羅鴻斌　徐匆

摘 要：隨著生物學(xué)的迅猛發(fā)展，生物工程由于其高效、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。通過綜述生物工程在減少污染物排放、環(huán)境監(jiān)測、廢水處理、固體廢棄物處理、大氣污染處理、土壤污染治理等環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，以供研究者參考。

關(guān)鍵詞：生物工程 環(huán)境 保護(hù)

中圖分類號：X506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-109-02

生物工程，這門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科于上世紀(jì)70年代初興起，是以生物化學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)等為代表的生物學(xué)的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、化工等現(xiàn)代工程技術(shù)，創(chuàng)造出具有特別功能的“工程菌”或“工程細(xì)胞株”，以產(chǎn)生有用的代謝產(chǎn)物或發(fā)揮其特別生理功能。包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和生物反應(yīng)器等內(nèi)容。

生物工程用于環(huán)境有悠久的歷史。但現(xiàn)代生物工程和環(huán)境工程的結(jié)合，于20世紀(jì)80年代誕生在歐美地區(qū)，形成了環(huán)境生物工程，它涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多，通過利用生物體或生物體某些組成部分或機(jī)能，建立降低或消除污染物產(chǎn)生的工藝流程，或者能高效凈化環(huán)境污染，同時又生產(chǎn)有用物質(zhì)的工程技術(shù)。利用生物工程處理污染物的最大特點(diǎn)是，處理產(chǎn)物都是水、二氧化碳、氮?dú)獾葻o毒、無害的物質(zhì)；可以有效避免二次污染，是一種安全而徹底的方法。

1 生物工程技術(shù)減少污染物排放

利用生物工程技術(shù)，研制具有特別功能的“工程菌”或“工程細(xì)胞株”，并用于生產(chǎn)流程中，減少污染物排放、甚至零排放。例如，生物農(nóng)藥具有安全、無毒、不污染環(huán)境等特點(diǎn)；生物質(zhì)能源的利用能有效降低污染物排放；高催化效率“工程菌”提高化學(xué)反應(yīng)速度，減少生產(chǎn)過程能源、原料的消耗；這些對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有重要意義。

2 生物工程在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

監(jiān)測環(huán)境污染是環(huán)境保護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，除了應(yīng)用化學(xué)或儀器分析進(jìn)行測定外，生物監(jiān)測也日益成為重要的監(jiān)測手段。可以利用指示生物、基因工程技術(shù)改造過的微生物、分子生物學(xué)技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物傳感器等技術(shù)監(jiān)測環(huán)境污染。如水葫蘆監(jiān)測水域中的砷；用細(xì)菌總數(shù)及糞便污染指示菌（大腸埃希氏菌、克霉伯氏菌等）監(jiān)測水質(zhì)；用鼠傷寒少門氏菌檢驗(yàn)物質(zhì)致突變性與致癌性。近年來，研究較多的有聚合酶式反應(yīng)技術(shù)（PCR技術(shù)）、生物傳感器、核酸探針、酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)（ELISA）、生物熒光方法等生物高新技術(shù)也應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測。PCR 技術(shù)可用于土壤、沉積物、水樣等環(huán)境標(biāo)本的細(xì)胞檢測。生物傳感技術(shù)可用來測定水體中的BOD、酚、NO3、有機(jī)磷，還可以用來分析大氣中的CO2、SO2、NOx的含量及濃度等。Andreas等報(bào)道了將檢測汞的傳感器菌株用于測定土壤中汞的生物有效性；Charlesp等用多孔滲透膜、固定化硝化細(xì)菌和氧電極組成微生物傳感器，用此傳感器測定樣品中的亞硝酸鹽含量，可間接測定空氣中NOx的濃度，其檢出限為1*10-8mol/L。今后，生物工程技術(shù)由于其快速、靈敏、特異性強(qiáng)的特性，將在環(huán)境監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。

3 生物工程在廢水處理中的應(yīng)用

廢水中所含的污染物質(zhì)是多種多樣的，需要幾種方法組成一個多層次處理系統(tǒng)。物理方法一般適用于預(yù)處理，化學(xué)方法容易產(chǎn)生二次污染；利用生物工程措施凈化廢水則是利用生物的新陳代謝作用，對廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定，將廢水中污染物轉(zhuǎn)化為無毒、無害、穩(wěn)定的物質(zhì)。

固定化微生物技術(shù)。這是生物工程領(lǐng)域的新技術(shù)，利用基因工程技術(shù)將一些具有特異性的優(yōu)勢菌種不斷得到改造或創(chuàng)造，將這些具有脫色菌、脫氮、脫磷等高效專性菌進(jìn)行固定化后，菌體密度提高，極大提高了處理工業(yè)廢水和分解難生物降解的有機(jī)物質(zhì)的效率，具有明顯優(yōu)勢。

生物反應(yīng)器技術(shù)。在活性污泥中加入既有固定載體又有流動載體，既有好氧又有厭氧固定膜的反應(yīng)器，大大增加反應(yīng)體系中的生物量和生物類群，運(yùn)用發(fā)酵工程原理，最高水平地發(fā)揮微生物降解污染物的生物活性。此法可提高生物處理的效率，節(jié)約大量的人力，簡化操作程序。

生物強(qiáng)化處理技術(shù)。通過向廢水中加入優(yōu)勢菌種或通過基因工程技術(shù)產(chǎn)生的“超級工程茵”，形成高效生物膜，以去除有害物質(zhì)。常見的方法有：高濃度活性污泥法、生物-鐵法、生物活性炭法。

隨著污染日益嚴(yán)重、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，利用生物工程技術(shù)開發(fā)了不少處理廢水的新工藝和技術(shù)。如升流式厭氧污泥床（USAB）生物處理技術(shù)、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）生物處理技術(shù)、間歇式活性污泥法（SBA）生物處理技術(shù)、吸附-降解（AB）生物處理技術(shù)等。

4 生物工程技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用

固體垃圾處理的常用方法有：堆肥、填埋、焚燒。堆肥法和填埋法利用了生物學(xué)原理，通過“無害化、資源化、減量化”措施處理的廢棄物，可作為肥料使用，實(shí)現(xiàn)廢物資源的二次利用。國內(nèi)張玲、凌云、孫立明、王建香等研究人員都研究了復(fù)合微生物菌劑在堆肥和填埋處理中的應(yīng)用，并取得很好效果。國外有研究人員用蚯蚓床處理有機(jī)垃圾和糞便。蚯蚓床處理可以將廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭味、肥效高的蚯蚓糞土，蚯蚓本身也是很好的醫(yī)藥原料和優(yōu)良飼料，效果顯著。

生物工程技術(shù)對于消除白色污染亦有重要意義，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）利用基因工程技術(shù)可以篩選優(yōu)勢微生物、構(gòu)建高效降解菌，并通過發(fā)酵工程技術(shù)大量培養(yǎng)，達(dá)到降解白色污染物的目的。（2）利用基因工程技術(shù)將能編碼降解蛋白的基因?qū)肽骋煌寥牢⑸铮ㄈ纾焊鼍┲?，使兩者同時發(fā)揮各自的作用，迅速降解塑料等白色污染物。（3）通過基因工程方法，利用微生物生產(chǎn)可降解塑料。

5 生物工程在大氣污染治理中的應(yīng)用

廢氣的生物處理和空氣凈化主要是指利用微生物吸附分解有機(jī)物能力和降解惡臭物質(zhì)與有機(jī)廢物的方法，主要方法有生物洗滌、生物過濾、生物吸附法等。這些方法具有成本低、效率高、消耗低、安全性好和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)廢氣處理方法優(yōu)勢明顯。此外，還可通過減少生產(chǎn)過程的污染物排放，從源頭上減少污染物。酸雨的主要原因是燃煤產(chǎn)生的高濃度SO2，可以通過微生物脫硫技術(shù)減少SO2的排放。

6 生物工程在土壤污染治理的應(yīng)用

土壤污染主要包括重金屬污染、農(nóng)藥殘留、土壤板結(jié)等方面。我國土壤重金屬污染物主要來源于工業(yè)廢渣、污水灌溉、生活垃圾等。土壤是人類生存的基礎(chǔ)，我們既要保證18億畝耕地紅線，又要保證土壤的質(zhì)量，生產(chǎn)健康的食品。

重金屬難以降解，是土壤污染的重要污染源且對人體健康危害極大。重金屬污染土壤生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)。生物修復(fù)的主要原理是利用或通過基因工程技術(shù)改造微生物、動物和植物等生物的功能，將重金屬吸附或轉(zhuǎn)化為無毒產(chǎn)物。主要通過以下兩種方法實(shí)現(xiàn)對重金屬的凈化：（1）通過生物作用，改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，降低其移動性和生物可利用性；（2）通過生物吸收、代謝，削減、凈化與固定重金屬。

另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，80%以上的農(nóng)藥會殘留在土壤之中，其中的磷、氯代烴等是造成污染的主要物質(zhì)。運(yùn)用現(xiàn)代微生物技術(shù)可以將這些有害物質(zhì)分解為H2O和CO2等無毒無害或毒性較小的其他物質(zhì)，不會對環(huán)境造成破壞。

7 結(jié)語

綜上所述，生物工程已經(jīng)在環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并產(chǎn)生了重要的作用和深遠(yuǎn)的影響。隨著現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)工程技術(shù)的提高，生物工程在環(huán)保領(lǐng)域中必將發(fā)揮更積極的作用，擔(dān)當(dāng)更重要的角色，帶動整個環(huán)保事業(yè)邁入新發(fā)展。

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