生物技術在環(huán)境保護中的應用及展望

黃云龍 楊素霞

摘 要：生物技術在環(huán)境保護領域得到了廣泛的應用。本文介紹了以三廢等的處理、環(huán)境保護性預防、輔助環(huán)境監(jiān)測為目的的生物技術，并就生物技術的未來發(fā)展趨勢進行了探討，以期為生物技術后續(xù)的研究方向提供些許的參考。

關鍵詞：生物技術；環(huán)境保護；應用；展望

生物技術，即廣為人知的生物工程，是指以生命科學為基礎的一種綜合性科學技術體系。生物技術分為傳統(tǒng)生物技術和現(xiàn)代生物技術，后者來源于對前者的繼承和精進，其區(qū)別在于傳統(tǒng)生物技術主要利用生物機體或其酶系統(tǒng)的天然機能進行降解處理或物質生產(chǎn)，而現(xiàn)代生物技術則能夠通過對生物機體等進行針對性、目的性地“改造”，來達到更為理想的運用效果【1】。根據(jù)應用的目的，生物技術在環(huán)境保護領域的應用主要分為三個方面，一是廢水、廢氣等既成污染的處理及凈化，二是生物農(nóng)藥等對于自然環(huán)境的預防性保護，三是對于環(huán)境狀況的輔助監(jiān)測。本文從上述三個方面介紹環(huán)境保護中常用的生物技術。

1、以處理、凈化既成污染為目的的生物技術

1.1 廢水處理中的生物技術

生物技術在廢水處理中的應用較為長久和廣泛，其原理在于通過微生物有機體本身或其酶系統(tǒng)的代謝功能，實現(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，當前多采取強化處理的方式提升污泥的處理能效。常見的強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速度，大大降低污泥負荷。在強化微生物活性的材料方面，有研究表明，加入活性炭可實現(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，可形成化學生物絮凝體，增強活性污泥的沉降性能【3】；一定功率的超聲處理可增強微生物的活性【4】。

1.2廢氣處理中的生物技術

生物技術在廢氣治理中的應用史較短，研究的深度相對有限【5】。當前，根據(jù)生物技術的工作原理，常見的廢氣處理生物技術有過濾法（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

采用生物技術處理固體廢棄物，可達到無害化、低成本、高效率的處理功效，還可在一定程度上實現(xiàn)變廢為寶的目標，如利用堆肥工藝將生活垃圾進行堆肥處理，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 以預防性保護為目的的生物技術

2.1 生物類農(nóng)藥代替化學類農(nóng)藥

生物類農(nóng)藥與化學農(nóng)藥相比，選擇性較強，無殘留，且避免了抗藥性的產(chǎn)生，是代替化學類農(nóng)藥的理想選擇【6】。可利用基因工程技術，針對各種不同害蟲的具體特點，篩選、構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氮轉化為有機氮，從而實現(xiàn)土壤增肥。考慮到天然的根瘤菌可能達不到理想的增肥效果，可利用生物技術，篩選、構建具有較強固氮能力的工程菌，進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致的土壤、水體污染問題。

3 環(huán)境監(jiān)測中的生物技術

3.1 生物芯片及生物傳感器

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

3.2 毒性物質的生物免疫檢驗

該項生物技術的原理在于，生物免疫檢驗系統(tǒng)在與環(huán)境中的某個或某類有毒有害物質接觸時，會產(chǎn)生特異性的抗原或抗體反應，從而幫助明確有毒有害物質的類別、特性、濃度等信息。由于該項技術以特異性反應為基礎和依托，因此，選擇性、靈敏度、精確度等指標都較常規(guī)檢測手段高，在有毒有害物質的檢測中具有十分重大的應用意義。

4生物技術在環(huán)境保護應用中的發(fā)展趨勢

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

參考文獻

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

[2]吳志強，康長安，顧自強.生物技術在環(huán)境保護中的應用[J].廣州化工，2015，43（06）：142-144.

[3]唐瓊，李正山，尹華強.生物技術在環(huán)境保護中的應用及前景[J].環(huán)境污染治理技術與設備，2002（10）：28-35.

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

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

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

作者簡介

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

（作者單位：1.河北省環(huán)境保護開發(fā)服務中心；2.涿州市環(huán)境保護局）