生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用研究

方前逵

（蘇州蘇凈環(huán)保工程有限公司，江蘇 蘇州 215122）

生物技術(shù)是指利用生物或是生物性物質(zhì)針對(duì)產(chǎn)品、作物和特殊用途的微生物進(jìn)行培養(yǎng)與改良的科學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)可以簡(jiǎn)單地劃分為發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)兩類，作為新型學(xué)科具備一定的綜合性特征。生物技術(shù)可以統(tǒng)稱為生物工程，是指應(yīng)用生物化學(xué)、微生物學(xué)和遺傳學(xué)等學(xué)科原理，結(jié)合生化工程針對(duì)細(xì)胞遺傳物質(zhì)和作物微生物品種進(jìn)行改造與重構(gòu)，具備一定產(chǎn)業(yè)化特征的過程[1]。具體而言，生物技術(shù)大體可以分為基因工程、細(xì)胞工程、微生物工程和酶工程等細(xì)分部分，在包括農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、能源以及環(huán)保在內(nèi)的諸多領(lǐng)域得到了較為實(shí)際且廣泛的應(yīng)用。

1 生物技術(shù)綜述

1.1 基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)也稱基因拼接技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為必要基礎(chǔ)，應(yīng)用分子生物學(xué)和微生物學(xué)的基本研究方法，在生物體體外進(jìn)行不同來源基因分子結(jié)構(gòu)的改造與再重構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)入活體細(xì)胞改變其原有的生物性遺傳特性。

1.2 細(xì)胞工程技術(shù)

細(xì)胞工程技術(shù)是指在細(xì)胞層級(jí)進(jìn)行一定的操作，針對(duì)細(xì)胞的實(shí)際結(jié)構(gòu)與內(nèi)含物進(jìn)行重組，并以此為據(jù)培育新型品種，大規(guī)模地進(jìn)行細(xì)胞及組織培養(yǎng)。細(xì)胞工程在環(huán)保工程中的應(yīng)用較為關(guān)鍵，不僅有利于確保物種的多樣性，還可以減少各種生態(tài)環(huán)境污染問題[2]。

1.3 微生物工程技術(shù)

微生物工程技術(shù)也稱發(fā)酵工程技術(shù)，是指借助特定微生物的特定功能性，生產(chǎn)有益產(chǎn)品或是改善生產(chǎn)過程本身的技術(shù)。在環(huán)保工程領(lǐng)域，微生物工程技術(shù)多用于對(duì)用于污水處理的微生物進(jìn)行改良與強(qiáng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加理想的污水處理效果。

1.4 酶工程技術(shù)

酶工程技術(shù)是指利用酶或微生物、生物細(xì)胞以及細(xì)胞器，在特定的生物反應(yīng)裝置中借助酶的生物性催化功能將各種原料轉(zhuǎn)化為有益物質(zhì)的技術(shù)。該技術(shù)可以用于處理工業(yè)生產(chǎn)廢水，原因在于廢水中的有機(jī)物質(zhì)可以作為特定微生物的營(yíng)養(yǎng)來源，進(jìn)而借助微生物分解各種污染性有機(jī)物質(zhì)[3]。

2 生物技術(shù)在環(huán)保工程中應(yīng)用的必要性

受各種生態(tài)環(huán)境污染問題的困擾，國(guó)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作面臨著較為艱巨的治理困難。而生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用，逐漸為國(guó)內(nèi)生態(tài)環(huán)境污染問題的治理提供了更加不同的嶄新思路。在環(huán)保工程的各個(gè)細(xì)分環(huán)節(jié)中，生物技術(shù)均可以發(fā)揮其高效性、安全性及低成本性優(yōu)勢(shì)。具體而言，在環(huán)保工程中應(yīng)用生物技術(shù)的必要性主要體現(xiàn)在緩解生態(tài)環(huán)境污染，節(jié)約資源損耗、安全高效等多個(gè)方面[4]。

2.1 緩解生態(tài)環(huán)境污染問題

在處理城市垃圾廢棄物的具體過程中，應(yīng)用生物技術(shù)可以有效地改變垃圾中的物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，對(duì)城市垃圾廢棄物進(jìn)行分解和發(fā)酵，并對(duì)在此過程中產(chǎn)生的各種產(chǎn)物進(jìn)行循環(huán)再利用，進(jìn)而減少生態(tài)環(huán)境污染問題。不僅如此，應(yīng)用生物技術(shù)還可以減少污染物的轉(zhuǎn)移，防止?jié)撛诘亩挝廴締栴}。

2.2 節(jié)約資源損耗

在處理各種生態(tài)環(huán)境污染物時(shí)，利用生物技術(shù)最終可以得到無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì)，這不僅有利于減輕各種生態(tài)環(huán)境污染問題，還有可能在此過程中產(chǎn)生可利用資源，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。與此同時(shí)，考慮到環(huán)保工程可能涉及到一定的物質(zhì)轉(zhuǎn)移，因而應(yīng)用生物技術(shù)可以相應(yīng)地減少其間的資源消耗。

2.3 安全性表現(xiàn)理想

由于生物技術(shù)可以將有害的污染有機(jī)物降解為安全的無毒無害物質(zhì)，因而應(yīng)用生物技術(shù)可以為環(huán)保工程提供安全性是其他生態(tài)環(huán)境污染治理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的，在安全性方面的理想表現(xiàn)也為其廣泛的應(yīng)用奠定了較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 處理效率較為優(yōu)秀

利用生物技術(shù)處理污染物的效率較高，舉例而言，在使用酶促反應(yīng)針對(duì)污染物進(jìn)行實(shí)際處理時(shí)，作為活性蛋白質(zhì)的酶可以在常溫常壓下產(chǎn)生催化反應(yīng)，因而基于酶促反應(yīng)的生物技術(shù)可以在處理現(xiàn)場(chǎng)即刻生效。生物處理技術(shù)不僅處理效率高，而且操作簡(jiǎn)單，成本較低，所需條件較少，穩(wěn)定性極強(qiáng)。

3 生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用

生物技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用主要包括水體污染防治工程、大氣污染防治工程、固體廢物處理工程、白色污染處理工程和其他環(huán)保工程在內(nèi)的各種細(xì)分環(huán)保工程[5]。

3.1.1 水體污染防治工程

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展過程中，各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展速度逐漸加快，各種城市污水大量產(chǎn)生，為各地城市的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展帶來了不小的壓力。在此過程中，生物技術(shù)的積極促進(jìn)作用逐漸引起了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。例如活性污泥法，不僅有效而且已經(jīng)過了多年的實(shí)踐與應(yīng)用。該技術(shù)主要是利用好氧微生物的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)水體中的無機(jī)物進(jìn)行吸附，進(jìn)而通過形成絮凝體的形式去除水體中的有機(jī)物。

3.1.2 大氣污染防治工程

在治理大氣污染過程中，生物技術(shù)的具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在利用特定微生物的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)各種廢氣中所含有的各種有害物質(zhì)進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化。生物過濾方法是較為常見的廢氣處理方式，可以利用生物性的除臭技術(shù)，對(duì)氣體中的有害物質(zhì)進(jìn)行分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢氣凈化處理的目標(biāo)。生物過濾方法通常用于處理垃圾站點(diǎn)處理垃圾時(shí)可能產(chǎn)生的各種有害和惡臭氣體。

3.1.3 固體廢物處理工程

在實(shí)際的固體廢棄物處理過程中，生物技術(shù)的具體應(yīng)用體現(xiàn)在借助特定微生物的發(fā)酵能力，對(duì)部分可降解固體廢棄物進(jìn)行發(fā)酵和降解，進(jìn)而將其分解為包含二氧化碳和甲烷在內(nèi)的無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)較為理想的固體廢棄物處理效果。好氧堆肥法是固體廢物處理中較為常見的生物技術(shù)，可以在好氧微生物的降解作用下將部分固體廢棄物轉(zhuǎn)化為與之相應(yīng)的腐殖質(zhì)，再將其轉(zhuǎn)化為肥料。

3.1.4 白色污染處理工程

塑料的發(fā)明與普及為社會(huì)公眾的生產(chǎn)和生活活動(dòng)帶來了較大的便利，同時(shí)也因其難以降解的性質(zhì)而帶來較為嚴(yán)重的白色污染物。在土壤中如果留存有廢氣塑料產(chǎn)品，種植其中的作物會(huì)在土質(zhì)及水源狀況的作用下出現(xiàn)較為明顯的產(chǎn)量不足問題。而應(yīng)用生物技術(shù)之后，可以更加有效地針對(duì)作為白色污染主因的塑料進(jìn)行科學(xué)合理的降解處理。具體而言，生物技術(shù)主要應(yīng)用于借助基因工程技術(shù)，對(duì)可降解塑料的微生物進(jìn)行有關(guān)基因克隆轉(zhuǎn)移，培育更具塑料降解效果的新型微生物，最終實(shí)現(xiàn)更加理想的白色污染治理效果。

3.1.5 其他環(huán)保工程

首先是生物檢測(cè)技術(shù)，可以借助生物個(gè)體或種群對(duì)生態(tài)環(huán)境污染問題定期、定點(diǎn)進(jìn)行分析測(cè)定，進(jìn)而更加及時(shí)、敏銳地掌握生態(tài)環(huán)境的細(xì)微變化。其次是生物能源技術(shù)，可以在生物技術(shù)的支撐下針對(duì)各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)廢料，諸如秸稈和品質(zhì)難以達(dá)到銷售要求的農(nóng)產(chǎn)品，進(jìn)行能源生產(chǎn)。具體而言，主要是可以得到生產(chǎn)用乙醇和生物柴油。再次是煤的微生物潔凈技術(shù)，在生物技術(shù)的有力支撐下，技術(shù)人員可以更好地在浮選法中應(yīng)用微生物處理，實(shí)現(xiàn)更加理想的分離煤中雜質(zhì)的成效。

3.2 生物技術(shù)在環(huán)保工程中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

盡管生物技術(shù)在環(huán)保工程中已經(jīng)得到了有效應(yīng)用，但仍然具有較大的發(fā)展空間。具體而言，可以從能源問題、環(huán)境自治、生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)和生物材料等角度出發(fā)，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行更加深入地研究和應(yīng)用[6]。

3.2.1 解決能源問題

作為發(fā)展中國(guó)家，能源問題始終是我國(guó)各行各業(yè)發(fā)展過程中的核心問題。當(dāng)下，各種新能源逐漸被應(yīng)用和普及，但包括煤和石油在內(nèi)的各種不可再生化石燃料仍占有較大比例，為國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的深入發(fā)展帶來一定的阻礙，主要體現(xiàn)在化石燃料燃燒所帶來的生態(tài)環(huán)境污染問題。而應(yīng)用生物技術(shù)可以較好地提升化石燃料的利用率，并有效地分解此過程中產(chǎn)生的污染物，從而解決了能源問題。

3.2.2 實(shí)現(xiàn)環(huán)境自治

國(guó)內(nèi)的環(huán)保工程基本是在生態(tài)環(huán)境污染問題出現(xiàn)后再進(jìn)行治理，其實(shí)在此期間已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重危害。因此，在環(huán)保工程實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)進(jìn)一步探索新的環(huán)保工程理念以及開展工作的方式。生物技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用可以有效提升生態(tài)環(huán)境的自治能力，使各種生態(tài)環(huán)境污染問題在出現(xiàn)過程中就能夠治理和預(yù)防，從而防止了各種潛在的、更加惡劣的生態(tài)環(huán)境污染惡果。

3.2.3 生產(chǎn)生物醫(yī)藥

在醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展過程中，抗生素類物質(zhì)的殘留同樣會(huì)帶來一定的生態(tài)環(huán)境污染問題。而應(yīng)用生物技術(shù)可以較好地應(yīng)對(duì)和解決，如以基因工程為基礎(chǔ)，使用脫氧核糖核苷酸分子探針進(jìn)行病況檢測(cè)；以微生物發(fā)酵技術(shù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)代糖為糖尿病患者提供更加安全的甜味劑。除此之外，生物技術(shù)還可以用于藥物制造、抗體及疫苗生產(chǎn)，其成本較低，同時(shí)具備易于分離純化的性質(zhì)。

3.2.4 發(fā)展生物農(nóng)業(yè)

考慮到現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)仍然會(huì)產(chǎn)生較為顯著的生態(tài)環(huán)境污染問題，在環(huán)保工程中進(jìn)一步應(yīng)用生物技術(shù)，對(duì)生物農(nóng)業(yè)的嶄新發(fā)展方向進(jìn)行實(shí)踐和探索。具體而言，可以在農(nóng)作物育種和優(yōu)質(zhì)植株培養(yǎng)等方面收獲較為理想的應(yīng)用效果，也可以在草原地區(qū)種植有助于土壤固化且繁殖效率較強(qiáng)的牧草，還可以在洪水問題多發(fā)的地區(qū)種植對(duì)土壤吸附性較強(qiáng)的植株。

3.2.5 研制生物材料

在現(xiàn)代材料的發(fā)展過程中，生物技術(shù)同樣具有較為關(guān)鍵的基礎(chǔ)性地位。首先，應(yīng)用生物技術(shù)可以從各種固體廢棄物中提取有益物質(zhì)，進(jìn)而提升資源的循環(huán)利用率。其次，應(yīng)用生物技術(shù)還為生產(chǎn)大量嶄新的生物材料提供了方便。再次，在生物技術(shù)的支持下，生產(chǎn)出更具可分解性特征的新型塑料材料也成為了嶄新的方向和可能。

4 結(jié)語

總之，隨著國(guó)內(nèi)生物技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，生物技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)不再只停留于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和藥物研制等傳統(tǒng)范圍內(nèi)，而是逐漸運(yùn)用到了包括環(huán)境工程在內(nèi)的各個(gè)嶄新的領(lǐng)域中。應(yīng)用生物技術(shù)可以更加科學(xué)合理地分析和處理各地市的水污染、土壤污染和大氣污染等諸多生態(tài)環(huán)境污染。在此過程中，應(yīng)注意各地市實(shí)際存在的各種生態(tài)環(huán)境污染問題的原因不同，在應(yīng)用生物技術(shù)治理當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境時(shí)，各地市應(yīng)因地制宜地采用多種不同類型的生物技術(shù)，以便獲得更加符合預(yù)期的生態(tài)環(huán)境治理效果。具體而言，首先應(yīng)當(dāng)更加清晰地了解生物技術(shù)的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，從基因工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、微生物工程技術(shù)和酶工程技術(shù)等諸多角度出發(fā)，認(rèn)識(shí)生物技術(shù)的內(nèi)涵。其次，應(yīng)當(dāng)更加切實(shí)地理解生物技術(shù)可以減緩生態(tài)環(huán)境污染問題，在環(huán)境工程應(yīng)用中具有積極的促進(jìn)作用。再次，應(yīng)當(dāng)更加明確生物技術(shù)在環(huán)保工程中的實(shí)際應(yīng)用，如水體污染防治工程、大氣污染防治工程、固體廢物處理工程、白色污染處理工程以及其他環(huán)保工程。最后，還應(yīng)當(dāng)充分地認(rèn)識(shí)到生物技術(shù)在環(huán)保工程中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，只有更加科學(xué)合理地將生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境工程，才能夠?qū)崿F(xiàn)更具綜合性和統(tǒng)籌性特征的生態(tài)環(huán)境治理效果。