生物技术在废水处理中的应用

王昭元

摘要：废水无害化处理问题一直是困扰着城市发展的关键问题所在。生物技术在废水处理的过程中运用十分的广泛，主要包括传统生物技术，厌氧处理，生物膜处理，活性酶物质催化。以及以基因编辑为核心的现代生物技术，微藻，植物等改造。为此，本文对生物技术在废水无害化处理中的应用展开深入探讨，以便人们对生物技术的进一步了解。

关键词：废水无害化、传统生物技术、现代生物技术

前言

废水无害化处理的方式多种多样，包括物理方法，比如活性炭过滤去除杂质及其有害色素；化学方法，化学沉淀有致病性物质等方式。但是它们要么太昂贵，要么劳动强度大。例如化学试剂可能会增加水体的毒性，造成水体的二次污染。生物技术在废水处理中的运用，主要包括传统生物技术厌氧处理，生物膜处理，活性酶物质催化等。现代的生物技术主要通过筛查特定的菌种，基因编辑，条件性筛查等方式进行菌种优化，具有成本低，减少二次污染等优点得到了广泛的应用。

一、传统生物技术

传统生物技术处理废水主要包括厌氧技术，生物膜处理，活性酶催化，主要利用特定菌种本身的天然属性，通过发酵，催化等方式对有害物质进行降解，回收有益物质，达到去除废水杂质，保护环境的目的。

1.1厌氧技术

采用厌氧技术进行废水处理, 主要是通过在特定的营养环境下接种厌氧细菌进行生物发酵，对有害物质进行降解，最后再转化为无害的甲烷以及二氧化碳。该方法成本低，操作简单，设备结构简便，运用范围广[1]。影响因素包括菌种，培养环境PH等。其中菌种是最重要的关键影响因素，例如硫酸盐还原菌厌氧生物法作为一种高效的脱硫技术[2]。除此之外，厌氧反应器也在不断的更新，目前已经发展到第3代[3]，处理能力更加强大，更加方便。

1.2生物膜技术

生物膜工艺广泛用于生物废水处理。在生物膜废水处理过程中，生物膜附着在生物载体和基质上，并从液体输送到界面。然后，将提供的营养物用于合成新一代微生物并用于代谢消耗。目前已经开发了各种各样的生物膜反应器，例如生物接触氧化罐，生物转盘，集成固定式膜活性污泥反应器。通常，生物膜反应器具有多种优势，例如适应性强，有机物和氮的去除率高，污泥过量产生少，操作管理方便等。除此之外，对于悬浮固体，营养物，粪大肠菌群，病原体去除效率非常高，是减少废水中微生物和化学污染物的较有发展前途处理技术[4]。

1.3生物酶技术

某些药物活性化合物的顽固性，常规废水处理无法有效去除它们。生物催化转化是一种对环境无害的替代方法，其中涉及使用活生物体或其酶。与其他常规技术相比，这种处理方法所需的能量输入较低，在中等条件下工作且产生的毒副产物更少或没有。近年来，许多研究人员研究了用酶法处理废水的方法，特别是用氧化还原酶，因为它们具有氧化难降解污染物的潜力,可以利用自由基机制催化多种微量污染物的降解[5]。

二、现代生物技术

现代生物技术以基因工程为基础，通过人为的，有目的的改造植物，细菌基因等手段，筛查对环境具有一定目的性质的工程生物。其蕴含的内容及探讨对象也是十分的广阔，主要包括微藻基因改造，水生植物基因改造等基因编辑。

2.1微藻培养技术

微藻细胞作为生产各种增值产品的强大生物技术平台而闻名。但是微藻本身也存在一定的局限性，包括废水营养条件，PH值，藻类本身耐受能力等，都是限制微藻进一步运用的关键点所在。

基因工程以提高微藻菌株的耐应力水平是一种潜在的研究途径。基因工程技术已被广泛用于增强微藻物种的脂质生产。科学家使用根癌农杆菌介导的基因转移技术在微藻细胞中成功表达了真菌漆酶基因，开发了具有CO 2隔离和重金属修复等应用的基因工程菌株[6]。据报道，转基因微藻对污染的废水和沉积物表现出更高的重金属敏感性和结合特异性。Halder提出，通过在微藻细胞中过表达金属硫蛋白和植物螯合素的基因，可以生产具有更高金属结合能力的转基因微藻细胞[7]，给人以巨大的期待。

2.2基因工程植物

植物修复，可在植物生长和去除植物材料过程中吸收大量的氮和磷，从而避免富营养化，也可以通过自身的吸附重金属特性，对废水重金属物质进行清除。不同的水生植物种类，例如水葫芦，鸭杂草，已被广泛地用于去除污染的河水或废水[8]。但是依赖植物本身的自然特性进行废水处理存在一定的局限性，包括效率低下，耐受性差等缺点。为了克服植物本身的缺点，科学家通过基因工程编辑转基因植物，增强植物在废水处理中的能力发挥。Pasquale 等人通过构建表达真菌漆酶的转基因烟草植物以此减少橄榄油厂废水中的苯酚含量[9]，取得很好的效果。

三、结论

生物技术在废水无害化的处理已经得到了很大的应用，也取得了巨大的成功。目前主要包括厌氧技术，生物膜处理，活性酶催化，微藻，转基因植物等都是有力的生物技术手段。为解决日益严重的环境污染问题，科学家将投入更大的精力以及心血研究更加先进的生物技术手段。

参考文献

[1]聂红燕. 厌氧生物技术应用于工业废水处理中的研究[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2018(07):162-163.

[2]陈涛, 陈薇薇, 孙成勋. 硫酸盐还原菌(SRB)厌氧生物技术处理脱硫废水的可行性探讨[J]. 中国农村水利水电, 2014, 000(002):18-22.

[3]刘磊. 工业废水处理中厌氧生物技术应用研究[J]. 资源节约与环保, 2019, 000(008):83.

[4]Yingxin Zhao , Duo Liu , Wenli Huang, et al.Insights into biofilm carriers for biological wastewater treatment processes: Current state-of-the-art, challenges, and opportunities[J].Bioresour Technol, 2019 ,288:121619.

姓名：王昭元，性别：男，籍贯：山西，出生年月日：1998年02月16日，学历：本科，工作