以微生物为例浅析生物技术在化学污染治理中的应用

*李隽哲

(山西省知达常青藤学校 山西 030000)

以微生物为例浅析生物技术在化学污染治理中的应用

*李隽哲

(山西省知达常青藤学校 山西 030000)

随着我国的社会科技发展逐步加快,工业化生产逐步增强,随之而来的环境污染问题越来越严重,为了更有效地解决环境污染问题,以微生物技术为核心的环境污染治理方法被广泛应用.该方法具有低能耗、低成本、高效率的优点,并且不会对环境造成二次污染.基于此,本文就我国当前的环境状况和在环境污染治理中遇到的各种问题做了简要的分析,并以微生物为例,分析了生物技术在化学污染治理中的应用,以供参考.

微生物;化学污染;环境治理;发展前景

1.前言

目前,使用微生物技术处理环境污染的方法被广泛应用,在大气污染、水污染、土壤污染等方面都发挥了巨大的作用.随着我国的社会科技发展逐步加快,工业化生产逐步增强,人口城镇化逐步扩大,各种有害物质、生活垃圾排放到水体、大气和土壤中,其中一部分可以用物理方法进行清除,但更多一部分长期存在、难以降解,使得环境污染问题越来越严重.为了解决环境污染问题,微生物技术被广泛应用.微生物广泛分布在自然界中,它可以高度降解自然界中存在的有机物等污染物,通过生物转化,可以将环境中的各种有害物质和城市垃圾转化为沼气、腐殖质肥料等,并且不会对环境造成二次污染,达到治理环境污染的目的,从而达到我国社会科技和环境可持续发展的目的.

2.微生物技术的简介

(1)微生物的概念及特点

1674年,荷兰科学家列文虎克通过透镜发现了原生生物和细菌,这是人类首次接触到微观世界中的生物.从生物学的角度来说,人们无法通过肉眼能够看清的一些微小生物均称为微生物,主要包括病毒、真菌以及原生生物等,其特点如下:

①种类多:微生物种类繁多,目前世界上已发现的微生物种类至少有十万种以上,按照机构和组成可分为真核细胞微生物、原核细胞微生物和非细胞型微生物.随着科学研究的深入,还会有许多微生物种类走进人们的视野.

②繁殖速度快:以大肠杆菌为例,在温度、湿度、营养充足等适宜生长条件下,大肠杆菌每隔20min就能分裂一次,一天繁殖次数高达72次,由此可以看出,微生物在适宜条件下就能在短时间内快速形成一个庞大的族群,这也就是食品在炎热夏季容易腐败的根本原因.

③转化能力强:微生物新陈代谢旺盛,是高等动物的几千到几万倍.以酒精酵母为例,一天内,一千克酒精酵母就可通过新陈代谢产生几千千克的酒精,转化能力强,这也从另一个角度解释了微生物繁殖快的现象.

④个体较小表面积大;微生物个体非常小,肉眼几乎难以看见,需借助显微镜下才能看清楚微生物的形态,这是因为大多微生物的直径都在1mm以下,而个体最小的病毒的直径一般在几十纳米左右,比如冠性病毒的直径为11nm、麻疹病毒的直径为12nm.基于微生物个体如此之小,同等体积下,其相对的表面积则相应地就比较大,增加了微生物的接触面积.

⑤适应能力强,容易变异:微生物的适应能力强表现在其一旦处于某个环境之中,能够快速适应,并在短期之内快速繁殖;此外,微生物极易变异,而变异一般与外界环境的刺激不无关系,比如经常服用抗生素的人身体抵抗能力比较弱,吃药效果不明显,这就是因为体内的微生物在抗生素的刺激下产生了变异,具有耐药性.

(2)微生物技术

我国微生物技术发展迅速,并在社会发展中发挥着越来越重要的作用.比如在工业发展方面,越来越多的化学合成产品被微生物发酵产品所取代,通过化学合成技术和生物酶反应合成技术相结合,使新的发酵开发工艺被现代企业大规模使用;人类面临的各种资源匮乏问题,通过微生物科技得到改善,微生物可以通过自身新陈代谢将地球上的各种可再生资源转化为轻工、制药等工业原料,开发所需的原料来源广,能源消耗低,并且不会对环境造成二次污染;在环境保护方面,微生物可以利用自身的活性对污染物中的有机物进行降解,也可以去除工业废水中的有毒有害物质、放射性金属,生物过滤法能去除空气中的臭味和工业生产中的废气,并且具有低耗能、高效率的特点.传统的处理环境的方法有物理法(过滤、填埋)和化学法(沉淀、焚烧),这样的处理方式具有投资大、治理不彻底、易造成二次污染等缺点,而微生物科技不仅能有效避免这些问题,还能保护环境、改善能源,是当前社会需要的环保型科技.

3.我国环境现状

伴随着我国的工业化生产模式逐步扩大,所带来的环境污染情况不断恶化,污染情况从我国的经济发达地区逐步向低端产业开发区乃至全国蔓延.据不完全统计,我国沿海地区,每年的生活污水和工业污水排放量高达70亿吨,并被大量排放到东海沿岸、渤海沿岸和黄海沿岸,海洋被人类当做quot;垃圾箱quot;,任意倾倒,甚至把其他生活垃圾或者废物直接倒入海中或者堆放在海边,这不仅破坏了海洋环境还对大海中生物的生存环境造成了严重的危害.此外,随着核技术在医疗、科研等领域的不断推广使用,大量的含有放射性物质的污染物被倾倒或者填埋在土壤中,这些放射物质不仅危害人身健康,还可以随着饮水、食物进入到人体中,对人体造成头晕、食欲下降,损害人体自身细胞的危害,甚至能引起肿瘤、白血病或遗传障碍等疾病.总的来说,这些人为因素是导致环境恶化的主要因素,其产生的后果则是环境中存在着大量的化学污染,具体如下:

(1)酸碱等污染:以二氧化硫为例,煤炭中的硫元素通过燃烧与氧结合形成二氧化硫,二氧化硫是大气中的主要污染物,是造成酸雨的主要原因;此外一些工厂随意排放未经处理的废水,这些废水中含有大量的碱性物质,如NaOH等.这些酸碱污染物不但会损害皮肤,还会改变环境中的pH值,给生态环境造成严重的危害,比如一旦农田酸碱失衡,那么农作物就会受到严重影响.

(2)重金属污染:工业垃圾和城市垃圾以填埋的方式进行处理,垃圾中含有的大量铅、汞、铬、砷、铜等重金属元素会进入到土壤和污水中,污染我们的环境.这些重金属富集能力强,不易降解,能通过食物链进入人体内,进而富集在肝脏等器官中,引发癌症等病变.

(3)有机磷农药等的污染:农业在使用的杀虫剂、杀菌剂和除草剂,通过各种途径进入农作物和土壤中,对土壤和水体造成污染,比如敌百虫等.这些农药肆意乱用,在环境中很可能会发生反应,继而触发二次污染.此外,农药在自然环境中也不易降解,以通过食物链进入人体内,对人的生命安全构成了威胁.比如,早在2007年,各大媒体就曾报道过quot;毒韭菜quot;食品重大问题,很多人因为食用了农药超标的韭菜而发生了有机磷中毒.

(4)需氧污染物污染:人类日常生活中产生的生活污水和工业废水,直接排放到江、河、湖泊中,污水里含有大量的碳水化合物、蛋白质等有机污染物,这些污染物在分解的时候需要大量的氧气,使水里氧气浓度降低,不适合鱼类等动植物生存,造成水体污染.

4.微生物技术在化学污染治理中的应用

化学污染是指人类活动导致的化学污染物进入到自然中造成的环境污染,主要包括农用化学物质(农药、化肥等)、工业废弃物、硫、磷、铅、汞等有关化学物质所造成的环境污染.由于化学物质以小分子的形式存在环境中,传统处理环境的方法不能有效地对化学污染进行治理,所以科学家研发了微生物技术,该技术可以有效地解决化学物质污染环境的问题.

(1)微生物技术在酸碱污染方面的治理应用

酸碱污染影响水体的PH值,受污染的水会腐蚀水里的建筑或船只,改变水质,使水里的生物无法生存,通过微生物技术,利用微生物的自身新陈代谢把污染物转化成无害的物质,达到净化水体的目的.人类生产活动产生的二氧化硫污染物是大气环境中的第一大污染物,是导致酸雨产生的首要因素.科学家采用微生物技术对含硫污染物进行处理,微生物烟气脱硫方法与湿法脱硫相结合,使大气中的二氧化硫通过水膜处理法,与水融合转化成硫酸盐或者亚硫酸盐,在厌氧环境下,通过外加碳源处理,通过添加硫酸盐还原菌(SRB),使硫酸盐和亚硫酸盐物质被还原成硫化物,然后再使硫化物与无色硫细菌相结合,生成单质硫,最后利用物理方法将单质硫去除,从而达到微生物脱硫的目的.结果表明,在常温常压下,微生物脱硫技术的效率远胜于传统方法,并且具有脱硫率高、成本低、使用范围广、没有二次污染等优点.

(2)微生物技术在有机磷农药污染物方面的治理应用

随着农业的发展,传统种植方式逐渐被优化,农民更多的依赖农药进行除草和杀虫,以拌种、浸种、喷洒的方式使用农药,等于把农药直接混入土壤中,由此带来的环境污染问题越来越严重.据不完全统计,我国在农业生产方面每年使用60多吨的农药(杀虫剂、除草剂、杀菌剂等),这些农药的主要成分是有机磷,具有很强的杀虫、杀菌力.这些农药会对土壤产生永久或暂时的破坏作用,并且受到污染的土壤恢复时间很长,使土壤的生产力和粮食质量明显下降.为了有效地解决农药对土壤的污染问题,科学家使用芽孢杆菌属和棒杆菌属对DDT农药,进行处理,使用曲霉和青霉对敌百虫农药进行处理,使用链霉菌对五氯硝基苯农药进行处理,通过微生物进行复杂的转化、分解,将土壤中的农药最终分解成为二氧化碳和水,达到净化土壤的目的.

(3)微生物技术在重金属污染物方面的治理应用

随着城市化脚步和工农业发展逐渐加快,每年都有大量的工业垃圾和城市垃圾填埋到土壤中,这些垃圾中不仅含有很多难以降解的固体污染物,还有很多的重金属元素,比如含汞、铜、镍、铅等元素的化合物,这些重金属元素在环境中不易降解,易致癌等.所以,重金属对环境造成的污染已经影响到了人类的生活质量和身体的健康.用微生物技术对土壤中的重金属元素进行处理,通过固化、转化和移动,改善他们在土壤中的状态,达到修复土壤的目的.孙嘉龙等研究发现,微生物在重金属污染治理方面的机理主要是通过吸附、生物转化以及菌根对金属元素的富集作用.Geoffrey等利用小球藻来吸附重金属,5h后,Co、Mn、Zn的吸附率分别高达62%、40%和54%.

(4)微生物技术在需氧污染物方面的治理应用

污水中的垃圾中含有很多的碳氢化合物、脂肪以及含氮化合物等有机污染物.这些有机污染物在好氧生物的作用下,被分解成水和二氧化碳,导致水中的氧气和养分降低,促进了厌氧生物的繁殖,而厌氧生物在新陈代谢的过程中,会产生大量大量的有机毒物,诸如H2S不但恶臭,还会导致人出现神经系统方面的疾病.微生物技术处理需氧污染物的机制为:在有氧条件下,溶于水的有机物透过微生物的细胞壁,进入到细菌体内,不溶于水的有机污染物,经过微生物的分解,也进入的细菌体内,通过微生物的氧化、分解、转化等过程,最终变成二氧化碳、水、硫酸盐等物质,彻底降解水中污染物,达到净化水质的目的.通常,这类污染对象主要为水体,水体由于有机物过多,超出自身的净化能力后,则因水体中的生物分解反应使得氧气缺乏,继而引发一系列污染物的产生.因此,从上述描述来看,增加水体中的氧气,确保微生物的新陈代谢与分解,是解决这类污染的关键手段.一般情况下,工厂对污水的处理会采用活性污泥(大量的微生物)结合曝气手段对水中的有机物进行充分的降解,在曝气的过程中,水体中氧气含量有了保证,微生物就能够进行正常的分解水中的需氧污染物.当然在降解的过程中,也会一并处理了水中的其他污染,如金属污染.

5.结语

综上所述,利用微生物自身新陈代谢、吸附等作用可以有效地降解环境中的污染物.笔者认为,微生物来源广泛、在化学污染治理中的效率高、成本低等优势是生物技术在化学污染治理方面碾压其他技术的重要原因.随着微生物菌种培育、筛选以及基因改造等技术的不断应用与突破,生物技术必将在化学污染治理中quot;大放异彩quot;.

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李隽哲(2000-),男,山西省知达常青藤学校;研究方向:无.

The Application of Biotechnology Technology in Chemical Pollution Control by Taking Microorganism for Example

Li Junzhe
(Zhida Ivy School of Shanxi Province, Shanxi, 030000)

With the rapid development of social science and technology in China, the industrial production is gradually enhanced, and the environmental pollution problems are becoming more and more serious. In order to solve the environmental pollution problem more effectively, the environmental pollution treatment method based on microbial technology is widely used. This method has the advantages of low energy consumption,low cost and high efficiency, and does not cause secondary pollution to the environment. Based on this, this paper makes a brief analysis of the current environmental conditions and the problems encountered in the treatment of environmental pollution, and takes the microorganism as an example,analyzes the application of biotechnology technology in the treatment of chemical pollution, for reference.

microorganisms;chemical pollution;environmental governance;development prospects

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