生物技术与环境保护

生物技术与环境保护摘要：针对我国目前生态环境状况，论述了现代生物技术在治理环境污染过程中的优点、相关应用及发展前景，充分体现出生物技术在环境保护过程中所发挥的巨大效力。关键词：现代生物技术；环境生物技术；环境保护Abstract：Inviewofourcountrypresentecologicalenvironmentcondition,elaboratedthemodernbiologicaltechnologyinthegovernmentenvironmentalpollutionprocessmerit,thecorrelationapplicationandtheprospectsfordevelopment,manifeststhebiologicaltechnologyfullythehugepotencywhichdisplaysintheenvironmentalprotectionprocessKeywords：Modernbiological;technologyEnvironmentalprotection;Environmentbiologicaltechnology目录1我国生态环境现状……………………………………12现代生物技术与环境保护……………………………………13现代生物技术在环境保护中的应用…………………………34废水的处理与生物净化……………………………………33.2污染土壤的生物修复………………………………………43.3白色污染物的消除…………………………………………53.4化学农药污染的消除………………………………………53.5生物表面活性剂的应用……………………………………64结语……………………………………………………………75参考文献………………………………………………………8高等教育自学考试毕业(论文)说明书-1-生物技术与环境保护1我国生态环境现状环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要的问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，从城市到乡村，我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。目前我国由于工业生产产生的废水、废气、废渣；农用化肥和农药以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，土壤污染严重，耕地面积锐减，土地荒漠化日益加剧，森林覆盖面积下降，草场退化，使人们的身体健康受到了严重的威胁，疾病发病率急剧上升。环境和经济及贸易挂钩是当前国际政治及经济关系发展中的新形势因此，必须加大环境保护和环境治理力度，应用高新技术，当今世界各国已普遍接受“可持续发展”这一全新的概念，并围绕它制定和实施本国的环境保护及其相关的产业政策。因此我们应该利用先进的现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡。实现资源与环境的“可持续发展”。2现代生物技术与环境保护现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程，蛋白质工程等一系列高新技术。这一技术在解决环境问题过程中显示出了独特的功能和显著的优越性，不仅充分体现出这项技术是一个纯生态的过程，且从根本上体现了可持续发展的战略思想。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、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，加之其技术开发所预示的广阔的市场前景，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。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，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污高等教育自学考试毕业(论文)说明书-2-染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有高效率，低成本和高专一性等特点，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。自20世纪80年代以来生物技术作为一项高新技术，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。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。（1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。（2）利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。（3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化技术(Bioconversion)的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资省、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便，同时，在多数情况下，它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目的，因此，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。率高，经济效益好3.现代生物技术在环境保护中的应用3.1废水的处理与的生物净化污水中的有毒物质的成分十分复杂，水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。高等教育自学考试毕业(论文)说明书-3-微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等废物，达到良好的废水处理效果。3.1.1废水好氧生物处理活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术，它是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝吸附废水中污染物，并在氧的作用下将这些物质同化为菌体本身组分。活性污泥有着很大的表面积，能够与混合液广泛接触，在较短的时间内，通过吸附作用，就能够除去废水中大量的呈悬浮状态和肢体状态的有机污染物，使废水的BOD值大幅度下降。因为它不但操作简单、方便，而且能使运行管理人员随时了解曝气池中活性污泥的浓度和泥质情况，从而掌握和控制整个工艺的运行参数，通过确定稳定的污泥沉降比值，可以达到高效污水处理的效果。3.1.2废水厌氧生物处理厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条件下由许多种微生物的共同作用，使有机物分解并形成甲烷和二氧化碳的过程。其过程包括水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。由于厌氧处理能量需求低，污泥产量低，能分好氧生所不能讲解的微生物，因此这项技术也广泛被应用于当今废水处理方面，并达到了预期的效果。3.1.3废水的脱氮与除磷由于生活污水以及生产废水的大范围排放，导致过多的含氮化合物和含磷化合物进入天然水体，使水质不断恶化，严重影响渔业发展和人类身体健康，因此，水体氮污染以及磷污染问题日益受到人们的关注。（1）生物脱氮技术生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异氧型微生物氧化分高等教育自学考试毕业(论文)说明书-4-解，转换成氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化成为硝酸根离子，最后再由反硝化细菌转变成氮气，从而达到脱氮的目的（2）生物除磷技术生物除磷就是利用聚菌一类的细菌，过量的、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合物的形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到废水中除磷的效果。3.2污染土壤的生物修复社会的不断进步，给环境带来了严重的污染，特别是重金属污染已成为当代人面临的最大污染问题，严重危害着人们的健康。在重金属污染治理上，人们不断提出新的方法，特别是生物修复技术更多为人们所应用。其原理是通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。其中应用最广的乃属低温微生物修复技术，重金属的低温微生物修复是利用低温微生物的生物活性，对重金属亲和吸附或转化为低重金属的污染程度。低温修复主要在处理低浓度、大面积污染等方面具有其独有优势，在未来的生态保护和污染治理上，具有很好的应用前景。污染土壤经过生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。3.3白色污染物的消除废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面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，另一方面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。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物高等教育自学考试毕业(论文)说明书-5-降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。3.4化学农药污染的消除生物技术处理、净化废污水废污水处理有物理方法、化学法和生物法三种，其中生物法应用最广，效果也最好。如活性污泥法，即用含有多种微生物的活性污泥，在通气条件下进行吸附、沉淀和氧化分解，解除水中的污染物，使废污水得到净化。利用现代基因工程已培育出分解能力强、能在混合系统中占优势的菌种。美国科学家从土壤中分离出两种在无氧条件下也能生存的厌氧菌，它们能分解聚氯乙烯等有机化合物，并能将这些毒性较强的化合物转化为醋酸盐和乙醇等化工原料。美国科学家还利用一种能吃毒的氰化物的细菌处理废污水，这种细菌同时还能收集水中锌、铜等重金属，使水澄清后再利用。由于这些细菌繁殖力十分惊人，所以1立方米的污水，仅需几个小时，就能把毒物和重金属彻底清理干净。俄罗斯科学家设计的一种生物过滤器，将微生物群落附着在玻璃纤维上。这种有生命的过滤器，不仅净化效率高，而且设备简单，建设费用低，能吸附大