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現(xiàn)代生物技術(shù)在水污染控制中的應(yīng)用
摘要：當(dāng)今的水處理技術(shù)中，生物處理法已成為水污染控制的主要方法，尤其是生物技術(shù)將成為水污染控制領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)手段。本文介紹了現(xiàn)代生物技術(shù)的內(nèi)容與特點(diǎn)，著重綜述了現(xiàn)代生物技術(shù)在廢水生物處理、生物修復(fù)以及微生物水處理劑等方面的研究與應(yīng)用狀況，在此基礎(chǔ)上提出今后現(xiàn)代生物技術(shù)在水污染控制領(lǐng)域中的研究方向。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代生物技術(shù) 廢水生物處理 生物修復(fù) 水處理劑
0 引言
隨著的高速，水環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重地威脅著人類的生存環(huán)境，制約著社會(huì)和的進(jìn)一步發(fā)展。因此，水污染控制成為全世界共同關(guān)注的問(wèn)題。目前的水處理技術(shù)中，生物處理法已成為世界各國(guó)控制水污染的主要手段，尤其是現(xiàn)代生物技術(shù)將成為水污染控制領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)手段，主要應(yīng)用于廢水處理、生物修復(fù)以及微生物水處理劑等方面。
1 現(xiàn)代生物技術(shù)的內(nèi)容與特點(diǎn)
現(xiàn)代生物技術(shù)是指以DNA 技術(shù)為先導(dǎo)，包括微生物工程、細(xì)胞工程、酶工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程和生物修復(fù)技術(shù)在內(nèi)的一系列生物高新技術(shù)的統(tǒng)稱[1，2]。其中每個(gè)方面都有其特定的理論基礎(chǔ)和不同的應(yīng)用領(lǐng)域，但它們之間又相互補(bǔ)充和銜接，形成一個(gè)完整的體系。
生物技術(shù)的特點(diǎn)大致有[3]：①以生物為對(duì)象，不依賴地球上的有限資源,而是著眼于再生資源的利用；②在常溫、常壓下進(jìn)行，過(guò)程簡(jiǎn)單，可連續(xù)化操作，并可節(jié)約能源，減少環(huán)境污染；③開(kāi)辟了生產(chǎn)高純度、優(yōu)質(zhì)、安全可靠的生物制品的新途徑；④可解決常規(guī)技術(shù)和傳統(tǒng)方法不能解決的問(wèn)題；⑤可定向地按人們的需要?jiǎng)?chuàng)造新物種、新品種和其他有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生命類型。
2 現(xiàn)代生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
廢水生物處理是利用微生物的生命活動(dòng)過(guò)程對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，從而使廢水得到凈化的處理方法。廢水生物處理技術(shù)發(fā)展迅速，好氧法、厭氧生物法以及生物發(fā)酵法已趨于成熟，所以，這里只介紹固定化等新興技術(shù)。
2.1 固定化微生物技術(shù) 固定化微生物技術(shù)是生物工程領(lǐng)域中的一項(xiàng)新技術(shù)。進(jìn)入80年代后國(guó)內(nèi)外開(kāi)始應(yīng)用這種具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)來(lái)處理工業(yè)廢水和分解難生物降解的有機(jī)物質(zhì)，一些具有特異性的優(yōu)勢(shì)菌種不斷得到改造或創(chuàng)造，將這些高效專性菌如脫色菌、脫氮、脫磷菌假單胞菌等進(jìn)行固定化后，菌體密度提高，大大提高了處理效率，尤其是對(duì)難降解有毒物質(zhì)有明顯優(yōu)勢(shì)。王增長(zhǎng)等人利用新研制的聚集—交聯(lián)固定化細(xì)胞技術(shù)，將篩選的高效優(yōu)勢(shì)脫色菌種固定在活性污泥上，投加于“厭氧—好氧—生物濾池 ”工藝流程中，處理印染廢水，結(jié)果表明：出水色度極低，處理后的水可回用[4]。
2.2 生物強(qiáng)化處理技術(shù) 為了提高廢水處理的效果，而向廢水中投加從界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過(guò)基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)。主要強(qiáng)化方法有：①高濃度活性污泥法，以高污泥濃度和長(zhǎng)泥齡來(lái)促進(jìn)對(duì)難分解物質(zhì)的處理，加快反應(yīng)速度。日本用該法處理難分解的聚乙烯醇和糞便污水取得顯著效果[5]。②生物—鐵法，是在普通活性污泥中加入無(wú)機(jī)鹽，多用鐵鹽(氫氧化鐵或氧化鐵粉)，形成生物鐵絮凝體活性污泥，具有高濃度活性污泥法的特點(diǎn)，主要用來(lái)提高除磷效果。③生物—活性炭法，綜合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力，使二者產(chǎn)生協(xié)同增效作用。在該系統(tǒng)中，每g活性炭去除 1～3gCOD ，分解廢水毒性能力明顯增強(qiáng)，同時(shí)提高脫氮水平。
2.3 生物反應(yīng)器技術(shù) 生物反應(yīng)器技術(shù)，是現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。現(xiàn)代化的新型生物膜反應(yīng)器，其共同特點(diǎn)是反應(yīng)器內(nèi)裝有比表面大的載體，有利于微生物附著生長(zhǎng)形成生物膜，供氣或供給的其他反應(yīng)條件優(yōu)越，污染物具有充分的時(shí)間與微生物接觸，有利于增強(qiáng)微生物的分解代謝能力。目前，2000m3的反應(yīng)器已經(jīng)問(wèn)世。雖然其處理能力較低，造價(jià)較高，但其管理方便 ，運(yùn)行費(fèi)用低，所以歐美地區(qū)約有 7%的污水處理廠采用該技術(shù)[6]。
3 生物修復(fù)技術(shù)
生物修復(fù)技術(shù)[7]是利用生物，特別是微生物將土壤、地下水或海洋中污染物現(xiàn)場(chǎng)降解為CO2和H2O或轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的工程技術(shù)系統(tǒng)。這項(xiàng)技術(shù)正被用于清除地下水、廢水中的污染物。金屬雖然不能被生物降解，但微生物可將其轉(zhuǎn)移或降低其毒性。為了加快去除污染物的進(jìn)程，常常采用許多強(qiáng)化措施，使生態(tài)系統(tǒng)維持原狀的前提下，使受污染的環(huán)境得以修復(fù)。研究表明 ，生物修復(fù)與傳統(tǒng)的物化法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①，僅為物化法30%-50%；②對(duì)環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少；③最大限度地降低污染物的濃度；④修復(fù)時(shí)間較短，就地修復(fù)，操作方便。
生物修復(fù)中主要涉及兩大問(wèn)題，即有效性和安全性評(píng)價(jià)。為提高有效性今后將應(yīng)用分子微生物學(xué)分離、鑒別、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。為提高生物修復(fù)的安全性評(píng)價(jià)水平，需鑒定微生物的分子生物技術(shù)，以確定微生物在環(huán)境中的去留和基因[8]。
4 微生物水處理劑
微生物水處理劑主要集中在以下幾個(gè)方面：①微生態(tài)制劑。微生態(tài)制劑是一種由優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的微生物菌群、繁殖促進(jìn)劑和活化劑配制而成的活性微生物制劑，已經(jīng)在保健領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。用于環(huán)境凈化的微生態(tài)制劑由于其應(yīng)用范圍廣、使用安全、無(wú)副作用，為區(qū)域環(huán)境保護(hù)提供了新的重要手段。歐美近年來(lái)加快了這方面的研究開(kāi)發(fā)，已有采用微生態(tài)制劑原位修復(fù)水體的成功實(shí)例[9]。②生物吸附劑。生物吸附劑是廢水生物處理的一個(gè)新的發(fā)展方向，主要有兩大類：一類是高比表面積和高吸附率的生物體吸附水中的污染物；另一類是集生物吸附和生物降解能力為一體凈化廢水中的污染物的生物吸附劑。目前生物吸附劑的固定化技術(shù)使生物與離子交換樹(shù)脂一樣能解吸回收金屬和重復(fù)利用。③微生物絮凝劑。微生物絮凝劑是利用生物技術(shù)，通過(guò)微生物發(fā)酵，抽提精制而得到的一種具有生物分解性和安全性的新型、高效、無(wú)毒的廉價(jià)的水處理劑，這些是無(wú)機(jī)或有機(jī)合成高分子絮凝劑所不具備的。其特點(diǎn)是降解性能好，成本低，無(wú)二次污染等。目前，已篩選出19種具有絮凝能力的微生物，其中，霉菌8 種，細(xì)菌5種，放線菌5種，酵母菌1種[10]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物水處理劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有良好的前景。
生物技術(shù)在水污染控制領(lǐng)域已顯示出獨(dú)特的魅力和應(yīng)用前景。但筆者認(rèn)為，今后應(yīng)從四個(gè)方面進(jìn)行深入研究：①分離、篩選和培養(yǎng)高效降解菌，利用微生物共代謝作用、多菌種協(xié)同作用降解難降解污染物；②構(gòu)建高效反應(yīng)器，優(yōu)化運(yùn)行條件，探索新技術(shù)新方法；③開(kāi)發(fā)高效、無(wú)毒、廉價(jià)、可大批量生產(chǎn)的微生物水處理劑；④著力實(shí)踐和推廣生物修復(fù)示范工程，為生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供有力的技術(shù)支持。
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[1]李亞一.生物技術(shù)[M].北京：技術(shù)出版社.1994.1.
[2]王凱軍.發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)境生物技術(shù)研究規(guī)劃簡(jiǎn)介[J].給水排水.1996.22（9）：7-9.
[3]唐瓊等.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.2002.3（10）：28-35.
[4]王增長(zhǎng)，牛志卿.利用生物工程治理印染廢水及回用中試研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué).1996.16（4）：271-274.
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