生物技术在环境保护中的应用及展望

黄云龙 杨素霞

摘 要：生物技术在环境保护领域得到了广泛的应用。本文介绍了以三废等的处理、环境保护性预防、辅助环境监测为目的的生物技术，并就生物技术的未来发展趋势进行了探讨，以期为生物技术后续的研究方向提供些许的参考。

关键词：生物技术；环境保护；应用；展望

生物技术，即广为人知的生物工程，是指以生命科学为基础的一种综合性科学技术体系。生物技术分为传统生物技术和现代生物技术，后者来源于对前者的继承和精进，其区别在于传统生物技术主要利用生物机体或其酶系统的天然机能进行降解处理或物质生产，而现代生物技术则能够通过对生物机体等进行针对性、目的性地“改造”，来达到更为理想的运用效果【1】。根据应用的目的，生物技术在环境保护领域的应用主要分为三个方面，一是废水、废气等既成污染的处理及净化，二是生物农药等对于自然环境的预防性保护，三是对于环境状况的辅助监测。本文从上述三个方面介绍环境保护中常用的生物技术。

1、以处理、净化既成污染为目的的生物技术

1.1 废水处理中的生物技术

生物技术在废水处理中的应用较为长久和广泛，其原理在于通过微生物有机体本身或其酶系统的代谢功能，实现污水中污染物的降解和去除。污水处理中常见的生物技术如生物膜法、活性污泥法（见图1）、固定化酶法等。就活性污泥法而言，常规的活性污泥法处理效果不够理想，当前多采取强化处理的方式提升污泥的处理能效。常见的强化方法如提高污水处理系统中微生物的浓度或者加入强化微生物活性的材料等。加入高浓度活性污泥可显著提高反应速度，大大降低污泥负荷。在强化微生物活性的材料方面，有研究表明，加入活性炭可实现活性炭良好吸附能力与微生物氧化降解能力的协同增效；加入铁盐等，可形成化学生物絮凝体，增强活性污泥的沉降性能【3】；一定功率的超声处理可增强微生物的活性【4】。

1.2废气处理中的生物技术

生物技术在废气治理中的应用史较短，研究的深度相对有限【5】。当前，根据生物技术的工作原理，常见的废气处理生物技术有过滤法（见图2）及吸附法（见图3）两种。吸收法主要用来处理含胺、酚和乙醛等污染物的气体，去除率最高可达到95%；生物过滤法常用于有臭味废气，如氨气等的降解。

1.3固体废弃物中的生物技术

采用生物技术处理固体废弃物，可达到无害化、低成本、高效率的处理功效，还可在一定程度上实现变废为宝的目标，如利用堆肥工艺将生活垃圾进行堆肥处理，利用微生物的代谢作用，使生活垃圾变身为可使土壤增肥、作物增产的绿色肥料。

2 以预防性保护为目的的生物技术

2.1 生物类农药代替化学类农药

生物类农药与化学农药相比，选择性较强，无残留，且避免了抗药性的产生，是代替化学类农药的理想选择【6】。可利用基因工程技术，针对各种不同害虫的具体特点，筛选、构建具有抗虫基因的工程菌，研发高效、无污染、无残留的生物农药，保护生态环境。

2.2 生物固氮代替化肥

根瘤菌可通过固氮作用将大气中的无机氮转化为有机氮，从而实现土壤增肥。考虑到天然的根瘤菌可能达不到理想的增肥效果，可利用生物技术，筛选、构建具有较强固氮能力的工程菌，进一步提升微生物固氮的能力和效率，逐渐减少化肥的投入和使用，从而缓解或者避免化肥过度使用导致的土壤、水体污染问题。

3 环境监测中的生物技术

3.1 生物芯片及生物传感器

将与待检测物质具有特异性反映的生物设置于芯片或者传感器上，再以生物芯片或生物传感器作为探测器进行环境监测。环境中的待测物质与芯片或者传感器上的生物会发生一定的相互作用，作用过程中产生的信号会通过信号收集系统放大，经过处理，即可明确待测物质的某些信息。该项生物技术成本较低、操作简单便捷，加之灵敏度较高，具有十分广阔的应用空间和前景。

3.2 毒性物质的生物免疫检验

该项生物技术的原理在于，生物免疫检验系统在与环境中的某个或某类有毒有害物質接触时，会产生特异性的抗原或抗体反应，从而帮助明确有毒有害物质的类别、特性、浓度等信息。由于该项技术以特异性反应为基础和依托，因此，选择性、灵敏度、精确度等指标都较常规检测手段高，在有毒有害物质的检测中具有十分重大的应用意义。

4生物技术在环境保护应用中的发展趋势

整体上，鉴于高效率、可连续化、目的性强、操作简单等特点和优势，生物技术将覆盖到环境保护领域的各个角落，并对环境保护工作作出重大贡献。从三废处理、环境预防性保护及环境监测等微观层面上来看，不同的层面有着不同的发展趋势。在三废处理层面，废水处理生物技术由来已久，相对较为成熟，其发展趋势多在于生物技术的强化，如活性污泥技术，向污泥中添加高活性工程菌、高浓度活性污泥或者活性炭等强化材料是较为理想的强化方向。废气净化生物技术当前尚处于初级阶段，相对不够成熟和先进，研究、开发空间很大，将成为一大研究热点。固废处理方面，高效、适应性强的工程菌的筛选、构建是重要的开发方向。环境预防性保护生物技术是保护环境的重要手段和支撑，日后的应用必定愈加广泛。当前，该方面的生物技术多集中在生物农药、生物固氮等方面，且研究不够深入、应用层面较为局限，因此未来的趋势更倾向于原有技术的深入及应用层面的拓展，如对于增加物种多样性等方面的研究和开发。生物技术在环境监测中的应用趋势，一方面在于加强待检测物质与生物工具之间反应的特异性，以提高灵敏度，另一方面在于针对各种待测物质开发更为多元、便捷的生物检测工具，提高环境监测的覆盖面，为环境监测提供更多的选择及技术支持。

参考文献

[1]朱将伟，陈卫红，邱江平.生物技术在环境保护中的研究与应用概况[J].生物技术通讯，2010，21（01）：145-148.

[2]吴志强，康长安，顾自强.生物技术在环境保护中的应用[J].广州化工，2015，43（06）：142-144.

[3]唐琼，李正山，尹华强.生物技术在环境保护中的应用及前景[J].环境污染治理技术与设备，2002（10）：28-35.

[4]邬敏，党媛.环保型水处理技术及发展趋势探讨[J].环境与发展，2018，30（04）：111-112.

[5]宋佳.生物技术在环境保护中的应用及前景[J].化工管理，2014（15）：214.

[6]姜虎生，张洪林，蒋林时.现代生物技术在环境保护中的应用[J].辽宁城乡环境科技，2003（01）：11-12.

作者简介

黄云龙（1975.11--）；性别：男，籍贯：河北省定州市，学历：本科，毕业于中共中央党校函授学院；现有职称：中级工程师；研究方向：环境工程。

（作者单位：1.河北省环境保护开发服务中心；2.涿州市环境保护局）