環(huán)境生物技術(shù)

環(huán)境生物技術(shù)

是一門由現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境工程相結(jié)合的新興交叉學(xué)科。是直接或間接利用完整的生物體或生物體的某些組成部分或某些機能，建立降低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝，或者能夠凈化環(huán)境污染以及同時生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術(shù)系統(tǒng)。

　　一、現(xiàn)代的特點

　　生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點。隨著生物技術(shù)研究的進展和人們對環(huán)境問題認(rèn)識的深入，人們已越來越意識到，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，為從根本上解決環(huán)境問題提供了希望。

　　目前生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護中主要是利用微生物，少部分利用植物作為環(huán)境污染控制的生物。生物技術(shù)已是環(huán)境保護中應(yīng)用zui廣的、zui為重要的單項技術(shù)，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等環(huán)境保護的各個方面，發(fā)揮著極為重要的作用。應(yīng)用處理污染物時，zui終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，因此它是一種消除污染安全而*的方法。特別是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，尤其是基因工程、細(xì)胞工程和酶工程等生物高技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，大大強化了上述環(huán)境生物處理過程，使生物處理具有更高的效率，更低的成本和更好的專一性，為生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。

　　由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應(yīng)物（底物），其中一些有機污染物經(jīng)生物過程處理后可轉(zhuǎn)化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì)，因此，生物處理方法也常是有機廢物資源化的技術(shù)。生物過程是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的，作為催化劑的酶是一種活性蛋白，因此，生物反應(yīng)過程通常是在常溫、常壓下進行的。另外，酶對底物有高度的特異性，因此，生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的效率高，副產(chǎn)物少，這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比，反應(yīng)條件大大簡化，因而投資省、費用少、消耗低，而且效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便，同時，在多數(shù)情況下，它還可和其他技術(shù)結(jié)合使用。用生物過程代替化學(xué)過程可以降低生產(chǎn)活動的污染水平，有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn)，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。另外，生物技術(shù)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品基本上都是可以較快生物降解的，并且都可以作為一種營養(yǎng)源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學(xué)藥物、化石能源、人工合成物等，有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染降至zui低程度，使經(jīng)濟發(fā)展進入可持續(xù)發(fā)展的軌道。生物是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成的。因此，利用可治理用其他方法難以處理的環(huán)境介質(zhì)，即用生物修復(fù)技術(shù)凈化環(huán)境，使受污染的寶貴資源如水資源（包括地面水和地下水）、土壤等得以重新利用，同時還可進一步強化環(huán)境的自凈能力。

　　不僅單純適用于環(huán)境污染治理，如今已相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，尤其是以生物傳感器為核心的環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)，可在線在位迅速地提供環(huán)境質(zhì)量參數(shù)，成為環(huán)境質(zhì)量預(yù)報和報警中的重要組成部分。

　　二、現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用

　　（一）污水的生物凈化。污水中的有毒物質(zhì)包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質(zhì)等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用，從而使污水中的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有益的無毒物質(zhì)，使污水得到凈化。當(dāng)今固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)處理污水就是生物凈化污水的方法之一，固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是酶工程技術(shù)。固定化酶又稱水不溶性酶，是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法使水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)合，將酶變成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物細(xì)胞是一個天然的固定化酶反應(yīng)器，用制備固定化酶的方法直接將微生物細(xì)胞固定，即可催化一系列生化反應(yīng)的固定化細(xì)胞。運用固定化酶和固定化細(xì)胞可以處理廢水中的有機污染物、無機金屬毒物等，此方面國內(nèi)外成功的例子很多。近幾年我國在應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)降解合成洗滌劑中的表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）方面取得較大進展，對于含100mg/L廢水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母細(xì)胞降解含酚的廢水也已實際應(yīng)用于廢水處理。

　　（二）污染土壤的生物修復(fù)。重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物。重金屬污染的生物修復(fù)是利用生物（主要是微生物、植物）作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是:通過生物作用（如酶促反應(yīng)）改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動性和生物可利用性，通過生物吸收、代謝達(dá)到對重金屬的削減、凈化與固定作用。污染土壤的生物修復(fù)過程可以增加土壤有機質(zhì)的含量，激發(fā)微生物的活性，由此可以改善土壤的生態(tài)結(jié)構(gòu)，這將有助于土壤的固定，遏制風(fēng)蝕、水蝕等作用，防止水土流失。

　　（三）白色污染的消除。廢棄塑料和農(nóng)用地膜經(jīng)久不化解，估計是形成環(huán)境污染的重要成分。利用生物工程技術(shù)一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農(nóng)膜的優(yōu)勢微生物、構(gòu)建降解菌，另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因?qū)肽骋煌寥牢⑸铮ㄈ纾焊鼍┲校箖烧咄瑫r發(fā)揮各自的作用，將塑料和農(nóng)膜迅速降解。

　　（四）化學(xué)農(nóng)藥污染的消除。利用微生物降解農(nóng)藥已成為消除農(nóng)藥對環(huán)境污染的一個重要方面。能降解農(nóng)藥的微生物，有的是通過礦化作用將農(nóng)藥逐漸分解成終產(chǎn)物CO 和H O，這種降解途徑*，一般不會帶來副作用；有的是通過共代謝作用，將農(nóng)藥轉(zhuǎn)化為可代謝的中間產(chǎn)物，從而從環(huán)境中消除殘留農(nóng)藥，這種途徑的降解結(jié)果比較復(fù)雜，有正面效應(yīng)也有負(fù)面效應(yīng)。為了避免負(fù)面效應(yīng)，就需要用基因工程的方法對已知有降解農(nóng)藥作用的微生物進行改造，改變其生化反應(yīng)途徑，以希望獲得*的降解、除毒效果。要想*消除化學(xué)農(nóng)藥的污染，全面推廣生物農(nóng)藥。

　　所謂生物農(nóng)藥是指由生物體產(chǎn)生的具有防止病蟲害和除雜草等功能的一大類物質(zhì)總稱，它們多是生物體的代謝產(chǎn)物，主要包括微生物殺蟲劑、農(nóng)用抗生素制劑和微生物除草劑等。微生物殺蟲劑，主要包括病毒殺蟲劑、細(xì)菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑、放線菌殺蟲劑等。長期以來并沒有得到廣泛的使用。現(xiàn)在人們正在利用重組DNA技術(shù)克服其缺點來提高殺蟲效果，例如目前病毒殺蟲劑的一個研究熱點是桿狀病毒基因工程的改造，人們正在研究將外源毒蛋白基因如編碼神經(jīng)毒素的基因克隆到桿狀病毒中以增強桿狀病毒的毒性；將能干擾害蟲正常生活周期的基因如編碼保幼激素酯酶的基因插入到桿狀病毒基因組中，形成重組桿狀病毒并使其表達(dá)出相關(guān)激素,以破壞害蟲的激素平衡，干擾其正常的代謝和發(fā)育從而達(dá)到殺死害蟲的目的。