生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

王昭元

摘 要：廢水無害化處理問題一直是困擾著城市發(fā)展的關(guān)鍵問題所在。生物技術(shù)在廢水處理的過程中運(yùn)用十分的廣泛，主要包括傳統(tǒng)生物技術(shù)，厭氧處理，生物膜處理，活性酶物質(zhì)催化。以及以基因編輯為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)，微藻，植物等改造。為此，本文對(duì)生物技術(shù)在廢水無害化處理中的應(yīng)用展開深入探討，以便人們對(duì)生物技術(shù)的進(jìn)一步了解。

關(guān)鍵詞：廢水無害化;傳統(tǒng)生物技術(shù);現(xiàn)代生物技術(shù)

廢水無害化處理的方式多種多樣，包括物理方法，比如活性炭過濾去除雜質(zhì)及其有害色素;化學(xué)方法，化學(xué)沉淀有致病性物質(zhì)等方式。但是它們要么太昂貴，要么勞動(dòng)強(qiáng)度大。例如，化學(xué)修復(fù)具有能耗低，成本低，見效快的優(yōu)點(diǎn)。然而，其缺點(diǎn)是化學(xué)試劑可能會(huì)增加水體的毒性，化學(xué)試劑可能會(huì)造成水體的二次污染。生物技術(shù)在廢水處理中的運(yùn)用，主要包括傳統(tǒng)生物技術(shù)厭氧處理，生物膜處理，活性酶物質(zhì)催化等。現(xiàn)代的生物技術(shù)主要通過篩查特定的菌種，基因編輯，條件性篩查等方式進(jìn)行菌種優(yōu)化，具有成本低，減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛地應(yīng)用。

一、傳統(tǒng)生物技術(shù)

傳統(tǒng)生物技術(shù)處理廢水主要包括厭氧技術(shù)，生物膜處理，活性酶催化，主要利用特定菌種本身的天然屬性，通過發(fā)酵，催化等方式對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行降解，回收有益物質(zhì)，達(dá)到去除廢水雜質(zhì)，保護(hù)環(huán)境的目的。

1.厭氧技術(shù)

采用厭氧技術(shù)進(jìn)行廢水處理， 主要是通過在特定的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下包括富含尿素，厭氧等，接種厭氧細(xì)菌進(jìn)行生物發(fā)酵，對(duì)廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解，分解為醇，生物酸，最后再轉(zhuǎn)化為無害的甲烷以及二氧化碳，達(dá)到廢水無害化的目的。該方法成本低，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，運(yùn)用范圍廣。主要的影響因素包括菌種，培養(yǎng)環(huán)境PH等。其中菌種是最重要的關(guān)鍵影響因素，目前運(yùn)用于厭氧技術(shù)處理的厭氧菌種，包括硫酸鹽還原菌厭氧生物法作為一種高效地脫硫技術(shù)，厭氧氨氧化菌進(jìn)行生物脫氮。除此之外，厭氧反應(yīng)器也在不斷地更新，目前已經(jīng)發(fā)展到第3代，處理能力更加強(qiáng)大，更加方便。

2.生物膜技術(shù)

生物膜工藝廣泛用于生物廢水處理。在生物膜廢水處理過程中，生物膜附著在生物載體和基質(zhì)上，并從液體輸送到界面。然后，將提供的營(yíng)養(yǎng)物用于合成新一代微生物并用于代謝消耗。目前已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的生物膜反應(yīng)器并將其應(yīng)用于處理生活污水和各種工業(yè)廢水，例如生物接觸氧化罐，生物轉(zhuǎn)盤，生物曝氣濾池，生物流化床，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器和集成固定式膜活性污泥反應(yīng)器。通常，生物膜反應(yīng)器具有多種優(yōu)勢(shì)，例如適應(yīng)性強(qiáng)，有機(jī)物和氮的去除率高，污泥過量產(chǎn)生少，操作管理方便等。除此之外，對(duì)于懸浮固體，營(yíng)養(yǎng)物，糞大腸菌群，病原體去除效率非常高，是減少廢水中微生物和化學(xué)污染物的較有發(fā)展前途處理技術(shù)。

3.生物酶技術(shù)

某些藥物活性化合物的頑固性，常規(guī)廢水處理無法有效去除它們。生物催化轉(zhuǎn)化是一種對(duì)環(huán)境無害的替代方法，其中涉及使用活生物體或其酶。與其他常規(guī)技術(shù)相比，這種處理方法所需的能量輸入較低，在中等條件下工作且產(chǎn)生的毒副產(chǎn)物更少或沒有。近年來，許多研究人員研究了用酶法處理廢水的方法，特別是用氧化還原酶，因?yàn)樗鼈兙哂醒趸y降解污染物的潛力，可以利用自由基機(jī)制催化多種微量污染物的降解。

二、現(xiàn)代生物技術(shù)

現(xiàn)代生物技術(shù)以基因工程為基礎(chǔ)，通過人為的，有目的的改造植物，細(xì)菌基因等手段，篩查對(duì)環(huán)境具有一定目的性質(zhì)的工程生物。其蘊(yùn)含的內(nèi)容及探討對(duì)象也是十分的廣闊，主要包括微藻基因改造，水生植物基因改造等基因編輯。

1.微藻培養(yǎng)技術(shù)

微藻細(xì)胞作為生產(chǎn)各種增值產(chǎn)品的強(qiáng)大生物技術(shù)平臺(tái)而聞名。例如顏料，多糖，生物塑料和有機(jī)化合物。微藻還被提出用于生物精煉模型，其中可以從收獲的微藻生物質(zhì)中同時(shí)生產(chǎn)多種化合物。長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為在廢水中培養(yǎng)微藻是可持續(xù)生物質(zhì)生產(chǎn)和廢水處理的可行選擇。但是微藻本身也存在一定的局限性，包括廢水營(yíng)養(yǎng)條件，PH值，藻類本身耐受能力等，都是限制微藻進(jìn)一步運(yùn)用的關(guān)鍵點(diǎn)所在。

基因工程以提高微藻菌株的耐應(yīng)力水平是一種潛在的研究途徑?；蚬こ碳夹g(shù)已被廣泛用于增強(qiáng)微藻物種的脂質(zhì)生產(chǎn)。這包括參與脂質(zhì)/脂肪酸合成途徑的某些關(guān)鍵酶的過表達(dá)，微藻全基因組測(cè)序的最新進(jìn)展將為進(jìn)一步了解微藻的遺傳構(gòu)成（包括不同菌株的耐受性和修復(fù)能力）鋪平平臺(tái)。科學(xué)家使用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)在微藻細(xì)胞中成功表達(dá)了真菌漆酶基因，開發(fā)了具有CO 2隔離和重金屬修復(fù)等應(yīng)用的基因工程菌株。據(jù)報(bào)道，轉(zhuǎn)基因微藻對(duì)污染的廢水和沉積物表現(xiàn)出更高的重金屬敏感性和結(jié)合特異性。Halder提出，通過在微藻細(xì)胞中過表達(dá)金屬硫蛋白和植物螯合素的基因，可以生產(chǎn)具有更高金屬結(jié)合能力的轉(zhuǎn)基因微藻細(xì)胞。給人以巨大的期待。

2.基因工程植物

植物修復(fù)，可在植物生長(zhǎng)和去除植物材料過程中吸收大量的氮和磷，從而避免富營(yíng)養(yǎng)化，也可以通過自身的吸附重金屬特性，對(duì)廢水重金屬物質(zhì)進(jìn)行清除。不同的水生植物種類，例如水葫蘆，鴨雜草，水萵苣，香根草和蘆葦，已被廣泛地用于去除污染的河水或廢水。但是依賴植物本身的自然特性進(jìn)行廢水處理存在一定的局限性，包括效率低下，耐受性差等缺點(diǎn)。為了克服植物本身的缺點(diǎn)，科學(xué)家通過基因工程編輯轉(zhuǎn)基因植物，增強(qiáng)植物在廢水處理中的能力發(fā)揮。Pasquale 等人通過構(gòu)建表達(dá)真菌漆酶的轉(zhuǎn)基因煙草植物以此減少橄欖油廠廢水中的苯酚含量，取得很好地效果。

三、結(jié)論

生物技術(shù)在廢水無害化的處理已經(jīng)得到了很大的應(yīng)用，也取得了巨大的成功。目前主要包括厭氧技術(shù)，生物膜處理，活性酶催化，微藻，轉(zhuǎn)基因植物等都是有力的生物技術(shù)手段。為解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，科學(xué)家將投入更大的精力以及心血研究更加先進(jìn)的生物技術(shù)手段。

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