淺談環保工程中的生物技術應用價值與實踐

白雨牧

（秦皇島政聯科技有限公司，河北 秦皇島 066300）

引言

生物技術不僅可以充分發揮微生物和植物的天然環境治理功能，還可以在環境保護過程中控制重金屬、毒物等的排放，或使其成為更加環保的生物能源。針對不同污染問題，生物技術在化學和物理方法無法或不立竿見影地處理的情況下，具有更加優良的處理能力。另一方面，隨著社會和經濟的飛速增長，國內外環保工程的需求在不斷增長，從而促進了生物技術在環保領域的廣泛應用。在環保領域的研究中，生物技術運用微生物、生物催化劑、生物降解、生物酶、生物傳感器等一系列技術手段，在環境保護領域中開創了新的技術應用革命，并為環保工程領域提供了新的思路和解決方案。研究表明，在國內外各大高校和科研機構中，生物技術在環保工程領域的應用研究日益深入，并進一步催生了一批新的綠色技術和環保產業，為環保領域提供了積極的促進作用[1]。

1 環保工程中的生物技術概述

生物技術可以說是一種比較新穎且有效的技術，針對不同的環境污染問題，生物技術有多種應用。在醫學領域，生物技術可以用來研制藥品和治療疾病。借助基因工程技術，相關人員可以創造出新的治療方式，例如基因修復、基因轉錄和基因治療等，以此來幫助人們恢復健康。在工業和制藥領域，生物技術可以用來生產更純凈的化學品和材料，并減少廢棄物的產生[2]。此外，生物技術也可以用于畜牧業中，提高農業產量和質量，增強農作物的抗病性與耐熱性，從而降低使用化肥、農藥等帶來的環境成本。與其它的環保技術相比，生物技術的優勢在于其成本較低、更加環保，且不會產生二次污染。當然，生物技術也面臨著很多挑戰，例如其操作和使用存在復雜性，以及一些無法預測的風險和副作用。因此，在使用生物技術時，必須進行安全和風險評估，并根據實際情況，適當調整使用方案。

2 環保工程中的生物技術應用價值

在經濟全球化的背景之下，環境保護問題愈發凸顯，目前已經成為各國廣泛關注的問題之一，如何減少生產和生活對環境的不良影響，實現生態平衡，成為各國關注和探討的話題。其中，生物技術在環保工程中的應用價值日益凸顯，主要體現在循環利用能源、節約使用資源、減少白色污染、降低土地污染、減少重金屬毒性等方面[3]。

2.1 實現能源的循環利用

生物技術應用于環保工程的過程當中，能源的循環利用是最為關鍵的一環。傳統意義下，能源消耗也就意味著資源的消耗，但是隨著生物能源成為新能源的重要組成部分。如今，生物來源的能源，比如生物燃料，越來越多地應用于各領域。生物燃料可以分為初級生物燃料和次生生物燃料兩種，兩者的共同點是都可以進行循環利用，降低了對于化石能源的依賴，同時也減少空氣污染和溫室氣體排放。

除了生物燃料，生物技術還可以應用于廢棄物的利用。通過生物技術的分離提取，廢棄物可以變成生物材料，從而實現廢棄物的資源化，為環保工程做出貢獻。另外，利用生物質能夠修復土壤和水源。在循環利用能源的生態中，污水處理中的微生物是不可或缺的角色。通過微生物進行分解與轉化，使得廢水得以被最終凈化，并流入水系或循環利用，以實現資源的節約利用。

2.2 實現資源的節約使用

隨著人口的急劇增加和工業化進程的不斷加快，資源的消耗量也日益加大。然而，基于生物技術的環保工程實現了資源的循環利用，同時也促進了資源的節約使用[4]。生物技術可以應用于廢棄物的生態處理，并通過指導生產和使用的行為來解決資源不足的問題。具體而言，生物技術在以下幾個方面能夠發揮作用：

2.2.1 有效處理廢棄物

生物技術在廢棄物的可回收、可再利用、可降解等方面有著得天獨厚的優勢。利用微生物可把有機物分解成簇，進而得到新的生物資源。通過污染物的分離與提取，生成新的能源或化學品，實現了資源化。而且當今新發現了一種細菌“小消化器”，其能夠直接將廢塑料分解為油狀物，以生物方式回收電、輕油和煙氣等。

2.2.2 促進資源的節約和再利用

生物技術的應用使得廢棄物的分解、轉化得以獲得更多的能量，促進了資源的節約和再利用。這些技術包括了生物傳輸、發酵、微生物刺激等。其中，微生物刺激技術可以促進野生藻類生長，將太陽能通過藻類生化反應轉化為化學能。另外，中華無花果葉上以及草原隨處可見的紅色海拉鯨匯集成的胡須，也可以通過清洗、脫脂、提取等方式，找到生物匯集物進行化學分離，實現資源的節約。

2.3 減少白色污染

白色污染是指由塑料造成的大量廢棄物污染。生物技術的應用可以有效地減少白色污染。在廢棄物的處理方面，生物技術能夠消除環境中的塑料廢棄物；同時，也可以利用生物燃料代替塑料，從而減少塑料廢棄物的產生。此外，也可以利用生物技術提煉、制作纖維素，以此來代替塑料，同時也能夠得到化學工業中所需的生物材料。生物技術的應用有助于構建生態循環的模式，降低白色污染帶來的環境壓力。

2.4 減輕重金屬毒性，降低土地污染

生物技術的應用可以減少重金屬毒性，降低土地污染。重金屬是人體所需微量元素之一，但是其毒性也非常高，會對生態環境和人體造成不利影響。可以通過利用生物技術，使各種微生物、植物和動物對土壤中的重金屬進行吸附、離子交換、修復并轉化，從而實現對環境的修復和保護。例如常見的耐鹽度良好，而具有特異吸附能力的藻類以及一些菌類就能進行吸收、修復、轉化重金屬污染物。因此，生物技術的應用有利于減輕重金屬對土壤和生態環境造成的危害，促進資源的循環利用。

3 環保工程中生物技術的應用實踐

3.1 生物技術應用于固體垃圾治理

隨著城市化進程加速和人口不斷增長，每日產生的垃圾數量也在不斷增多，固體垃圾的處理成了一個亟待解決的問題。傳統的垃圾處理方法包括焚燒、填埋等，并不能充分解決垃圾處理的問題，同時會帶來二次污染。而生物技術的應用則可以使垃圾有機質降解，從而實現垃圾的處理與回收利用。生物技術在固體垃圾治理中主要應用以下方法：

3.1.1 生物堆肥技術

生物堆肥技術是通過微生物降解和分解有機物質，使其變成穩定的肥料。在垃圾填埋場中的垃圾、果皮等新增鮮物，都是適合進行生物堆肥的原料。利用堆肥箱，加入廢菜、廢紙、蟲子、泥鰍等物質，然后通過人工加水、通風、翻堆等方式，借助于細菌、線蟲、蚯蚓等微生物的分解，經過30～60天的時間，便可以得到一定數量、良好質量的堆肥，由此避免過去垃圾填埋場帶來的大量二次污染。

3.1.2 垃圾物化技術

垃圾物化技術是指將固體垃圾處理成具有燃燒能力的物質，通過熱解造成的高溫和熱能來實現垃圾的處理。而在垃圾物化過程中，生物技術也有其應用。例如在廚余垃圾物化過程中，可以選擇使用一種稱為加熱水化酶聯合菌種的生物處理系統，通過加熱、水解、細菌等作用將廚余垃圾進行降解，得到高效能的燃料。

3.1.3 生化式填埋技術

生化式填埋技術又稱生態填埋技術，是指利用微生物分解固體垃圾，將垃圾與土壤一起填埋，達到生態平衡和生態循環利用的目的。利用該技術，不僅可以將垃圾中的有害物質轉化為無害物質，還可以加速垃圾的降解和穩定。同時，生物堆肥和生化式填埋技術還能為農業提供有機肥料以及減少并發癥的發生，降低垃圾處理的成本。

3.2 生物技術應用于水污染治理

水污染是當今世界面臨的嚴峻環境問題之一，水體污染的主要原因是人類的各種生產和生活活動所造成的污染物，如工業廢水、農業農村廢水、城市污水等。傳統的治水方法主要是依靠物理和化學方式，但這些方法不能完全去除污染物，且對環境帶來二次污染，如工業廢水處理所使用的化學藥劑，這些藥劑不能被完全分解，又會產生二次污染，同時，也會對生命和生態造成嚴重危害。而生物技術的應用則可以通過微生物、水生植物等生物體的活動降解水污染物，實現水體的凈化。現階段，生物技術在水污染治理中主要應用以下方法：

3.2.1 生物濾池技術

生物濾池技術是將水污染物送入濾床中，通過微生物的代謝反應將污染物降解分解為無害物質的處理方法。生物濾池技術可以分為生物濾池和人工生物濾池兩種類型。生物濾池主要采用天然河道、湖泊、植被、土壤及其縫隙等過程的過濾，對含污染物的水體進行過濾，使水質達到一定標準。而人工生物濾池采用特制過濾材料和人工構建的生物濾層來降解水中污染物，效果更顯著。

3.2.2 微生物法去除化學物質污染

微生物法去除化學物質污染技術是利用生物體，如細菌、藻類或者高等植物等對水中的化學物質進行分解和減少。例如在大量批量出現的拋光液池廢水處理中，傳統的方法利用高效梯度復合凈化技術和化學藥品進行治理，但是性能不理想，實現效果差。微生物法去除化學物質污染技術，通過施加特定的微生物菌株或菌群，使污染物得到分解和降解，實現了對污染物的高效處理。

3.2.3 生物膜技術

生物膜技術是指利用微生物和其代謝過程形成的微生物膜，對水污染物進行處理和凈化的技術。生物膜可附著在介質的表面，例如，地面和水表面，其中，水表面被稱為生物膜反應器的常見位置，而地面上則被稱為生物膜濾池。生物膜技術針對地下水、城市污水、造紙、化工等直接或間接流入河流湖泊等問題，提供了一套先進而有實踐意義的處理方案。

3.3 生物技術應用于廢氣污染治理

廢氣污染是城市環境中常見的污染來源之一，它直接影響著人們的健康和生活質量。因此，廢氣污染治理一直是環保領域工作的重點之一。傳統的廢氣處理技術采用化學處理、物理處理等方式進行廢氣凈化，但這種方法成本高、運營難度大，一些化學廢物的處理也會帶來負面的影響。而采用生物技術處理廢氣則具有成本低、技術上相對容易實現和環境友好等優勢，并且具有良好的應用前景。

目前，生物技術處理廢氣污染的方法包括生物過濾技術、生物膜技術、生物濕法凈化技術等。生物過濾技術是將廢氣通過一些專門設計的生物過濾材料層，通過微生物進行降解，達到廢氣凈化的目的，具有良好的降解效果和高的凈化效率。生物濕法凈化技術則是將廢氣通過專門設計的濕式反應器中，與水相結合，同時利用微生物進行廢氣污染的處理，具有較好的穩定性和廢氣凈化效率。

生物技術處理廢氣污染的優點在于其通過微生物的天然降解機制，實現了廢氣的有效凈化和降解，同時減少了環境中化學物質的使用量，避免了對環境產生的繼續污染，具有較大的潛力。

3.4 生物技術促進可持續發展

隨著環境保護意識的不斷提高，可持續發展已經成了全球的共同目標。生物技術在可持續發展中的應用也日益重要，這一點在以下例子當中得到明顯的體現：

3.4.1 生物燃料、生物質發電技術的應用

生物燃料是指種植并在干燥前收獲的植物，如玉米、小麥的秸稈等可用于燃燒發電，使用生物質的發電技術會降低獲得能源的成本，在保護環境的前提下實現可持續發展。

3.4.2 生物塑料技術的應用

生物塑料技術的研發和應用是一項欣欣向榮的產業。與傳統的石化塑料相比，生物塑料有許多優勢，它能夠以天然材料生產，可以非常快速地水解，且不會對環境造成污染；同時，生物塑料還具有很好的組裝性，使得其在生產、加工和使用過程中更加方便。

3.5 生物監測技術

生物監測技術是指利用生物專業知識和生態學原理對環境狀態和生態環境進行監測和評估，并通過采集實時監測數據和樣品進行分析和處理，以提供合理的決策和管理指導的技術。它是環保工程中的一項重要技術，可以幫助人們更好地了解和掌握環境狀況，及時發現和處理環境污染問題，為環境保護提供更精細化和針對性的解決方案。

生物監測技術在環境保護中的應用主要包括水質生物監測、土壤生物監測和大氣生物監測等方面，通過采集樣品、進行實驗和分析，了解環境的狀況和演變規律。例如，水質生物監測技術可以通過觀察水中的浮游生物、底棲生物、魚類等等來分析水質的狀況，進而分析出水體的污染程度和來源；土壤生物監測技術可以通過提取土壤中存在的細菌等微小生物來了解土壤質量，及時發現土壤中的有害物質；另外還可以通過大氣生物監測技術對空氣中的微生物多樣性和氣溶膠粒徑進行判斷和評估。通過生物監測技術，相關人員可以快速、精準地獲取環境質量信息，并制定出更加有效的環境治理和保護方案。

3.6 生物能源技術

隨著人們對于新能源的重視日益增強，生物能源成為一種極具潛力的可再生能源形式。生物能源技術利用生物質原料來發電或制熱，不僅環保而且還能利用資源有效地解決能源短缺問題。

生物質能源主要分為生物質燃燒和生物質氣化兩種，其中生物質燃燒是指將生物質燃燒后產生熱能，進而發電或制熱。生物質氣化則是將生物質處于一定條件下進行加熱分解，產生可燃氣體，例如可直接用于燃料電池的氫氣氣體。生物質能源的關鍵問題是如何有效地利用和轉化生物質材料。生物質選擇、生物質處理、生物質轉化以及生物質利用等方面都是生物能源技術中需要重點關注的。

而生物能源技術在實踐中還可以與其它的廢碳鏈技術相結合，如廢棄物處置技術以及生態農業等，進行生物能源產生的過程中，減少廢棄物的排放和資源的浪費，形成循環經濟的產業系統。

與傳統能源相比，生物能源具有顯著的優點，比如生產過程環保、碳中和特性、安全可靠及可再生性、性價比低等。但是，在生物材料的種植、采集以及加工過程中，也產生了大量的廢棄物，中間及污染等問題。因此，在生物能源開發的同時，也需要注重生物材料的標注、加工過程的規范管理以及產業鏈的完善。

4 結語

在環境污染問題日益突出的大環境之下，環境工程具有更為重要的現實意義，生物技術作為一種較為新穎且有效的環保技術，對于促進能源的循環利用、資源的節約使用、白色污染的減少等具有重要的指導性價值和意義。