環境生物技術的研究現狀及發展前景

環境生物技術

環境生物技術(EnvironmentalBiotechnology)簡稱EBT，是近20年來才定義的新型邊緣學科。環境生物技術主要由生物技術、工程學、環境學和生態學組成。一般認為生物工程即生物技術，是指綜合應用生物學、化學和工程學等手段，直接或間接地利用生物體本身，生物體某些組分或某些特殊機能，生產有用物質的一門綜合性科學體系。環境生物技術的層次

一、低層次的環境生物技術包括氧化塘、人工濕地、厭氧發酵等。二、中層次的環境生物技術如污水處理的活性污泥法和生物膜法等。三、高層次的環境生物技術以基因工程為主導的近代防治污染生物技術，應用基因工程構建高效降解殺蟲劑、除草劑以及多環芳烴類化合物污染的基因工程菌，創造抗污染型轉基因植物等。環境生物技術是環境保護的理想武器

環境生物技術是利用生物的生理活動高效凈化污染環境，以及將污染物轉化為資源的人工技術系統。

近10年來，環境生物技術發展極其迅速，研究領域不斷擴大，工程實踐也表明其已成為一種經濟效益和環境效益俱佳的、解決復雜環境污染問題的有效手段之一。生物處理技術的產物或副產物，原則上都是可以較快生物降解的，并都可作為資源加以利用，有助于把人類活動產生的環境污染減輕到最小程度。生物處理技術還易于進行大規模操作，一些生化曝氣池、生物濾池的容積之大，也是其他工藝過程所望塵莫及的。生物方法還可以因陋就簡地利用天然水塘或土壤層作為污染物處理場所，這都可大大降低處理費用。環境生物技術的研究現狀

1、生物監測當代生物技術的發展有望增加相關的新手段，如通過測定微生物的酶和細胞基團等來監測環境的變化。目前研究較多的有生物發光菌(Bioluminescentbacterium)、氰菌(Cyanobacteria)、鹵素呼吸菌(Halorespiringbacterium)、苯乙烯降解菌和蘭貽貝(Bluemussels)等，主要監測水體中的有害物和海水藻類的爆發。ManBockGu和GeunCheelGil應用生物發光細菌開發出了兩階段多頻道毒性連續監測系統。每個頻道含有一個兩階段生物反應系統，其中含有特定的生物發光菌株。使用該系統可連續監測同一樣品和分別確定不同類型毒性。通過分析，從每個頻道獲得的資料，可得到總體毒性和各類單項毒性的數據。環境生物技術的研究現狀2、重金屬污染研究

已分離出多種可去除重金屬的細菌，如從土壤中分離出了去除石油中的鎳的細菌PseudomonasazelaicaYA-1；從酸性礦山廢水中分離出去除砷的細菌AcidiphiliummultivorumAIU301，并進行了多項細菌和藻類去除重金屬汞、銅、鉛、鋅、鎳、鎘等的實驗工作。

重金屬污染研究

如：細菌之所以能去除汞，是因為有去毒酶和將有毒的汞化合物運移到酶的系統。酶使有機汞裂解，打斷甲基汞、苯汞中的Hg-c鍵，將毒性大的有機汞化合物轉化為毒性小的無機Hg2+，它再被第二種酶去除，即汞還原酶將可溶性Hg2+轉化為Hg，使汞重新轉入自然循環過程。汞的還原酶和有機汞裂解酶基因已被復制到植物上，因此，植物亦具轉化汞污染物的功能。而銅、鉛、鎘等重金屬元素的生物去除則是通過微生物細胞的吸附作用或蛋白質與金屬緊密結合而實現的，或微生物產生大量的H2s，進而H2s與金屬離子形成硫化物沉淀而使廢水得到凈化的。環境生物技術的研究現狀3、生物修復技術

有毒化學品，尤其是石油、有機氯化物、化學聚合物等造成的污染已成為世界性問題，在各種清除污染物的技術中，生物修復是最有前途的技術之一，因為它可徹底破壞污染物。3、生物修復技術3.1植物修復

近20年來，人們認識到植物吸收可以作為各種污染物的生存介質，包括土壤、漚制物、排水和灌溉水等的凈化技術開發。目前，已有利用沙漠植物來去除科威特被石油污染的土壤中的石油。用植物來降解有機染料、有機氯化物、塑料，以及吸收土壤中的鹽類和去除排水中的營養物等研究工作也已開展。3、生物修復技術3、2微生物修復

(1)石油污染。(2)有機氯化物污染(3)聚合物污染

next石油污染微生物處理

已分離出多種可降解石油污染物的微生物，并對微生物降解石油污染的機理有了較清楚的認識。研究表明：可降解石油的微生物具多樣性，包括細菌、真菌、酵母和菌團。真菌分解芳香族化合物主要是首先氧化甲苯分子的支鏈，形成苯甲酸鹽，再進一步代謝成鄰苯二酚，作為環狀裂變基質。細菌分解烷烴時，有2種機制：①將n一烷烴末端氧化，接著是B氧化；②通過水解或去氫酶反應降解烷烴類或產生生物表面活性劑，使長鏈碳氫化合物乳化、降解。back有機氯化物污染生物處理

有機鹵化物酶的水解有不同機制，以兩種可降解有機鹵化物的細菌Pseudomonassp.Y1和Pseudomonassp.113為例，前者可催化L-2鹵化烴酸的水解，去鹵產生對應的D-2羥基烷烴酸。其過程是羧酸鹽類的Aspl0親核攻擊基質α-碳原子，以取代它的鹵素原子，并生成脂的中間物，然后水解產生相應的D-2羥基烷烴酸，并重新形成Aspl0的殘留物。而后者Pseudomonassp.113產生的DL-2鹵酸去鹵酶的催化反應一步完成，水分子直接攻擊基質取代鹵素原子，并形成α-羥基烷烴酸。

有機氯化物污染生物處理

日本Kimitu市開展了生物修復工作，該市地下水受三氯乙烯(TCE)污染，濃度為200ug／L。將甲烷、氧氣、硝酸鹽和磷酸鹽注入到地下水中，7d后，甲烷濃度逐漸降低到檢出限，2個月后觀測到TCE去除率達5％～20％，而對照區TCE無明顯減少，表明甲烷氯化菌可降解TCE。back聚合物污染生物處理

當前大量使用塑料，造成了污染，人們正從兩個方面開展工作以解決污染問題：一是生產可降解塑料制品，如用淀粉廢水消化生產可生物降解熱塑性塑料，應用基因工程生產可降解共聚一多脂，通過基因工程用氰菌將CO轉變為生物可降解塑料。二是尋找能降解塑料的微生物，如已分離出可降解四亞甲基琥珀酸鹽(Tecramethylenesuccinate)的高溫菌。生物修復主要涉及兩大問題，即有效性和安全性評價。為提高有效性，今后將應用分子微生物學分離、鑒別、制造更高效降解和聚集有害化合物的微生物。發展需氧和厭氧結合的降解系統、可滲透生物障系統、生物開孔(Biowenting)新技術等，是今后的發展方向。back環境生物技術的研究現狀4、固體廢棄物處理對含有有機質的固體廢棄物，如污泥、海岸沉積軟泥、城市生活垃圾和海藻等，甲烷發酵仍是主要處理方法。為提高效率，有人借鑒USAB工藝處理城市固體廢棄物，發展出半連續流動完全混合反應器，適當加入礦物營養，在實驗溫度為55℃，注入總懸浮物(TS)為l0％，水力停留時間(HRT)為75d，COD負荷率為20kg／(m·d)條件下，TS和CODcr的去除率分別為73％～78％和72％～75％，1kg流入的TS產生約0．75m3含甲烷57％～59％的消化氣。環境生物技術的研究現狀5、廢水處理

污泥微生物種群分析和分子生物學的大量研究表明：在處理廢水過程中，降解有害物的機理也各不相同。如細菌Nocardioedessp．和Rhodococussp．均能降解2,4-Dinitrophenol(2，4-DNP)。但前者可直接降解2，4一DNP和苦味酸(Picricacid)，并將它們作為基質；而后者要求2，4-DNP作為降解2，4-DNP和苦味酸的誘發者(Intuder)。環境生物技術的研究現狀6、有害氣體的固著

固定CO2菌的分子生物學研究表明，微生物有4種固定CO2的途徑，在一般環境條件下，主要方式是還原戊糖磷酸循環(Reductivepentesophosphatecy.cle)，即Calvin-Benson循環，而極端條件下，像地熱地區，其方式有還原TAC循環(RedyctiveTACCy.cle)、乙酰一CoA途徑(theActylCoApthway)和3-羥基乙炔化合物循環(3一hydroxypropionatecycle)。6、有害氣體的固著

從海相環境中分離出的固著CO2的微藻(microalgae)DCB-T1，在最佳生長溫度30℃，最佳光強6000lx，鹽度0．2％的條件下，在150L光反應器中培養，可固定單位生物量CO2為2g／(g·d)。另外，綠藻在光照條件下，可長期連續地去除NO。環境生物技術的研究現狀7、清潔技術與清潔能源

利用生物技術將廢棄物循環利用一直是重要的課題之一，在許多方面均有試驗性工作。如：用城市固廢堆肥及利用污泥生產生物肥料。利用微生物將蘋果渣固態發酵生產檸檬酸，由生產維生素的廢棄化學品D-泛酰內脂(D-pantoyllctone)，通過微生物催化生產D-泛酸(D-pantothenicacid)。環境生物技術的研究現狀

另外，在生物菌團特征、環境風險評價、政府法律制訂、國際間合作等方面，也開展了許多研究工作。環境生物技術的發展前景1、應用環境生物技術治理環境污染

2、環境生物技術受到全球普遍重視和采用3、環境生物技術產業化步伐加快、前景廣闊

應用環境生物技術治理環境污染

應用環境生物技術處理污染物時，最終產物大都是無毒無害的、穩定的物質，如二氧化碳、水和氮氣。而且能一步到位，避免了污染物的多次轉移。因此，環境生物技術具有速度快、消耗低、效率高、成本低以及無二次污染等顯著優點，是環保中應用最廣的、最為重要的單項技木。

美國國家環保局(EPA)在評價環境生物技術時指出，“生物治理技術優于其他新技術的顯著特點在于它是污染物消除技術而不是污染物分離技術”。據EPA估算，美國現有的化學工業，若有5％為生物過程取代，污染防治費用可降低約1億美元。BACK環境生物技術受到全球普遍重視和采用

自20世紀70年代以來，發達國家就十分重視生物技術在環境領域的應用，并開展了大規模的科研活動。目前已開發了一系列的環境生物技術及其產品，并廣泛應用于污水處理、大氣凈化及污染環境介質治理等方面。至今，英、法、德、荷等國已取得了大量實用性的環境生物技術研究成果，部分已經商品化。荷蘭自1982年以來，已利用環境生物技術治理并恢復了6000多處污染地。環境生物技術的重要性也為眾多的國家普遍接受，并成為發達國家優先發展及應用的環境保護新技術。1994年4月，在美國組織的可持續環境中的生物技術大會上，提出了基因工程微生物、優選微生物菌株和生物傳感技術中可利用菌株等三大最新發展技術領域。BACK環境生物技術產業化步伐加快、前景廣闊

目前，國際上許多環境生物技術成果己進入商品化、產業化。生物技術是水污染控制中最成熟，也是最富有挑戰性的技術，在國外的環保產業中一直是市場占有量最大的。隨著經濟的發展，新污染治理的需要，新技術、新工藝設備不斷出現，并產業化，美國在此領域內的年市場份額達數百億美元，數十項環境生物技術產品已獲得有關國家政府部門的許可，并進行野外應用實驗。美國還成立了相當數量的環境生物技術專業公司，部分產品已占領了國際