崔燕妮

（烟台市环保工程咨询设计院 山东烟台 264002）

引言

2015年《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）颁布实施以来，国家及各级生态环保主管部门加大了水环境污染治理力度，水环境污染防治取得了可喜成绩，出现了整体向好态势。但随着工业化、城镇化进程的加快，我国流域水环境污染形势依然不容乐观。近年来，现代生物技术与环境技术融合于水污染控制中的应用，成为新兴的交叉学科在水环境污染控制中得到了有益尝试，成为解决水环境污染的重要手段，取得了良好的经济效益和环境效益。

1 现代生物技术主要内容

现代生物技术是指以DNA技术为主导，涵盖了基因工程、酶工程、发酵工程、微生物工程、生物修复技术等等一系列生物高新技术的总称，共同形成了现代生物技术体系。

1.1 酶工程

作为生物体内具有新陈代谢催化剂功能的蛋白质，酶可在特定条件下促成发生反应，这种反应具有效率高、产物污染小、能耗低和易控制等特点。作为以酶为催化作用的物质转化，可以产生出人们所需产品。将酶工程与化工技术结合，在医疗、医药方面取得了显著成果。

1.2 细胞工程

将细胞融合、核质移植、染色体或基因移植、组织和细胞培养，能够实现快速繁殖，是一种在细胞水平上的遗传操作技术，培养出所需的新物种技术。其中，关键是细胞融合。即，将融合剂加到两种不同细胞，在达到某一条件后，融合后的细胞组成杂交细胞，使原本亲本细胞基因能够被表达出来，实现了远缘生物无法杂交的问题。目前，细胞融合已经在田鼠与小鼠，小鸡与小鼠等远缘体细胞杂交。尤其是植物间的体细胞融合获得的杂交细胞实现了完整植株的培育效果，获得新的杂交植物品种。

1.3 发酵工程

利用微生物特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质。发酵技术走过了过去酒精类饮料发酵、醋酸发酵和面包发酵等简单的工艺，逐渐发展成了生物工程的重要分支，涵盖了微生物学、基因工程、细胞工程等多学科工程。

1.4 基因工程

利用与工程设计类似，根据人类需要设计，并按照这一设计创建出具有某种新的性状生物新品系，还具有稳定遗传后代的功能。基因工程的实施步骤包括：首先，取得符合要求的DNA片段，即目的基因。其次，将DNA片段与病毒DNA或质粒连接，对DNA进行重组；再次，将某种细胞引进重组后的DNA；将DNA片段所能表达的受体细胞挑选出来。基因工程建立在分子水平之上的操作，超越物种间不亲和性，突破了物种间的遗传弊端，能够根据设计方案创建出新的性状生物新品。

2 现代生物技术在水污染控制中的应用

从水污染的性状来看，将现代生物技术应用到水污染控制中，实现利用生物处理废水。其原理，就是利用微生物生命活动过程，实现待处理废水中污染物转移、转化，实现净化废水效果。目前，现代生物技术在石油类、印染类、油脂类、农药类及城市生活污水处理中均取得了良好的应用效果。其中，生物发酵、好氧、厌氧生物处理技术已经十分成熟。

2.1 生物强化处理技术

为实现进一步提升废水处理效果，可将自然界中筛选出的优势菌种投加到废水中，或者通过基因组成技术产生更为高效的菌种，从而实现去除废水中的某一种或某一类有毒有害物质的效果。生物强化处理技术主要有高浓度活性污泥法、生物-铁法和生物-活性炭法。以“生物-活性炭法”为例，黄雅婷等利用“生物-活性炭法”技术处理对印染废水二级处理出水进行了深度处理，在挂膜初期、后期，以及稳定运行阶段出水的色度、固体悬浮物和需氧量变化。通过实验发现，采用“生物-活性炭法”处理印染废水达到一级排放标准，色度控制在20mg/L以下，需氧量控制在20mg/L以下，色度平均在40倍以下，现实应用效果显著。

2.2 生物修复技术

利用生物、微生物将水中的污染物降解为二氧化碳和水，或转化成为没有危害物质的工程技术。生物修复技术虽然无法降解金属，但可以将其毒性转移或降低。污水生物处理技术包括需氧生物修复技术和厌氧生物修复技术等。钱丽敏等人通过厌氧还原脱氮、微生物共代谢和直接氧化降解处理高浓度三氯乙烯（TCE），分析了将三氯乙烯降解菌转入繁殖能力强、适应性好的受体菌株中，构建起更为高效的基因工程菌，取得良好处理效果。

2.3 生物反应器技术

作为当前现代生物技术发展的主要方向，生物反应器技术是利用新型生物膜反应器，将比表面大的载体装入反应器，将微生物附着于生物膜，利用微生物与污染物之间的充分接触，增强微生物分解代谢功能。根据不同膜组件及原理，膜生物反应器分为分体式、一体式膜生物反应器；好氧、厌氧膜生物反应器等。张树国等，利用一体式平板膜生物反应器处理污水，出水COD、氨氮和SS指标均达到一级A处理标准，出水满足回用标准。随着膜生物反应器技术的应用及发展，目前2000立方米的反应器已经投入使用，运行费用低，处理能力强，易管理。

2.4 固定化微生物技术

上个世纪80年代，固定化微生物技术变作为一项新技术应用到来工业废水，以及生物降解困难的有机废水处理中，通过改造或创造更加高效特异性优势菌种的专性菌（如脱色菌、脱氮菌、脱磷菌等），将这些专性菌固定化后，提高菌体密度，提升处理效率，在一些有毒有害污水中的难降解处理中应用效果显著。杨意东等以医药行业高浓度有机废水为对象，筛选出以阿苯哒唑、扑尔敏、布洛芬三种底物优势菌，应用3种固定化材料及2种包埋固定化材料对三种优势菌进行固定化实验，废水中的有机污染物最高去除率达到了90%以上，比目前一般的活性污泥法处理高浓度有机废水效率提升了1/3。

3 现代生物技术在水污染控制中的应用特点

（1）应用范围广。以生物为对象，不依赖于有限资源，着眼于再生资源的利用，且应用范围十分广泛。目前，现代生物技术已经实际应用到了印染废水、生活污水、油脂废水、农药废水、石油废水等多个领域，均取得了明显效果。

（2）应用效果好。现代生物技术应用于废水处理，能够在常温和常压下进行，整个操作的连续性较强，可以有效地节约宝贵的能源资源，开辟利用高纯、优质、安全和可靠的生物制品控制水污染的新路径，极大地降低了污水控制过程中给环境带来的二次污染。

（3）应用创新性。与其他技术相比，根据废水处理的实际需要，定向按照人们处理需要，通过创造出新物种、新品种以及其他兼具环保价值和经济价值的生物类型，将现代生物技术应用到废水处理中，开辟了一条更加高效、优质、安全和可靠的生物制品路径，解决了传统工艺技术中难以解决的问题。

结语

现代生物技术应用于水污染控制，在实践中取得了良好的应用效果，值得在实践中大范围的推广和应用。下一步，现代生物技术将在分离、筛选和培养更加高效地降解菌、构建更为高效的反应器，注重运行效果的自动监测成为研究的新热点。