基于环境治理中生物技术的应用与分析

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  摘 要:环保生物技术作为一门新兴的环保技术,具有广阔的发展前景。环保生物技术是我国实施可持续发展战略的重要组成部分,将对我国的环境监测、清洁生产和环境治理等方面起到不可替代的作用,同时也将产生巨大的经济效益和社会效益。
  关键词:生物技术 环境治理 分析
  
  目前,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10-20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来越大。
  1 环保生物技术环境治理的影响
  1.1 污水的生物处理技术及影响
  面对我国日益严峻的水污染现象,污水处理的生物技术融合了微生物本身吸附力好,降解能力强,沉降性高等特点。提高了污水处理的效率,改善了污水处理的效果,简化了污水处理的过程,而且符合生态学及可持续发展的观点,同时其技术要求也比较简单。污水处理生物技术的主要原理是:根据水体自净的原理,利用微生物所具有的催化作用和代谢特性,根据对氧气的需求,分为好氧或厌氧两种情况来分解和转化污水中的污染物后,配合物理和化学的法使污水得到净化。近些年来,我国应用生物技术处理废水的水平已日趋成熟, 目前我国在固定化细胞技术的应用上获得了较大成就,在降解存在于合成洗涤剂表面的活性剂时,可以达到接近100%的降解率和酶活性保存率,目前,我国利用固定化细胞技术处理含酚废水也已广泛应用到实际的废水处理中。
  1.2 废气的生物处理技术及影响
  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,并可将其作为代谢底物降解、转化。同常规的有机废气处理技术相比,生物处理技术具有效果好、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、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。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。“十二五”期间,我国对废气排放提出更加严格的标准,废气处理是我国当前发展经济、解决环境污染的重大任务。因此,结合我国的经济、技术水平,研究开发出投资运行费用低、工艺技术流程简单的新型高效环境友好的生物处理技术,具有重大的环境意义和经济效益。
  2 生物技术在环境治理中的应用
  2.1 生物技术在废水处理中的应用
  我们在培养得到光合细菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌和磷细菌的优势菌群,进行复合后再对试验污水进行处理,可以取得较好的效果。结果表明,配比为1:1,投加量为5%的复合菌群对污水的处理效果最好,对CODcr、NH4+-N和磷酸盐的去除率分别达到79.7%、98.6%和78.1%。用固定化光合细菌(S)和(NR-3)处理含油生活废水。实验表明,经过6d间歇式处理后,S菌、NR-3菌和对照组细菌对油的去除率分别为74.2%、58.2%、15.8%。用琼脂包埋S菌,在稀释率为0.4/d的条件下,对含油生活废水进行连续式处理。结果表明,废水中油脂的去除率96%,油脂的最大去除率可达到3.38 kg/m/d。用复合菌剂对大菱鲆养殖废水进行处理,复合菌对COD去除率为68.4%~73.1%,氨氮的降解率为80%,且有害中间产物亚硝酸氮始终维持在较低水平。
  2.2 生物技术在土壤修复中的应用
  通过盆栽皱叶狗尾草、香根草、辣蓼、百喜草,试验筛选吸收重金属Cd、As和Pb的超富集植物的实验。结果表明,4种植物地上部重金属含量均未超过临界指标含量,其中辣蓼地下部Cd含量、香根草地下部Ph含量和皱叶狗尾草地下部Pb含量超过临界指标含量,具有修复污染土壤的潜能。用黄豆、苜蓿和混合菌对石油污染土壤进行植物-微生物联合修复试验。结果表明,20d,苜蓿、黄豆试验田污染土壤中的石油烃减少46.83%和41.27%;当施加外源混合菌时,可使两种植物的降解率分别提高到67.14%和56.92%。苜蓿或黄豆-土著微生物-外源混合菌联合修复石油污染土壤效果显著。通过田间试验研究了玉米和向日葵两种植物联合外源菌(DX-9)对石油污染土壤的修复作用。结果表明,在10000mg/kg污染浓度下,150d,“DX-9-玉米”和“DX-9-向日葵”试验区石油烃降解率分别达到72.8%和76.4%,较同期单独植物修复的降解率提高了71.3%和64.7%。500d各试验区土壤中石油烃降解率分别为95.5% 、96.1% 、97.6%和98.9%,土壤中石油烃含量均低于国家标准规定限量(<500 mg/kg)。结果表明:玉米、向日葵与节细菌对石油污染土壤的联合生物修复效果显著;经过两年修复,污染土壤恢复健康状态。
  2.3 生物技术在固体废弃物堆肥中的应用
  用复合微生物菌剂对剩余污泥进行堆肥试验,研究了复合微生物菌剂在剩余污泥堆肥系统中的作用。结果表明:接种复合微生物菌剂进行剩余污泥堆肥,与对照组相比,不但能够提高堆肥温度,而且高温持续时间长,腐熟时间缩短,堆肥反应速率加快,当接种量为7%(体积比)时,腐熟时间比对照组提前了12d。以气味、CODcr的去除率、NH4+-N的变化、种子发芽率等指标为依据,筛选了由5株细菌、3株放线菌、2株霉菌和1株酵母菌组成的高效复合降解菌剂,用于城市粪便堆肥处理。为验证所得高效菌剂的腐化效果,与空白对照堆相比较,加入高效菌剂后,在相同时问内,有机质降解速率快10% 以上,氨氮含量低13%以上,微生物含量可高出一个数量级,种子发芽率高7%以上。通过对影响粪便好氧堆肥工艺主要参数的实验研究表明:堆肥碳氮比为30、含水率为60%~65%时腐熟速率最大。
  3 结 论
  生物技术除了应用在废水、废气和固体废弃物的处理、以及土壤、水体等的生物修复,还可以进行环境污染的快速监测、粘泥的控制、污泥脱水、油脂分解、农业环境保护等。因此,生物技术在环境保护与污染治理中将发挥巨大的作用。
  
  目前,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10-20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来越大。
  1 环保生物技术环境治理的影响
  1.1 污水的生物处理技术及影响
  面对我国日益严峻的水污染现象,污水处理的生物技术融合了微生物本身吸附力好,降解能力强,沉降性高等特点。提高了污水处理的效率,改善了污水处理的效果,简化了污水处理的过程,而且符合生态学及可持续发展的观点,同时其技术要求也比较简单。污水处理生物技术的主要原理是:根据水体自净的原理,利用微生物所具有的催化作用和代谢特性,根据对氧气的需求,分为好氧或厌氧两种情况来分解和转化污水中的污染物后,配合物理和化学的法使污水得到净化。近些年来,我国应用生物技术处理废水的水平已日趋成熟, 目前我国在固定化细胞技术的应用上获得了较大成就,在降解存在于合成洗涤剂表面的活性剂时,可以达到接近100%的降解率和酶活性保存率,目前,我国利用固定化细胞技术处理含酚废水也已广泛应用到实际的废水处理中。
  1.2 废气的生物处理技术及影响
  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,并可将其作为代谢底物降解、转化。同常规的有机废气处理技术相比,生物处理技术具有效果好、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、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。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。“十二五”期间,我国对废气排放提出更加严格的标准,废气处理是我国当前发展经济、解决环境污染的重大任务。因此,结合我国的经济、技术水平,研究开发出投资运行费用低、工艺技术流程简单的新型高效环境友好的生物处理技术,具有重大的环境意义和经济效益。
  2 生物技术在环境治理中的应用
  2.1 生物技术在废水处理中的应用
  我们在培养得到光合细菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌和磷细菌的优势菌群,进行复合后再对试验污水进行处理,可以取得较好的效果。结果表明,配比为1:1,投加量为5%的复合菌群对污水的处理效果最好,对CODcr、NH4+-N和磷酸盐的去除率分别达到79.7%、98.6%和78.1%。用固定化光合细菌(S)和(NR-3)处理含油生活废水。实验表明,经过6d间歇式处理后,S菌、NR-3菌和对照组细菌对油的去除率分别为74.2%、58.2%、15.8%。用琼脂包埋S菌,在稀释率为0.4/d的条件下,对含油生活废水进行连续式处理。结果表明,废水中油脂的去除率96%,油脂的最大去除率可达到3.38 kg/m/d。用复合菌剂对大菱鲆养殖废水进行处理,复合菌对COD去除率为68.4%~73.1%,氨氮的降解率为80%,且有害中间产物亚硝酸氮始终维持在较低水平。
  2.2 生物技术在土壤修复中的应用
  通过盆栽皱叶狗尾草、香根草、辣蓼、百喜草,试验筛选吸收重金属Cd、As和Pb的超富集植物的实验。结果表明,4种植物地上部重金属含量均未超过临界指标含量,其中辣蓼地下部Cd含量、香根草地下部Ph含量和皱叶狗尾草地下部Pb含量超过临界指标含量,具有修复污染土壤的潜能。用黄豆、苜蓿和混合菌对石油污染土壤进行植物-微生物联合修复试验。结果表明,20d,苜蓿、黄豆试验田污染土壤中的石油烃减少46.83%和41.27%;当施加外源混合菌时,可使两种植物的降解率分别提高到67.14%和56.92%。苜蓿或黄豆-土著微生物-外源混合菌联合修复石油污染土壤效果显著。通过田间试验研究了玉米和向日葵两种植物联合外源菌(DX-9)对石油污染土壤的修复作用。结果表明,在10000mg/kg污染浓度下,150d,“DX-9-玉米”和“DX-9-向日葵”试验区石油烃降解率分别达到72.8%和76.4%,较同期单独植物修复的降解率提高了71.3%和64.7%。500d各试验区土壤中石油烃降解率分别为95.5% 、96.1% 、97.6%和98.9%,土壤中石油烃含量均低于国家标准规定限量(<500 mg/kg)。结果表明:玉米、向日葵与节细菌对石油污染土壤的联合生物修复效果显著;经过两年修复,污染土壤恢复健康状态。
  2.3 生物技术在固体废弃物堆肥中的应用
  用复合微生物菌剂对剩余污泥进行堆肥试验,研究了复合微生物菌剂在剩余污泥堆肥系统中的作用。结果表明:接种复合微生物菌剂进行剩余污泥堆肥,与对照组相比,不但能够提高堆肥温度,而且高温持续时间长,腐熟时间缩短,堆肥反应速率加快,当接种量为7%(体积比)时,腐熟时间比对照组提前了12d。以气味、CODcr的去除率、NH4+-N的变化、种子发芽率等指标为依据,筛选了由5株细菌、3株放线菌、2株霉菌和1株酵母菌组成的高效复合降解菌剂,用于城市粪便堆肥处理。为验证所得高效菌剂的腐化效果,与空白对照堆相比较,加入高效菌剂后,在相同时问内,有机质降解速率快10% 以上,氨氮含量低13%以上,微生物含量可高出一个数量级,种子发芽率高7%以上。通过对影响粪便好氧堆肥工艺主要参数的实验研究表明:堆肥碳氮比为30、含水率为60%~65%时腐熟速率最大。
  3 结 论
  生物技术除了应用在废水、废气和固体废弃物的处理、以及土壤、水体等的生物修复,还可以进行环境污染的快速监测、粘泥的控制、污泥脱水、油脂分解、农业环境保护等。因此,生物技术在环境保护与污染治理中将发挥巨大的作用。
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