现代生物技术与我国的环境保护

1、环境生物技术导论论文作者：金少波学号：100402108电话位：河北科技大学环境科学与工程学院环境科学101前言：本文主要讲述全球环境及我国目前生态环境状况,论述了利用环境生物技术治理大气、水、固体废弃物和土壤等方面的环境污染，保护生态环境中的应用和发展前景。环境生物技术作为一门新兴的技术其开发前景不可限量。大力发展环境生物技术,是我国推进循环经济、实施可持续发展战略的重要组成部分,也是实现全面建设小康社会的宏伟目标,推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路的重要技术保障。 关键词 环境生物技术 生态环境 环境保护正文 1全球生态环境现状：地球是所有

2、人赖以维持生存的唯一空间。但是在过去相当长的一段时间内，人类却很少从长远和全局考虑如何更好地与这个星球的自然环境协调发展。从产业革命开始，一系列公害问题便日益严峻地摆在人类面前。本世纪著名的七大公害事件-美国洛杉矶光化学烟雾事件、伦敦烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件、日本的四日市哮喘事件、水俣病事件、骨痛病事件和米糠油事件，不仅对环境造成了严重的污染，而且直接危害到了人类的健康。1-1洛杉矶光化学烟雾事件1943年发生在美国洛杉矶的光化学烟雾至今在人们心中留下了创痕。由于大量排放的汽车尾气中的某种化学物质,在太阳紫外线照射下发生了光化学反应,从而形成有毒的浅蓝色烟雾，它导致洛杉矶大部分市民患病。1

3、955年再度发生的此类事件，使65岁以上的老人五官中毒红肿,因呼吸衰竭而死亡的人数达400多人。再看看日本的骨痛病。50-60年代居住在日本富山县的村民,因长期饮用被镉等重金属污染的河水和食用含镉的食物，造成镉中毒，很多患者全身疼痛难忍，并引发了贫血、胃萎缩、骨质软化等一系列难以治愈的疾病。 1-2印度博帕尔市毒气事件1984年12月3日深夜的印度博帕尔市，当人们在梦中沉睡的时候,一个恶魔悄然降临。一家由美国投资的农药厂的剧毒原料异氰酸甲酯突然泄露，数十吨毒气以每小时5000米的速度向四周扩散。在40平方千米的范围内，波及11个居民区，20多万人受到伤害，其中2800多人死亡，5万余人终生失明

4、。 1-3切尔诺贝利核 1986年4月，前苏联切尔诺贝利核电站第4号机组按计划停机检查，由于工作人员多次违反操作规程，致使反应堆爆炸起火。摄氏2000度的高温火球迅速烧毁了机房，高强度放射性物质四处蔓延，7000余人死于非命，受放射性伤害的人数难以统计。这次核事故使整个欧洲付出了沉重的代价。欧洲各国放射性尘埃强度增高,瑞典增高达100倍，欧洲各邻国的蔬菜、牛奶不能食用，给人们心理上造成了巨大的恐慌。 1-4波斯湾战争 1991年波斯湾海域战火纷飞，硝烟弥漫，生灵涂炭。伊拉克打开艾哈迈迪输油管，每天将几百万桶原油倾泻入大海，在海湾内形成一片长56千米、宽16千米的油膜，几天后溢油总量就达到110

5、0万桶（约170万吨），而以每天24千米的速度向南漂移。所经之处有200万只海鸟丧生，许多鱼类和其他动植物也遭受了灭顶之灾，波斯湾里的一些特产鱼种将永远消失。 垃圾在现实生活中，亦已成为非同小可的社会问题。在美国这个世界上垃圾“产量”最高的国家里，垃圾的年产量约为2亿吨，仅纽约每天就出产垃圾2万多吨。 一次性快餐盒曾是食品包装业取得突破性成功的标志之一，几年前还被赞誉为“白色革命”，而今，却已成为“白色污染”，成为全球公害。有数据表明，一般塑料制品在自然界中很难消解，掩埋在土壤中，妨碍农作物生长；被牲畜误吃，轻者消化系统得病，重者死亡；焚烧，则释放大量有毒气体。 地球在为满身的病痛而呻吟，也在

6、为人类贪婪的索取而愤怒。江河洪灾的泛滥，资源的枯竭，宇宙射线对人类健康的威胁所有这些，都是大自然发出的通牒，警示人类：自然不是随意盘剥的对象，不是无止境地汲取的源泉，而是与人类生存和发展息息相关的生命共同体。 2我国生态环境现状：我国是世界上环境污染最为严重的国家之一,从城市到乡村,我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。 目前, 我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地

7、面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2 500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。再加上中国人口庞大,经济处于高速增长的态势,环境的压力愈益加大,再加上中国技术和管理水平低下,经济增长方式比较粗放,能源、资源的消耗量大,资源效率低,污染物排放严重,土地资源利用不合理,生态破坏更加严重。中国的经济高速增长据预测在未来的1020年还将持续;技术和管理水平的提高还需要较长的时期,这就决定了中国经济增长方式由粗放型向集约型方式的转变在短期内不可能得到大的改观,生态环境恶化的趋势还要延续,而且遏制的难度将越

8、来越大。因此,加大环境保护和环境治理力度,加快应用高新技术,用现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡,提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。 2-1空气污染严重 根据2011年9月中国环保部公布的2010年中国环境状况公报,我国城市空气质量总体上依然严重,造成我国空气污染的主要原因是烧煤和汽车尾气,其中烧煤是最根本原因。中国的大气环境污染以煤烟型为主,主要污染物为总悬浮颗粒物和二氧化硫。酸雨污染范围大体未变,污染程度居高不下。 2-2水体污染十分严重 在我国,水体污染十分严重。工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染,严重的影响了我国的生态环境,使得水污染日益加剧

9、,水资源严重短缺。 2-3工业废弃物和城市生活垃圾污染严重 随着城市居民生活水平的提高和中国经济的高速发展,城市生活垃圾每年以10%的速率增长。不少城市由于垃圾得不到及时处理而受到垃圾包围城市的困扰。工业固体废弃物也与日俱增,工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨,占地超过5万公倾。 2-4土壤污染严重 我国人均土地面积只有世界人均水平的1/3;人均耕地面积仅为世界人均水平的43%。我国耕地的总体质量先天不足,耕地有水源保证和灌溉设施的耕地只占40%,中低产田占总耕地面积的79%。但就是这数量不多且先天营养不足的土地也饱受污染,这些污染主要表现为一、化肥施用量居高不下,施用结构不合理,利用率低。二

10、、农药施用总量大,增长趋势明显施用强度高。三、农膜使用量高,且增长迅速,可降解农膜使用率低,农膜的使用加速了农药和土壤的流失,残膜导致农田土壤质量下降。 3环境生物技术与环境保护环境生物技术是指生物化学,微生物学及工程技术相结合之整合性科学.主要目的是利用微生物,动物或植物应用於农业,环境,工业及健康照顾上,以发展永续事业.环境生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物

11、治理方法具有许多优点。 3-1生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。 3-2利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。 3-3生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以

12、大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。3.生物技术在环境保护中的应用3.1空气的生物净化应用生物技术来处理废气和净化空气是控制大气污染的一项新技术,代表了大气处理净化处理技术的未来发展方向。废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程中需要营养物质这一特点,把废气中的有害物质转化成无害的物质。微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢

13、底物降解、转化。同常规的有机废气处理技术相比,生物技术具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点,尤其在处理低浓度(小于3mgPL)、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。生物洗涤法分洗涤式活性污泥脱臭法和曝气式活性污泥脱臭法两种工艺。洗涤式活性污泥脱臭法的主要原理是将恶臭物质和含悬浮泥浆的混合液充分接触,使之在吸收器内从臭气中去除掉,洗涤液再送到反应器中,通过悬浮生长的微生物的代谢活动降解溶解的恶臭物质。这种方法可以处理大气量的臭气,同时操作条件易于控制,占地面积较小,压力损失也较小, 实际中有较大的适用范围。这种方法设备费用大、操作复杂而且需投加营养物质,因而其应用

14、受到了一定限制。曝气式活性污泥脱臭法是将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混和液中,通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质,现已应用于粪便处理场和污水处理场的恶臭气处理。 3.2 污水的生物净化污水生物处理是用生物学的方法处理污水的总称,是现代污水处理应用中最广泛的方法之一。污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称

15、水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共价结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性

16、保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。在污水处理中,常见的生物方法包括生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厌氧处理法和人工湿地处理系统法等。3.3白色污染的消除废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一

17、土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-羟基烷酸(Phase)，研究人员正设法构建出自溶性Phase生产菌种，即将Phase重组菌进行发酵，在积累大量的Phase后，加入信号物质

18、，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，Phase析出，以简化胞内产物Phase的提取过程，降低提取成本。3.4 化学农药污染的消除一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，

19、就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素

20、的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素,以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。3.5污染土壤的生物修复重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀