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论文环境生物技术的应用及发展前景

'论文环境生物技术的应用及发展前景'
环境生物技术的应用及发展前景沈杰 08环境科学本科 08205033137环境生物技术(Environmental Biotechnology)是指直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染,同时又能生产有用物质的工程技术。科技的发展充分证明了环境生物技术在解决环境问题过程中所示出的独特功能和优越性,它的纯生态过程,体现出了可持续发展的战略思想,它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。 环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点,兼有基础科学和应用科学的特点,在环境污染治理中,主要利用微生物、少部分利用植物作为污染控制的生物,是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术,其处理污染物通常能一步到位,最终产物大都是无毒无害、稳定的物质。在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境污染的修复和重污染工业企业的清洁生产等各个方面,环境生物技术都发挥着极为重要的作用。 随着细胞融合、基因工程、分子生物等技术的发展,环境生物技术得到了进一步的开发,研究领域不断扩大,已成为一种经济效益和环境效益俱佳的解决环境污染问题的有效手段之一。同时,随着人们环境意识和生态概念的不断加强,市场对生物技术、生物产品的需要明显增多,政府也更加重视生物技术的发展,环境生物技术本身也将更加成熟。 1 环境生物技术 在废气及大气污染治理中的应用采用生物技术控制和处理废气,将废气中的有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质,从而净化空气,是一项空气污染控制的新技术。目前采用的方法主要有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等,所采用的生物反应器为生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。 1.1 生物过滤法 生物滤池内部填充活性填料,废气经加压预湿后从底部进入生物滤池,气体中的无机污染物、有机污染物或恶臭物质与填料上附着生成的生物膜(微生物)接触,被生物膜吸收,最终被降解为水和二氧化碳或其它成分,处理过的气体从生物滤池的顶部排出。该方法的特点是设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、去除效率高,但反应条件较难控制、占地面积较大。 1.2 生物洗涤法 生物洗涤法分为废气吸收和悬浮液再生两个阶段,通常由一个装有填料的洗涤器(吸收设备)和一个装有活性污泥或生物膜的生物反应器(再生反应器)构成废气从吸收设备底部进入,向上流动,与顶部喷淋向下的生物悬浮液在填料床中相互接触,经传质过程进入液相,再进入微生物细胞内或经微生物分泌的胞外酶作用分解,净化后的气体从吸收设备顶部排出。吸收了废气的生物悬浮液从再生反应池的底部进入,通入空气充氧,废气被微生物氧化利用的过程也就是悬浮液的再生过程,再生后的悬浮液再进入吸收设备进行顶部喷淋,吸收与再生两个过程反复进行。该方法的特点是反应条件易控制、压降低、填料不易堵塞,但设备较多,需外加营养,成本较高,对溶解度小的化合物难以处理。 1.3 生物滴滤法 生物滴滤法是在生物吸收法基础上进行的改进,集合了生物过滤法和生物吸收法两种工艺的优点,生物吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内。滴滤池内装有填料,填料表面被生物膜覆盖。循环水不断喷洒在填料上,废气通过滴滤池时,气体的污染物被微生物降解。该方法的特点是只有一个反应器、操作简单、压降低、填料不易堵塞、污染物去除效率高,比生物过滤法能更有效地处理含卤化合物、硫化氢或氨等废气。但需外加营养、运行成本较高。 1.4 植物修复 植物修复技术是一种以太阳能为动力,利用植物的同化功能净化大气的绿色技术。由于植物的种类、群落及生态习性与功能的差异,不同的植物可在不同的时空尺度上对近地表大气污染进行修复。主要过程是持留和去除。植物对大气中的粉尘有阻挡、过滤和吸附作用,其滞尘量的大小与树种、林带宽度、草皮面积、林带种植状况以及气象条件有关。植物的杀菌作用可以减轻生物性大气污染。植物通过吸收作用、同化作用、降解、转化以及对酸雨的中和缓冲作用等对化学性污染物具有一定的去除作用。植物修复是一项对环境友好、技术要求相对较低的修复方法,容易为社会民众所接受,而且与传统的修复技术相比,成本要低得多。大气污染的植物修复理论与技术对城市园林绿化、环境规划和生态环境建设具有一定的指导意义和应用价值。 2环境生物技术在水污染治理中的应用 环境生物技术中利用微生物的降解作用来处理水中污染物的方法,通常被称为生化处理方法或生物降解法,以植物吸收为主来净化土壤与水体的方法有土地生物修复、生物塘和人工湿地技术等。 2.1 生化处理技术 由于生化反应的过程、条件和参与反应的微生物种类的不同,生化处理技术可简单地分为好氧与厌氧降解两类,两类生化反应的基本过程如下:好氧降解:有机物+氧气+好氧微生物/酶→水+二氧化碳+无机养分+能量。厌氧降解:有机物+厌氧与兼氧微生物/酶→降解的有机产物+无机养分+能量。 2.1.1好氧降解技术 好氧降解技术包括活性污泥法和生物膜法。(1)活性污泥法 活性污泥法是最传统的好氧生物处理技术。活性污泥是指微生物利用废水中的有机物生长与繁殖而形成的絮凝体。活性污泥法的工作原理是:在废水中通过曝气供氧,促进微生物生长形成活性污泥,利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降性能来净化废水中的有机污染物。处理过程中,有机降解是依赖活性污泥的吸附与氧化分解能力,而泥水分离则是利用活性污泥的凝聚和沉降性能。活性污泥法中两项最基本的技术措施是:通过曝气来提高反应器水体中溶解氧的水平;通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。基于活性污泥原理的新型生化处理技术中,较为典型和成功的是间歇式活性污泥法(SBR)和氧化沟。间歇式活性污泥法是将初沉池、反应池和二沉池各工序放在同一反应器(SBR反应器)中进行,处理过程分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段。废水在SBR反应器的曝气过程中与污泥完全混合。完成降解反应后,停止曝气,活性污泥颗粒在静置中沉降,上层的清水自反应器中排出。SBR法的特点是简化了工艺结构,提高了反应器的混合传质效率,投资少,反应易于操作控制。氧化沟亦称氧化渠或循环曝气池,其特点是采用横轴转刷或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。该工艺能耗低,具有推流式和混合式两者的特征。(2)生物膜法 生物膜法是在处理污水的反应器中添加介质(填料)作为微生物附着的载体。在分解有机污染物的过程中,微生物在介质表面生长繁殖,逐步形成粘液状的膜,然后利用固着在介质表面的这种微生物膜来净化污水。在分解有机污染物的过程中,膜逐步增厚,形成表层好氧、内层兼氧和厌氧的微生态环境,因此生物膜法具有一定的厌氧降解功能。生物膜法具有无需污泥回流、膜的生物活性高、反应稳定等优点。生物膜法通常分为润壁型生物膜法(如生物滤池和生物转盘)、浸没型生物膜法(如接触氧化法)和流动床型生物膜法(如生物移动床和生物流化床)。不同类型的生物流化床在结构、充氧方式、填料性质与形状方面有一定的差异,但共同点是:床内载体在充氧过程中始终悬浮于液体中做快速运动,具
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