環(huán)境工程本科論文參考

　　環(huán)境工程本科論文參考篇2

　　淺析生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與前景

　　1我國生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀

　　我國生態(tài)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，如 “三廢”污染、水體污染、土壤污染、廢棄塑料和農(nóng)用地膜污染、農(nóng)用化肥和農(nóng)藥污染等，造成水資源嚴(yán)重短缺，土地荒漠化日益加劇，森林覆蓋率劇減，草場嚴(yán)重退化。生態(tài)環(huán)境的惡化，時(shí)刻威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，疾病發(fā)病率也迅速提高。因此，必須積極發(fā)展高新技術(shù)，如現(xiàn)代環(huán)保生物技術(shù)等，采用防治結(jié)合的方式，解決當(dāng)前的環(huán)境危機(jī)，維護(hù)生態(tài)平衡，已迫在眉睫。

　　2環(huán)境生物技術(shù)簡介

　　生物技術(shù)是建立在生命科學(xué)的基礎(chǔ)上，通過直接或間接的方式利用生物或生物有機(jī)體的特定部分或某些功能，建立降低或消除污染物的生產(chǎn)工藝或能夠高效凈化環(huán)境污染，同時(shí)又能生產(chǎn)有用物質(zhì)的工程技術(shù)。主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、染色體工程、生化工程等。生物技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，正衍生出一門新興的學(xué)科與技術(shù)，即我們所說的“環(huán)境生物技術(shù)”，亦稱“環(huán)境生物工程”。其特點(diǎn)如下：

　　2.1 實(shí)現(xiàn)對污染物的循環(huán)利用

　　對垃圾廢棄物的降解生成的產(chǎn)物或副產(chǎn)物，一般都可重新利用。這樣，可把污染降到最小程度，不僅可解決長期污染的問題，還實(shí)現(xiàn)了對固廢的循環(huán)利用。

　　2.2安全可靠、效果明顯

　　利用發(fā)酵工程技術(shù)治理，產(chǎn)生的物質(zhì)基本屬于穩(wěn)定無害的物質(zhì)，常見的包括CO2、水、氮?dú)狻⒓淄榈?。并且，多?shù)都是一步到位，無二次污染。因此，該技術(shù)既安全、徹底又高效。

　　2.3簡化流程，節(jié)約成本

　　生物技術(shù)是建立在酶促反應(yīng)基礎(chǔ)上的生物化學(xué)過程。酶作為生物催化劑，實(shí)質(zhì)是一種活性蛋白質(zhì)。一般在常溫常壓或近乎中性的條件下即可發(fā)生反應(yīng)。因此，絕大部分生物治理對環(huán)境條件要求不高，并可就地實(shí)施。

　　3.環(huán)境生物技術(shù)在三廢處理中的應(yīng)用

　　3.1在廢水處理方面的應(yīng)用

　　廢水中含有許多有毒有害物質(zhì)，比如，酚類、氰化物、重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)酸、醛、醇、蛋白質(zhì)等。廢水生化處理經(jīng)近百年的發(fā)展，現(xiàn)已形成了許多新工藝、新技術(shù)。通過生物技術(shù)治理廢水，主要借助微生物的降解作用完成。它分為耗氧降解技術(shù)與厭氧降解技術(shù)兩種。耗氧降解技術(shù)又分為：活性污泥法與生物膜法。目前，采用較多的是固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)，它屬于酶工程技術(shù)。固定化酶又稱為水不溶性酶，是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法，導(dǎo)致水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體結(jié)合起來，從而使酶不再溶于水。微生物細(xì)胞猶如一個(gè)天然的固定化酶反應(yīng)器。微生物細(xì)胞的固定可采用制備固定化酶的方式。對于污水中的多種污染物，均可通過固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)行治理。國內(nèi)外有很多這方面的成功案例。

　　3.2在廢氣凈化方面的應(yīng)用

　　廢氣是近年來重要的污染源之一。如何利用生物技術(shù)高效凈化廢氣也成為重要的研究課題。目前采用的方法包括生物過濾、生物洗滌、生物吸附和植物修復(fù)法等。常用的生物反應(yīng)器有生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。根據(jù)微生物在廢氣處理過程中的具體形式，分為兩大類：生物吸附法與生物過濾法。前者可治理含胺、酚和乙醛等氣體，后者可降解惡臭性廢氣。植物修復(fù)技術(shù)是把太陽能作為動(dòng)力，依靠植物的同化作用達(dá)到凈化氣體的目的。它屬于一種綠色技術(shù)?，F(xiàn)在，全球都有很多成功處理廢氣的案例。美國利用微生物作用來凈化工業(yè)惡臭氣體，效果明顯，且還不會(huì)出現(xiàn)二次異臭。德國與荷蘭利用生物膜過濾技術(shù)可除掉超過90%的硫化氫。我國相關(guān)學(xué)者也在此方面取得了不錯(cuò)的成果。比如，利用生物膜填料塔處理橡膠再生脫硫過程中產(chǎn)生的低濃度的有機(jī)廢氣，經(jīng)試驗(yàn)表明，該方法是可行的，若相關(guān)條件控制適度，凈化效果顯著，凈化率可超過90%。相比原有的廢氣處理方法，生物技術(shù)法有著很多優(yōu)勢：節(jié)約成本、效果好、安全可靠、沒有二次污染等。

　　3.3在處理固廢方面的應(yīng)用

　　工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)與日常生活都會(huì)產(chǎn)生很多固體廢棄物。傳統(tǒng)固體廢棄物的處理方式，不僅浪費(fèi)資源能源，還會(huì)污染環(huán)境。利用生物技術(shù)處理城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物，不但可以把這些廢棄物變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，更有利于生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。常見的處理方式包括衛(wèi)生填埋、堆肥和發(fā)酵制沼氣等。

　　4.環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境污染修復(fù)中的應(yīng)用

　　4.1污染土壤的生物修復(fù)

　　隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，各種化學(xué)殺蟲劑、農(nóng)藥被大量使用。而這些農(nóng)藥很多都會(huì)殘留在土壤中，。尤其是那些極難降解的農(nóng)藥給生態(tài)環(huán)境造成難以估量的損害。通過相關(guān)生物技術(shù)處理，可以把這些污染物質(zhì)進(jìn)行有效分解，生成水與CO2。不僅不會(huì)造成對環(huán)境的破壞，還能防止出現(xiàn)二次污染。但是是分解周期較長，不符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。重金屬屬于土壤污染中重要的污染物。重金屬污染的生物治理機(jī)制是：借助生物作用(酶促反應(yīng))導(dǎo)致重金屬的化學(xué)形態(tài)改變，將其固定在土壤中，或減輕其毒性。這樣，可有效制約重金屬在土壤中的移動(dòng)。通過生物的吸收、代謝作用后，會(huì)進(jìn)一步固定重金屬或減小其毒性，從而凈化土壤。此外，生物修復(fù)污染土壤的過程中，還能提高土壤有機(jī)物的數(shù)量，調(diào)動(dòng)相關(guān)微生物的活性，從而優(yōu)化土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，還能強(qiáng)化對土壤的固定作用，避免土壤受到風(fēng)蝕、水蝕的破壞，預(yù)防水土流失。

　　4.2.水體生物自然凈化技術(shù)

　　環(huán)境生物技術(shù)中通過植物吸收達(dá)到凈化水體與土壤的方法被稱為生物自然凈化技術(shù)。分為生物塘與人工濕地兩種。前者把太陽能作為初始能源，利用塘中植物的同化作用將水中的污染物吸收掉，從而凈化水體。生物塘中可栽植的高效凈化植物有水葫蘆、蘆葦、水萵苣等。同時(shí)，還應(yīng)構(gòu)建集組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖一體化復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而提高生物塘的處理能力。后者是通過自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)、生物等作用達(dá)到對水體的凈化作用。由于人工濕地處理系統(tǒng)出水水質(zhì)較好，可用于飲用水源的處理，并且所需成本也比常規(guī)處理方法要低。

　　4.3白色污染的治理

　　采用生物技術(shù)治理可從兩方面入手，一是篩選具有降解塑料與農(nóng)用薄膜的微生物，形成高效降解菌。二是分離克隆出帶有降解功能的基因，再將其植入到特定的土壤微生物內(nèi)，如根瘤菌。這樣，既能發(fā)揮兩者各自作用，還有利于加快對塑料垃圾的降解速度。此外，還應(yīng)重點(diǎn)對預(yù)防白色垃圾技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)與研發(fā)。個(gè)別微生物可以生成一些高分子化合物，類似于塑料，被稱為聚酯。為進(jìn)一步節(jié)約成本、提高產(chǎn)量，人們正致力于通過DNA重組技術(shù)，試圖改造某些微生物。比如，當(dāng)前一個(gè)重點(diǎn)研究課題就是通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)聚-β羥基烷酸(PHAs)，相關(guān)研究人員正試圖形成自溶性PHAs生產(chǎn)菌種。通過把PHAs重組菌發(fā)酵后，積累數(shù)量眾多的PHAs，再添加一些信號(hào)物質(zhì)，從而生成裂解蛋白，然后細(xì)胞壁被破壞，PHAs析出。即簡化PHAs的提取流程，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

　　4.4降解廢水中微量油脂

　　含油廢水屬于一種量大面廣的污染源。廢水中的少量油脂并不能通過原有的物理或化學(xué)方法處理掉。上海交大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院和日本日立化成公司合作，從5種活性污泥或土壤中馴化分離出六種菌，分析了它們在低溫條件下對低濃度植物類油脂的實(shí)際降解能力。不同菌的降解能力都各不相同，其中，發(fā)現(xiàn)兩種菌的除油效果很好，除油率高達(dá)92.80% 和95.49%，相關(guān)特性還有待進(jìn)一步研究。

　　4.5化學(xué)農(nóng)藥污染的消除

　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)資料顯示，每合成一噸農(nóng)原藥需消耗3-4噸化工原料，多余的原料作為未反應(yīng)物或中間副產(chǎn)物隨水排出，每年數(shù)百家農(nóng)藥廠排出的廢水上億噸，危害極大。中科院成都生物所經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，終于找到了解決處理農(nóng)藥(樂果)廢水的方法。他們將高效微生物菌種用于SBR設(shè)備處理有機(jī)農(nóng)藥廢水，效果顯著，使有機(jī)磷轉(zhuǎn)化率達(dá)96-99%，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下施用的農(nóng)藥化肥約有80%的殘留，特別是難降解的氯代烴類農(nóng)藥，給生態(tài)系統(tǒng)帶來了極大的滯留危害，必須依賴基因工程構(gòu)建的高效菌種來進(jìn)行處理。但要想徹底消除化學(xué)農(nóng)藥的污染，還必須全面推廣生物農(nóng)藥。生物農(nóng)藥是指由生物體產(chǎn)生的具有防治病蟲害和除草功能的一大類物質(zhì)的總稱，大多是生物體的代謝產(chǎn)物，主要有微生物殺蟲劑、農(nóng)用抗生素制劑和微生物除草劑等。

　　5.環(huán)境生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用

　　應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的生物技術(shù)主要有以下幾種：①監(jiān)測水質(zhì)，利用細(xì)菌的數(shù)量、某些糞便指示菌(大腸埃希氏菌、克霉伯氏菌)等②檢測物質(zhì)致突變性和致癌性，通常使用鼠傷寒少門氏菌來檢驗(yàn)。③通過發(fā)光細(xì)菌對環(huán)境中的毒物進(jìn)行檢測，速度較快。④根據(jù)對水中藻類的生長情況測定，對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測或檢測某些物質(zhì)的毒性。近年來，國際上在這一領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對象包括PCR技術(shù)(應(yīng)用聚合酶式反應(yīng)技術(shù))、核酸探針、生物傳感器等。PCR技術(shù)可用于當(dāng)前還無法培養(yǎng)的微生物檢測，一般適用于對土壤、水樣、沉積物等環(huán)境標(biāo)本的細(xì)胞檢測。

　　隨著今后技術(shù)的不斷完善，對于水質(zhì)的檢測，核酸探針與PCR技術(shù)極有可能取代現(xiàn)在的常規(guī)微生物檢測方式。此外，生物酶法具有良好的發(fā)展?jié)摿?，它適用于快速檢測與現(xiàn)場測定。生物傳感器具體有酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器，通過酶、微生物、抗原、抗體等生物材料作為分子識(shí)別元件，從而把外部對其理化特性的影響轉(zhuǎn)化為電磁信號(hào)。它可用于對特定污染物的快速檢測，并且操作簡便、結(jié)果精確。

　　5環(huán)境生物技術(shù)現(xiàn)狀及前景展望

　　5.1現(xiàn)狀

　　環(huán)境生物技術(shù)雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，并能有效解決各種污染問題。但實(shí)際應(yīng)用中依然存在種種局限：

　?、俜磻?yīng)速度較慢，并且需要大型的反應(yīng)器，需占用過多的土地面積。

　　②對于原水水質(zhì)有著十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，不然，不利于微生物的生長。

　?、圻\(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生一些問題，如污泥膨脹或流失，余下的污泥也不易處理。

　?、芡ǔ５奈⑸镆矘O難解決人工合成物，尤其是難生物降解的污染物。

　?、輰?shí)驗(yàn)室有可能泄漏某些活的有害菌體。大規(guī)模的微生物應(yīng)用會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

　　5.2發(fā)展前景

　　5.2.1各種新工藝新方法不斷涌現(xiàn)

　　比如，國內(nèi)有關(guān)專家利用高效反應(yīng)器治理印染廢水時(shí)，結(jié)合三種新技術(shù)，以提高生物處理效率。即在厭氧流化床中加入高效的脫色菌，通過聚集-交膠固定法，把脫色菌固定到活性污泥中。再在反應(yīng)器中加入磁粉以構(gòu)成穩(wěn)恒弱磁場，從而對微生物產(chǎn)生正的磁生物效應(yīng)以加快生化反應(yīng)速率。此外，還有利用基因工程克隆生物生長基因控制植物生長、構(gòu)建高效的細(xì)菌來治理各種污染問題，以及利用遺傳工程處理農(nóng)業(yè)固廢中難降解的五碳糖等等新技術(shù)。

　　5.2.2綜合利用

　　為了避免微生物降解污染物后形成二次污染，同時(shí)，讓資源得到充分利用，生物治理技術(shù)也更趨向綜合性利用，如利用降解后形成的微生物菌體、微生物體內(nèi)酶、有關(guān)代謝產(chǎn)物、或其產(chǎn)生的能源。當(dāng)前，“沼氣田”發(fā)電是比較成熟的生物技術(shù)，投資少、成本低、使用管理方便，正受到很多國家的推崇。英國有的污水處理廠采用乳酸細(xì)菌降解農(nóng)用工業(yè)垃圾生成乳酸。

　　5.2.3和其它現(xiàn)代科技有效結(jié)合

　　近年來，現(xiàn)代科技的發(fā)展特別是IT技術(shù)的快速發(fā)展，促使生物治理技術(shù)取得了極大的進(jìn)步。生物處理工藝正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并且，生物技術(shù)方面正積極開展數(shù)學(xué)模擬研究。據(jù)有關(guān)報(bào)道顯示，目前已研制出電子計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為分析程序與處理程序，進(jìn)一步降低了廢水處理廠設(shè)計(jì)方面的難度。隨著自控技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)性運(yùn)行的大型氧化溝也隨之產(chǎn)生。

　　5.2.4重點(diǎn)研究極端微生物與超級(jí)工程菌

　　極端微生物是指在一般生物無法生存的條件下能生存的生物。比如在高溫、高酸、高堿、高壓、高鹽、低溫等極端條件。這類微生物具有特殊的生理機(jī)制，有很高的環(huán)保應(yīng)用價(jià)值。Whyte等經(jīng)研究了解到，冷微生物菌株可以使石油烴、十二烷、正十六烷、甲苯、萘等發(fā)生礦化。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對現(xiàn)有微生物的有效改造，不斷研發(fā)出新的具有特殊功能的微生物。通過質(zhì)粒工程技術(shù)，把分別降解芳烴、多環(huán)芳烴等的質(zhì)粒接合到降解酯烴的細(xì)菌體內(nèi)，形成一種“超級(jí)菌”。這種細(xì)菌在治理石油污染方面有著很好的應(yīng)用前景，可以把60%的烴分解。同時(shí)，相比一般菌種，其幾小時(shí)就能達(dá)到一般菌種凈化一年左右的效果。

　　5.2.5轉(zhuǎn)變觀念，從治理轉(zhuǎn)向預(yù)防

　　目前，隨著 環(huán)境問題的日益突出，世界各國都意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。生物技術(shù)的 發(fā)展也會(huì)從單純地治理過渡到防治結(jié)合，以預(yù)防為主，最終實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。比如，生產(chǎn)微生物農(nóng)藥、源于微生物體又能生物降解的表面活性劑等。今后還可 應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如洗滌劑制造、油類回收處理、感光乳劑穩(wěn)定、植物病害防控、細(xì)胞破碎、微生物的快速測定等方面。目前，正嘗試通過基因工程技術(shù)把PHBV基因植入某些植物體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從植物體內(nèi)獲取塑料，從而解決嚴(yán)重的塑料污染難題。

　　5.3.展望

　　隨著全球環(huán)境的日劇惡化，使人類的生存和發(fā)展遭到了一場前所未有的挑戰(zhàn)，迫使人們進(jìn)行一場‘環(huán)境革命’來振救人類自己。這場環(huán)境革命的意義就像18世紀(jì)的工業(yè)革命一樣重大，而且需要更深入和徹底。在這場革命中，借助現(xiàn)代生物工程技術(shù)解決環(huán)境問題，縱然有其巨大的發(fā)展?jié)摿εc優(yōu)勢，也還存在諸多局限與不足，所以，面對環(huán)境危機(jī)日益惡化之勢，不僅要建立健全相應(yīng)的環(huán)境規(guī)劃、法規(guī)、資金投入等生物技術(shù)良性應(yīng)用環(huán)境，鼓勵(lì)、資助研發(fā)更新更高效的環(huán)境生物技術(shù)，并使之得到產(chǎn)業(yè)化與商品化發(fā)展，還要把生物技術(shù)和其它各種相關(guān)技術(shù)有效地結(jié)合起來，才能切實(shí)有效解決當(dāng)前困擾世界各國的生存危機(jī)的問題。