環境生物技術
環境生物技術(environmental biotechnology, EBT),是人類在面臨生存和發展的危機中所進行的一場拯救環境的“革命”中的核心技術之一。人類在發展物質文明的同時,也帶來了許多生態環境問題,而這些問題已經威脅著人類的生存和發展,迫使人類采取必要的措施,改善生存環境,在這一過程中,環境生物技術起著重要作用。
環境生物技術(environmental biotechnology, EBT)也稱環境生物工程(environmental bioengineering),是由現代生物技術與環境工程相結合發展起來的新興交叉學科。目前還沒有一個統一的定義。
南京大學程樹培教授提出:環境生物技術的定義可以由生物技術的定義延伸擴展獲得,即直接或間接地利用完整的生物體或生物體的某些組成部分或某些機能,建立降低或消除污染物產生的生產工藝,或者能夠高效凈化環境污染以及同時生產有用物質的人工技術系統,稱為環境生物技術。
德國國家生物技術研究中心的Timmis K. N.博士對環境生物技術下的定義是:環境生物技術是應用生物圈的某部分使環境得以控制,或治理預定要進入生物圈的污染物的生物技術,包括環境中污染物的生物減少(bioelimination)、污染場地的生物修復(bioremediation)和生物可降解材料的開發與應用等。
美國國家科學與技術委員會認為:生物技術在解決與環境管理和質量保證有關的問題方面,所起的作用主要有:1、能對良好的生態系統進行評價;2、可將污染物質轉化成無害物質;3、能利用再生資源生產生物可降解材料;4、可開發對環境安全的產品加工工藝和廢物處理技術。
廣義的環境生物技術涉及面很廣,凡自然環境中涉及的環境控制有關的生物技術,都可歸結為環境生物技術。簡明而言,“環境生物技術是應用于環境領域的技術”。
如果考慮到環境生物的功能,廣義上環境生物技術應包括以下兩方面的內容。
生物凈化, 直接或間接地利用生物體的某些組織或某些功能,去除環境中已經存在的一些污染物質和有毒物質,使得環境得以凈化的生物技術。
生物生產, 利用生物體作為反應器或利用活體生物的某些功能進行生物生產,以提供人類生產和生活所需產品和服務的生物技術。這是一種最具可持續發展概念的生產技術,在資源日益緊張的今天,具有重要意義。
以上兩方面可以看成環境生物技術改善環境質量的直接的和間接的兩個方面。從廣義上說,環境生物技術在諸如以較低的環境成本生產食品、為化學加工工業提供較少毒性的化合物、或產生較少污染的生產工藝、從環境中消除毒性化合物、控制人類傳染性疾病等方面發揮重大作用。但最直接地看,以環境生物技術中的污染物去除和污染場地的生物恢復技術應用到環境工程中尤為重要,因為在沒有更好的可替代工藝被開發利用的情況下,控制污染物進入環境及清除已經進入環境中的污染物質是保證環境質量的重要手段。
由于環境問題的復雜性和多樣性,環境生物技術的范圍也極為廣泛。到目前為止,環境生物設計的學科包括分子生物學、環境化學、基因工程學、酶工程學、發酵工程學、化學工程學、環境生物學、環境毒理學、環境工程學、植物學、動物學、生態學、微電子學、計算機科學等等。
有人從技術難度和理論深度的角度,提出環境污染物生物凈化的三個部分或三個層次:
第一層次,為現代環境生物技術,是指以基因工程為主導的近代防治污染生物技術。包括構建降解殺蟲劑、除草劑、多環芳烴類化合物等污染物的高效基因工程菌,創造抗污染型轉基因植物等。這一層次知識密集、為快速、有效地防治污染開辟了新途徑,使解決日益出現的大量環境難題成為可能。
第二層次,傳統的生物處理技術,以廢物的生物處理為主要內容,包括在新的理論和技術支撐下開發出的一系列廢物強化處理工藝。這是目前廣泛使用的治理污染的生物技術,仍在不斷強化和改進,已為控制現時的環境質量起到了及其重要的作用。例如活性污泥法、生物膜法、生物流化床等,這是目前應用的環境污染去除的主要技術。
第三層次,自然界的生物修復功能,主要是包括氧化塘、人工濕地和農業生態工程等。其特點是最大響度地發揮自然界的生物環境功能,投資運行費用少,易于操作管理。
應該指出的是,以上三個層次沒有重要與不重要之分,均是進行污染治理的不可缺少的技術手段。為解決日益嚴重的環境污染問題,需要三個層次的技術相互組合。