分析现代生物技术在污水处理中的应用.doc

课程名称：现代生物技术概论 学院： 信息科学与工程学院 专业： 电子信息科学与技术 姓名： . 学号： 指导教师： . 2011年4月22日分析现代生物技术在污水处理中的应用摘要：随着工业的高速发展，水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境，制约着社会和经济的进一步发展。因此，水污染控制成为全世界共同关注的问题。当今的水处理技术中生物处理法已成为水污染控制的主要方法，尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段。本文介绍了现代生物技术及其在污水处理中的应用和发展，有效地控制了水污染问题。关键词：现代生物技术 基因工程 生物修复技术 固定化技术 正文：一、现代生物技术的发展概况现代生物技术是指以DNA 技术为先导，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称1。其中每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域，但它们之间又相互补充和衔接，形成一个完整的体系。现代生物技术可应用于农业、医药、化工、食品、环境保护等众多领域，主要包括发酵工程、基因工程、酶工程和细胞工程等。现代环境生物技术是现代生物技术和环境工程技术相结合的产物，它是20 世纪80 年代才诞生的一种崭新的技术，是对传统生物技术的强化和创新。作为一门新兴的边缘学科，环境生物技术主要涉及生物技术、工程学、环境学和生态学等学科，不仅包含了生物技术所有的特点，而且还融合了环境污染防治及其他工程技术2 。二、现代生物技术在污水治理中的应用和发展近10 年来，环境生物技术发展极其迅速，研究领域不断扩大，而且工程实践也已经表明其成为一种经济效益和环境效益俱佳的技术，是解决复杂环境污染问题的有效手段之一3 。以基因工程为主导的现代污染防治生物技术是高新的环境生物技术，为改变微生物细胞内的关键酶或酶系统提供了可能，使大量的人工合成有机化合物，特别是那些难于生物降解或是降解缓慢的化合物，得到了很快的降解。目前的水处理技术中，生物处理法已成为世界各国控制水污染的主要手段，尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段，现代生物技术在污水处理中的应用非常广泛，包括基因工程、生物修复以及固定化技术等领域。2.1基因工程技术基因工程是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译和表达，从而获得新个体的一种育种方法。将基因工程技术运用于环境污染治理中，能够提高微生物的降解速率，拓宽底物的专一性范围，维持低浓度下的代谢活性，改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。因此，从环境中筛选分离出的菌种，利用基因工程的手段，实现质粒转移，分子育种，基因重组技术，能够构建出具有特殊降解功能的超级工程菌4 ；其生长繁殖速度极快，生物降解活性极高。以大肠杆菌E. coli JM l09 为宿主菌通过DNA 质粒转化得到基因工程菌，该菌对废水中的汞离子有很强的富集能力。中山大学生物系将假单胞细菌R4 染色体中的抗镉菌株转入大肠杆菌HB101 中，使之获得了抗镉特性， 该菌株可在100mgPL 的含镉溶液中生长5 。自从各种降解性质粒被发现后，人们应用基因工程技术获得了能够同时分解多种有毒物质的菌种。美国生物学家Chakra Barty 利用质粒转移技术将能够降解芳烃、萜烃、多环芳烃的细胞质粒成功地转移到能够降解脂烃的假单胞菌属中，获得了能够同时降解四种烃类的“超级菌”，此菌能够将海面浮油中2P3 的烃降解掉5 。再如，除草剂降解基因工程菌、细菌杀虫剂、卤代芳烃降解基因工程菌、多糖降解基因工程菌等，都是基因工程技术在环境污染治理中的具体应用。2.2 生物修复技术生物修复技术是利用生物，特别是微生物将土壤、地下水或海洋中污染物现场降解为CO2和H2O 或转化为无害物质的工程技术系统。这项技术正被用于清除地下水、污水中的污染物。金属虽然不能被生物降解，但微生物可将其转移或降低其毒性。为了加快去除污染物的进程，常常采用许多强化措施，使自然生态系统维持原状的前提下，使受污染的环境得以修复。经研究表明，生物修复与传统的物化法相比具有以下优点：经济，仅为物化法30%-50%；对环境影响小，不产生二次污染，遗留问题少；最大限度地降低污染物的浓度；修复时间较短，就地修复，操作方便。生物修复中主要涉及两大问题，即有效性和安全性评价。为提高有效性今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。为提高生物修复的安全性评价水平，需发展鉴定微生物的分子生物技术，以确定微生物在环境中的去留和基因。2.3固定化技术 固定化技术是指通过采用化学或物理方法将游离微生物定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复使用，包括固定化酶、固定化细胞和固定化藻6 。固定化方法主要包括三种:载体结合法、交联法和包埋法7 。它是20 世纪80 年代开始向环境科学领域进展，在废水处理中日益受到人们的重视。用海藻酸钠包埋小球藻细胞和紫非硫光合细菌混合菌株，对含酚废水处理24 h ，去除率达到95 %以上。用三乙酸纤维素脂单载体和海藻酸钙的复合载体固定混合好氧菌处理含酚废水，去除率达90 %以上8 。以PVA 为包埋载体，添加适量粉末活性炭包埋固定硝化污泥，处理用(NH4 ) 2 SO4 和葡萄糖配成的废水，NH42N去除率可达95. 5 % ，COD 去除率保持80 %以上。采用动胶杆菌固定化技术来降解土壤中菲、芘污染物，降解率达84. 89 %和76. 94 %。因此，固定化技术以其廉价、高效、传质好、强度高、抗毒性好等优点，为废水处理开创了美好前景。三、结束语现代生物技术的发展，给环境生物技术的纵深发展增添了强大的动力，环境生物技术无论是在生态环境保护方面，还是在污染防治方面和环境监测方面，都显示了独特的功能和优越性。参考文献：1 王建龙， 文湘华编. 现代环境生物技术. 北京:清华大学出版社，2001.2 陈坚主编. 环境生物技术. 北京:中国教育出版社， 1999.3 金晓红等. 环境生物技术应用于环境保护的新进展. 环境保护， 2002.4 金志红等编. 污染生物降解. 上海:华东理工大学出版社， 1997.5 王国惠等编. 环境工程微生物学原理及应用. 北京: 中国建材工业出版社， 1998.6 刘洪斌， 刘转年