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科技在环境保护的运用

时间:2014-04-21 15:19来源:未知 作者:admin 点击:
随着社会的发展,人类的生产和生活对生态系统的破坏和环境的污染日益加深,所导致的环境问题严重威胁到人类生存。虽然采取植树造林、节能减排等措施来阪复和改善环境取得一定效果,但环境质量仍在恶化,人们不断寻求着环境保护的更有效途径。随着生物技术的
     随着社会的发展,人类的生产和生活对生态系统的破坏和环境的污染日益加深,所导致的环境问题严重威胁到人类生存。虽然采取植树造林、节能减排等措施来阪复和改善环境取得一定效果,但环境质量仍在恶化,人们不断寻求着环境保护的更有效途径。随着生物技术的出现,在治理污染、恢复环境质量方面有了新的突破,有的国家已经使用环保生物技术来恢复和改善环境取得明显成效,但是绝大多数国家和地区还没有意识到生物技术的巨大作用。本文针对当前的主要环境问题,从环保生物技术的实用效果,说明对环境保护的重要作用,力求推动生物技术在环境保护中的广泛应用。
  一、当前的主要环境问题及其形成原因和危害
  1、大气污染导致全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨严重等环境问题根据联合国政府间气候变化委员会的评估报告,近一个世纪以来,全球气温平均上升了cu5℃。导致冰川和海面冰层融化,使海平面上升了l0—25厘米。主要原因是世界能源的大量消耗使大气二氧化碳、二氧化硫、甲烷和氧化亚氮等气体浓度的显著增加所致。科学家预计,若不加以控制和改善,到本世纪中叶,全球平均温度还可能上升1.5-4摄氏度。一些岛国和低海拔国家将面临被淹没的危险,还将导致酷热、干旱、飓风、海啸等极端气候现象的频繁发生,疾病的增多,物种的变异或灭绝等。
  臭氧层是距地面约2o_.30km处的臭氧聚集层。它能吸收太阳光中的紫外线,使地球上的生命免遭伤害,同时贮存大气能量起到调节气候的作用。根据卫星观测资料,目前大气臭氧明显减少,南极减少严重,出现了“南极臭氧洞”。原因是地面生产生活中排除的亚硝酸、甲基氧、甲烷、四氯化碳,以及含有氯与氟的化学物质等进入臭氧层发生化学反应形成的破坏。结果导致皮肤癌、白内障、免疫力降低,农产品减产及品质下降、渔类死亡等危害。
  酸雨是大气降水中的PH小于5.6 的雨、雪或其他形式的降水。导致原因是工厂及生活中燃烧煤等矿物,油田大火,汽车尾气,焚烧垃圾等释放出的大量二氧化硫和氮氧化物经扩散、迁移转化生成酸性物质,通过大气酸性降水落到地面。
  造成河湖中的鱼虾死亡甚至灭迹,土壤酸化影响植物生长,腐蚀建筑物等。
  2、水污染导致全球洁净淡水危机、土壤污染退化等环境问题
  目前世界上有l∞ 多个国家存在不同程度的缺水,发展中国家至少有314的农村人口和l/5的城市人口,常年得不到安全卫生的饮用水。原因除农业灌溉及工业和生活用水的增加和浪费外,主要是淡水资源的严重污染。据报道,中国有75%的湖泊出现了不同程度的富营养化;gO%的城市水域污染严重。水污染原因主要是农业中大量化肥、农药、除草剂等化学物品的使用,随雨水流入江、河、湖、库,大量的氮、磷、钾营养元素造成藻类及其他生物异常繁殖形成富营养化现象,导致土壤污染、退化、板结,地力失衡,微生物消失,不仅降低农作物产量和质量,基至物种原型变异绝种。工厂排除的大量含有氰化物、重金属、有机磷、汞、醛、醇及蛋白质的废水,导致水源的重金属和有害物质污染,不仅污染土壤,这些高致癌物质和重金属还通过植物链、生态连、食物链转移到农作物和人体中,严重损害健康。据世界卫生组织调查,全世界80%的疾病和50%的儿童死亡都与饮用水水质有关,导致消化疾病、传染病、皮肤病、糖尿病、癌症、结石病、心血管病等。
  3、固体废弃物污染导致垃圾与危险性废物成灾、有毒化学物和白色污染等环境问题
  生产的扩大和人口的增加使固体废弃物排放俱增。据资料估计,全球每年产生的垃圾近100亿吨,很多不能自然分解,人为处理能力不足,因此垃圾堆放成灾。其中危险废物约占工业废物的10%-20%。这些有毒、易然、具腐蚀性和放射性的固体废弃物,还形成有毒化学物污染,并通过水和空气扩散,波及面极大,危害人的身体健康,甚至可致癌、致畸、致突变情况。
  如今农用废弃塑料地膜、生活废弃塑料袋和其他塑料制品与日俱增,由于不易销毁,其化学性能稳定,在自然条件下不易降解,形成了严重的“白色污染”。据报道估计人类每年使用超过五千亿个塑料袋,除了掩埋、焚烧造成土地和大气污染外,有数十亿个塑料袋还流入海洋,有的被海洋生物吞食,对海龟、鱼类、鸟类、鲸鱼等造成伤害,甚至死亡。以上人类活动造成的次生环境问题,已经严重地威胁着生存环境。人们不断寻找着环境治理的有效途径,生物技术的发展使人们看到了新的希望。
  二、生物技术在环境保护中的作用
  生物技术应用于环境保护主要是通过微生物及少数植物,采用现代分子生物学和分子生态学的原理和方法,充分利用各种环境生物的特殊功能,进行生物净化、生物修复、生物转化和生物催化,在大气污染的治理、水污染控制、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工业的清洁生产等环境保护的备方面,能够发挥重要作用。
  l、生物技术消除煤造成二氧化硫大气污染的作用煤炭是当今世界的主要能源之一,煤中通常含有0.25%~ 7%的硫,其中的可燃硫燃烧后生成二氧化硫随烟排入空中造成大气污染,导致酸雨、气温升高等环境问题,所以在利用煤炭资源时的脱硫技术对防止大气污染十分重要。中国科学院微生物研究所进行的浮选法微生物脱硫研究,是把煤粉碎成微粒与水混合,将氧化亚铁硫杆菌或其他对抗硫的微生物加入其中,让微生物附着在黄铁矿表面,使其具有亲水性溶于水,下沉至底部,几分钟就可把煤和黄铁矿分开,同时灰分也可沉底,一次可除去85%的黄铁矿硫和6o%的灰分。国外也开展了一系列类似研究,均取得了良好脱硫效果,由于它仅处理黄铁矿的表面,脱硫时间较快,目前已成为国际上洁净煤技术开发的重点。
  2、生物技术处理污水的作用水污染成分复杂,各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等导致了水体I 有毒有害污染和富营养化现象,微生物可通过自身的活动降解或转化污水中}向毒害物质,使污水得到净化。固定化酶和固定化细胞污水处理技术就是有效的净水方法。如德国科学家将能降解硫磷的酶以共价键合法固定在多孔玻璃或硅珠上,制成酶柱置于硫磷废水中,去除率达95%以上;俄罗斯科学家也设计了一种生物过滤器,将微生物群附着在玻璃纤维上,能吸附大量水中杂质,还能使有机化合物分解和腐化。针对河湖的富营养化现象,可采取生物除磷脱氮技术,是利用微生物的“硝化~反硝化(脱氮)”原理,利用假单胞菌属、气单胞菌属和不动杆菌属等聚磷微生物的超级摄取磷现象,除去导致水体富营养化的主要因子氮和磷,达到河湖富营养化的治理。有些植物的专性根系能够吸收一种或几种有毒重金属,转移到茎叶上,再收割处理,对吸收的汞和硒等挥发性元素可从植物蒸腾中挥发掉。如凤眼莲能够富集镉、铬、铅、汞、砷、硒、铜、镍等元素,吸收降解酚、氰,抑制藻类生长,减少对底泥环境的污染。
  3、生物技术修复污染土壤的作用生物投菌法就是直接向污染土壤中接入降解菌,同时加入微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。如美国科学家从土壤中分离出两种在无氧条件下也能生存的厌氧菌,它们能分解土壤中的聚氯乙烯等有毒物质,并转化为无毒的醋酸盐和乙醇等化工原料。土壤生物淋洗是常见的土壤修复技术。如由铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂是一种生物表面活性剂,作为淋洗剂通过降低土壤表面张力和促进污染物的移动而能有效去除土壤中的重金属和有害物质,且对环境无毒害。意}大利科研人员还从土壤和地下水中提取一种红球菌,能够降低和矿化除一92一草剂或其他类似成份物质,达到清除农药残留物的作用。目前对重金属具有特殊吸收富集能力的植物,全球大约发现了S00种。如中国科学院发现苎麻、酸模、牡蒿等具有对砷的超富集能力;杨树对镉和汞有很好的消减和净化功能,这些可栽种于砷、镉和汞污染的土壤上进行修复。此外,生物农药、生物肥料还可以替代和改善化学农药和化肥,以减少对土壤的污染。如英国科学家利用一种叫绿僵菌的真菌杀灭蝗虫,取得良好效果。
  4、生物技术在固体废弃物中对白色污染的消除作用利用生物技术一方面可以筛选培养出能够降解塑料及农膜的优势微生物降解菌,并克隆降解基因导入土壤微生物共同发挥作用,将塑料和农膜迅速降解。另~ 方面还可以大力推行可降解生物塑料相地膜的研发、生产和应用。加拿大科学展上,一名滑铁卢市高中生发现了土壤中的鞘氨醇单胞菌与假单胞杆菌两种微生物能有效分解塑料袋,在适宜的浓度下加入醋酸钠促进菌株生长,其混合液能在三个月内完全分解塑料袋;日本研究人员也发现水稻叶中有一种酵母可分解微生物降解塑料。这些发现将可以帮助解决白色污染问题。
  许多科学家利用生物技术培育能生产塑料的生物和细菌,已取得可喜成绩。l990年,美国就成功移植并首创了能产生塑料的植物;日本和德国科学家把多种细菌聚合物的基因组合植入某种细菌中,高效地生产出多功能塑料。生物塑料在技术上已经不是困难,关键是成本太高。科学家们认为,今后用土豆、甜菜、玉米等生产塑料,其价格可大大降低。
  从以上生物技术的具体作用可以看出,大力推广生物技术在环境保护中的应用具有十分重要的意义。应用环境生物技术处理污染物,其生物反应过程通常是在常温、常压下进行,最终产物大都是无毒、无害、稳定的物质,生物转化效率高,副产物少,多为安全而彻底的方法,通常能一步到位,避免污染物的多次转移。与高温、高压下的化工过程相比,条件简化、投资省、消耗低、费用少,而且过程稳定、操作简便,用生物过程代替化学过程有利于实现生态化和无废生产,是真正的清洁生产。随着现代生物技术的发展,生物处理将具有更高的效率,更低的成本和更好的专一性,具有广阔的开发应用前景。正如美国环保局在评价环境生物技术时指出“生物治理技术优于其他新技术的显著特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术”。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到最低,实现经济的可持续发展。(责任编辑:admin)
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