环境生物工程是环境工程与生物工程的交叉学科,是生物技术在环境工程中的应用,即应用生物(主要是微生物)来进行环境污染的防治,使环境变化向有利于人类社会发展的方向转变。同时,应用生物技术还可以实现废弃物资源AG九游会化,使人类更充分地利用自然资源,保持生态平衡。
土壤和水体中有大量的细菌和真菌,这些微生物能够将许多有机污染物逐渐分解成无机物,从而起到生物净化的作用。
北美有应用高温、高压条件下的玻璃化处理技术;通高频电场、磁场等电化学治理[77]。
加入溶液径流冲洗、淋滤,如水冲洗[85]、用酸浸洗[85,86]、亚铁溶液冲洗[87]、柱浸或固态床浸洗[88-89]
50年代末和60年代初,Cornell大学的M.Alexander与他的学生就针对人们对环境中农药的污染和残毒问题的关注而展开了农药在土壤中可降解性的研究,为后来生物技术在环境保护中的应用打下了基础。
70年代是环境技术和微生物学的大发展时期,污染物可降解性和分解程度方面的研究有了相当大的提高他们开始系统地对一系列芳香类有机物的好氧和厌氧条件下的分解和降解途径及其机理进行了大量和系统的研究.
80年代后,分子生物技术和手段已广泛地应用到了对环境中可降解微生物及降解机理方面的研究,如美国西北大学的DavidA.Stahl.,Tennessee大学的GarySayler和DavidWhite等人纷纷发现了具有降解能力的微生物.
分离具有特殊分解功能的环境微生物,用分子探针监测他们在不同环境中的分布,以及与其它种类微生物之间的关系;
走出单纯分解和矿化的旧模式,探索对有毒污染物的转化,并实现生产工业合成。
在自然环境中广泛存在的一大类个体小,结构简单、繁殖快、易培养的具有基本生命特征的生物。
物质能够被自然界存在的微生物如细菌、真菌和藻类的作用而引起降解的整个过程。
每一个微生物的细胞,就如同一个效率极高的“化工厂”,它们以有机物作为饲料,经过复杂的生物化学变化,最终转化成为无害的代谢产物;二氧化碳、水和无机盐等。这些产物再回到自然界供动植物生长所需要。从地球上有生物出现开始,这种宏观的物质循环就没有停止过。
微生物用于烟气脱硫,不需高温、高压、催化剂,设备要求简单。利用自养生物脱硫,营养要求低,无二次污染,处理费用为湿法脱硫的50%。(流程)
微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。
有机物酚类对水中生物有致畸性,使生物具有难闻的酚味,化学处理法由于二次污染问题受到限制,而利用培养优势菌群的微生物法降解酚类却有显著作用。研究表明可利用的主要菌种有醋酸细菌、产碱菌和气单胞菌。
由于藻类对重金属离子具有较强的富集能力,利用其生物吸附作用可从工业污水中去除有毒、放射性金属和回收稀有、贵重AG九游会金属。该法具有高效、经济、简便、选择性好等优点,尤其适用于低浓度及一般方法不易去除的金属。
染料废水是难以降解的一大类工业废水,在厌氧微生物环境中,偶氮染料可通过还原作用完全生物降解。将优势菌的不完全厌氧-接触氧化工艺用于处理印染工业废水,脱色率达90%以上。屠宰废水、橄榄加工厂废水、啤酒废水等用微生物处理均可取得较好的效果。
微生物不仅用于大气、水、土壤中农药和垃圾的处理,还用作检测有毒化学品的指示生物。此外,还可做成微生物絮凝剂、净化污水。
微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵、抽提、精制而成的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂。
以核酸分子杂交技术为核心,利用探针分析DNA序列及片段长度多态性。探针是能与特定核苷酸序列发生特异性互补的已知核酸片段。具体方法可以采用原位杂交、Southern迹杂交、斑点印迹,狭线印迹杂交,荧光原位杂交(FISH),流式细胞计(FCM),分析与探针互补的DNA片段在长度上的简单变化。它可以在群落水平上提供几乎无穷尽的、反映基因型多样性的可靠证据,可作为一种能高度灵敏检测污染环境下微生物种群变化的方法。
聚合酶链式反应(PCR)技术,即以一对特定的寡核苷酸片段为引物,在耐热的TaqDNA聚合酶作用下,体外合成特异的DNA片段,在数小时内可将目的基因扩增上百万倍。在分子生态学中,根据扩增的模板、引物序列来源及反应条件的不同可将PCR技术分为以下几种:
琼脂糖凝胶电泳并用溴乙锭 (EB)染色方法或聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE分离 )银染的方法.
1985年,Pace等第一次通过核酸测序技术,以rRNA确定环境样品中的微生物,使人们对大量不可培养微生物群体有了全新的认识,从技术上克服了正确认识微生物生态系统的严重障碍。
利用流动细胞计 (FCM )、细胞分类 (CS)、rRNA PCR等研究方法,配合DGGE等检测技术,可以成功地调查了水生生态系统中有活性、无活性微生物的遗传多样性,为确定特定环境中参与微生物过程的种类提供了一种定量研究的方法思路,尤其在研究环境变化或有毒化合物存在时的微生物生态变化中,可为确定那些能够维持生理活性的微生物提供证据。
质粒的分子生态效应在污染环境中,微生物通过调节其结构和生理状况,或者形成能在自然环境中广泛传播的质粒,完善那些降解异生物质酶系的遗传基因,以适应日益污染的环境。因此,对降解性质粒特征及其在环境污染物净化或解毒过程的分子生态学进行研究,具有实践上的重要意义。
对质粒降解基因的了解,为构建新的降解菌提供功能基础。质粒DNA的灵活性,使人类可以通过分子技术对其进行体外重组,改变生物的性状,创造生物的新品种或新物种。
尤其对于环境中复杂的或难以降解的有毒有害化合物,可通过遗传工程的方法,设计新的代谢途径,利用相关的基因构建多降解基因的工程菌。
活性污泥(activated sludge)可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥,不论是哪一种,活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。
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