论环境污染治理中分子生物技术的应用.doc

1、论环境污染治理中分子生物技术的应用摘要 本文多与环境污染物相关的分子生物技术进行了阐释，并对其在水处理药剂中的应用做了详细分析。 关键词 环境污染；废水处理；水处理药剂；分子生物技术 1.与环境污染物相关的分子生物技术 1.1 PCR-DGGE 技术及其相关技术 PCR 是一种利用脱氧核糖核酸（DNA）半保留复制原理，在体外扩增位于两段已知序列之间的 DNA 区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。运用 PCR-DGGE 技术处理染织废水、酶制剂废水和红霉素废水，首先测定三种废水样品处理不同阶段生理生化性质指标：pH、COD、TP（总磷） 、硫化氢含量、氨含量、色度变化规律。结果显示，三种废水样品

2、整个处理过程中 pH 变化波动较大，COD、TP（总磷） 、氨含量、硫化氢含量和色度五个指标呈逐渐下降的趋势。处理前染织废水、酶制剂废水和红霉素废水三种样品 PH 值分别是 8.02、7.88 和 9.44；COD 分别为 179 mg/L、500 mg/L 和 350 mg/L；TD 含量分别为 4.22 mg/L、9.15 mg/L 和8.56 mg/L；氨含量分别为 41.33 mg/L、93.14mg/L 和 108.02mg/L；硫化氢含量分别为 2.12 mg/L、1.89 mg/L 和 1.66 mg/L；色度分别为 338 倍、325 倍和 513 倍。三种样品处理后期，pH

3、分别变为 7.68、7.53 和 7.38； COD 分别降为 145mg/L、253 mg/L 和 232 mg/L； TP 含量分别降为 2.083 mg/L、6.21 mg/L 和 6.20 mg/L；氨氮含量分别降为 13.87 mg/L、58.05 mg/L 和 61.12 mg/L；硫化氢含量分别降为 1.33 mg/L、0.52 mg/L 和0.46 mg/L；色度分别降为 124 倍、145 倍和 323 倍。结果可以表明运用PCR-DGGE 技术可以有效的改善这三种废水样品的品质。 1.2 基因重组技术 基因重组技术是从供体生物的基因组中通过酶切扩增等手段获取目的基因，与载体

4、连接形成重组 D N A 分子，再导入到受体细胞中，让外源基因得以表达。在已经分离出的许多菌株中，与降解能力有关的基因多在质粒体上由于质粒很容易在细菌的繁殖过程中遗失，对细菌降解能力的长期稳定非常不利，可将其与污染物降解有关的酶基因重组到大肠杆菌等微生物中进行表达，以此构建的各种生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治理修复或发酵某些废弃物。 2.分子生物技术在水处理药剂中的应用 水处理药剂是工业用水、生活用水、废水处理工程中所需的化学药剂，其主要作用是控制水垢、污泥的形成，减少泡沫，减少与水接触材料的腐蚀，去除水中悬浮固体和有毒物质，除臭、脱色，软化和稳定水质等。在水体污染里，分子生物技术

5、在水处理药剂中主要应用于杀生剂和絮凝剂。以絮凝剂为例来说，生物絮凝剂是利用生物技术通过细菌、真菌等微生物培养而制成，这种絮凝剂不仅可提高被絮物质的沉降性，而且对环境无二次污染。 2.1 微生物絮凝剂的分类 国外对微生物絮凝剂的研究始于 20 世纪 70 年代，我国则起步较晚，微生物絮凝剂主要有三类。 （1）直接利用微生物细胞的絮凝剂。1976 年 J Nakamura 等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等 214 种菌株中筛选出 19 种具有絮凝能力的微生物，其中霉菌 8 种，细菌 5 种，放线菌 5 种，酵母菌 1 种。随后，国内外的研究有不断地的发现直接利用微生物细胞的絮凝剂。（2）利用微生

6、物细胞壁提取物的絮凝剂。如酵母细胞壁的葡萄糖、甘露聚糖、蛋白质和 N 一乙酞葡萄糖胺等成分均可作絮凝剂。1985 年.H.Takagi 等人研制了拟青霉素微生物生产的絮凝剂，用乙酞沉淀和凝胶色谱法精制得到了称为 PF101 的絮凝剂。 （3）利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。1991 年 K Toeda 和 K. Urane 从上壤中分离山一株苹兰式阴性菌产碱杆菌 AL201，该菌在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质。 Y.Bar 和 N.Shilo 发现一些海底蓝细菌（蓝藻）如 Pcc6720 和 J -1 能产生数量可观的胞外絮凝体。 2.2 絮凝机理 微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子，

7、关于它的絮凝机理目前提出和为人们所接受的主要有以下几种，其中以桥联机理学说接受度最高。经试验表明用絮凝剂 TH6 处理生活污水，其 COD 和 SS 的去除率分别可达到 68%和 91%；如在焦化废水悬浊液中，加入 Alcaligenueslatus 培养液，沉降后上清液的固体悬浮颗粒去除率可达 78 9%；用微生物絮凝剂普鲁兰来处理味精生产废水，其 COD 和 SS 的去除率可达到 40%左右，其浊度去除率可达 99%；以硫酸盐还原菌培养液为净化剂，可使电镀废水中的Cr 汁质量浓度下降 88%等等。可见，微生物絮凝剂具有很大的用途。 2.2.1 “电性中和”机理 水中胶体一般带有负电荷，当带

8、有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近这种胶粒时，将中和其表面的部分电荷，使胶体脱稳，从而使胶粒之间、胶粒与絮凝剂分子之易产生互相碰撞，通过分子间作用力凝聚而沉淀。许多实验中加入金属离子或调节 pH 即可影响其絮凝效果，主要就是通过影响其带电性而起的作用。 2.2.2 “化学反应”机理 生物大分子的某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生了化学变化，聚集成较大分子而沉淀下来，通过对生物大分子改性、处理、使其添加或丧失某些活性基团，其絮凝活性就大受响。有些学者认为这些絮凝剂絮凝活性大部分依赖于活性基团。温度影响絮凝效果，主要通过影响其化学基因活性从而影响其化学反应。 2.3 微生物絮凝

9、剂的特点 （1）高效无毒。同等用量下，与现在常用的铁盐、铝盐和聚丙烯酰胺相比，微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝效果速度最高，而且絮凝沉淀容易过滤。微生物絮凝剂是微生物菌体内菌体外分泌的生物高分子物质，属于有机高分子絮凝剂，安全无毒。 （2）消除二次污染。微生物絮凝剂是微生物的分泌物，自然不会危害它本身，不会影响水处理效果，且絮凝后的残渣可生物降解，对环境无害，不会造成二次污染。 （3）应用范围广、脱色效果独特。微生物絮凝剂能处理的对象有活性污泥、木炭、粉煤灰、墨水、泥水、河底沉积物、高岭土和印染废水等。而且，微生物絮凝剂对悬浊液絮凝速度快、用量少，对胶体、溶液均有较好的絮凝效果，对富含有机物的屠宰废水和血水也有较好的去色效果。不足之处在于微生物絮凝剂的效果容易受到有毒物质的干扰，因此，被处理的废水中必须无妨碍菌体生长的因素。 3.结束语 分子生物技术作为一门新技术，不仅在水处理上具有很大的前景，而且对其他领域也会有有很大的益处。人们对它的兴趣也日益增强，随着科技的发展分子生物技术必将能更加造福于人类。 参考文献： 1 张洪勋，王晓宜等. 微生物生态学研究方法进展J.生态学报，2003 2覃拥灵.分子生物学技术及其在环境污染治理中的应用研究进展J.河池学院学报，2005