环境生物技术在水污染处理中的应用

张雪飞

（安徽禾美环保集团有限公司，安徽 合肥 230000）

随着我国经济和科技的快速发展，环境污染问题已经成为制约人们工作和生活的重要问题之一，同时也限制了城市的经济和生态发展。在全球经济一体化背景下，水污染问题已经成为全球各个国家共同关注的环境问题之一。虽然世界大部分区域被水覆盖，但是这些水资源却不能被利用，可被利用的淡水资源正在快速较少。为了挽救淡水资源、节约水资源，各个国家都相继出台了有关保护水资源的相关政策。目前在水资源处理技术中，环境生物处理技术已经成为各个国家控制水污染的主要方式，尤其是现代环境生物技术不仅可以控制水污染，而且还可以对被污染的水源进行过滤清洁，从而实现对水资源的二次利用。

1 现代生物技术的内容和特点

现代生物技术是以DNA技术为先导，包括微生物工程和细胞工程等一系列生物高新技术的统称。现代生物技术应用于环境保护当中可以提高环境保护力度，同时也可以减少人力物力的消耗，由于现代生物技术特定的理论基础在不同领域应用，所以现代生物技术的应用范围比较广阔。现代生物技术以生物为对象，不再依赖地球上的有限资源，而利用地球上的可再生资源通过现代生物技术开展环境保护，有效提高了环境保护力度，同时，现代生物技术操作简便，工作人员经短期学习就可以利用现代生物技术进行连续操作，节省资源，减少环境污染[1]。除此之外，现代生物技术还开辟了高纯度和优质的生物制品，与传统的生物技术相比，吸收了新技术的现代生物技术，可以提取出纯度更高的生物制品。现代生物技术也可以弥补传统生物技术的缺点，解决其不能解决的问题，也可以为人们定期创造所需要的新品种和新物种，延续生命的价值。

2 城市排污现状

水资源污染是我国近些年经济和工业发展进程中比较重要的污染问题，自改革开放以来，国家把发展重心放在了工业和经济方面，并不惜牺牲一切追求经济发展，因而负面影响远远超过了人们的想象，而水污染就是其中一种。由于地球上可用的水资源比较少，虽然我国是全世界淡水资源最多的国家，但是由于我国人口众多，所以人均水资源的可用数量越来越少，这对于我国的可持续性发展是非常不利的。因此，我国政府和地方相关部门开始制定各种水资源保护政策，并不断宣传水资源保护的重要性，是越来越多的人开始意识到水资源保护的作用。自20世纪80年代开始，我国城市污水处理已经在各个方面取得了较大的进步，但仍然有许多地方存在着不足。由于我国目前淡水资源比较缺乏，人均拥有量2 300立方米，在世界上的排位是第100名，即我国人均水资源的拥有量为世界人均水平的1/4。由此可见，虽然我国淡水资源比较丰富，但是由于我国人口基数庞大，所以人均水资源利用量非常少，水污染形势也越来越严峻，这不仅不利于生态环境的发展，而且也会对人们的生活造成一定威胁。虽然我国是从计划经济转型过来的，但是城市污水处理管理机构和管理方式一直沿袭的是传统模式，已经不符合新时代的发展需求和趋势。各个城市对污水处理设施的建造和设备运行实行统一管理，因而对城市污水处理提出了较高的要求。现如今，我国污水处理面临着严重的水污染问题，再加上污水处理工作起步比较晚，与其他西方国家相比，我国的污水处理措施和制度都存在着许多的不足，因此，需要向西方国家借鉴相关经验，不断完善污水处理的制度和工作方式，提高污水处理的能力。

3 环境生物技术发展的趋势和存在的问题

3.1 存在的问题

尽管环境生物技术在水污染处理过程中具有较大的作用，但还是存在很多不足。首先，环境生物技术属于物理技术，在水污染处理过程中与化学处理技术相比，其速度较慢，所以需要较大的反应器和占地面积。其次，环境生物技术对水质有一定的要求，需要水质比较纯净，否则利用环境生物技术会影响微生物的生长。第三，利用环境生物技术处理污水有时会产生污泥，这些污泥会膨胀和流失，所以需要对其进行处理，因而增加了污染处理的难度。第四，利用环境生物技术处理水环境中的人工合成物，特别是难降解的物质比如塑料袋等，效果不明显。第五，利用环境生物技术有可能会将实验室中的有害气体和细菌带入到自然环境当中，这不仅不利于水污染的处理，而且还有可能对大气环境造成污染。最后，大规模的工程微生物的应用，可能会影响生态系统，如果在某个地区利用环境生物技术进行大范围的水污染处理，虽然可以净化该区域的水环境，却会对该区域的大气环境及周围环境造成危害。这些问题都是利用环境生物技术的过程中，可能存在和发生的问题[2]。

3.2 环境生物技术在环境保护领域的应用前景

目前，环境生物技术已经在环境保护中获得了广泛应用，也取得了一定的成效。随着现代社会经济和科技的快速发展，人口数量越来越多，人均利用资源的数量急剧下降，环境恶化成为了威胁人们生活和工作的最大因素，越来越多的人意识到了环境保护的重要性，并将环境生物技术的利用提上了日程。环境生物技术是与现代科学技术相结合的一种水污染处理技术，随着生物工程技术的快速发展，人们不仅能对现有的微生物进行改造，而且还能创造出具有新特殊功能的微生物，这些微生物可以对被污染的水体进行净化，从而达到保护环境的目的[3]。现如今，世界各国越来越多的人意识到了环境保护的重要性，并开始不断宣传环境保护和节约水资源的作用，环境生物技术在环境保护中的作用，将由单纯的治理发展到防与治的结合，在今后的水污染防治措施中，环境生物技术不仅可以治理已经被污染的水资源，而且也可以在水资源没有被污染之前进行预防。

4 环境生物技术在水污染治理中的开发与应用

4.1 关于微生物遗传学的研究

利用环境生物技术治理水污染时，处理过程离不开对微生物遗传的分析，许多微生物和原生动物可以净化废水，已经取得了一定的研究成果[4]。传统的生物处理技术，大多数是对自然生长的微生物群体进行驯化和繁殖，然后再将这些微生物放入被污染的废水当中进行净化，这种传统的生物处理技术降解被污染的能力比较低。70年代之后，我国环境生物技术方面的研究学者对一些特定的有毒废水成分或单一的高浓度有机废水进行了提取和试验，发现被污染的水资源当中还有一种可以被降解的成分，研究学者选育出具有较高降解活性的菌种，并进行提纯培养后用于废水处理，这种菌种在进入被污染的废水之后，显示出了一定的优越性，可以净化被污染的水源，而且净化速度和净化水平比较高。但是，从自然环境中分离筛选出来的菌种降解污染物的能力比较有限，需要定期进行遗传学的改造。简单来说，从自然环境中分离筛选出来的菌种仍然具备自然环境的特点和性质，所以，研究学者需要在固定的时间内，对分离出来的菌种进行遗传学改造，定向选育出降解能力较高的工程菌种，将这些工程菌种放入被污染的废水中，才能大幅度提高微生物的降解能力，达到废水处理的要求和标准，这一试验有力推动了水污染治理工作的发展。微生物育种技术主要有原生质体融合育种和基因工程育种，原生质体融合技术可以培育出跨越不同种属间的遗传障碍，也就是说可以将不同性质的菌种进行结合，在菌体内可以拥有两套或两套以上亲本的遗传基因，这对于废水污染的处理来说比较有利。利用这种技术，不仅可以提高降解水质的速度，而且还可以提高水质质量。基因工程技术在环境保护中的应用始于80年代，利用基因工程育种可以使基因突变，不仅可以提高菌种净化水资源的能力，而且还可以降低废水被污染的速度，促使微生物降解特性向有益的方向转变。有一些水资源是活性水资源，而这些水资源中的污泥数量比较多，利用基因工程技术进行废水污染处理可以持续数月以上，长时间的污水处理不仅可以迅速降解污水中的各种有毒物质，而且还可以提高水资源的质量。目前，大部分基因工程菌种还在培养条件下，研究学者表示利用他们可以降解石油和农药等有机污染物，以及净化重金属污染的水体，这对于我国污水处理工作是一项巨大的突破和进步。

4.2 关于生物净化酶的研究

生物的净化功能主要依靠生物酶的催化作用实现，所以生物净化酶的活性以及适应条件是污水处理最重要的关键之处。80年代之后，生物酶和细胞固定化技术进入了环境保护领域，这也使污水处理工作上了一个新台阶。这些年，越来越多的研究学者开始对生物净化酶进行分析，并通过分析生物净化酶，提炼出更加精纯的能够净化水资源的酶，对微生物降解代谢途径以及降解酶系组成的研究是学者们研究的主要研究。研究内容中显示，活性污泥中存在着淀粉酶和脱氢酶，可以利用活性污泥对废水进行处理，而且也可以净化水资源。由于原生动物的过氧化氢酶活性远高于细菌，所以原生动物利用细菌分解产生的氨基酸为氮源，可以利用原生动物对污水进行处理和净化，这比一般的污水处理技术效果要好。由于废水的污染物成分比较复杂，而且还存在着影响活性酶的有毒物质，所以如果想利用活性酶对污水进行处理和净化，还需要进行进一步的研究。

4.3 生物发酵技术

生物发酵技术是目前存在最广，也是最早的废水生物处理技术之一，在环境生物技术没有问世之前，生物发酵技术是废水处理工作中比较常见的一项技术。在污水处理工作中，相关业内人士所关注的生物发酵技术包括水资源的解体、生物除磷脱氧技术和间歇式活性污泥法。第一种技术是将厌氧过程控制在水解和酸化阶段，然后以焦化废水和印染废水等各种工业废水作为实例，利用生物发酵技术对这些废水进行处理，效果十分显著。第二种生物除磷脱氧技术是70年代以后研究出来的，该技术已经在湖水处理中得到了迅速发展和应用，这是由于聚磷微生物中主要有假单胞菌属，而生物中所具有的这些物质可以有效地净化湖水中的污染物。第三种间歇式活性污泥法是80年代之后研发出来的技术，这种技术主要应用于20万吨以下的城市污水处理厂中，这也是三种技术中应用范围比较广的一种处理技术。

4.4 生物强化技术

生物强化技术主要是为了提高污泥法的处理能力和降解效果，包括三种方法，其中第一种是高浓度活性污泥法，这种方法可以对长时间存在的废水和有毒物质进行处理，处理和净化的速度非常快，通过向沉淀池内添加混凝剂，提高污泥的浓度。这种处理方法也是日本最常用的处理方法。第二种生物铁法是在普通活性污泥中加入无机盐，比如铁和钙等，形成具有吸附和清除作用的生物铁，主要用于提高去除污水磷的作用，第三种生物活性炭法是综合利用微生物的氧化能力和活性炭良好的吸附能力吸附水底有毒物质，采用这种方法处理废水，不仅可以提高对废水中有毒物质吸附能力，而且还可以提高对废水的处理能力[5]。

4.5 生物反应技术

生物反应技术就是生物反应器技术，在利用生物反应技术的过程中主要是利用生物反应器，主要应用于制药和食品等行业中，这种技术的特点是含量比较大，而且连续性也比较好，美国和英国等西方国家大量生产的现代化新型反应器就是生物反应技术的器具，北京、上海等地也在积极开和发研制，并已经相继生物问世。

5 结语

综上所述，环境生物技术是新时代处理水资源污染的一种新型技术，随着科技和经济的快速发展，环境生物技术不会只停留在现在的水平，随着科技的进步，该技术也会不断发展，在未来的水资源处理和净化工作中，环境生物技术会为其提供更多的便利。