劉恩東

摘要：指出了隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)于自然資源的消耗問題也變得越來越嚴(yán)重。近些年來，環(huán)境保護(hù)的意識(shí)已經(jīng)不斷地深入人心，在我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展的基本國(guó)策影響之下，建設(shè)循環(huán)環(huán)保型社會(huì)的目標(biāo)越來越近。但是隨著人類活動(dòng)地不斷擴(kuò)大，對(duì)自然環(huán)境的破壞也越來越嚴(yán)重。礦物的開采，工業(yè)活動(dòng)劇增，生物難降解化學(xué)物質(zhì)的泄露等情況都給環(huán)境保護(hù)問題帶來了巨大的壓力。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，通過生物技術(shù)來對(duì)環(huán)境污染問題進(jìn)行治理的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，著重對(duì)生物治理技術(shù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)微生物技術(shù)前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：環(huán)境污染； 生物技術(shù)； 微生物； 污染治理

中圖分類號(hào)：X17

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）22007803

1 引言

微生物在整個(gè)自然環(huán)境狀態(tài)下處于十分重要的地位，在自然界的基本物質(zhì)循環(huán)中，微生物作為分解者，起到清理的重要作用。并且微生物由于其易于繁衍，數(shù)量大種類多，在自然界中隨處可尋。作為大自然的保護(hù)者，是人類需要進(jìn)行開發(fā)利用的生物資源，其在污染治理環(huán)節(jié)上能夠做到無公害，純自然，能夠進(jìn)一步保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。污染處理問題，是環(huán)保工作中的重點(diǎn)，傳統(tǒng)處理方式中采用的化學(xué)，物理處理方法，都存在著一些弊端，如化學(xué)物質(zhì)的再次污染，采用微生物的方式對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行處理，有著成本低，高收益，風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，但是微生物污染處理領(lǐng)域尚處于起步狀態(tài)。在進(jìn)行微生物技術(shù)進(jìn)行污染處理的過程中，很容易由于處理不當(dāng)造成更大的問題，因此對(duì)于微生物技術(shù)的研究有著十分重要的意義。微生物技術(shù)，其核心主要是通過對(duì)微生物進(jìn)行誘變育種，使用生物學(xué)中的基因工程對(duì)微生物進(jìn)行改造，成為工程微生物對(duì)特點(diǎn)的污染源進(jìn)行治理。隨著理論知識(shí)的不斷深入，微生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用將會(huì)變得越來越成熟。

2 環(huán)境問題背景

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題已成為全球社會(huì)性的問題，正成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，治理環(huán)境已到了刻不容緩的地步。如何解決好這一問題，關(guān)系到人類社會(huì)的生存。自然環(huán)境是人類的共同財(cái)富，環(huán)境效益具有公共性，而環(huán)境被破壞帶來的影響也是公共性的。企業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的生產(chǎn)污水、有害氣體，且化工廠等地點(diǎn)在進(jìn)行施工的過程中難免會(huì)產(chǎn)生一些污染氣體，這些行為對(duì)自然環(huán)境造成了一定的負(fù)擔(dān)，而化工廠本身并沒有為這一行為負(fù)責(zé)。上述的幾種經(jīng)濟(jì)發(fā)展行為可以說是環(huán)境的不經(jīng)濟(jì)性或負(fù)經(jīng)濟(jì)性。

3 微生物在環(huán)境治理中的應(yīng)用原理

3.1 微生物處理重金屬污染物的一般原理

微生物對(duì)污染源處的金屬殘留物質(zhì)進(jìn)行處理的根本原理是通過微生物對(duì)金屬物質(zhì)的吸附，根據(jù)特殊種類的微生物特性來說，由于微生物本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以對(duì)金屬等物質(zhì)進(jìn)行分解，吸取金屬污染液體中一些金屬離子。經(jīng)過了微生物的初步處理之后，可以通過兩相分離來對(duì)污染中的金屬物質(zhì)進(jìn)行過濾。

3.2 微生物處理有機(jī)污染物的一般原理

微生物對(duì)污染源中的有機(jī)物污染處理，主要是通過將這些有機(jī)物進(jìn)行吸收，作為資深的營(yíng)養(yǎng)然后經(jīng)過生理過程中之后轉(zhuǎn)化成為無害的物質(zhì)。這一過程在生物學(xué)中又被成為降解過程。微生物在進(jìn)行環(huán)境治理的過程中所起到的作用主要由三個(gè)方面組成：降解作用、共代謝作用以及毒素清除作用。

3.3 微生物技術(shù)的特點(diǎn)

隨著自然科學(xué)理論知識(shí)的不斷推進(jìn)，經(jīng)過在對(duì)自然環(huán)境污染的治理技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)逐漸將微生物環(huán)境治理技術(shù)列為重點(diǎn)，微生物技術(shù)應(yīng)用與環(huán)境治理有著十分明顯的好處，主要體現(xiàn)在效率高，成本低，風(fēng)險(xiǎn)成本低等方面。且使用微生物來對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行治理有著無殘留，副作用小，減少了二次污染事件的發(fā)生。并且隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，微生物技術(shù)也隨之不斷進(jìn)步，有著十分廣闊的前景，被更多的政府企業(yè)、專家學(xué)者所重視，現(xiàn)代微生物技術(shù)的進(jìn)步，為人們帶來了根治環(huán)境污染的可能性。

就目前的實(shí)際情況來說，微生物技術(shù)已經(jīng)初步應(yīng)用到一些環(huán)境污染治理之中，并且取代了化學(xué)治理與物理治理，是當(dāng)今環(huán)境污染治理領(lǐng)域最為重要的一項(xiàng)技術(shù)。使用微生物進(jìn)行水質(zhì)控制，大氣污染以及一些有害物質(zhì)的降解過程中都起到了顯著地作用。在進(jìn)行能源的開發(fā)過程中，也可以使用微生物來對(duì)化工生產(chǎn)所產(chǎn)生的副作用進(jìn)行清除。使用微生物對(duì)污水，有毒氣體等污染源進(jìn)行清理，最終通過微生物的生理代謝功能將其轉(zhuǎn)化成為無毒無害的物質(zhì)，環(huán)保綠色，進(jìn)一步維持了生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。特別是在現(xiàn)在基因技術(shù)地不斷發(fā)展，對(duì)微生物實(shí)施基因工程將其改造之后，能夠變成功能性更加單一的工程微生物，能夠在環(huán)境污染治理過程中對(duì)癥下藥。且根據(jù)一些微生物的特性，還可以通過微生物的生活狀態(tài)對(duì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

4 微生物技術(shù)

微生物技術(shù)（Biotechnology）是指利用生物有機(jī)體或組成部分發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系架構(gòu)。微生物技術(shù)的理論建立于1980年，人們開始意識(shí)到環(huán)境的重要性，開始努力尋找一些新型技術(shù)來對(duì)環(huán)境污染問題進(jìn)行治理，然后微生物技術(shù)就在這樣的環(huán)境中應(yīng)運(yùn)而生。其根本技術(shù)是以基本的生物技術(shù)為根本，生物手段進(jìn)行控制，使用微生物來對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解，對(duì)無機(jī)污染物進(jìn)行吸附。

微生物技術(shù)理論就是應(yīng)用于認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境問題過程的生物技術(shù)體系、包括對(duì)環(huán)境污染效應(yīng)的認(rèn)識(shí)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境污染的生物處理技術(shù)等。微生物生物技術(shù)是在解決環(huán)境再生問題中最安全有效的方法，且成本低廉，例如把纖維物質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣、乙醇。微生物處理是指利用生物來除去環(huán)境中的生物垃圾和有毒物質(zhì)的過程。生物垃圾包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢棄物。微生物技術(shù)最早應(yīng)用于環(huán)境污染治理的是利用農(nóng)業(yè)廢物漚制堆肥。微生物處理生物垃圾和有毒廢棄物，在種類繁多的微生物中也不難找到可以用來清除污水、污物中有害物質(zhì)的種類，利用它們對(duì)這些有機(jī)、無機(jī)的污染物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化功能，對(duì)環(huán)境保護(hù)和再生將起到積極的作用。

4.1 微生物在環(huán)境治理中的降解，過濾作用

使用微生物來對(duì)環(huán)境污染問題進(jìn)行解決，其原理在于微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，其代謝方式多樣化，能夠處理自然界中大多數(shù)的物質(zhì)，特別是針對(duì)一些有機(jī)化合物的降解，并且由于其繁殖能力強(qiáng)、成本低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。通過生物手段來對(duì)微生物進(jìn)行合理控制，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染問題進(jìn)行處理。目前微生物技術(shù)已經(jīng)在一些領(lǐng)域投入了實(shí)際應(yīng)用，如在對(duì)由于礦物開采所導(dǎo)致的石油污染問題、農(nóng)藥土壤殘留問題，以及許多化學(xué)用品使用所造成的殘留，針對(duì)多氯聯(lián)苯、偶氮化合物、氰等物質(zhì)有著十分明顯的降解效率。對(duì)于毒性十分劇烈的化學(xué)物質(zhì)多氯聯(lián)苯，許多國(guó)家都進(jìn)行了對(duì)其降解處理的研究，美國(guó)使用微生物小球諾卡氏菌，釀酒酵母等多種微生物混合使用來對(duì)這一有機(jī)化合物降解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些微生物配合使用之下能夠使得多氯聯(lián)苯得到完全降解。日本神奈川縣黃精科學(xué)中心與民企合作，對(duì)微生物進(jìn)行研發(fā)，發(fā)現(xiàn)了一種PCB的微生物（PseudomonasSN24992），這一微生物與傳統(tǒng)微生物的環(huán)境治理能力相比 可以降解10倍以上的PCB。100mg/L的PCB，15 d內(nèi)可分解64.5%，而且溶液中還剩有抗藥性十分強(qiáng)烈的有機(jī)溶劑。由于炸藥等物質(zhì)所產(chǎn)生的化工污染物RDX和TNT，中科院微生物研究所進(jìn)行了針對(duì)性研究，研發(fā)出了活性污泥的方法來對(duì)這些物質(zhì)及西寧分離，其中包括棒狀桿菌，能夠完全降解炸藥殘留物RDX，芽孢桿菌可以對(duì)TNT殘留物質(zhì)進(jìn)行殘留，使用這兩種物質(zhì)與一些氣桿菌，埃希氏菌等進(jìn)行混合使用，能夠在短短4 d之內(nèi)降解90%以上的物質(zhì)。這些案例都能說明，對(duì)于不同的環(huán)境污染找到相應(yīng)的降解微生物，就可以達(dá)到高效降解處理的目的，微生物技術(shù)能夠使得化工產(chǎn)業(yè)所造成的環(huán)境污染問題得到更好地解決。

4.2 污染水源的治理

4.2.1 生物膜降解

生物膜是與微生物技術(shù)混合進(jìn)行使用的一種技術(shù)，在污水處理的過程中設(shè)置相應(yīng)的生物薄膜能夠有效過濾經(jīng)過微生物處理過后的一些污染物質(zhì)，其主要過稱為：污水通過微生物過濾之后，對(duì)污水中的一些物質(zhì)進(jìn)行吸附，當(dāng)生物薄膜吸附到一定程度時(shí)，即可使用生物薄膜上所收集到的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行微生物培養(yǎng)。微生物借助生物薄膜上的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行快速繁衍，進(jìn)一步的對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行降解處理。生物膜的主要組成部分主要是由一些菌類生物，原生動(dòng)物，后生動(dòng)物以及一些高等動(dòng)物共同組成，具有吸附能力強(qiáng)，且由于表面附著有大量的微生物能夠?qū)λ幬降奈镔|(zhì)進(jìn)行高效降解處理。生物薄膜，從組成上看可以分成厭氧層與好氧層，由于微生物所生存環(huán)境不同，分別在氧氣濃度不同的區(qū)域生存。生物膜中好氧層與污水表面有一層水薄膜。附著水與微生物直接進(jìn)行接觸，許多的有機(jī)物由于氧氣濃度高而被氧化，有機(jī)物濃度得到有效的降低，流動(dòng)水層則由于氧氣濃度低，有機(jī)物濃度高。生物膜是一種基于微生物技術(shù)所衍生出的新技術(shù)，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到水質(zhì)污染的治理之中。

4.2.2 活性污泥治理

活性污泥處理污水，是結(jié)合微生物技術(shù)的另外一種有效處理污水的新型技術(shù)，一般活性污泥通過人工進(jìn)行培育，然后通過生物手段對(duì)其進(jìn)行整理，最終投入使用。能夠有效對(duì)水質(zhì)污染區(qū)域的有機(jī)物進(jìn)行吸附，通過微生物的分解作用將其進(jìn)行分解成為無害物質(zhì)排放出去。在對(duì)活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)可以發(fā)現(xiàn)，微生物放在富含有機(jī)物的污水進(jìn)行培養(yǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間之后，就會(huì)產(chǎn)生少量的絮狀污泥，將其進(jìn)行纖維觀察可以發(fā)現(xiàn)有著多種物質(zhì)生存在該污泥中。這些絮狀物充滿了微生物，就是所需要的活性污泥，將這些污泥放入需要進(jìn)行污水處理的位置中，例如印刷，煉油等化工產(chǎn)業(yè)附近的水源中，能夠有效地控制化工物質(zhì)對(duì)水質(zhì)的污染。近些年來，相關(guān)研究人員對(duì)微生物品種進(jìn)行進(jìn)一步的篩選得出了適合品種，并且投入使用，取得了十分顯著地效果。

5 微生物技術(shù)前景展望

放眼世界，微生物技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)十分蓬勃，大量的學(xué)者針對(duì)微生物技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提出了自己的科研成果。隨著世界對(duì)環(huán)境污染的進(jìn)一步重視，微生物技術(shù)已經(jīng)成為了行業(yè)內(nèi)的熱門話題，國(guó)際上的許多國(guó)家已經(jīng)將適合進(jìn)行環(huán)境污染處理的微生物投入到量產(chǎn)階段，形成了自己的規(guī)模市場(chǎng)。國(guó)際上環(huán)保行業(yè)已經(jīng)成為了一種巨大的市場(chǎng)，并且市場(chǎng)需求十分巨大。

5.1 新物種的探尋

微生物種類的多樣化，發(fā)現(xiàn)更多適合進(jìn)行污水處理的微生物以及微生物的合理應(yīng)用，能夠極大程度上提高微生物的降解效率。因此對(duì)于微生物種類的發(fā)現(xiàn)十分重要。如我國(guó)中科院微生物研究所，于青海西藏等地鹽堿湖區(qū)域所發(fā)現(xiàn)的古細(xì)菌物種，這一品種于后續(xù)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其對(duì)蒸發(fā)過程起到了高效的催化作用。瓜伊馬斯盆地溫室環(huán)境下蘊(yùn)含有大量油物質(zhì)的水域中發(fā)現(xiàn)了一種菌種，能夠十分高效地解決石油污染問題。

5.2 基因工程與微生物技術(shù)相結(jié)合

在進(jìn)行研究微生物技術(shù)的過程中，需要對(duì)生物學(xué)有著深入的了解，只有在對(duì)生物的各種基本結(jié)構(gòu)，代謝過程等知識(shí)有了一定的了解基礎(chǔ)上，才能對(duì)微生物進(jìn)行合理地利用。并且生物學(xué)科中的基因工程同樣也在微生物技術(shù)帶來了新的道路，通過對(duì)微生物的一些基因進(jìn)行改造，能夠有效提高微生物的降解作用。包括原生質(zhì)體融合技術(shù)，質(zhì)粒分子育種，降解性質(zhì)粒DNA的重組技術(shù)等，能夠在微生物技術(shù)應(yīng)用中取得顯著地效果。Chakrabayty最早采用了基因工程的生物技術(shù)，向菌種中植入4種單胞菌遺傳基因，經(jīng)過了融合重組之后，所得到的工程菌，在實(shí)際應(yīng)用中能夠在數(shù)小時(shí)之內(nèi)將海上溢油進(jìn)行大部分降解，而使用大自然中已經(jīng)存在的微生物菌種需要幾年的時(shí)間才能達(dá)成一樣的效果?；蚬こ膛c微生物技術(shù)相結(jié)合，還存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性問題，在未來的進(jìn)一步發(fā)展過程中，合理使用基因工程，將會(huì)為微生物工程帶來技術(shù)性變革。

5.3 微生物保護(hù)技術(shù)的研究

就目前對(duì)微生物的治理研究中，其重點(diǎn)一般都放在提高微生物的降解效率等方面，對(duì)微生物的成本進(jìn)行節(jié)省?；A(chǔ)研究與投入使用時(shí)分開來進(jìn)行的，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用與理論研究進(jìn)行結(jié)合。并且就微生物環(huán)境治理技術(shù)來說，對(duì)微生物種類的篩選十分重要，需要進(jìn)行高精度的分離，大量對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)，對(duì)微生物的控制也需要十分注意，防止微生物的過度生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境造成一定的影響。微生物技術(shù)領(lǐng)域有待挖掘的方面有許多，重點(diǎn)應(yīng)該放在對(duì)微生物的種類篩選以及微生物的低成本培養(yǎng)技術(shù)上，以追求微生物的降解效率最大化。

6 結(jié)語

通過對(duì)微生物環(huán)境保護(hù)應(yīng)用進(jìn)行分析研究，指出了我國(guó)微生物治理技術(shù)仍然處于起步階段，需要大力發(fā)展這方面的技術(shù)，采用微生物技術(shù)來實(shí)現(xiàn)生物治理，能夠更好地解決污染問題，并且可以帶動(dòng)整體環(huán)保工作的進(jìn)行。以解決目前我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題，從而進(jìn)一步為環(huán)保工作帶來新的突破。

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