淺談生物工程技術在環(huán)境保護中的應用

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，生物工程技術得到廣泛應用，發(fā)展形勢良好。生物工程技術以生命科學為主，但與其他學科存在交叉，具備較強的綜合性與較高的復雜性，具備廣泛的應用潛力。隨著生物工程技術的普遍應用和生物工程技術人員整體素質的提升，生物工程技術逐漸開始應用到環(huán)境保護中。生物工程技術具有效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，因此在環(huán)境保護領域應用潛力巨大。

1 現(xiàn)代生物工程技術的應用價值

生物工程技術是各個學科交叉與整合的結果，其主要包含酶、基因、發(fā)酵和細胞工程，人們可以根據(jù)不同的需求以不同的形式進行組合，并將其應用到不同領域。隨著基因技術的飛速發(fā)展，依托基因重組而產生的基因工程技術獲得迅速發(fā)展，當代生物工程技術是有機融入發(fā)酵工程、基因工程、細胞工程以及酶工程等的新型技術。將生物工程技術應用到環(huán)境工程中，能夠形成環(huán)境生物技術，以有效解決環(huán)境污染。生物工程技術的有效應用，最終能夠保證人同自然和諧相處，符合當前我國倡導的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。相比于傳統(tǒng)的污染治理技術，生物工程技術的優(yōu)勢較為顯著[1-3]。

2 生態(tài)環(huán)境問題

2.1 資源耗損嚴重

一是淡水資源分布不均衡，我國很多淡水資源已經被污染。河流自凈能力有限，大肆排污會導致眾多河流被污染。二是我國很多礦產資源開采和利用不合理，導致礦產資源大量浪費。近些年，隨著我國交通行業(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)生產工藝落后，造成資源大量浪費。三是我國森林總面積較大，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，我國存在眾多資源浪費現(xiàn)象，嚴重影響社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞

現(xiàn)階段，我國生態(tài)環(huán)境問題依舊嚴重，從整體來講，生態(tài)環(huán)境依然面臨質量下降的風險。當前，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重不足，居住環(huán)境有待改善，環(huán)境污染較為嚴重。另外，我國海洋污染比較嚴重，海洋污染成為制約我國海洋經濟發(fā)展的重要因素。

2.3 人們缺乏環(huán)境保護意識

當前，我國生態(tài)環(huán)境面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，如淡水資源污染、土地污染等。人們要增強環(huán)境保護意識，積極治理環(huán)境污染，確保人與自然和諧共處，為社會經濟穩(wěn)定發(fā)展提供基礎保障。環(huán)境與人們的生活息息相關，人們要維護好生態(tài)環(huán)境，保護共同的家園。

3 生物工程技術在環(huán)境保護中的實際應用

3.1 污染物減排

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

3.2 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護不可或缺的內容，人們既可以利用化學方式與相關儀器監(jiān)測環(huán)境質量，還可以開展生物監(jiān)測。例如，利用水葫蘆能夠對水體中的砷進行監(jiān)測；利用克霉伯氏菌、大腸埃希氏菌等對水質進行監(jiān)測。當前，PCR技術、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已經應用于環(huán)境監(jiān)測中。聚合酶式反應技術可以應用于水樣、土壤以及沉積物等環(huán)境標本的細胞監(jiān)測中。生物傳感技術可以測定水體中的生化需氧量、酚、有機磷和硝酸根，還能夠測定大氣中二氧化碳、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汞元素，檢測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菌組成微生物傳感器，可以測定樣品的亞硝酸鹽含量，間接測定空氣中的氧化氮濃度。未來，生物工程技術將會更為靈敏，響應更為迅速，在環(huán)境監(jiān)測中獲得更為廣泛的應用。

3.3 污水治理

工業(yè)污水含有大量污染物，需要有效處理。物理法通常用于預處理，化學法容易造成二次污染。生物工程技術可以凈化污水，促進生物的新陳代謝，有效處理污水中的污染物，將污染物轉化成無毒無害的物質。固定化微生物工程技術是一種新型生物工程技術，通過應用基因工程技術，不斷改造部分優(yōu)勢菌種，對具備脫磷、脫色、脫氮等作用的專性菌進行固定化，提升菌體密度，有效提升工業(yè)污水治理效率。生物強化治理技術將優(yōu)勢菌種或者基因工程技術形成的“超級工程菌”融入污水中，產生高效的生物膜，最終除掉有害物質。當前，我國環(huán)境污染比較嚴重，環(huán)境治理要求不斷提升，人們積極利用生物工程技術，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原理，對廢棄物進行資源化、減量化和無害化處理，實現(xiàn)廢物的二次利用。研究發(fā)現(xiàn)，復合微生物菌劑可以應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垃圾。蚯蚓床可以把固體廢棄物轉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，生物工程技術可以有效清除白色污染。一是基因工程技術能夠篩選優(yōu)勢微生物，培養(yǎng)高效的降解菌，同時利用發(fā)酵工程技術，實現(xiàn)對白色污染物的降解目標。二是基因工程技術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微生物，最終有效分解塑料。

3.5 土壤污染治理

目前，我國土壤污染嚴重，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基礎，只有確保土壤質量，人們才能生產出綠色健康的食品。重金屬降解較為困難，它是土壤的主要污染源，嚴重危害人體健康。植物修復與微生物修復是目前常用的兩種重金屬污染土壤生物修復技術。生物修復是指利用基因工程技術，改造動物、植物和微生物等生物的功能，把重金屬分解或者轉變成無毒的產物。通常，重金屬污染修復需要利用兩種方式。一是利用生物作用，改變土壤中的重金屬化學形態(tài)，減小其生物可利用性與移動性。二是利用生物的代謝和吸收，對重金屬進行固定、凈化和消減。在農業(yè)作業(yè)中，超過80%的農藥都會殘留于土壤中，其中，氯代烴、磷等是導致土壤污染的關鍵物質。現(xiàn)代微生物技術能夠有效分解這些有害物質，使其轉化成二氧化碳與水等無害無毒或者毒性較小的物質，保護生態(tài)環(huán)境。

3.6 化肥污染治理

化肥是農作物生長不可或缺的生產資料，能夠有效提升農作物產量。然而，農業(yè)過量應用化肥，會導致土壤板結，與此同時，未被植物吸收的大量化肥進入地表水和地下水中，嚴重污染水源，對魚類造成嚴重威脅。部分化肥具有揮發(fā)性，會污染空氣。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，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，利用自身根系進行固氮。人們可以利用細胞融合技術，把豆類植物的固氮能力轉移到非豆類植物中，以降低氮肥的使用量。

4 結論

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