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1、湖北生态工程职业技术学院（专套本）毕业论文（设计）生物技术在环境保护中的应用学生姓名 ： 刘 慈 指导教师 ： 雷正玉 所在系部 ： 生态工程系专 业 ： 生物技术及应用二零一二年六月目 录1.我国生态环境现状11.1 森林覆盖11.2 沙漠化11.3 水土流失21.4 水资源问题21.5 白色污染22.生物技术与环境保护32.1生物技术的概念32.2 生物技术的特点33.生物技术在环境保护中的应用53.1防治大气污染53.1.1环境污染与癌症53.1.2对植物的危害63.1.3微生物法63.1.4生物过滤法63.2污水的生物净化63.2.1生活污水的处理63.2.2工业废水的处理73.3白色
2、污染的消除83.3.1白色污染来源83.3.2生物降解塑料83.4化学农药污染的消除83.4.1生物农药的优点83.4.2生物农药三大类型93.5生物技术与沙尘暴治理94.生物技术在环境保护中的发展前景10结论10参考文献11生物技术在环境保护中的应用摘要：十多年来，我国经济的飞速发展，让我们振兴鼓舞，伴随而来的环境问题，我们不能忽视，环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响，比如：沙漠化、森林破坏，也会给人类社会造成间接的危害，有时这种间接的环境效应当时造成的直接危害更大，也更难消除。例如，温室效应、酸雨和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往
3、在污染发生的当时不易被察觉或预料到，然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。根据我国目前生态环境状况，论述了现代生物技术在治理环境污染，保护生态环境中的应用和发展前景。关键词：生物技术 生态环境 环境保护 环境效应1.我国生态环境现状1.1 森林覆盖多年以来，我国在保护森林和植树造林方面取得较为突出的成就。截止2002年数据显示，中国人造森林保存面积已超过4600万公顷，人工林增长速度及规模均高居世界第一位。近几年来，中国绿化面积仍在继续增长，森林覆盖已由1998年的14%提高到2002年16.55%。但就经济增长趋势来看，拥有更加强大的森林生态系统将是我国现状的一大难题。就农村森
4、林覆盖面积来看，相比之下，是远远的低于2000年那时的绿化面积，大片树木遭到砍伐，近几年的经济的确发展了，“城市包围农村”、“农村城市化”越来越明显。森林，作为家园的心肺，正遭受着难以言表的折磨与危机！1.2 沙漠化我国是世界上受沙漠化危害最严重的国家之一。1999年的第二次全国荒漠化沙化土地监测结果显示，沙化总面积已超过174万平方公里，占全国土地面积的近两成。我国土地沙化的原因主要是干旱、少雨、大风等自然灾害，但人类不合理的开发建设活动是导致啥话不断扩大的主要原因。当然其中也包括了盲目的扩大耕地，尤其是牧场农化，以及不合理的管理牧区家畜的严重超载，其中作为最大牧场的内蒙古牧区，伊克昭盟从建
5、国以来至今，因滥樵而沙化的草场面积就高达20000多平方公里，当然这还是十多年前的数据，新疆、内蒙、青海、西藏、甘肃等省区的沙漠、戈壁等区域，每年的土地退化、沙化面积仍在以30000多平方公里的速度继续扩展。近些年的风沙治理尽管在部分地区取得明显成效，但整体恶化趋势尚未得到有效遏制，沙化面积仍在不断扩展!1.3 水土流失我国水土流失面积占国土面积的38%，长江上游的水土流失更是高达41%。人类对土地的利用，特别是对水土资源不合理的开发和经营，使土壤的覆盖物遭受破坏，裸露的土壤受水力冲蚀，流失量大于母质层育化成土壤的量，土壤流失由表土流失、心土流失而至母质流失，终使岩石暴露。水土流失是对中国土地
6、资源破坏的常见地质灾害和环境问题。每年流失的土壤的总量达50多亿吨，造成原委是不合理耕作方式和植被破坏。1.4 水资源问题调查显示，我国七大水系普遍受到污染，城市河段87%受到污染，从污染特征来看，主要是有型污染，主要污染物为石油类、氨氮类，严重危及到生命健康，形势非常严峻。农村水环境与城市水环境的日益恶化，其中农村水环境不受重视，乡镇企业，化肥农药的不合理使用，以及生活污水和废弃物的乱排乱堆！产生量大，分布面广，治理难度大等等问题，需及早重视并加以治理！1.5 白色污染 塑料袋给我们的生活带来很大的方便，但同时白色垃圾也逐步破坏着我们的家园，我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一一次性塑料
7、袋，包装袋的大量使用，造成视觉污染，而且因其难以降解对生态环境造成很大的潜在威胁。当然我们所面临的环境状况远远不止这些，重视物质生活，更要重视环境保护，建立在环境破坏之上的经济发展，那必将不是持久的可持续的发展，相信在不久的将来，我们将会受到无法想象的严重后果，因此，更需要我们，从现在开始，加之以重视，加之以保护！在这些方面，生物技术表现着它的极大的能力与潜力 ，以更加经济的方式、方法，最大化的将我们所生活的环境变得更加美好起来！2.生物技术与环境保护生物学发展及其与相关学科交叉融合的产物，其核心技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称
8、。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和名剑研究机构的高度重视，发展十分迅速。2.1生物技术的概念生物技术（biotechnology），有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。 因此，生物技术是一门新兴的，综合性的学科。2.2 生物技术的特点生
9、物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了希望。目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、
10、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物（底物），其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质，因此，生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，因此，生
11、物反应过程通常是在常温、常压下进行的。另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化技术的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资省、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便，同时，在多数情况下，它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的，并且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度，使经济发展进入可持续
12、发展的轨道。生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。因此，利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质，即用生物修复技术净化环境，使受污染的宝贵资源如水资源（包括地面水和地下水）、土壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。与传统方法比较，其法具有许多优点： （1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物几副产物，大都是可以被生物从新利用的，有利于把人类产生的环境污染减轻到最小程度，这样既可以一劳永逸，同时也是对垃圾废物经销行了资源化利用。（2）利用发酵工程技术处理污染物，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如CO2、H2O
13、、N2、CH4等气体，常常是一步到位，避免了污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染物的手段。（3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，起反应过程是在常温常压条件下进行的，所以更加节能环保，并且可实现可持续经济。所以，当今生物技术已广泛应用与环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各方面。3.生物技术在环境保护中的应用3.1防治大气污染人需要呼吸空气以维持生命。一个成年人每天呼吸大约2万多次，吸入空气达1520立方米。因此，被污染了的空气对人体健康有直接的影响。大气污染：物对人体
14、的危害是多方面的，主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。比如，1952年12月58日英国伦发生的煤烟雾事件死亡4000人。人们把这个烟雾称为杀人的烟雾。据分析，这是因为那几天伦敦无风有雾，工厂烟囱和居民取暖排出的废气烟尘弥漫在伦敦市区经久不散，烟尘最高浓度达4.46毫克/m3，二氧化硫的日平均浓度竟达到3.83毫升/m3。二氧化硫经过某种化学反应，生成硫酸液沫附着在烟尘上或凝聚在雾滴上，随呼吸进入器官，使人发病或加速慢性病患者的死亡。这也就是所谓的光化学污染。由上例可知，大气中污染物的浓度很高时，会造成急性污染中毒，或使病状恶化，甚至在几天内夺去几千人的生命。其
15、实，即使大气中污染物浓度不高，但人体成年累月呼吸这种污染了的空气，也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。 3.1.1环境污染与癌症大量研究资料表明，环境污染是导致癌症发生的一个极其重要的原因，依靠全社会的力量，采取综合措施、有效地治理环境污染，是癌症综合预防措施的重要组成部分。3.1.2对植物的危害大气污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重的。当污染物浓度很高时，会对植物产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑，或者直接使叶枯萎脱落；当污染物浓度不高时，会对植物产生慢性危害，使植物叶片褪绿，或者表面上看不见什么危害症状，但植物的生理机能已受到了影响，造成植物产量下降，
16、品质变坏。众所周知，人类存在大气圈中，依靠空气中的氧生存，但随着工业的迅猛发展，环境保护无法与工业进程同步，各种化工产品无论在生产过程中还是在使用或销毁的过程中，多会产生或排出废气，造成对环境的污染，可以说，大气污染主要污染来源包括燃料的燃烧，火力发电厂排放，汽车尾气的排放，工业废水的排放，垃圾的燃烧。最终导致很多问题，例如酸雨。臭氧层破坏。温室效应等等。采用生物技术控制和处理废气，将废气中的有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质，从而净化空气，采用方法主要有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等，所采用的生物反应器为净气塔、渗滤器和生物滤池等。3.1.3微生物法利用微生物的生命活动，对煤
17、炭脱硫、除臭（H2S）和讲解挥发性有机空气污染物(VOCS)de 的原理废气进行进一步处理，将废气污染降至最低，此法与传统空气污染控制技术如活性炭、湿法洗涤和燃烧等相比，效果好、费用低、易于管理，具有极大的针对性，反应力。3.1.4生物过滤法生物过滤法是在生物滤池内部填充活性填料，废气经加压预湿后从底部进入生物滤池，气体中的污染物与填料上附着的生物膜（微生物）接触，被生物膜吸收，最终被降解水和二氧化碳或其它成分。3.2污水的生物净化3.2.1生活污水的处理生活污水含有大量的有机物，目前有着与多个中小型生活污水处理厂，采用嗜热细菌和光合细菌等。嗜热细菌采用堆肥机理处理污水，用来分解氧化有机物，同
18、时释放出大量的能量，有机物生化降解的同时伴有热量产生。多数光合细菌具有脱氮、固氮、产氢，同化一定浓度的H2S的能力，以及净化高浓度有机废水的作用。3.2.2工业废水的处理工业污水含有大量的重金属和有机物，工业废液排放前经过生物质材料的处理，可以减少对环境的污染。生物质是指任何可再生或可再循环的有机物，如甲壳素和壳聚糖衍生物，皮革胶原纤维等等。污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生
19、物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺
20、酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。污染土壤的生物修复重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定
21、，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。3.3白色污染的消除3.3.1白色污染来源白色污染即指塑料废弃物给环境带来的污染，日常生活中使用的塑料购物袋、塑料食品包装、聚苯烯一次性快餐饭盒，还有农村大量使用的农用地膜等等。它们使用后废弃在环境很难腐烂。 3.3.2生物降解塑料生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。生物降解材料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。它又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解材料两种。使用可降解塑料有四个不足：一是多消耗粮食；二是使用可降解塑料仍不能完全消除“视觉污染”；三是由于技术方面的原因，使用可降解
22、塑料不能彻底解决对环境的“潜在危害”；四是可降解塑料由于含有特殊的添加剂而难以回收利用。其实最环保的，是减少塑料袋的使用或者用固定的塑料袋，同时可以通过回收，方可减少环境污染。3.4化学农药污染的消除一般情况，使用的化学杀虫剂约有80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药，难分解，滞留毒害作用很大。利用微生物降解农药是消除农药对环境污染的一个重要方面。当然，推广生物农药也是一种总要途径。所谓生物农药是指有生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。3.4.1生物农药的优点生物农药与化学农药相比其有效成分来
23、源，工业化生产途径，产品的杀虫防病机理和作用等诸多方面，有着许多本质的区别。生物农药更适用于扩大在未来有害生物综合治理策略中的应用比重。概括起来，生物农药主要具有以下几个方面的优点。（1）选择性强，对人畜安全。目前市场开发并大范围应用成功的生物农药产品，它们只对病虫害有作用，一般对人、畜及各种有益生物(包括动物天敌、昆虫天敌、蜜蜂、传粉昆虫及鱼、虾等水生生物)比较安全，对非靶标生物的影响也比较小。（2）对生态环境影响小。生物农药控制有害生物的作用，主要是利用某些特殊微生物或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效活性成分完全存在和来源于自然生态系统，它的最大特点是极易被日光、植物或
24、各种土壤微生物分解，是一种来于自然，归于自然正常的物质循环方式。因此，可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。（3）可以诱发害虫流行病。一些生物农药品种(昆虫病原真菌、昆虫病毒、昆虫微孢子虫、昆虫病原线虫等)，具有在害虫群体中的水平或经卵垂直传播能力，在野外一定的条件之下，具有定殖、扩散和发展流行的能力。不但可以对当年当代的有害生物发挥控制作用，而且对后代或者翌年的有害生物种群起到一定的抑制，具有明显的后效作用。（4）可利用农副产品生产加工。目前国内生产加工生物农药，一般主要利用天然可再生资源(如农副产品的玉米、豆饼、鱼粉、麦麸或某些植物体等)，原材料的来源十分广泛、生产成本比较低廉。因此，生
25、产生物农药一般不会产生与利用不可再生资源(如石油、煤、天然气等)生产化工合成产品争夺原材料。生物农药的诸多优点，就必然会出现多种类型的生物农药。3.4.2生物农药三大类型植物源农药以在自然环境中易降解、无公害的优势现已成为绿色生物农药首选之一，主要包括：（1）植物源杀虫剂、植物源杀菌剂、植物园除草剂及植物光活化霉毒等;（2）微生物源农药是利用微生物或其代谢物作为防治农业有害物质的生物制剂；（3）昆虫病原真菌属于真菌类农药。3.5生物技术与沙尘暴治理造成沙尘暴天气的“罪魁祸首”，要属植被破坏。近十年来，我国相机在西北、华北、东北地区启动了约3000万公顷的防护林工程，但由于林带种植年限尚早，多处
26、于幼年期，要想真正起到防沙作用还需八九年时间。新型防护林建设，采用生物技术，基因改造新品种，适应西部恶劣气候，研究出多抗植物品系，就能抗旱、抗沙、抗风，植物生长速度也进一步加快。再加上高分子保税土壤，加上生态用水，定可擒住沙尘暴魔王。4.生物技术在环境保护中的发展前景随着经济的高速发展，人们生活水平的提高，节能环保越来越被大众接受，地球只有一个，人类不是地球上的唯一物种，但是人类的过度消费已引起环境的不断恶化。环保领域将越来越被世人接受，无论是在环境保护方面，还是在食品工业、医学等等方面，生物技术都有着极大的发展前景，就环境保护而言，主要体现在以下几个方面： （1）在能源方面，大力开发生产节能
27、能源物质，解决环境污染问题，汽油、柴油等等由石油所生产的燃料，以及煤炭等高污染能源物质，利用生物技术，以植物本身，微生物代谢产物或体细胞所含的有机物为原料，来生产有机能源物质，以用来缓解环境污染问题； （2）在日常生活方面，衣、食、住、行所带来的环境问题; （3）浪费资源的再利用，实现可持续循环经济体系，更大程度降低资源浪费。 减少污染来源，增加污染去路，我们的生活环境将会越变越好！结论生物技术在环境保护中的巨大作用和长远的发展潜力，证实了，生物技术对环境保护的重大意义。其高效的速度、低成本低消耗、反应条件温和以及无二次污染等的众多优点，正是我们在经济高速发展的同时所需要的应用于经济发展所带来
28、的诸多废气、废水、固体废弃物等等所谓的“三废”问题，我们也要注意的是，生物技术其核心技术是DNA从组技术，对于整个生态系统来说，相互依存而又制约着，任何生物的改变，都对整个系统有着很大的影响，对于基因所打破的种族限制，势必会造成基因污染，生化危机的预言我们必须加以重视。当然，为了让我们有一个更加清晰的家园，仅靠生物技术还是远远不够，之所以污染，是因为人类自身生产生活带来的，要从根本上解决环境问题，需要我们从自身做起，从生活的点点滴滴细节上做起，地球是我们唯一的家园，只要人人都行动起来，更加多姿多彩的生活必将呈现在我们的眼前。“桃花源”将不再是梦。参考文献1. 孟小雄：环境生物技术；J生物技术通报，2002（1）；2. 陶有胜：, 生物技术：1995年第06期；3.环境保护科学；第34卷，第1期，2008年2月；4.环境生物技术再沸器及大气污染治理中的应用及发展前景；5. 陈坚.境生物技术.物工程进展；6.中国大百科全书环境科学）；7.环境污染；2009年中国环境状况公报 ；8.人民日报；环境报道三十年：变化、趋势、影响 ；9.生物农药；百科ROBOT ；10.农业经济问题1998年12期 作者：王锡铜 ；11.长江流域资源与环境第13卷第1期 ；12.人民日报 ；农村水环境恶化问题亟待解决 ；