郭陳嫻，姚建松，楊易帆

（浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司，杭州 310000）

近年來，生物工程技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展形勢(shì)良好。生物工程技術(shù)以生命科學(xué)為主，但與其他學(xué)科存在交叉，具備較強(qiáng)的綜合性與較高的復(fù)雜性，具備廣泛的應(yīng)用潛力。隨著生物工程技術(shù)的普遍應(yīng)用和生物工程技術(shù)人員整體素質(zhì)的提升，生物工程技術(shù)逐漸開始應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)中。生物工程技術(shù)具有效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，因此在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。

1 現(xiàn)代生物工程技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

生物工程技術(shù)是各個(gè)學(xué)科交叉與整合的結(jié)果，其主要包含酶、基因、發(fā)酵和細(xì)胞工程，人們可以根據(jù)不同的需求以不同的形式進(jìn)行組合，并將其應(yīng)用到不同領(lǐng)域。隨著基因技術(shù)的飛速發(fā)展，依托基因重組而產(chǎn)生的基因工程技術(shù)獲得迅速發(fā)展，當(dāng)代生物工程技術(shù)是有機(jī)融入發(fā)酵工程、基因工程、細(xì)胞工程以及酶工程等的新型技術(shù)。將生物工程技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境工程中，能夠形成環(huán)境生物技術(shù)，以有效解決環(huán)境污染。生物工程技術(shù)的有效應(yīng)用，最終能夠保證人同自然和諧相處，符合當(dāng)前我國(guó)倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。相比于傳統(tǒng)的污染治理技術(shù)，生物工程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為顯著[1-3]。

2 生態(tài)環(huán)境問題

2.1 資源耗損嚴(yán)重

一是淡水資源分布不均衡，我國(guó)很多淡水資源已經(jīng)被污染。河流自凈能力有限，大肆排污會(huì)導(dǎo)致眾多河流被污染。二是我國(guó)很多礦產(chǎn)資源開采和利用不合理，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源大量浪費(fèi)。近些年，隨著我國(guó)交通行業(yè)的快速發(fā)展，私家車數(shù)量與日俱增，能源消耗不斷增加。部分工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，造成資源大量浪費(fèi)。三是我國(guó)森林總面積較大，但人均面積較小。部分地區(qū)存在濫砍濫伐現(xiàn)象，不僅破壞了森林資源，還加劇了空氣污染。目前，我國(guó)存在眾多資源浪費(fèi)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞

現(xiàn)階段，我國(guó)生態(tài)環(huán)境問題依舊嚴(yán)重，從整體來講，生態(tài)環(huán)境依然面臨質(zhì)量下降的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前，森林亂砍亂伐、林地變耕地的情況屢屢發(fā)生，部分地區(qū)土地退化、沙化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，水環(huán)境的安全系數(shù)非常低。城市生態(tài)較為脆弱，眾多城市人均綠地嚴(yán)重不足，居住環(huán)境有待改善，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。另外，我國(guó)海洋污染比較嚴(yán)重，海洋污染成為制約我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

2.3 人們?nèi)狈Νh(huán)境保護(hù)意識(shí)

當(dāng)前，我國(guó)生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如淡水資源污染、土地污染等。人們要增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，積極治理環(huán)境污染，確保人與自然和諧共處，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。環(huán)境與人們的生活息息相關(guān)，人們要維護(hù)好生態(tài)環(huán)境，保護(hù)共同的家園。

3 生物工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 污染物減排

通過應(yīng)用生物工程技術(shù)，人們研發(fā)出獨(dú)特的“工程細(xì)胞株”或者“工程菌”，以降低污染物的排放量甚至實(shí)現(xiàn)零排放，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。例如，生物農(nóng)藥無污無毒染，十分安全；生物質(zhì)能源可以減少污染物的排放量；催化效率較高的“工程菌”能夠有效提升化學(xué)反應(yīng)效率，避免生產(chǎn)原料和能源大量耗損。

3.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)不可或缺的內(nèi)容，人們既可以利用化學(xué)方式與相關(guān)儀器監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量，還可以開展生物監(jiān)測(cè)。例如，利用水葫蘆能夠?qū)λw中的砷進(jìn)行監(jiān)測(cè)；利用克霉伯氏菌、大腸埃希氏菌等對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，PCR技術(shù)、核酸探針、生物熒光、酶聯(lián)免疫吸附、生物傳感器等生物技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中。聚合酶式反應(yīng)技術(shù)可以應(yīng)用于水樣、土壤以及沉積物等環(huán)境標(biāo)本的細(xì)胞監(jiān)測(cè)中。生物傳感技術(shù)可以測(cè)定水體中的生化需氧量、酚、有機(jī)磷和硝酸根，還能夠測(cè)定大氣中二氧化碳、二氧化硫以及氧化氮的濃度。研究發(fā)現(xiàn)，傳感器菌株可以用于檢測(cè)汞元素，檢測(cè)土壤中汞的生物有效性；利用多孔滲透膜、氧電極以及固定化硝化細(xì)菌組成微生物傳感器，可以測(cè)定樣品的亞硝酸鹽含量，間接測(cè)定空氣中的氧化氮濃度。未來，生物工程技術(shù)將會(huì)更為靈敏，響應(yīng)更為迅速，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中獲得更為廣泛的應(yīng)用。

3.3 污水治理

工業(yè)污水含有大量污染物，需要有效處理。物理法通常用于預(yù)處理，化學(xué)法容易造成二次污染。生物工程技術(shù)可以凈化污水，促進(jìn)生物的新陳代謝，有效處理污水中的污染物，將污染物轉(zhuǎn)化成無毒無害的物質(zhì)。固定化微生物工程技術(shù)是一種新型生物工程技術(shù)，通過應(yīng)用基因工程技術(shù)，不斷改造部分優(yōu)勢(shì)菌種，對(duì)具備脫磷、脫色、脫氮等作用的專性菌進(jìn)行固定化，提升菌體密度，有效提升工業(yè)污水治理效率。生物強(qiáng)化治理技術(shù)將優(yōu)勢(shì)菌種或者基因工程技術(shù)形成的“超級(jí)工程菌”融入污水中，產(chǎn)生高效的生物膜，最終除掉有害物質(zhì)。當(dāng)前，我國(guó)環(huán)境污染比較嚴(yán)重，環(huán)境治理要求不斷提升，人們積極利用生物工程技術(shù)，研發(fā)新型污水治理工藝，如USAB生物處理、ABR生物處理、SBA生物處理和AB生物處理等。

3.4 固體廢棄物治理

焚燒、堆肥以及填埋是處理固體廢棄物的常用方式。填埋和堆肥利用生物學(xué)原理，對(duì)廢棄物進(jìn)行資源化、減量化和無害化處理，實(shí)現(xiàn)廢物的二次利用。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合微生物菌劑可以應(yīng)用到填埋和堆肥處理中，效果較好。另外，人們可以利用蚯蚓床處理有機(jī)垃圾。蚯蚓床可以把固體廢棄物轉(zhuǎn)化成肥效較高且沒有臭味的蚯蚓糞土，蚯蚓自身也是優(yōu)質(zhì)飼料與醫(yī)藥原料，處理效果極為顯著。值得一提的是，生物工程技術(shù)可以有效清除白色污染。一是基因工程技術(shù)能夠篩選優(yōu)勢(shì)微生物，培養(yǎng)高效的降解菌，同時(shí)利用發(fā)酵工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)白色污染物的降解目標(biāo)。二是基因工程技術(shù)可以把編碼降解蛋白的基因植入土壤微生物中，讓兩者共同發(fā)揮作用，快速降解塑料等白色污染物。三是利用基因工程生產(chǎn)微生物，最終有效分解塑料。

3.5 土壤污染治理

目前，我國(guó)土壤污染嚴(yán)重，突出表現(xiàn)為重金屬污染，重金屬元素大多來自工業(yè)廢渣、生活垃圾以及污水灌溉等。土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，只有確保土壤質(zhì)量，人們才能生產(chǎn)出綠色健康的食品。重金屬降解較為困難，它是土壤的主要污染源，嚴(yán)重危害人體健康。植物修復(fù)與微生物修復(fù)是目前常用的兩種重金屬污染土壤生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)是指利用基因工程技術(shù)，改造動(dòng)物、植物和微生物等生物的功能，把重金屬分解或者轉(zhuǎn)變成無毒的產(chǎn)物。通常，重金屬污染修復(fù)需要利用兩種方式。一是利用生物作用，改變土壤中的重金屬化學(xué)形態(tài)，減小其生物可利用性與移動(dòng)性。二是利用生物的代謝和吸收，對(duì)重金屬進(jìn)行固定、凈化和消減。在農(nóng)業(yè)作業(yè)中，超過80%的農(nóng)藥都會(huì)殘留于土壤中，其中，氯代烴、磷等是導(dǎo)致土壤污染的關(guān)鍵物質(zhì)?，F(xiàn)代微生物技術(shù)能夠有效分解這些有害物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化成二氧化碳與水等無害無毒或者毒性較小的物質(zhì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3.6 化肥污染治理

化肥是農(nóng)作物生長(zhǎng)不可或缺的生產(chǎn)資料，能夠有效提升農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，農(nóng)業(yè)過量應(yīng)用化肥，會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，與此同時(shí)，未被植物吸收的大量化肥進(jìn)入地表水和地下水中，嚴(yán)重污染水源，對(duì)魚類造成嚴(yán)重威脅。部分化肥具有揮發(fā)性，會(huì)污染空氣。所以，人們要合理降低化肥的使用量，有效利用生物固氮技術(shù)，讓植物自主吸收空氣中的氮元素。豆類植物可以自主吸收空氣中游離的氮離子，利用自身根系進(jìn)行固氮。人們可以利用細(xì)胞融合技術(shù)，把豆類植物的固氮能力轉(zhuǎn)移到非豆類植物中，以降低氮肥的使用量。

4 結(jié)論

生物工程技術(shù)可以有效治理環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，避免污染擴(kuò)散，確保人與自然和諧相處。當(dāng)前，人們要積極研發(fā)和改進(jìn)生物工程技術(shù)，大力治理環(huán)境污染，不遺余力地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為子孫后代謀福祉，創(chuàng)造世代宜居的生活空間。