环境生物技术的发展现状

        生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器，这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程，从根本上体现了可持续发展的战略思想。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点，加之其技术开发所预示的广阔的市场前景，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。

        目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染  治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一  种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时也指出“生物治理技术优于其他新技术的显著特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术  ”(Biotechnology  Newswatch,Augus  t16,1993)。

        由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物(底物)，其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质，因此，生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，因此，  生物反应过程通常是在常温、常压下进行的。另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化技术(Bioconversion)的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资省、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便，同时，在多数情况下，它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标。据美国环保局估算，美国现有的化学工业若有5%为生物过程取代，污染防治费用可降低约1亿美元。生物处理技术除易于大规模处理外，还可利用天然水体或土壤作为污染物处理场所，从而大大节约生物处理的费用。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降  解的，并且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度，使经济发展进入  可持续发展的轨道。生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程  来完成的。因此，利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质，即用生物修复(Bioremediation)技术净化环境，使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、土  壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。  

　　环境生物技术不仅单纯适用于环境污染治理，如今已相当广泛地应用于环境监测，尤其是以  生物传感器为核心的环境生物监测技术，可在线在位迅速地提供环境质量参数，成为环境质  量预报和报警中的重要组成部分。  

　　自本世纪70年代以来，发达国家就十分重视生物技术在环境领域的应用，并开展了大规模的科研活动。目前已开发了一系列的环境生物技术及其产品，并在世界上广泛应用于污水处  理、大气净化及污染环境介质治理等诸多方面。例如，美国Charabarty构建的超级细菌可快  速降解土壤和水体中的石油组分，该技术已获得专利，并在海湾战争中得到了应用。至今，  英、法、德、荷等国已取得大量实用性的环境生物技术研究成果，部分已经商品化。如英国  ICI公司的生物可降解塑料等环境友善产品(Environmentally  Friendly  Products)，在世界上具有广泛影响。荷兰在环境生物技术的研究及应用中在欧洲居领先地位，自1982年以来，已利用环境生物技术治理并恢复了6000多处污染地，一批公司，如Gist  Brocedes公司已迅速  发展起来。  

　　环境生物技术的重要性已为众多的国家普遍接受，在发达国家，已成为优先发展及应用的环境保护新技术。例如，1996年6月在美国召开的，96环境生物技术大会上，生物恢复、工业水处理、空气处理和污染防治专题讨论均有相关政府和工业部门代表参加。1994年4月由美国  生物工业组织(BIO)和白宫国家科学技术委员会组织的可持续环境中的生物技术大会上提出了基因工程微生物、优选微生物菌株和生物传感技术中可利用菌株等三大最新发展技术领域  。这些技术领域的发展不单纯局限于工业末端处理和被污染系统的恢复，在污染防治或清洁  生产方面具有同样重要的意义。例如，利用新型酶法生产代替传统化学生产、设计生物可降解原料、产品全生命周期分析等。1995年12月美国国家科学和技术委员会发表了由其基础科学委  员会生物技术分委员会(Biotechnology  Subcommittee)完成的《21世纪的生物技术：新的方向》(Biotechnology  for  the  21st  Century:New  Horizons)的蓝皮报告，指出了生物  技术在经历了第一次浪潮(医药和健康)后，迎来了第二次浪潮，这包括：1.农业生物技术；  2.环境生物技术(主要是生物降解)；3.生物制造工艺/生物处理工艺，包括能源研究；4.海  洋生物技术研究。其中的两大方面(2和3)均直接和环境保护有关。  

　　目前国际上许多环境生物技术成果已进入商品化、产业化发展。生物技术是水污染控制中最成熟也是最富有挑战性的技术，在国外的环保产业中一直是市场占有量最大的，并随着经济的发展，新污染治理的需要新技术工艺设备不断出现并产业化，美国在此领域内的年市场额达数百亿美元。数十项环境生物技术产品已获得有关国家政府部门的许可，进行野外应用实验，去除土壤和水体中的重金属和有毒有机化学物质。以美国为例，成立了相当数量的环境生物技术专业公司，部分产品已占领了国际市场，如Alen  Murray  Corp的Clear-Flo系列微  生物菌剂和日本的EM菌等可用于污染处理、污染水体恢复及空气净化等。Envirogen公司最近宣布已利用基因工程技术开发出一系列超级微生物菌剂，可用于污染水体、土壤、基质及  空气的恢复及净化。  

　　当前，环境生物技术在国际上已进入蓬勃发展的轨道。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境生物技术的需求越来越广泛。例如，美国的清洁空气法(C  lean  Air  Act)实施后将形成高达几百亿美元的燃煤脱硫市场，其中预计微生物脱硫将达250  亿美元，而越来越低的燃油硫分标准也促进了石油微生物脱硫技术的发展，美国的Biosyste  m  Co.正开展的产业化试验将大大推进该技术的发展。利用微生物制氢气和乙醇等可再生性  清洁燃料，为彻底解决困扰人类的大气化石燃料污染，展示了光明的前景。多年来，由于全  球范围内滥用化学品，特别是杀虫剂造成了大规模的水体、土壤污染，对其治理和恢复也将成为一个巨大的市场，非常保守的估计，在未来10年内全球市场达115亿美元。总之，环境生物技术，尤其是环境污染控制生物技术将具有广阔的市场前景。  

　　随着环境生物技术的进展和市场开拓，其应用已从单个的环境目标治理，发展为广泛应用于环境保护的各个方面。环境生物技术已不单纯是一种污染治理技术，而已开始影响到包括其  他行业的产业政策，促进各工业部门逐步以生物过程替代传统的化工过程，如利用生物酶制  剂  在造纸行业中，进行生物漂白，减少甚至彻底替代化学漂白，并最终在造纸工业中实现完全  的生物制浆和生物漂白，彻底解决严重污染我国水环境的造纸黑液问题，使许多污染行业的  工业生产真正进入无污染的清洁生产的轨道。  

　　目前，我国的环境生物技术处于刚刚起步阶段。该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持，大力开展以污染控制生物技术为主体的环境生物技术的研究，将大力  推进生物技术在环境保护中的应用，并将通过生物高技术的发展带动整个环保科技的发展，解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题，并为环保市场提供高品质的环境保护高技术。应该充分认识到环境生物技术开发对我国环境保护和社会、经济发展的重大意义。