现代生物技术在环境保护中的应用

摘要:文章主要从污水净化处理、白色污染的消除、污染土壤的生物修复与治理这三个方面分析了现代生物技术在环境保护中的应用,以供参考。

关键词:现代生物技术;生态环境保护;白色污染;生物修复与治理

中图分类号:Q787文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)19-0074-02

现代生物技术是指以DNA 技术为先导,包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称。自20世纪80年代以来,生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。目前,现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,且随着日益突出的环境问题,其在治理污染、环境生物监测、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的无害化处理等方面发挥着重要的作用。其在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。为此,本文将主要谈谈现代生物技术在环境保护中的应用。

1现代生物技术在环境治理上的特点

(1)生物技术处理污染物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大多可以被生物重新利用。这样,既可以把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,又对废弃物进行了资源化利用。

(2)利用生物技术处理污染物,是采用一步到位,并将污染物质最终转化成无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等。

(3)生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,其在常温、常压下可进行,过程简单,成本低廉,可连续化操作,并可节约能源,减少环境污染。

(4)可解决常规技术和传统方法不能解决的问题。

(5)可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。

2现代生物技术在环境保护中的应用

2.1污水的生物净化

污水的生物净化是利用微生物自身的生命活动过程对污水中的有毒物质进行转移和转化,从而使污水得到净化的处理方法。目前,污水生物净化技术发展迅速,好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟,本文只简单介绍其中几种方法:

2.1.1固定化微生物技术固定化微生物技术是70年代末由固定化酶技术发展起来的,它是指通过物理或化学的手段将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性并可反复利用的一项生物技术。其可以被用来处理一般高浓度有机废水、印染废水、含氮废水、难降解有机废水及其他废水等,一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后,菌体密度提高,大大提高了处理效率,尤其是对难降解有毒物质有明显优势。

2.1.2生物强化处理技术生物强化处理技术是为了提高废水处理的效果,而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,以去除某一种或某一类有害物质。主要作用方式有:直接投加特效降解微生物,废水中的微生物可以附着在载体上形成高效生物膜或以游离的状态存在;引入生物强化制剂,主要用于处理城市污水,有机物的去除率可以得到显著提高,固体物质的产生会减少、硝化作用得以增强,从而提高污水脱氮脱磷效果;

固定化生物强化技术,将特定的微生物封闭在高分子网络载体内,使菌体脱落少、活性高,从而提高优势微生物浓度,增加了其在生物处理器中的存留时间。

2.1.3生物反应器技术生物反应器技术,是现代生物技术发展的一个主要方向。生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统,其有利于微生物附着生长形成生物膜,供气或供给的其他反应条件优越,污染物具有充分的时间与微生物接触,有利于增强微生物的分解代谢能力。

2.2白色污染的消除

“白色污染”是指被抛弃在环境中的废塑料包装物及废农膜对自然景观和生态环境造成的破坏。据资料显示,目前我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右,约45000km2面积的废农膜残存在土壤中,若再不采取相应措施,将会严重影响我国生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。而利用现代生物技术消除白色污染的途径有:

(1)利用生物工程技术可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌。

(2)利用生物工程技术可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解。

(3)大力研发可降解塑料和地膜。降解塑料具有与普通塑料同样的使用功能,但在完成其使用功能而被废弃后,其化学结构可以在某些条件下发生变化,使高分子分解成分子量较小的分子,最后,被自然环境所同化。降解塑料有三类:光降解塑料、生物降解塑料及双降解塑料。目前在世界上降解塑料还远远没有得到大规模使用。开发使用降解塑料也只能作为解决白色污染的辅助措施。

2.3污染土壤的生物修复与治理

目前工业的迅速发展,大量的人造化学物质排放入环境中,对资源和环境构成越来越严重的破坏。化石燃料的开采和使用,工业三废的排放,农村化肥和农药的大量使用,给我们赖以生存的环境造成了难以估量的污染。

2.3.1重金属污染是造成土壤污染的主要污染物(1)植物修复。植物修复是一种利用植物去除和消减污染物的环境治理技术,是一种新兴的绿色生物修复技术,能在不破坏土壤生态环境、保持土壤结构和微生物的状况下,通过植物的根系直接将大量的重金属吸收,从土壤中移去从而修复被污染的土壤,它是环境污染治理的重要手段;(2)微生物修复。微生物修复是利用微生物(细菌、藻类和酵母等)的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物,从而降低重金属的污染程度。

2.3.2使用化学杀虫剂也会造成土壤污染给农作物使用化学杀虫剂等,在防止病虫草害的同时,也造成了土壤污染严重,破坏了生态平衡,影响了农业的可持续发展,威胁着人类的身心健康。目前,利用生物技术降解农药,有多种方法,具体如下:

(1)利用微生物降解农药:土壤中的微生物,包括细菌、真菌、放线菌和藻类等,其中细菌类对农药分解起主要作用,其可以利用自身生化上的多种适应能力,诱发突变菌株,例如假单胞菌对敌敌畏;曲霉菌、镰孢霉菌对敌百虫;芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞杆菌、瓶型酵母等对甲胺磷。通过微生物的作用,把环境中的有机污染物转化为CO2和H2O等无毒无害或毒性较小的其他物质。且这种降解途径彻底,一般不会带来副作用。

(2)共代谢作用:共代谢作用是指微生物在有它可利用的唯一碳源存在时,对它原来不能利用的物质也能分解代谢的现象。通过共代谢作用,即微生物从其他化合物获得碳源和能源后,将农药转化为可代谢的中间产物,甚至完全降解。能进行共代谢反应的微生物,细菌有假单胞菌属、不动杆菌属、诺卡氏菌属、芽孢杆菌属、分枝杆菌属、甲基弯曲菌属和节杆菌属等;真菌有青霉属和丝核菌属等。

(3)推广使用生物农药:生物农药,在传统意义上主要是指可以用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体,利用细菌、病毒、真菌、线虫及拮抗微生物等来控制病虫草害的制剂。其具有安全、无毒、不污染环境等特点,目前已得到国内外农药行业的高度重视。现今,我国对生物农药的研发创制已出具规模,主要研制的农药品种有B.t.杀虫剂、农用抗生素、植物源农药、转基因植物、病毒类农药、真菌类农药、植物生长调节类农药等。随着生物技术、生物化学工程的不断进步,生物农药以其高效、广谱、对人畜安全及与生态环境相容等优势,将成为农药市场上的主流产品,值得推广使用。

3结语

综上所述,现代生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术,其在污水的生物净化、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的降解、废物资源化、环境生物监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面发挥着重要的作用。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法,市场对环境生物技术的需求会越来越广泛,且随着现代生物技术的不断发展,在未来的社会发展中,运用现代生物技术预防和治理环境污染,改善生态环境具有巨大的潜力和优势。

参考文献

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