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一、环境生物技术的定义
环境生物技术又称环境生物工程。
其主要是在保护环境治理和环境保护的基础上,而衍生出的一门新的技术和学科。
随着细胞融合技术融于基因工程技术的快速的发展,现在的生物技术主要包括:
基因工程、发酵工程、细胞工程和酶工程四个方面。
其中基因工程又是环境生物技术的核心。
环境生物技术主要是利用基因工程技术提高微生物生化环境的能力,是现代生物技术用于环境污染治理的一项关键技术。
环境生物技术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,高效净化环境污染,同时生产较为有用的物质的工程技术。
环境生物技术的不断快速发展,证明了环境生物技术在解决环境污染问题上所表现出来的优越性以及独特性。
环境生物技术秉承可持续发展的战略,以及有效解决环境污染的目标,具有速度快、成本低、低能耗的特点。
因此,环境生物技术在环境污染治理上的应用是解决环境问题的有效措施。
二、环境生物技术
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。
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。
三、生物技术在环境保护中的应用
1.生物技术在废水处理中的应用
利用生物技术,将利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理废水的技术,称为自然生物处理法,该法是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用从而使废水得到净化的处理方法,该技术被认为是一种经济有效的污水处理手段,它不但融合了生物自身的特点,如吸附性好、沉降性好和降解能力强等,而且符合生态学及可持续发展的观点。
随着科学技术的进步、污染状况的加剧,环境标准的不断提高,使废水生物处理技术取得了很大进展,如吸附-降解生物处理技术、厌氧折流板反应器生物处理技术、间歇式活性污泥法生物处理技术、LINDE生物处理技术、升流式厌氧污泥床生物处理技术、废水生物脱氮除磷技术等都得到了充分开发。
2.生物技术在废气净化处理中的应用
目前采用的方法有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等。
生物技术法与传统有机废气处理方法比较,具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等技术优点,国内外运用现代生物技术对废气净化处理得到了较为理想的效果。
美国学者利用微生物代谢净化工业性恶臭气体效果显著,而且不产生二次异臭;
德国研究者利用生物膜过滤处理含硫化氢的气体,硫化氢除去率达90%以上。
魏在山等利用生物膜填料塔对橡胶再生脱硫过程所产生的低浓度有機废气处理试验结果表明:
生物膜填料塔处理工业有机废气是可行的,当运行条件控制适当时,净化效率可保持在90%以上,能够实现达标排放,且投资省,运行费用低。
3.生物技术在固体废弃物处理中的应用
目前,国内外固体废弃物常规处理方法主要有固积、掩埋、焚烧,其缺点是建设投资和运行费用高,在处理的过程中有同时对空气、土壤都有不同程度的污染。
固体废弃物进行“无害化、资源化、减量化”处理,使其成为可用于农田的土壤改良肥料,以达到变废为宝的目的。
经过生物技术处理的城市生活垃圾可作为作物生长的优质有机肥料,实现城市生活垃圾的部分资源化有利于生态环境的良性循环。
近年来,国外采用机械快速堆肥工艺,发展用蚯蚓床处理有机垃圾和粪便、处理城市垃圾,不仅可以将城市有机废弃物转变为肥效高且无臭味的蚯蚓粪土而且还能获得大量蚯蚓作医药原料,加上蚯蚓体内蛋白质含量与鱼类相当,是畜禽和水产养殖业的优良饲料,可以收到一举数得之效果。
4.生物技术在环境污染修复中的应用
生物修复是指在不破坏自然生态系统,维持其原貌的前提下,有效地利用自然净化能力并强化其分解污染物的能力,使其得以修复。
该法是利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程,它包含有植物修复和微生物修复两种。
生物修复技术是80年代以来产生和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术,生物特有的分解有毒有害物质的能力,去除污染环境如土壤中的污染物,达到治埋环境污染的目的。
生物修复技术最成功的例子是应用投加营养和高效降解菌对油轮泄漏造成的污染进行处理,取得非常明显的效果,使得近百公里海岸的环境质量得到明显改善。
此后该技术被不断扩大应用于环境中其他污染类型的治理。
国外对生物修复技术非常重视,研究证明采用微生物分解有毒有害物质的生物修复技术是治理大面积污染区域的一种有价值的、可行的、有效的和优越的方法。
随着生物技术的发展,生物修复的内涵也不断丰富,近年来还研发了真菌修复、植物修复以及无机污染物的生物修复等技术。
生物修复的种类也日益增多,可分为土壤生物修复、地下水生物修复、沉积物生物修复和海洋生物修复等。
5.污染土壤的生物修复
土壤污染也是较为严重的环境污染问题之一,其最主要表现形式是土壤板结沙化、重金属污染,导致土壤无法利用,威胁农业生产。
利用生物修复技术治理土壤重金属污染,主要是通过酶促反应等生物作用,对土壤中的重金属进行固定,由于重金属元素的化学形态发生了改变,其移动性也相应降低,通过有针对性的生物对其吸收、代谢,可以削减土壤中重金属的含量,达到净化土壤和降低毒性的目的。
其中应用最广的属低温微生物修复技术,重金属的低温微生物修复是利用低温微生物的生物活性,对重金属亲和吸附或转化为低重金属的污染程度。
结语
环境生物技术是一项有效的环境污染治理措施,受到的关注越来越多,在生物监测、环境污染治理、生物修复技术方面得到广泛应用并得到一定的社会经济效益。
随着环境生化研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们意识到环境生物技术的发展为根本上解决环境保护问题提供无限的希望,推动环境保护理论技术的不断完善,为人类治理和保护环境提供更多可行、可用、有效的方法。
环境污染生物毕业论文范文模板
(二):
生物传感器在现代环境污染检测中的应用研究进展论文
[摘要]本文围绕生物传感器技术在环境污染物检测和分析中的应用入手,介绍了生物传感器,特别是电化学DNA传感器的原理、特点及其在重金属离子、有机污染、病原性微生物和生物污染物检测方面的应用,阐述了生物传感器技术作为一种新型的环境污染物分析和检测手段,在环境工程方面具有广阔的应用前景,为解决现代环境分析中,污染物的检测方法提供了参考。
[关键词]生物传感器;
环境分析;
环境污染物;
检测技术
[中图分类号]X835.5[文献标识码]A
随着经济社会的快速发展和现代工业的兴起,环境污染物种类和数量越来越多,环境问题日趋越重,环保问题面临空前挑战。
对环境污染物进行检测、分析、研究、控制的技术越来越受到社会各界的广泛关注和重视。
环境污染物检测技术和检测方法不断创新,正朝着经济、高效、方便、快速的方向发展。
常见的环境污染物种类有,重金属污染物、烟气及大气污染物、颗粒物、有机物污染物、生物污染等多个种类,对污染物进行有效检测和定性、定量分析是对其进行科学研究和有效治理的基础。
因此,污染物的检测和分析技术显得尤为重要。
对环境污染物进行检测的方法通常需要结合各种污染物的物理、化学、生物性质,借助现代科学仪器,利用其物理化学性质、生物活性、光学成像等技术原理和手段来完成。
现代环境分析技术常用的仪器设备有多种,但是每种仪器设备对污染物的检测有不同的侧重点,有不同的应用领域,总体来说,对样品、使用环境、操作技能等都有很高要求,很多设备难以实现智能、高效、方便、快捷地对污染物进行分析和检测。
近年来,随着生物传感器技术不断进步,为现代环境分析和检测开辟了新的技术手段。
生物传感器(Biosensor)是指用生物功能物质作识别元件制成的传感器,通过生物功能体与被检对象的特异性接触和反应,产生声、光、电等生物学信号,并通过换能器将信号转化和放大达到检测的目的,通常有酶生物传感器、免疫生物传感器、核酸生物传感器、微生物生物传感器等。
生物传感器通常具有特异性强、专一性强、灵敏度高、检测快速、操作方便等诸多特点,目前已广泛运用于生物医药、环境保护、食品安全、工业生产等领域。
1生物传感器在重金属污染物检测领域的应用
重金属离子是在水、土壤、农产品、副食品中广泛存在的环境污染物,由于重金属污染通常具有富集性、长久性、难以去除性等特点,大多数重金属离子通常是有毒、有害,容易引起有机体中毒,甚至会有致癌、致突变、致畸变等情况产生,容易危害公众身体健康和生命安全。
因此重金属污染的严重性和控制的严格性需要重点关注。
生物传感器在重金属离子污染物检测中往往具有及时、准确、高灵敏、高选择性等特点,因此利用修飾的生物传感器技术对农田、土壤、水和农产品中重金属离子进行分析和检测的技术成为很多学者和环境工作者普遍关注的热点。
在已有的研究成果中,浙江大学周洁等设计出一种基于电化学配位和碳纳米管修饰的高通量细胞阻抗传感器和DNA生物传感器,实现了对Hg2+、Cd2+、Pb2+等重金属离子无标记实时检测,同时还就Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子对肝细胞毒理作用进行研究,揭示了Zn2+对Cd2+吸收抑制作用的细胞毒性机理。
高中锋综述了电化学DNA生物传感器的原理、设计方案、制备方法等要点,并成功制备了PEP-FODs荧光生物标记DNA传感器,利用荧光猝灭原理检测出Fe2+、Fe3+、Cu2+等重金属离子,具有较好的细胞成像效果。
王志强利用纳米技术和电化学传感器相结合,成功研制电化学生物传感器,实现了对农田土壤以及灌溉用水中铅、镉、汞等重金属离子快速检测,具有便捷、高效、低成本等特点,适合于乡镇农技站使用。
崔琳等研究人员,基于电化学检测方法,利用多种纳米材料与DNA探针设计出不同的生物传感器,成功实现了Cd2+、Pb2+、Bi3+、Hg2+、As3+、Cu2+等六种重金属离子的检测,可进行定量分析,具有灵敏、快速、简单、选择性好等特点。
2生物传感器在有机污染检测分析领域的应用
现在农业生产追求经济效益和产量,通常需要施用大量化肥,大规模使用农药、杀虫剂等,对食品安全构成严重威胁,同时也造成大量的环境污染。
化肥、农药中残留成分是有机污染物的重要来源。
利用生物传感器技术实现对土壤、农牧产品中有机污染的快速、便捷、低成本检测,成为当下各农学和环境专业研究的热点。
王辉、段玉瑶等人利用Fe3O4纳米颗粒、石墨烯纳米材料、壳聚糖等复合修饰乙酰胆碱酯酶(AChE),研制出一种生物传感器,成功测定农药中毒死蜱,具有检测结果线性相关好、检测精度高、检出限低等特点,适用于蔬菜等农产品中农药残留物毒死蜱快速检测。
和建萍、潘学军等基于全内反射荧光技术原理,利用免疫分析方法,成功设计出一种高灵敏度的平面波导型荧光免疫传感器(PWFI),对农药类中残留的小分子污染物2,4-D进行检测。
熊岳等通过层层吸附自组装的方法,将PDDA和DNA固定到玻碳电极表面,设计了一种基于探针分子[Ru(bpy)2(dppz)]2+,固态电化学发光DNA传感器,用于杂环芳烃农业的检测研究,成功实现了对二氯喹啉酸、喹硫磷、多菌灵等农药进行检测。
3生物传感器在病原微生物、生物污染的检测和研究领域的应用
病原微生物广泛存在于如牛奶等乳制品中,和传统的检测方法相比,生物传感器用于病原微生物的检测具有检测灵敏度高、时间短、成本低、方便快捷等诸多优点。
生污染物广泛存在于我们的生活中,特别是医疗卫生机构和疾病预防控制场所,因此生物传感器用于生物污染物的检测和毒理研究也越来越受到广泛关注。
章毅博士研究团队基于免疫分析和DNA杂交技术,利用生物荧光标记等技术,成功设计了免疫传感器、DNA传感器、酶传感器等生物传感器,用于城市生活垃圾堆中污染物的检测,成功检测出了病原性微生物、重金属离子(Hg2+)和毒莠、对苯二酚等有机污染物,为开发可应用于复杂环境中污染物的高效在线检测系统奠定基础。
苗庆庆博士利用生物标志物的检测成像技术,设计了自组装放射性纳米粒子生物传感器,用于肿瘤细胞生长机理的研究,在20种氨基酸中成功区分检测出生物硫醇,并在活细胞中成功地区分和检出Cys和GSH。
同时,他还成功设计了快速选择性和可视化检测Cd2+、Fe2+离子的纳米荧光探针。
张浩博士利用生物标记、荧光成像技术、紫外可见吸收光谱、圆二色谱及ELISA法等多种光谱学手段、ITC技术及分子对接模拟方法,从铅毒性与氧化应激的相关性这一科学问题入手,以分子和细胞毒理学、仪器分析化学为背景,联合动物、细胞和分子三个水平研究了铅诱发机体氧化损伤和细胞凋亡的毒性效应及作用机理。
谢乐、许雨乔等人利用实时荧光定量PCR直接检测粪便标本艰难梭菌tcdB基因,可用于艰难梭菌相关腹泻的快速诊断。
孙文超、解长占等人,利用实时荧光定量PCR技术,建立犬圆环病毒(DogCV)检测方法,检测率为12.50%。
丽牧等利用荧光定量PCR法,设计引物与探针,准确、快速地检测出新城疫病毒,并且检测具有特异性、灵敏度、稳定性,能够满足实际工作中的检测要求。
程永婷、贾晓晖等人针对Cpn0308基因建立检测肺炎衣原体的Taqman探针实时荧光定量PCR(FQ-PCR)方法,应用于临床肺炎衣原体核酸检测。
佘轩、姚云清等人探讨实时荧光定量PCR对HIV阴性免疫力低下合并肺孢子肺炎(PCP)患者的诊断价值。
4结语
綜上所述,生物传感器技术作为一门新兴的现代环境分析方法和手段,在环境污染物分析和检测中应用越来越广泛,成为重要的技术手段和研究方法。
由于环境污染物种类繁多,性质各异,污染物的作用机理通常是一个非常复杂和系统的过程,因此在对重金属离子、有机污染物、病原性微生物和生物污染物的检测和分析中,还需要综合运用分析化学、现代仪器、分子生物学、细胞生物学等多学科背景,综合应用各种理化、生化分析的方法手段,才能更好地实现对各种污染物的分析和检测。
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