生物技术在水质检测化验与污水处理中的应用探讨

摘要：生物技术作为现代科技的重要分支，在水质检测与污水处理领域展现出巨大潜力。本文旨在探讨聚合酶链式反应（PCR）、生物传感器等技术在水质监测中的应用，并分析微生物数量比较、微生物絮凝剂、吸附剂、固定化微生物以及膜生物处理技术在污水处理过程中的具体作用，揭示了生物技术在解决水资源污染问题中的关键地位，为相关研究提供理论依据和技术支持。

关键词：生物技术；水质检测；污水处理；微生物

引言

生物技术凭借其独特的生物学原理和先进的技术手段，逐渐成为环境科学中不可或缺的研究工具，特别是在水资源保护方面，该技术的应用不仅能够有效提升水质检测的精确度，还能优化污水处理流程，提高水体净化效率，从而保障人类健康和社会可持续发展。

1 我国水资源现状

1.1 我国水资源现状

中国作为一个拥有庞大人口基数的发展中国家，面临着严峻的水资源短缺挑战，部分地区依赖有限的地表水源维持日常生活需求，地下水超采现象严重，导致区域生态失衡加剧，影响居民生活质量及社会经济发展速度。

1.2 我国水资源污染现状

工业废水排放量逐年增加，农业面源污染日益突出，加之城市化进程加快带来的生活污水无序排放，使得全国范围内河流湖泊遭受不同程度污染，饮用水源地安全受到威胁，迫切需要高效可行的技术方案来改善当前状况。

2 生物技术在水质检测中的应用

2.1 聚合酶式反应检测技术（PCR）

聚合酶链式反应技术利用特异性引物扩增目标DNA片段，实现对特定病原体或污染物基因序列的快速准确识别。该技术适用于微量样品中痕量物质的定性定量分析，极大提高了传统检测方法的速度和灵敏度。聚合酶链式反应的核心在于其高度特异性的引物设计，能够精确锁定目标DNA片段，确保检测结果的高度准确性。在实际操作过程中，PCR技术通过多轮循环放大目标片段，使得原本难以检测到的微量核酸得以显著富集，从而满足后续分析需求。这种高效能的检测手段不仅缩短了检测时间，还提升了检测灵敏度，尤其适用于环境样本中低浓度污染物的筛查。

2.2 生物传感器

生物传感器基于生物分子间特异性相互作用构建的传感器装置，可实时在线监测水体中各类化学物质浓度变化。这类传感器装置具备响应迅速、操作简便、成本低廉等优点，在环境监测领域得到广泛应用。生物传感器利用特定生物识别元件（如酶、抗体、核酸适配体等）与待测物质发生特异性结合，产生可测量信号，进而实现对目标物质的定量分析。生物识别元件的选择直接影响传感器的特异性和灵敏度，不同类型的识别元件适用于不同种类的污染物检测。生物传感器能够在复杂多变的现场条件下执行即时检测任务，无需复杂的样品预处理步骤，极大地简化了操作流程。

3 生物技术在污水处理中的应用

3.1 比较污水中的微生物数量

对不同来源污水样本内微生物群落结构差异进行深入剖析，可以精准评估污染物降解能力及其潜在风险。分析污水中微生物的数量与种类，有助于揭示其生态系统健康状况及自净能力。利用高通量测序技术，研究人员能够详细解析各类微生物的分布情况，并据此预测其在污染治理中的作用。微生物群落结构复杂多样，某些特定菌株在降解有机污染物方面表现出色，而另一些则擅长处理无机化合物。通过量化和分类这些微生物，可以为后续处理工艺选择提供科学依据，确保出水质量符合国家环保标准要求。此外，这种分析方法还能够识别出潜在病原体的存在，从而采取相应措施避免二次污染。微生物群落结构的动态变化反映了环境条件的变化，因此，定期监测有助于及时调整处理策略，提高整体处理效果。

3.2 微生物絮凝剂技术

微生物分泌的胞外聚合物具有优良絮凝性能，可用于去除水中悬浮颗粒及溶解性有机物。微生物絮凝剂相较于传统化学药剂，不仅绿色环保，而且效果显著。微生物产生的多糖类物质和蛋白质能够有效聚集微小颗粒，形成较大的絮体，便于沉淀分离。微生物絮凝剂的应用减少了化学药剂的使用量，降低了二次污染的风险。此外，微生物絮凝剂具备良好的生物降解性，在自然环境中不会残留有害物质，有利于生态环境保护。微生物絮凝剂还能增强污泥沉降性能，减少污泥体积，降低处理成本，在实际应用中，微生物絮凝剂的使用简化了操作流程，提高了处理效率。

3.3 微生物吸附剂技术

某些特殊功能菌株表面富含活性基团，能够高效捕捉并固定重金属离子及其他有害物质，形成稳定复合物沉淀，便于后续分离回收。微生物吸附剂技术利用微生物细胞壁上的官能团与重金属离子发生络合反应，将有毒有害成分固定在细胞表面或内部，从而实现净化水质的目的。微生物吸附剂的优势在于其高选择性和可再生性，经过简单处理后即可重复使用，降低了处理成本。微生物吸附剂对多种重金属离子具有较强的亲和力，能够在较低浓度下有效去除目标污染物。此外，微生物吸附剂的应用减少了化学药剂的需求，避免了二次污染的发生。微生物吸附剂技术适用于工业废水、矿山排水等含重金属废水的处理，具有广阔的应用前景。

3.4 固定化微生物技术

将微生物细胞固定于载体材料之上，既保持其原有生理活性又便于长期储存运输，适用于连续流反应器运行模式下高负荷进水条件下稳定运行。固定化微生物技术通过物理或化学手段将微生物固定在特定载体上，使其在处理过程中不易流失，增强了系统的稳定性。固定化微生物技术显著提升了生物处理单元抗冲击负荷能力和整体处理效能。固定化微生物能够在高负荷进水条件下持续发挥作用，有效分解有机污染物。载体材料的选择对固定化效果至关重要，理想的载体应具备良好的生物相容性和机械强度。固定化微生物技术还能够适应不同的水质条件，灵活应对复杂的污水处理需求。该技术在实际应用中表现出色，尤其是在工业废水处理领域，展现了其独特优势。固定化微生物技术的发展推动了污水处理工艺的创新与进步，为解决水资源短缺问题提供了新的思路。

3.5 膜生物处理技术

膜生物处理技术结合膜分离与生物降解双重优势于一体，能够在较低能耗条件下实现高效固液分离，有效去除水中各种形态污染物。膜生物反应器（MBR）系统通过膜组件截留微生物和大分子有机物，产出高品质再生水资源供回用。膜生物处理技术在污水处理过程中展现出卓越的分离性能，保证了出水水质的高标准。膜材料的选择直接影响处理效果，常见的膜材料包括聚醚砜、聚偏氟乙烯等，它们具备良好的透水性和耐污染性。膜生物处理技术不仅能够去除悬浮固体和胶体颗粒，还能有效降解溶解性有机物和氨氮等污染物。

结束语

综上所述，生物技术在水质检测与污水处理中的应用展现了其不可替代的重要性。聚合酶链式反应（PCR）和生物传感器等先进技术提升了水质监测的精确度与效率，而微生物絮凝剂、吸附剂、固定化微生物及膜生物处理技术则为污水处理提供了多种高效解决方案。因此，进一步推广和深化生物技术在水质管理中的应用，对于维护生态平衡、实现可持续发展目标具有深远意义。

参考文献：

[1] 浅谈生物工程技术及在环境保护中的应用[J]. 陈凯.科技风，2021（05）

[2] 生物监测技术在工业废水监测领域的应用研究[J]. 朱冰清;姜晟;蔡琨;张小琼;李旭文;徐东炯;刘佳.中国环境监测，2021（01）

[3] 谈生物技术在水质检测与污水处理中的应用[J]. 陈朋利.环境与发展，2019（09）