處理中的生物技術(shù)

生物技術(shù)在廢氣治理中的應(yīng)用史較短，研究的深度相對(duì)有限【5】。當(dāng)前，根據(jù)生物技術(shù)的工作原理，常見的廢氣處理生物技術(shù)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(dá)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(shù)

采用生物技術(shù)處理固體廢棄物，可達(dá)到無害化、低成本、高效率的處理功效，還可在一定程度上實(shí)現(xiàn)變廢為寶的目標(biāo)，如利用堆肥工藝將生活垃圾進(jìn)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(chǎn)的綠色肥料。

2 以預(yù)防性保護(hù)為目的的生物技術(shù)

2.1 生物類農(nóng)藥代替化學(xué)類農(nóng)藥

生物類農(nóng)藥與化學(xué)農(nóng)藥相比，選擇性較強(qiáng)，無殘留，且避免了抗藥性的產(chǎn)生，是代替化學(xué)類農(nóng)藥的理想選擇【6】。可利用基因工程技術(shù)，針對(duì)各種不同害蟲的具體特點(diǎn)，篩選、構(gòu)建具有抗蟲基因的工程菌，研發(fā)高效、無污染、無殘留的生物農(nóng)藥，保護(hù)生態(tài)環(huán)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(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，從而實(shí)現(xiàn)土壤增肥?？紤]到天然的根瘤菌可能達(dá)不到理想的增肥效果，可利用生物技術(shù)，篩選、構(gòu)建具有較強(qiáng)固氮能力的工程菌，進(jìn)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(dǎo)致的土壤、水體污染問題。

3 環(huán)境監(jiān)測(cè)中的生物技術(shù)

3.1 生物芯片及生物傳感器

將與待檢測(cè)物質(zhì)具有特異性反映的生物設(shè)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(cè)器進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。環(huán)境中的待測(cè)物質(zhì)與芯片或者傳感器上的生物會(huì)發(fā)生一定的相互作用，作用過程中產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)通過信號(hào)收集系統(tǒng)放大，經(jīng)過處理，即可明確待測(cè)物質(zhì)的某些信息。該項(xiàng)生物技術(shù)成本較低、操作簡(jiǎn)單便捷，加之靈敏度較高，具有十分廣闊的應(yīng)用空間和前景。

3.2 毒性物質(zhì)的生物免疫檢驗(yàn)

該項(xiàng)生物技術(shù)的原理在于，生物免疫檢驗(yàn)系統(tǒng)在與環(huán)境中的某個(gè)或某類有毒有害物質(zhì)接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特異性的抗原或抗體反應(yīng)，從而幫助明確有毒有害物質(zhì)的類別、特性、濃度等信息。由于該項(xiàng)技術(shù)以特異性反應(yīng)為基礎(chǔ)和依托，因此，選擇性、靈敏度、精確度等指標(biāo)都較常規(guī)檢測(cè)手段高，在有毒有害物質(zhì)的檢測(cè)中具有十分重大的應(yīng)用意義。

4生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)

整體上，鑒于高效率、可連續(xù)化、目的性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，生物技術(shù)將覆蓋到環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的各個(gè)角落，并對(duì)環(huán)境保護(hù)工作作出重大貢獻(xiàn)。從三廢處理、環(huán)境預(yù)防性保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等微觀層面上來看，不同的層面有著不同的發(fā)展趨勢(shì)。在三廢處理層面，廢水處理生物技術(shù)由來已久，相對(duì)較為成熟，其發(fā)展趨勢(shì)多在于生物技術(shù)的強(qiáng)化，如活性污泥技術(shù)，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(qiáng)化材料是較為理想的強(qiáng)化方向。廢氣凈化生物技術(shù)當(dāng)前尚處于初級(jí)階段，相對(duì)不夠成熟和先進(jìn)，研究、開發(fā)空間很大，將成為一大研究熱點(diǎn)。固廢處理方面，高效、適應(yīng)性強(qiáng)的工程菌的篩選、構(gòu)建是重要的開發(fā)方向。環(huán)境預(yù)防性保護(hù)生物技術(shù)是保護(hù)環(huán)境的重要手段和支撐，日后的應(yīng)用必定愈加廣泛。當(dāng)前，該方面的生物技術(shù)多集中在生物農(nóng)藥、生物固氮等方面，且研究不夠深入、應(yīng)用層面較為局限，因此未來的趨勢(shì)更傾向于原有技術(shù)的深入及應(yīng)用層面的拓展，如對(duì)于增加物種多樣性等方面的研究和開發(fā)。生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用趨勢(shì)，一方面在于加強(qiáng)待檢測(cè)物質(zhì)與生物工具之間反應(yīng)的特異性，以提高靈敏度，另一方面在于針對(duì)各種待測(cè)物質(zhì)開發(fā)更為多元、便捷的生物檢測(cè)工具，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的覆蓋面，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更多的選擇及技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]朱將偉，陳衛(wèi)紅，邱江平.生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究與應(yīng)用概況[J].生物技術(shù)通訊，2010，21（01）：145-148.

[2]吳志強(qiáng)，康長(zhǎng)安，顧自強(qiáng).生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].廣州化工，2015，43（06）：142-144.

[3]唐瓊，李正山，尹華強(qiáng).生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用及前景[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002（10）：28-35.

[4]鄔敏，黨媛.環(huán)保型水處理技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探討[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（04）：111-112.

[5]宋佳.生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用及前景[J].化工管理，2014（15）：214.

[6]姜虎生，張洪林，蔣林時(shí).現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2003（01）：11-12.

作者簡(jiǎn)介

黃云龍（1975.11--）；性別：男，籍貫：河北省定州市，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于中共中央黨校函授學(xué)院；現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師；研究方向：環(huán)境工程。

（作者單位：1.河北省環(huán)境保護(hù)開發(fā)服務(wù)中心；2.涿州市環(huán)境保護(hù)局）