中国生物工程学会会刊     创刊于2005年

生物环保发展态势及分析

时间:2019-04-16来源:生物产业技术 作者:中国科学院生态环境研究中心副主任,中国生态学学会微生物生态专业委员会荣誉主任 点击:

      生物环保技术主要是指利用微生物的氧化、还原、吸附等作用实现污染物去除的一类技术,与化学、物理等技术相比,具有成本低、二次污染少等优点。最早的生物环保技术是一百多年前发明的活性污泥法废水处理技术,该技术至今仍然是解决水污染问题的首选技术。活性污泥法最初主要用于有机污染物(即BOD 或COD)的矿化,之后随着人们对水污染问题认识的深入,对污水中氮磷等营养元素去除的要求显著提升,由此导致了一系列生物脱氮和除磷工艺的开发和应用。如今,具有生物脱氮除磷功能的A2O(厌氧- 缺氧- 好氧)工艺已经在世界各国得到较为广泛的应用。近年来,随着厌氧氨氧化过程的发现,一种不依赖于有机电子供体且具有节能特点的生物脱氮技术开始受到广泛关注,世界各国都在进行积极探索基于短程硝化- 厌氧氨氧化组合的新型生物脱氮技术,并在技术的应用上取得了初步的成效。

     厌氧发酵技术作为一种可以产生清洁能源的生物处理技术在高浓度有机废水的处理上具有巨大的潜力,而20世纪80年代荷兰科学家Lettinga教授发明的上向流厌氧污泥床(UASB)反应器使其这种潜力得到了充分的释放。UASB反应器最初用于淀粉废水、酒精废水等容易形成颗粒污泥的废水处理,后来逐步推广到其他高浓度工业废水的处理,已经成为高浓度有机废水处理的一项首选技术。近年来,生物环保技术已经从最初的废水处理领域逐步拓展到饮用水、废气和固体废弃物的处理以及土壤、地下水修复等其他领域,并应用到环境监测、毒性评价等环境管理方面,成为支撑人类社会可持续发展的一个不可或缺的核心技术。

     一百多年来,废水生物处理过程基本都是一个“黑箱”,虽然我们知道污染物在微生物的作用下得到了有效转化和去除,但具体参与作用的微生物及其相互作用过程并不清晰。20 世纪90 年代发展起来的分子生物学技术以及近年来快速发展的(宏)基因组学、计算生物学等技术为我们认识生物转化过程提供了非常有效的手段,为今后在环境保护中更好地发挥微生物的作用奠定了重要的基础。然而,与生物技术领域其他子领域日新月异的进步相比,由于其应用于环境中开放体系的特点,生物环保技术本身的发展比较缓慢,很多适用于纯菌体系的技术无法应用于生物环保技术中的复合菌群体系。我国近年来投入大量资金进行环境保护,这为生物环保技术的发展提供了良好的机遇。随着传感器技术、大数据、自动化控制技术、高通量筛菌技术、生物信息学等各种技术的快速发展,生物环保技术今后有可能会在以下方面得到进一步发展。

1. 应用高效降解菌的生物强化技术:获得难降解污染物高效降解菌,并通过特定反应器的应用实现针对难降解污染物去除的生物强化技术。

2. 智能化废水生物处理系统:在深刻认识生物处理系统中微生物群落结构形成机理的基础上,进行废水处理微生物群落的精准装配和调控,实现废水处理的高效化与稳定化。

3. 生物风险控制技术:把握环境中有害微生物在污染治理系统中的富集和传播规律,构建致病致害生物的监管技术系统和环境传播阻断技术体系。

     为使读者更好地理解生物环保方面的研究进展及最新研究成果,受《生物产业技术》邀请,推出一期“生物环保”专辑,内容包括“AnMBR 技术”、“生物处理过程中次生风险研究”、“发酵类制药酶法绿色生产技术”、“畜禽废弃物厌氧处理技术”、“基于热水解的高效污泥厌氧消化技术”和“厌氧氨氧化技术”等几个主题。希望该专辑能给从事生物环保的研究人员、产业界人士提供相关参考。专辑组稿过程中得到了中国生态学学会微生物生态专业委员会的大力支持,在此特别感谢!