環境生物技術的發展與應用

文/胡畢斯哈拉圖

引言

近些年來，我國的經濟與科技都實現了飛速的發展，人們的生活質量也有了明顯的提高。與此同時，人們對環境的關注度與日俱增。環境生物技術正是在這一背景下產生的，該技術的中心理念就是根據不同微生物的生態活動規律來采取相應的對策，以此來緩解日漸加重的環境問題。

環境保護是我國一項非常重要的國策，特別是在社會主義市場經濟發展與和諧社會建設的今天。實際上從早時期開始，社會各界便一直關注著環境保護問題，而且重視程度也在逐漸加深。但是很長時間以來，環境保護工作的成效都不夠明顯。環境生物技術是從環境保護問題上發展來的，它是生物技術與環境保護的有機結合。只要和生物技術有關，對環境所做一系列處理，包括治理以及修復等，都可以將其劃分到環境生物技術行列中。

環境生物技術的形成與發展

從整體上來看，不論是環境生物技術的形成還是其發展，都和環境之間有著緊密的聯系。對于環境工程行業來說，人們習慣將19世紀出現的生物濾池看作是環境生物技術形成的伊始。而在20世紀50年代與60年代這一時期內，工業與農業的快速發展進一步加深了環境污染的嚴重性，特別是水污染問題。從另一個角度上來講，也正是因為如此，環境生物技術才獲得了快速的發展。對于水處理行業來說，大部分研究人員的觀點都為生物處理是解決環境問題投入成本最低的一種方法，同時這一方法也完全滿足了生態學與可持續發展決策的需求。在這一背景下，各種生物處理技術如雨后春筍般萌發，并在較短的時間內獲得了大范圍的應用，實現了快速的發展。而將現代生物技術引入到環境科學與工程中后，環境生物技術的形成也就呼之欲出了。Chakrabaty與其伙伴于20世紀70年代首次構建了含有不同種類降解質粒的“超級細菌”，而這一事件極大的促進了環境生物技術的發展。20世紀80年代初期，歐洲生物技術聯盟第一次將環境生物技術用于設立環境生物技術專門機構的名稱，同時還把控制污染的生物技術概括為環境生物技術。在這之后，美國專門舉行了第一屆“利用基因控制污染”的環境生物技術會議。在這次會議上，研究學家明確指出環境生物技術的核心目標就是要盡快緩解有毒有害化學品的污染現狀。而我國國家自然科學基金項目指南則在80年代末期提出了環境生物技術，從這之后我國的研究機構與高校都開始了對這一技術的研究。

環境生物技術的應用

污染土壤的生物修復

與其他污染源相比，重金屬對土壤的污染是最為嚴重與普遍的。重金屬污染的生物修復實際上就是借助生物自身的作用來減弱重金屬的毒性或總量，在這過程中經常用到的生物大都是微生物與植物。污染土壤的生物修復的主要原理就是：借助生物的作用來改變重金屬在土壤中所呈現出的化學形態，最終使重金屬固定或解毒，從而減弱它們在土壤中的移動性與生物可利用性。與此同時，還可以借助生物的吸收作用與新陳代謝作用來降低重金屬的含量。對污染土壤進行生物修復能夠有效的提高土壤中有機質的含量，并增強微生物的活性，從而極大的優化土壤生態結構，這樣一來就提高了土壤的固定性，避免了水蝕問題的發生。

化學農藥污染的消除

資料數據表明，化學殺蟲劑在使用后會于土壤中有將近79%的殘留，尤其是氯代烴類農藥，其融解度極低，這樣就形成了滯留毒害作用。所以，在很長時間以來，人們都在積極尋求一個切實合理、有效的方法來解決上述問題。在這種情況下，借助微生物來解決農藥的降解問題，從而緩解農藥對土壤的污染現狀已經成為了一大趨勢。通常情況下，可以成功降解農藥的微生物多種多樣，而它們實現對農藥的降解所使用的“手段”也是各有不同。一部分是借助礦化作用把農藥分解成終產物二氧化碳和誰，這種“手段”比較徹底，通常不會引發副作用。還有一部分是借助共代謝作用，把農藥轉化成能夠代謝的中間產物，這樣就能夠實現殘留農藥的清除。但是這種方法具有一個缺點，那就是降解結果比較繁瑣，同時還會引發某些副作用。因此，要想杜絕這種副作用就要選擇基因工程中的相應的微生物來對土壤進行修復，從而達到清毒的目的。

白色污染的緩解

從理論上分析，隨處可見的廢舊塑料與農用地膜是導致環境污染的最主要原因，這是因為這兩大元素在土壤中很難化解。調查資料顯示，存在于我國土壤與溝河中的垃圾塑料總重達到了百萬噸級。塑料長期存在于土壤中能夠降低農作物的產量，如果放任這一問題而不去解決，那么在經過十幾年后該片土地農作物的產量將降低到零。由此可見，數量龐大的垃圾塑料會對我國的生態環境產生極大的負面作用，而加快對生物可降解塑料的研究工作早已勢在必行。在白色污染的緩解問題上，生物工程技術具有兩大突出優勢，其一，它能夠大范圍的篩選具有降解塑料與農用地膜、功能的微生物、形成降解菌的微生物。其二，它能夠分離克隆降解基因，同時還可以把該基因導入到相應的合適土壤微生物內，從而充分發揮出兩者各自的優勢，最終達到塑料與農用地膜降解的目的。

污水的生物凈化

污水中存在有多種有毒物質，例如重金屬、有機汞、以及醛等。微生物的某些生命活動能夠有效的減弱污水中有毒物質的毒性，最終促進有毒物質向無毒物質的轉化，從而實現污水的凈化目的。現階段應用比較廣的生物凈化污水方法主要包括固定化酶與固定化細胞技術兩種。固定化酶與固定化細胞技術兩者的本質均是酶工程技術。其中，前者又被人們稱為是不溶性酶，其原理就是利用物理吸附法或化學鍵合法將水溶性酶與固態不溶性載體進行有機的結合，把酶轉化成不溶于水但依然具有催化活性的衍生物。微生物細胞實際上就是一個天然的固定化酶反應器，利用制備固定化酶的方法對微生物細胞進行固定之后就成為了具有催化生化反應的固定化細胞。借助固定化酶與固定化細胞能夠有效的降低水中污染生物的含量，從而保證水體的潔凈。

環境生物技術的發展前景

借助環境生物技術對污染物進行處理時，由于其最終產物大部分都是一些無毒無害的物質，并且其見效也比較快，所以在世界范圍內已經得到了廣泛的應用。不僅僅是我國，西方國家對環境保護的重視程度也在日漸加深，同時市場對環境生物技術的需求也逐漸擴大。而在環境生物技術快速發展的現階段，這一技術的應用目的早已不僅僅局限在環境目標治理上，而是擴大到了環境保護的多個方面。環境生物技術現在已經不僅僅是一種污染治理技術，它在其他行業中的優勢正在逐漸凸顯出來，并能夠加快國內多個行業用生物過程代替傳統化工過程的發展歷程。

結語

現階段我國的環境生物技術正經歷初級時期，要想實現這一技術的快速發展我國相關行業與部門就必須要充分發揮自身的作用，加大對環境生物技術的研究力度與投入力度。只有保證了生態環境的發展，才能實現人類的發展。