中國生物工程學會會刊 ? ? 創刊于2005年

生物環保發展態勢及分析

時間:2019-04-16來源:生物產業技術 作者:中國科學院生態環境研究中心副主任,中國生態學學會微生物生態專業委員會榮譽主任 點擊:

      生物環保技術主要是指利用微生物的氧化、還原、吸附等作用實現污染物去除的一類技術,與化學、物理等技術相比,具有成本低、二次污染少等優點。最早的生物環保技術是一百多年前發明的活性污泥法廢水處理技術,該技術至今仍然是解決水污染問題的首選技術。活性污泥法最初主要用于有機污染物(即BOD 或COD)的礦化,之后隨著人們對水污染問題認識的深入,對污水中氮磷等營養元素去除的要求顯著提升,由此導致了一系列生物脫氮和除磷工藝的開發和應用。如今,具有生物脫氮除磷功能的A2O(厭氧- 缺氧- 好氧)工藝已經在世界各國得到較為廣泛的應用。近年來,隨著厭氧氨氧化過程的發現,一種不依賴于有機電子供體且具有節能特點的生物脫氮技術開始受到廣泛關注,世界各國都在進行積極探索基于短程硝化- 厭氧氨氧化組合的新型生物脫氮技術,并在技術的應用上取得了初步的成效。

     厭氧發酵技術作為一種可以產生清潔能源的生物處理技術在高濃度有機廢水的處理上具有巨大的潛力,而20世紀80年代荷蘭科學家Lettinga教授發明的上向流厭氧污泥床(UASB)反應器使其這種潛力得到了充分的釋放。UASB反應器最初用于淀粉廢水、酒精廢水等容易形成顆粒污泥的廢水處理,后來逐步推廣到其他高濃度工業廢水的處理,已經成為高濃度有機廢水處理的一項首選技術。近年來,生物環保技術已經從最初的廢水處理領域逐步拓展到飲用水、廢氣和固體廢棄物的處理以及土壤、地下水修復等其他領域,并應用到環境監測、毒性評價等環境管理方面,成為支撐人類社會可持續發展的一個不可或缺的核心技術。

     一百多年來,廢水生物處理過程基本都是一個“黑箱”,雖然我們知道污染物在微生物的作用下得到了有效轉化和去除,但具體參與作用的微生物及其相互作用過程并不清晰。20 世紀90 年代發展起來的分子生物學技術以及近年來快速發展的(宏)基因組學、計算生物學等技術為我們認識生物轉化過程提供了非常有效的手段,為今后在環境保護中更好地發揮微生物的作用奠定了重要的基礎。然而,與生物技術領域其他子領域日新月異的進步相比,由于其應用于環境中開放體系的特點,生物環保技術本身的發展比較緩慢,很多適用于純菌體系的技術無法應用于生物環保技術中的復合菌群體系。我國近年來投入大量資金進行環境保護,這為生物環保技術的發展提供了良好的機遇。隨著傳感器技術、大數據、自動化控制技術、高通量篩菌技術、生物信息學等各種技術的快速發展,生物環保技術今后有可能會在以下方面得到進一步發展。

1. 應用高效降解菌的生物強化技術:獲得難降解污染物高效降解菌,并通過特定反應器的應用實現針對難降解污染物去除的生物強化技術。

2. 智能化廢水生物處理系統:在深刻認識生物處理系統中微生物群落結構形成機理的基礎上,進行廢水處理微生物群落的精準裝配和調控,實現廢水處理的高效化與穩定化。

3. 生物風險控制技術:把握環境中有害微生物在污染治理系統中的富集和傳播規律,構建致病致害生物的監管技術系統和環境傳播阻斷技術體系。

     為使讀者更好地理解生物環保方面的研究進展及最新研究成果,受《生物產業技術》邀請,推出一期“生物環保”專輯,內容包括“AnMBR 技術”、“生物處理過程中次生風險研究”、“發酵類制藥酶法綠色生產技術”、“畜禽廢棄物厭氧處理技術”、“基于熱水解的高效污泥厭氧消化技術”和“厭氧氨氧化技術”等幾個主題。希望該專輯能給從事生物環保的研究人員、產業界人士提供相關參考。專輯組稿過程中得到了中國生態學學會微生物生態專業委員會的大力支持,在此特別感謝!

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