生物技术在环境保护中的应用

2018-11-29戴攀

中国科技纵横 2018年2期

戴攀

(湖南省隆回县第一中学,湖南邵阳 422200)

社会发展建设创造人类文明的同时,也带来了很多生态环境方面的问题,如大气污染、土壤荒漠化、化学农药污染,使全球环境急剧恶化,人类的生存与发展面临着严重的挑战,而生物技术作为一种新型环境污染处理技术,降解能力强、并且具有无公害的特点,在生态环境保护过程中发挥重要的作用。

1 我国生态环境现状

在工业建设快速发展的过程中,我国的生态环境也极具恶化,具体而言,可以从以下三个方面进行分析,第一是水资源问题,我国水资源分布大体可以为七大水系,而有数据调查研究显示,在工业化的快速发展过程中,在这七大水系河段之中有87%出现不同程度的污染,而主要的污染类型有石油类污染、氨氮类污染,造成水体副营养化,同时相比较城市,农村水体破坏同样严重,由于农药化肥的不合理运用以及生活污染物的随意排放,水资源治理难度不断加增[1]。第二是土地资源沙漠化,在最新一次的土地荒漠化调查研究中,发现我国沙漠化总面积已经达到174万平方公里,占据我国土地总面积的20%,而产生这种现象的原因就是因为盲目的耕地砍伐,以及不规范的开发建设活动,而土地资源沙漠化所带来的危害不容小觑,对经济建设发展造成严重影响。第三是白色污染,在现下的城市购物之中,塑料袋为生活带来了极大的方便,但同时也带来了大量的白色垃圾,而白色污染不仅是视觉上的污染,白色污染难降解对土壤资源造成的危害增添了生态环境的潜在威胁。

2 生物技术概念及在环境保护中的应用优势

生物技术也被称之为生物工程技术,主要是指利用现代生命科学与其他学科原理,通过科学技术之间的融合,加入生物体或者生物原料,从而更好的实现某种生物学目的,如发酵技术就是最典型的一种生物技术。因此相比较传统的污染处理技术,将生物技术应用到环境保护中具有以下三个方面的优势。首先是生物技术可以将一些废弃物进行降解,从而将环境污染程度控制到最低,并且此种方式具有一劳永逸的特点,最大限度的对废物资源进行了转化[2]。其次是生物技术中的发酵技术可以将一些污染有害物质转化为二氧化碳、水这样的无污染物质,避免了污染物质的转移,是一种十分安全的环境保护措施。最后生物技术是一种酶促反应技术,而酶是一种具有较好化学活动性的蛋白催化物质,生产条件比较低,有利于实现可持续发展。

3 生物技术在环境保护中的应用策略

3.1 污水生物净化

在城市污水之中含有很多的有害物质,如氮化物、酚类物质、有机磷、重金属等,这些污染物质若是采用传统净化方式,是很难从本质上进行净化清除的,但是利用生物处理技术却大为不同,微生物可以通过自身的生命活动清除水体中的有害物质,从而使污水得到更好的净化[3]。在这里笔者举这样的一个例子,如固定化酶和固定化细胞处理技术就是生物处理技术的一种,其中固定化酶是一种不溶性酶,在运用此种生物技术时,主要是通过物理吸附和化学键融合的方式使水溶性酶和固态不溶性载体结合,这样固定化酶在水体中就不会溶解,并且仍然可以保持自身的活性,而微生物细胞就会形成一个天然的固化酶反应器,和固定化酶反应原理相似,也可以发生固定化细胞催化反应,运用固定化酶和固定化细胞处理技术处理水体中的重金属物质具有很好的效果。而关于这一方面的研究,在国内外都有很多明显的案例,如在德国就通过农药化酶的方式,除去了水体之中的9种化学成份,并且还有研究人员发现,若是可以将固定化酶和固定化细胞处理技术与硅珠进行结合固定,水体污染净化程度还会进一步的提升。而我国关于固定化酶和固定化细胞处理技术也有很深的研究,并且将其与表面活性剂进一步结合,可以更好的保持活动酶效率,从而提升污水处理率。

3.2 生物修复污染土壤

土壤污染主要是由于重金属污染引起,而生物技术的土壤污染修复功能主要是利用微生物或者植被,通过净化作用,从而消减土壤之中的重金属或者低重金属的毒性,进而防治土壤污染。具体而言,主要的净化原理就是生物技术中的酶化促进反应,从而改变土壤之中的重金属物质化学形态,进而起到更好的固定或者解毒作用,从而使土壤内部的有害物质减少可移动性。并且通过相关测试表明,经过生物技术进行修复的污染土壤有机含量会得到一定的增加,同时在生物活性促进下,土壤的生态结构也会得到一定的改善,并且还会起到一定的土壤固化效果,这样即使在发生风蚀或者水蚀时,也可以最大限度防止水土流失,这从某种程度上分析其实可以控制土地荒漠化的。

3.3 快速消除白色污染

随着城市购物消费的不断加快,塑料袋成为生活中的一种必须品,并且为人们的生活创造了极大的便利,但是随之而来就是白色污染的加剧,有数据调查显示,目前在我国每年大约有上百万吨的白色垃圾污染投入到土壤或者沟河之中,这对环境造成的破坏是十分巨大的。而很多废弃塑料是很难化解的,并且会残留在土壤之中,若是持续不能得有有效的治理,对农作物生产就会造成极大的影响,因此必须要采取有效的方式去控制白色污染。而生物工程技术的应用使消除白色污染实现了可能。首先利用生物技术,可以更好的删选出可以降解的塑料产品或者农用地膜,提高讲解菌利用率。其次还可以通过克隆降解基因的方式,将这一基因导入到微生物土壤,这样就可以加快土壤中的白色垃圾降解,从而提高可降解塑料产品及地膜的应用发展。具体的应用原理就是,在微生物之中可以提取出一种与塑料袋十分类似的聚酯物质,这种聚酯物质是微生物内源性储藏物质,通过发酵生产,就可以形成一种可降解、高溶点、并且不含有有害物质的生物降解塑料,这样就极大的控制了白色污染问题。而近些年关于这一方面的研究与发展也越发深入,如目前有研究人员开始尝试利用D N A技术对微生物进行改造,在或者进行发酵生产时添入生产菌种,从而重组细菌进行发酵,从而加快破裂蛋白生产,并且还可以降低生产成本,是一种有效的生物技术消除白色污染方式。

3.4 清除化学农药污染

随着化工艺的快速发展,化学农药污染也越发严重,有数据显示在使用化学杀虫剂后,有80%的有害物质会残留在土壤之中,尤其是氯代烃类化学农药在土壤之中更是难以分解,从而对生态系统造成严重的破坏。由于化学农药的这种危害性,近些年有越来越多的研究人员在不断的寻求清除化学农药污染的可行方式,在生物技术的快速发展过程中,终于探寻出了清除化学农药污染的曙光。首先可以利用生物技术中的矿化作用,降解农药中的微生物,将农药中的有害物质分解成二氧化碳或者水,从而清除化学物质所产生的毒害。在或者利用生物技术,将农药转化为可代谢中间产物,从而消除生态环境中的残留农药,并且在这个过程中为了能够更好的避免负面效应,还可以采用基因工程方式对一些可以降解农药的微生物进行改造,从而实现更好排毒效果。其次是开发生物农药,所谓生物农药就是指利用生物体产生的作用对病虫害进行防治,如微生物杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂等都属于微生物农药,并且随着生物技术的不断发展,有科研人员尝试利用D N A技术更好的提升杀虫效果,如利用基因克隆杆状病毒,从而干扰害虫基因编码,破坏害虫激素片平衡,这样就可以抑制害虫繁衍,从而起到杀虫作用,并且不会对土壤造成破坏,清除化学农药污染对土壤的破坏作用。