环境生物技术在污染治理中的研究进展

２０１２年３月

三　峡　环　境　与　生　态

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｃｏｌｏｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｅｓ　　　　　ｇｙｇ　

（）Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．２Ｓｕｍ．Ｎｏ．１９７

Ｍａｒｃｈ．２０１２

环境生物技术在污染治理中的研究进展

郭　祥１，钟成华２，王　涛２，周晓琴２，苏　翔２

（）西南大学化学化工学院，重庆北碚４重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆４１．００７１５；２．０００６７摘　要：随着现代生物技术的不断发展，环境生物技术在环境治理领域中显示出了独特的优势和巨大的潜力。介绍了现代环境生物技术的研究任务，综述了环境生物技术在环境污染治理中的应用，并展望了对环境生物技术的应用前景。

环境生物技术；研究任务；污染治理；展望　　关键词：

Ｘ５　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　中图分类号：

（）文章编号：１６７４２８４２２０１２０２００３２０４－－－ＰｒｏｒｅｓｓｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｆｏｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＧｏｖｅｒｎａｎｃｅ　　　　　　　ｇｇｙ　

１２２２２

，ＷＡＮＧ，，ＧＵＯＸｉａｎＺＨＯＮＧＣｈｅｎｈｕａＴａｏＺＨＯＵ　ＸｉａｏｉｎＳＵ　Ｘｉａｎ　　－　－ｑｇ，ｇｇ

（，，；１．ＣｏｌｌｅｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈｏｎｉｎ４００７１５，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｇｙｇｇｙｇｑｇ　　

，，）２．ＣｏｌｌｅｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＢｉｏｌｏｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈｏｎｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈｏｎｉｎ４０００６７，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　ｇｇｇｇｇｑｇｇｙｙｇｑｇ　　　

：Ｗ，Ａｂｓｔｒａｃｔｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｒｎｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｓｈｏｗｓｉｔｓｕｎｉｕｅ　　　　　　　　　ｐｇｙｇｙｑ　ａｎｄｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｖｅｒｎａｎｃｅ．Ｔｈｉｓａｅｒａｉｍｓｔｏｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｄｖａｎｔａｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｐｇｐｐｔａｓｋｓａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｏｌｌｕｔｉｏｎｏｖｅｒｎａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｏｓｅｃｔｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｙｐｇｐｐ　ａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ．　　　ｐｐｇｙ

：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｒｅｓｅａｒｃｈｔａｓｋｏｌｌｕｔｉｏｎｏｖｅｒｎａｎｃｅｒｏｓｅｃｔ　　　ｇｙｐｇｐｐｙ　

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ　　环境生物技术（　ｇｙ）

也称环境生物工程，是生物技术在环境治理和环境衍生的一门新技术和新保护中广泛应用的基础上，

学科。随着经济的发展和社会的进步，人类不断地向环境中排放污染物，造成了全球性的生态环境破坏和污染。全球普遍存在着不同程度的空气、水和土地污染等现象，全世界都在关注水资源的短缺、水体的污染、有毒化学品的危害、固体废弃物的处理与处置，以及生物多样性的损伤等生态环境问题。除了这些问题之外，资源短缺、健康受害等问题都能够从环境生物技术的研发中得到解决。环境生物技术在处理这些问题上具有巨大的优势，并将逐渐成为最富魅力的高新技术２１世纪科技发展中最具前沿、之一。

１　现代环境生物技术的研究任务

现代环境生物技术是利用生物技术服务于环境

１］

：保护。目前环境生物技术面临的研究任务［

（）将实验室研究的基因工程菌应用到实际现１

并不断研究这些工程菌的功能高效性、遗传稳场中，

定性、生态安全性等方面的问题。

（）利用现代环境生物技术开发废物资源化和２

能源化技术。

（）利用现代环境生物技术建立无害化生物技３

术清洁生产新工艺。

２　环境生物技术在环境治理中的应用

２．１　环境生物技术在废水处理中的应用２．１．１　固定化微生物在废水处理中的应用

固定化微生物技术是２０世纪６０年代才发展起来的一项新技术，就是将特选的微生物固定在专门制定的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。在废水

收稿日期：２０１１１２２８－－——梁滩河鸭粪治理关基金项目：重庆市环保局重大科技攻关项目—

（）；键技术研究与示范环科字２００８第１８号重庆市城乡建设委员会

（）城科字２第号００９１１９

，作者简介：郭　祥（男，安徽宿州人，硕士研究生，从事水处１９８２－）

理方面的研究。

总第１２期（９７期）　　　郭　祥，等：环境生物技术在污染治理中的研究进展３３

处理中，这种方法表现出了很多优点，有利于提高生物反应器内微生物（尤其是特使功能的微生物）的浓度，增强微生物抵抗外界不利环境的能力，并且有利于反应后的固液分离和缩短废水处理时间。近年来，随着研究的深入，固定化微生物技术得到进一步发展。

２］唐凤舞等［用固定化微生物技术对城市污水进

·Ｌ－１条件下，对ＬｍＡＳ和ＣＯＤ的去除率分别为ｇ

出水达到国家Ｇ污水综８５％和９５％，Ｂ８９７８－１９９６《规定的一级排放标准。合排放标准》

７］

张凤君等［采用中空纤维膜作为无泡供氧及生

物膜载体，采用包埋固定化技术进行挂膜及污水处理研究。实验结果表明，采用Ｐ且ＶＡ作为包埋剂，包泥量为１∶１的情况下，挂膜时间可缩短为１周左右，ＣＯＤ和氨氮的去除率分别稳定在９０％和８０％左右。

２．１．３　复合微生物在废水处理中的应用

复合微生物在处理废水上表现出的巨大优势是其他方法所无法比拟的，如何对微生物进行有效的组合和配比，发挥其最大的优势一直是国内外学者重点研究的对象。

８］高云超等［筛选并制备了复合微生物制剂

行污染物降解处理实验研究。结果表明，在ｐＨ值为８固定化颗粒与污水的质量比例为１温度．０，６％，为２硝基苯去除率达９５℃时，７．９％，ＣＯＤ去除率达８悬浮物去除率达７９．２％，２．３％，Ｈ值显中性，ｐ出水水质稳定。

３］

庞胜华等［用ＰＶＡ包埋固定化微生物颗粒处

理抗生素废水，活性微生物为经抗生素废水以１０％浓度增幅驯化７废水５ｄ后的活性污泥。结果表明：·Ｌ－１，浓度（为２曝气２温度１ＣＯＤ）０００ｍ０ｈ、０～　ｇ固定化颗粒与废水比例１∶４，４５℃，Ｈ值７～１０，ｐＣＯＤ的去除率可达到８０．５７％。２．１．２　生物膜在废水处理中的应用

生物膜法是利用附着生长于某些固体表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由附着在载体上的高度密集的微生物群体以及它们分泌的聚合物所构成，这些微生物成分复杂，种类

４］

。包括好氧菌、多样［厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动

（并用于猪场污水处理。研究表明，光合细菌ＣＭＰ）

非曝气处理和ＣＭＰ曝气处理对污水的处理效果较好，处理２ｄ后污水的ＣＯＤ值分别降低３５．５％和曝７４．１％。ＣＭＰ接种量为０．１％，１．０％和１０．０％，

，气处理３ｄＣＯＤ值分别降低５５．９％，６６．７％和中浓度和低浓度污水的５３．０％。ＣＭＰ对高浓度、

处理效果分别为６表明９．７％，２６．３％和５０．０％，ＣＭＰ对高浓度污水具有较好的处理作用。

９］

谢冰等［通过复合光合菌群对有机废水的降解

物以及藻类等，它们共同组成了一个复杂的生态系统。生物膜对废水水质、水量变化有很强的适应性，操作稳定性好，不会发生污泥膨胀，管理方便。但是这种方法也存在许多缺点，为了克服这些缺点，研究者进行了组合工艺和其他方面的研究，不断取得新的进展。

［］

Ｍｏｈａｍｅｄ等５通过改进的好氧序批式弹性纤

试验结果表明，复合菌群具有比单一光合菌或普通活性污泥好的处理效果，降解效果高出１８％～在复合菌群中，光合细菌的优势较明显。３９％，

１０］

范俊等［研究几种高效复合微生物群在不同

水力停留时间下对城市污水的处理效果。结果表明，光合菌－活性污泥系统混合处理效果最佳，在水力停留时间６ｈ时，去除率高于９在高效复合微０％；生物菌群结合活性污泥系统中，随着进水ＣＯＤｃｒ的提高，具有良ＣＯＤｃｒ去除率始终保持在９０％以上，好的去除效果和相应的耐冲击性。

１１］何萍等［用光合细菌与小球藻复合处理豆制

（维生物膜反应器（反应器中有８根弹性ＳＢＦＦＢＲ）纤维素管，这种纤维素管有巨大的比表面积）对乳制品废水进行了实验研究。反应１结果发现．６ｄ后，·Ｌ－１）对含不同Ｃ的ＯＤ含量（６１０，２０４１，４３８２ｍ　　ｇ废水的Ｃ其去除率范围为ＯＤ具有较高的去除率，８９．７％～９７％。

６］

—好氧生物李健等［采用厌氧生物滤池（ＡＦ）

品有机废水。结果表明，第一步用光合菌处理后，

－１

，平均ＣＯＤｃｒＢＯＤ５０和１８５ｍｇ·Ｌ，５分别降至２

去除率分别达８第二步用小球藻与９．３％和９０．９％；

接触氧化（联合工艺，并在ＡＢＣＯ）Ｆ的滤料中挂上

）生物膜，对合成洗涤剂（废水进行处理试验。结ＬＡＳ、）℃、果表明，温度（ＡＦ反应器在ＨＲＴ＝２４ｈ３２±２

－１

营养母液质量浓度５ｍＨ值为７～８、ｐｇ·Ｌ条件下；常温、ＢＣＯ反应器在ＨＲＴ＝１２ｈ、ＤＯ为４～５

光合细菌的混合液处理后，ＣＯＤｃｒ和ＢＯＤ５分别降·Ｌ－１，至８平均去除率分别达６４和５１ｍ６．４％和ｇ，７２．４％。两步复合处理的ＣＯＤｃｒＢＯＤ５的总去除

率分别达９６．４％和９７．５％。

１２］

堵国成等［筛选和分离得多株脱氮微生物，能

３４４卷　　　　三　峡　环　境　与　生　态　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３

－在完全好氧条件下将氨氮转化为ＮＯ随即在好氧２，和表面活性剂的复合作用，能够较好地去除土壤中的有机物和重金属。

１６］

王丽萍等［用菌根真菌－植物对石油污染土

反硝化菌的作用下还原为Ｎ整个生物脱氮２排放，

－１

过程历时较短，３０ｈ内对２００ｍｇ·Ｌ的氨氮去除

－

率达９而且无中间产物ＮＯ９％，２的积累。

１３］

邹桂香等［采用微生物复合菌对人工配制的

在石油污染浓度（石油的质壤进行修复。结果表明，

量分数）石油烃降解率与菌根０．２％和２％条件下，侵染率、玉米根干重和植株干重均呈现相关性。接玉米生长量和种丛枝菌根真菌处理的菌根侵染率、

石油烃降解率均远高于对照处理，丛枝菌根真菌能有效促进石油烃降解。双接种处理的菌根侵染率和石油烃降解率等均高于单接种处理，两种菌种的协同作用可有效促进植物生长和石油烃降解。

１７］

齐建超［用４种菌剂与多种有机肥联合修复

有机含氮废水进行处理。试验表明，好氧条件下，微生物复合菌能迅速将水中的氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐；缺氧条件下，它能快速将水中的硝酸盐转化为氮气；在两种条件下，微生物复合菌均能使水体中的化学需氧量和过滤液总氮降低。２．２　环境生物技术在环境修复中的应用

据统计，世界各国每年大约使用１５００万吨各种　农药，农药的大量使用引起土壤、地下水、水系和海

１４］

。洋的严重污染，生态平衡的破坏，影响人类健康［

石油污染土壤。结果表明，腐植酸、诺沃肥和生物有机钙等有机肥和菌剂（的加入使土壤盐碱４％处理）环境得到明显改善，土壤ｐ阳离子交．９，Ｈ稳定于６

－１

·ｋ换量为２０１．９４ｃｍｏｌ４％菌剂处理与有机肥ｇ；

要治理和修复这些大面积的污染问题，最有效和最有价值的方法就是利用生物修复技术。目前，世界各国都加强了对生物修复技术的研究和应用。生物修复是指利用生物的代谢活动吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境扩散的环境污染的治理技术。一般包括动物修复、植物修复和微生物修复。人们发现动物和植物对污染物但这种净化作用多以富也有不同程度的净化作用，

集为主，只是污染物简单的转移，还要对动物和植物进行再处理。因此在很多情况下，这两种方法都是不可取的。而微生物修复是将这些污染物进行降解和转化，治理较彻底，在土壤和水体修复上，研究者对微生物的修复作用进行了大量的研究。２．２．１　在土壤修复中的应用

土壤污染具有隐蔽性和滞后性。大量的有机和无机污染物一旦进入土壤造成土壤污染，就很难根治。特别是重金属污染，进入农作物后，通过饮食就会对人体健康构成危害。许多国家和地区都有出现过人体重金属中毒的现象。目前治理土壤污染主要是生物修复法，包括植物修复和微生物修复，人们更多的是关注微生物修复。

［５］

认为土壤中的有机物和Ｃｈｒｉｓｔｏｆｉ和Ｉｖｓｈｉｎａ１

金属污染物多数是不可降解的，一般的方法不可能

联合作用修复效果最显著，石油烃降解率可达到大部分所测Ｐ其中萘、７３％，ＡＨｓ浓度显著降低，

），）蒽、苯并（芘和苯并（芘降解率分别达到了ａｈ，ｉｇ６５．５％，５７．７％，７４．７％和５５．５％。２．２．２　在水体修复中的应用

１８］

王宗华等［应用高效微生物光合细菌、硝化细

菌、复合细菌降解水中污染物。在投菌量１００ｍｇ·第１浊度，Ｌ－１、５天时对ＣＯＤＭｎ，ＮＨ３－Ｎ的去除率

－１

已达５能够使水中Ｄ０％以上，Ｏ值由０．５ｍｇ·Ｌ－１左右提高到４叶绿素ａ含量显著．２ｍｇ·Ｌ左右，

降低，该方法简单易行，运行成本较低。

１９］

赵宇等［用复合光合细菌法对养虾废水作研

究，其中ＣＯＤｃｒ的去除率能达到６３％，ＮＨ３－Ｎ的去

［０］

提出了通过投加除率也能达到９２．５％。季民等２

以光合细菌为主的复合细菌群来强化湖泊水体生物自净能力，改善湖泊水体水质的方法。经过实验室静态投菌试验研究，表明投加复合细菌能够有效地净化水体中的污染物，达到强化湖泊水体的生物自净能力的目的。

２１］

刘妮等［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，再对试验污水进行静态处理。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

＋

，ＣＯＤｃｒＮＨ４－Ｎ和磷酸盐的去除率分别达到

７９．７％，９８．６％和７８．１％。

２２］

单明军等［培养得“土著”硝化细菌与腐植酸

降解这些污染物。他们认为分泌表面活性剂的微生物（包括细菌和真菌）与所分泌的活性剂的化合物的共同作用，可以加速有机物的降解和重金属的转化。通过实验室和现场的实验研究发现，利用红球均属

配制而成的复合型微生物制剂，并对富营养化湖泊

总第１２期（９７期）　　　郭　祥，等：环境生物技术在污染治理中的研究进展３５

进行生态修复。结果表明，该方法能够有效地降低富营养化湖泊水体中的浊度，提高水体溶解氧，消除恶臭，改善水质，水体中的ＴＮ、氨氮、ＴＰ、ＣＯＤ及浊度等水质指标均有明显降低，下降率分别为并且水７７．８％，７２．２％，９４．２％，６０．０％和８５．６％，

生生物具有多样性，水体自净能力大大增强。２．３　环境生物技术在有害有机污染物治理中的应用

杨彬等

［２３］

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Ｗｉｌｌｉａｍｓ．ＢｉｏｌｏｉｃａｌｒｅａｔｍｅｎｔｆｉｌｋｒｏｃｅｓｓｉｎＰｈｉｌｉ　ｔ　ｏ　ｍ　ｐｇｇｐ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｎａｓｅｕｅｎｃｉｎｂａｔｃｈｆｌｅｘｉｂｌｅｆｉｂｒｅｂｉｏｆｉｌｍｒｅａｃｔｏｒ　　　　　　　ｑｇ　［］，（）：Ｊ．ＡｓｉａＰａｃＪＣｈｅｍＥｎ２００９４６９８７０３．－　　　－ｇ

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］（）：研究［环境工程，Ｊ．２００３，２１３７３７５．－通过富集培养，获得了降解对硝基苯

胺的混合培养微生物，并用于降解硝基苯胺。结果表明，在培养液中添加１１０ｇＰＬ葡萄糖和１１０ｇＰＬ酵母粉，３６ｈ内对硝基苯胺去除率可达９７．０％以上，对硝基苯胺降解速率可达４当１１ｍＰＬ·ｈ－１；ｇ对硝基苯胺作为培养液生长的唯一碳源、氮源和能源时，降解速９６ｈ内对硝基苯胺去除率为３４．８％，率为０．１５ｍＰＬ·ｈ－１。ｇ

３　结论

现代环境生物技术作为一种有效的环境污染治理措施，其在环境生物监测、污染治理、生物修复等方面都得到了广泛的应用。近年来，生物技术在环境保护中的应用发展迅速，在以下几方面的表现尤为突出。

（）分离培养对某些污染物具有特殊分解能力１

的高效工程菌，用于环境污染治理。

（）运用现代环境生物技术开发环境友好型２产品。

（）运用现代环境生物技术，开发新型生物制３剂，用于环境污染治理、检测等。

随着基因工程学、细胞工程学、蛋白质组学及酶工程学的发展，环境生物技术得到了快速发展。如何将这些学科和技术进行组合，选择和培养出高效治污的基因工程菌及微生物菌剂，是环境生物技术当前所面临和需解决的关键难题。环境生物技术将随着新理论、新技术的发展和运用而得到不断地完善，必将为环境污染治理和环境保护提供更多可行、可用、有效的方法。参考文献：

［］文湘华．现代环境生物技术［北京：清华大学１Ｍ］．２版．　王建龙，

出版社，２００８：１５．－