淺析現代生物技術在水污染控制中的應論文

摘要:當今的水處理技術中,生物處理法已成爲水污染控制的主要方法,尤其是現代生物技術將成爲水污染控制領域重點開發和應用的技術手段。本文介紹了現代生物技術的內容與特點,着重綜述了現代生物技術在廢水生物處理、生物修復以及微生物水處理劑等方面的研究與應用狀況,在此基礎上提出今後現代生物技術在水污染控制領域中的研究方向。

關鍵詞:現代生物技術 廢水生物處理 生物修復 水處理劑

　　0 引言

隨着工業的高速發展,水環境污染問題越來越嚴重地威脅着人類的生存環境,制約着社會和經濟的進一步發展。因此,水污染控制成爲全世界共同關注的問題。目前的水處理技術中,生物處理法已成爲世界各國控制水污染的主要手段,尤其是現代生物技術將成爲水污染控制領域重點開發和應用的技術手段,主要應用於廢水處理、生物修復以及微生物水處理劑等方面。

　　1 現代生物技術的內容與特點

現代生物技術是指以DNA 技術爲先導,包括微生物工程、細胞工程、酶工程、基因工程、蛋白質工程和生物修復技術在內的一系列生物高新技術的統稱[1,2]。其中每個方面都有其特定的理論基礎和不同的應用領域,但它們之間又相互補充和銜接,形成一個完整的體系。

生物技術的特點大致有[3]:①以生物爲對象,不依賴地球上的有限資源,而是着眼於再生資源的利用;②在常溫、常壓下進行,過程簡單,可連續化操作,並可節約能源,減少環境污染;③開闢了生產高純度、優質、安全可靠的生物製品的新途徑;④可解決常規技術和傳統方法不能解決的問題;⑤可定向地按人們的需要創造新物種、新品種和其他有經濟價值的生命類型。

　　2 現代生物技術在廢水處理中的應用

廢水生物處理是利用微生物的生命活動過程對廢水中的污染物進行轉移和轉化,從而使廢水得到淨化的處理方法。廢水生物處理技術發展迅速,好氧法、厭氧生物法以及生物發酵法已趨於成熟,所以,這裏只介紹固定化等新興技術。

2.1 固定化微生物技術 固定化微生物技術是生物工程領域中的一項新技術。進入80年代後國內外開始應用這種具有獨特優點的新技術來處理工業廢水和分解難生物降解的有機物質,一些具有特異性的優勢菌種不斷得到改造或創造,將這些高效專性菌如脫色菌、脫氮、脫磷菌假單胞菌等進行固定化後,菌體密度提高,大大提高了處理效率,尤其是對難降解有毒物質有明顯優勢。王增長等人利用新研製的聚集—交聯固定化細胞技術,將篩選的高效優勢脫色菌種固定在活性污泥上,投加於“厭氧—好氧—生物濾池 ”工藝流程中,處理印染廢水,結果表明:出水色度極低,處理後的水可回用[4]。

2.2 生物強化處理技術 爲了提高廢水處理的效果,而向廢水中投加從自然界中篩選的優勢菌種或通過基因組合技術產生的高效菌種,以去除某一種或某一類有害物質。主要強化方法有:①高濃度活性污泥法,以高污泥濃度和長泥齡來促進對難分解物質的處理,加快反應速度。日本用該法處理難分解的聚乙烯醇和糞便污水取得顯着效果[5]。②生物—鐵法,是在普通活性污泥中加入無機鹽,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,主要用來提高除磷效果。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,使二者產生協同增效作用。在該系統中,每g活性炭去除 1~3gCOD ,分解廢水毒性能力明顯增強,同時提高脫氮水平。

2.3 生物反應器技術 生物反應器技術,是現代生物技術發展的一個主要方向。現代化的新型生物膜反應器,其共同特點是反應器內裝有比表面大的載體,有利於微生物附着生長形成生物膜,供氣或供給的其他反應條件優越,污染物具有充分的時間與微生物接觸,有利於增強微生物的分解代謝能力。目前,2000m3的反應器已經問世。雖然其處理能力較低,造價較高,但其管理方便 ,運行費用低,所以歐美地區約有 7%的污水處理廠採用該技術[6]。

　　3 生物修復技術

生物修復技術[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場降解爲CO2和H2O或轉化爲無害物質的工程技術系統。這項技術正被用於清除地下水、廢水中的污染物。金屬雖然不能被生物降解,但微生物可將其轉移或降低其毒性。爲了加快去除污染物的進程,常常採用許多強化措施,使自然生態系統維持原狀的前提下,使受污染的環境得以修復。研究表明 ,生物修復與傳統的物化法相比具有以下優點:①經濟,僅爲物化法30%-50%;②對環境影響小,不產生二次污染,遺留問題少;③最大限度地降低污染物的.濃度;④修復時間較短,就地修復,操作方便。

生物修復中主要涉及兩大問題,即有效性和安全性評價。爲提高有效性今後將應用分子微生物學分離、鑑別、製造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。爲提高生物修復的安全性評價水平,需發展鑑定微生物的分子生物技術,以確定微生物在環境中的去留和基因[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方面:①微生態製劑。微生態製劑是一種由優勢互補的微生物菌羣、繁殖促進劑和活化劑配製而成的活性微生物製劑,已經在保健領域發揮重要作用。用於環境淨化的微生態製劑由於其應用範圍廣、使用安全、無副作用,爲區域環境保護提供了新的重要手段。歐美近年來加快了這方面的研究開發,已有采用微生態製劑原位修復水體的成功實例[9]。②生物吸附劑。生物吸附劑是廢水生物處理的一個新的發展方向,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爲一體淨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使生物與離子交換樹脂一樣能解吸回收金屬和重複利用。③微生物絮凝劑。微生物絮凝劑是利用生物技術,通過微生物發酵,抽提精製而得到的一種具有生物分解性和安全性的新型、高效、無毒的廉價的水處理劑,這些是無機或有機合成高分子絮凝劑所不具備的。其特點是降解性能好,成本低,無二次污染等。目前,已篩選出19種具有絮凝能力的微生物,其中,黴菌8 種,細菌5種,放線菌5種,酵母菌1種[10]。隨着生物技術的發展,微生物水處理劑的開發與應用具有良好的前景。

現代生物技術在水污染控制領域已顯示出獨特的魅力和應用前景。但筆者認爲,今後應從四個方面進行深入研究:①分離、篩選和培養高效降解菌,利用微生物共代謝作用、多菌種協同作用降解難降解污染物;②構建高效反應器,優化運行條件,探索新技術新方法;③開發高效、無毒、廉價、可大批量生產的微生物水處理劑;④着力實踐和推廣生物修復示範工程,爲生態環境建設提供有力的技術支持。

參考文獻:

[1]李亞一.生物技術[M].北京:中國科學技術出版社.1994.1.

[2]王凱軍.發達國家環境生物技術研究規劃簡介[J].給水排水.1996.22(9):7-9.

[3]唐瓊等.生物技術在環境保護中的應用及前景[J].環境污染治理技術與設備.2002.3(10):28-35.

[4]王增長,牛志卿.利用生物工程治理印染廢水及回用中試研究[J].中國環境科學.1996.16(4):271-274。