環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

1、環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 環(huán)境生物技術(shù) 環(huán)境生物技術(shù)(Environmental Biotechnology)簡稱EBT，是近20年來才定義的新型邊緣學(xué)科。 環(huán)境生物技術(shù)主要由生物技術(shù)、工程學(xué)、環(huán)境學(xué)和生態(tài)學(xué)組成。一般認(rèn)為生物工程即生物技術(shù)，是指綜合應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)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(chǎn)有用物質(zhì)的一門綜合性科學(xué)體系。 環(huán)境生物技術(shù)的層次環(huán)境生物技術(shù)的層次 一、低層次的環(huán)境生物技術(shù) 包括氧化塘、人工濕地、厭氧發(fā)酵等。二、中層次的環(huán)境生物技術(shù) 如污水處理的活性污泥法和生物膜法等。三、高層次的環(huán)境生物技術(shù) 以基因工程為主導(dǎo)的近代防治污染

2、生物技術(shù)，應(yīng) 用基因工程構(gòu)建高效降解殺蟲劑、除草劑以及多環(huán)芳烴類化合物污染的基因工程菌，創(chuàng)造抗污染型轉(zhuǎn)基因植物等。環(huán)境生物技術(shù)是環(huán)境保護的理想武器環(huán)境生物技術(shù)是環(huán)境保護的理想武器 環(huán)境生物技術(shù)是利用生物的生理活動高效凈化污染環(huán)境，以及將污染物轉(zhuǎn)化為資源的人工技術(shù)系統(tǒng)。 近10年來，環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展極其迅速，研究領(lǐng)域不斷擴大，工程實踐也表明其已成為一種經(jīng)濟效益和環(huán)境效益俱佳的、解決復(fù)雜環(huán)境污染問題的有效手段之一。 生物處理技術(shù)的產(chǎn)物或副產(chǎn)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(chǎn)生的環(huán)境污染減輕到最小程度。生物處理技術(shù)還易于進行大規(guī)模操作，一些生化曝氣池、生物濾

3、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(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀 1、生物監(jiān)測 當(dāng)代生物技術(shù)的發(fā)展有望增加相關(guān)的新手段，如通過測定微生物的酶和細胞基團等來監(jiān)測環(huán)境的變化。目前研究較多的有生物發(fā)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(jiān)測水體中的有害物和海水藻類的爆發(fā)。ManBockGu和GeunCheelGil應(yīng)用生物發(fā)

4、光細菌開發(fā)出了兩階段多頻道毒性連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。每個頻道含有一個兩階段生物反應(yīng)系統(tǒng)，其中含有特定的生物發(fā)光菌株。使用該系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)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(shù)據(jù)。環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀2 2、重金屬污染研究、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的鎳的細菌PseudomonasazelaicaYA-1PseudomonasazelaicaYA-1；從酸性礦山廢水中分離出去除；從酸性礦山廢水中分離出去除

5、砷的細菌砷的細菌Acidiphiliummultivorum AIU301Acidiphiliummultivorum AIU301，并進行了多項細菌和藻類，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。去除重金屬汞、銅、鉛、鋅、鎳、鎘等的實驗工作。 重金屬污染研究重金屬污染研究 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(tǒng)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為Hg，使汞重新轉(zhuǎn)入自然循環(huán)過程。汞的還原酶和有機汞裂解酶基因已被復(fù)制到植物

6、上，因此，植物亦具轉(zhuǎn)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(zhì)與金屬緊密結(jié)合而實現(xiàn)的，或微生物產(chǎn)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(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀3 3、生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù) 有毒化學(xué)品，尤其是石油、有機氯化物、化學(xué)有毒化學(xué)品，尤其是石油、有機氯化物、化學(xué)聚合物等造成的污染已成為世界性問題，在各種清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(shù)中，生物修復(fù)是最有前途的技術(shù)之除污染物的技術(shù)中，生物修復(fù)是最有前途的技術(shù)之一，因為一，因為它可徹底破壞污染物。它可徹底破壞污染物

7、。3 3、生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)3.1 植物修復(fù)植物修復(fù) 近20年來，人們認(rèn)識到植物吸收可以作為各種污染物的生存介質(zhì)，包括土壤、漚制物、排水和灌溉水等的凈化技術(shù)開發(fā)。 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(yǎng)物等研究工作也已開展。3 3、生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)3 3、2 2 微生物修復(fù)微生物修復(fù) (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(rèn)識。研究表明：可降解石油的微生物具

8、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(huán)狀裂變基質(zhì)。細菌分解烷烴時，有2種機制：將n一烷烴末端氧化，接著是B氧化；通過水解或去氫酶反應(yīng)降解烷烴類或產(chǎn)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(chǎn)生對應(yīng)的D-2羥基烷烴酸。其過程是羧酸鹽類的Aspl0親核攻擊基質(zhì)-碳原子，以取代它的鹵素原子，并生成脂的中間物，

9、然后水解產(chǎn)生相應(yīng)的D-2羥基烷烴酸，并重新形成Aspl0的殘留物。而后者Pseudomonassp.113產(chǎn)生的DL-2鹵酸去鹵酶的催化反應(yīng)一步完成，水分子直接攻擊基質(zhì)取代鹵素原子，并形成-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(fù)工作，該市地下水受三氯乙烯(TCE)污染，濃度為200ugL。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520，而對照區(qū)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(dāng)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(chǎn)可

10、降解塑料制品，如用淀粉廢水消化生產(chǎn)可生物降解熱塑性塑料，應(yīng)用基因工程生產(chǎn)可降解共聚一多脂，通過基因工程用氰菌將CO轉(zhuǎn)變?yōu)樯锟山到馑芰稀?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(fù)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(yīng)用分子微生物學(xué)分離、鑒別、制造更高效降解和聚集有害化合物的微生物。發(fā)展需氧和厭氧結(jié)合的降解系統(tǒng)、可滲透生物障系統(tǒng)、生物開孔(Biowenting)新技術(shù)等，是今后的發(fā)展方向。back環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀4 4、固體廢棄物處理固體廢棄物處理 對含有有

11、機質(zhì)的固體廢棄物，如污泥、海岸沉積軟泥、對含有有機質(zhì)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(fā)酵仍是主要處理方法。為提城市生活垃圾和海藻等，甲烷發(fā)酵仍是主要處理方法。為提高效率，有人借鑒高效率，有人借鑒USAB工藝處理城市固體廢棄物，發(fā)展出工藝處理城市固體廢棄物，發(fā)展出半連續(xù)流動完全混合反應(yīng)器，適當(dāng)加入礦物營養(yǎng)，在實驗溫半連續(xù)流動完全混合反應(yīng)器，適當(dāng)加入礦物營養(yǎng)，在實驗溫度為度為55，注入總懸浮物，注入總懸浮物(TS)為為l0，水力停留時間，水力停留時間(HRT)為為75d，COD負荷率為負荷率為20kg(md)條件下，條件下，TS和和CODcr的的去除率分別為去除率分別

12、為7378和和7275，1kg流入的流入的TS產(chǎn)產(chǎn)生約生約075m3含甲烷含甲烷5759的消化氣。的消化氣。環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀5 5、廢水處理廢水處理 污泥微生物種群分析和分子生物學(xué)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(zhì)；而后者要求2，4-DNP作為降解2，4-DNP和苦味酸的誘發(fā)者(Intuder)。 環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)

13、狀6、有害氣體的固著有害氣體的固著 固定CO2菌的分子生物學(xué)研究表明，微生物有4種固定CO2的途徑，在一般環(huán)境條件下，主要方式是還原戊糖磷酸循環(huán)(Reductivepentesophosphatecy.cle)，即Calvin-Benson循環(huán)，而極端條件下，像地?zé)岬貐^(qū)，其方式有還原TAC循環(huán)(RedyctiveTACCy.cle)、乙酰一CoA途徑(theActylCoApthway)和3-羥基乙炔化合物循環(huán)(3一hydroxypropionatecycle)。 6、有害氣體的固著有害氣體的固著 從海相環(huán)境中分離出的固著CO2的微藻(microalgae)DCB-T1，在最佳生長溫度30，最

14、佳光強6000lx，鹽度02的條件下，在150L光反應(yīng)器中培養(yǎng)，可固定單位生物量CO2為2g(gd)。另外，綠藻在光照條件下，可長期連續(xù)地去除NO。環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀7 7、清潔技術(shù)與清潔能源清潔技術(shù)與清潔能源 利用生物技術(shù)將廢棄物循環(huán)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(chǎn)生物肥料。利用微生物將蘋果渣固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，由生產(chǎn)維生素的廢棄化學(xué)品D-泛酰內(nèi)脂(D-pantoyllctone)，通過微生物催化生產(chǎn)D-泛酸(D-pantothenicacid)。環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀 另外，在生物菌團特征、

15、環(huán)境風(fēng)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(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展前景環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展前景1 1、應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)治理環(huán)境污染應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)治理環(huán)境污染 2、環(huán)境生物技術(shù)受到全球普遍重視和采用環(huán)境生物技術(shù)受到全球普遍重視和采用3 3、環(huán)境生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快、前景廣闊環(huán)境生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快、前景廣闊 應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)治理環(huán)境污染應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)治理環(huán)境污染 應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)處理污染物時，最終產(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。而且能一步到位，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移。因此，環(huán)境生物技術(shù)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(yōu)點，是

16、環(huán)保中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技木。 美國國家環(huán)保局(EPA)在評價環(huán)境生物技術(shù)時指出，“生物治理技術(shù)優(yōu)于其他新技術(shù)的顯著特點在于它是污染物消除技術(shù)而不是污染物分離技術(shù)”。據(jù)EPA估算，美國現(xiàn)有的化學(xué)工業(yè)，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(huán)境生物技術(shù)受到全球普遍重視和采用環(huán)境生物技術(shù)受到全球普遍重視和采用 自20世紀(jì)70年代以來，發(fā)達國家就十分重視生物技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，并開展了大規(guī)模的科研活動。目前已開發(fā)了一系列的環(huán)境生物技術(shù)及其產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于污水處理、大氣凈化及污染環(huán)境介質(zhì)治理等方面。至今，英、法、德、荷等國已取得了大量實用性的環(huán)境生物技術(shù)研究成果，部分

17、已經(jīng)商品化。荷蘭自1982年以來，已利用環(huán)境生物技術(shù)治理并恢復(fù)了6000多處污染地。環(huán)境生物技術(shù)的重要性也為眾多的國家普遍接受，并成為發(fā)達國家優(yōu)先發(fā)展及應(yīng)用的環(huán)境保護新技術(shù)。1994年4月，在美國組織的可持續(xù)環(huán)境中的生物技術(shù)大會上，提出了基因工程微生物、優(yōu)選微生物菌株和生物傳感技術(shù)中可利用菌株等三大最新發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域。BACK環(huán)境生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快、前景廣闊環(huán)境生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快、前景廣闊 目前，國際上許多環(huán)境生物技術(shù)成果己進入商品化、產(chǎn)業(yè)化。生物技術(shù)是水污染控制中最成熟，也是最富有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，在國外的環(huán)保產(chǎn)業(yè)中一直是市場占有量最大的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，新污染治理的需要，新技術(shù)、新工藝設(shè)備不斷出現(xiàn)，并產(chǎn)業(yè)化，美國在此領(lǐng)域內(nèi)的年市場份額達數(shù)百億美元，數(shù)十項環(huán)境生物技術(shù)產(chǎn)品已獲得有關(guān)國家政府部門的許可，并進行野外應(yīng)用實驗。美國還成立了相當(dāng)數(shù)量的環(huán)境生物技術(shù)專業(yè)公