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1、环境生物技术的研究现状及发展前景,环境生物技术,环境生物技术(Environmental Biotechnology)简称EBT，是近20年来才定义的新型边缘学科。 环境生物技术主要由生物技术、工程学、环境学和生态学组成。一般认为生物工程即生物技术，是指综合应用生物学、化学和工程学等手段，直接或间接地利用生物体本身，生物体某些组分或某些特殊机能，生产有用物质的一门综合性科学体系。,环境生物技术的层次,一、低层次的环境生物技术 包括氧化塘、人工湿地、厌氧发酵等。 二、中层次的环境生物技术 如污水处理的活性污泥法和生物膜法等。 三、高层次的环境生物技术 以基因工程为主导的近代防治污染生物技术，应
2、用基因工程构建高效降解杀虫剂、除草剂以及多环芳烃类化合物污染的基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等。,环境生物技术是环境保护的理想武器,环境生物技术是利用生物的生理活动高效净化污染环境，以及将污染物转化为资源的人工技术系统。 近10年来，环境生物技术发展极其迅速，研究领域不断扩大，工程实践也表明其已成为一种经济效益和环境效益俱佳的、解决复杂环境污染问题的有效手段之一。 生物处理技术的产物或副产物，原则上都是可以较快生物降解的，并都可作为资源加以利用，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度。生物处理技术还易于进行大规模操作，一些生化曝气池、生物滤池的容积之大，也是其他工艺过程所望尘莫及的。
3、生物方法还可以因陋就简地利用天然水塘或土壤层作为污染物处理场所，这都可大大降低处理费用。,环境生物技术的研究现状,1、生物监测 当代生物技术的发展有望增加相关的新手段，如通过测定微生物的酶和细胞基团等来监测环境的变化。目前研究较多的有生物发光菌(Bioluminescentbacterium)、氰菌(Cyanobacteria)、卤素呼吸菌(Halorespiringbacterium)、苯乙烯降解菌和兰贻贝(Bluemussels)等，主要监测水体中的有害物和海水藻类的爆发。ManBockGu和GeunCheelGil应用生物发光细菌开发出了两阶段多频道毒性连续监测系统。每个频道含有一个两阶
4、段生物反应系统，其中含有特定的生物发光菌株。使用该系统可连续监测同一样品和分别确定不同类型毒性。通过分析，从每个频道获得的资料，可得到总体毒性和各类单项毒性的数据。,环境生物技术的研究现状,2、重金属污染研究 已分离出多种可去除重金属的细菌，如从土壤中分离出了去除石油中的镍的细菌PseudomonasazelaicaYA-1；从酸性矿山废水中分离出去除砷的细菌Acidiphiliummultivorum AIU301，并进行了多项细菌和藻类去除重金属汞、铜、铅、锌、镍、镉等的实验工作。,重金属污染研究,如：细菌之所以能去除汞，是因为有去毒酶和将有毒的汞化合物运移到酶的系统。酶使有机汞裂解，打断
5、甲基汞、苯汞中的Hg-c键，将毒性大的有机汞化合物转化为毒性小的无机Hg2+，它再被第二种酶去除，即汞还原酶将可溶性Hg2+转化为Hg，使汞重新转入自然循环过程。汞的还原酶和有机汞裂解酶基因已被复制到植物上，因此，植物亦具转化汞污染物的功能。而铜、铅、镉等重金属元素的生物去除则是通过微生物细胞的吸附作用或蛋白质与金属紧密结合而实现的，或微生物产生大量的H2s，进而H2s与金属离子形成硫化物沉淀而使废水得到净化的。,环境生物技术的研究现状,3、生物修复技术 有毒化学品，尤其是石油、有机氯化物、化学聚合物等造成的污染已成为世界性问题，在各种清除污染物的技术中，生物修复是最有前途的技术之一，因为它可
6、彻底破坏污染物。,3、生物修复技术,3.1 植物修复 近20年来，人们认识到植物吸收可以作为各种污染物的生存介质，包括土壤、沤制物、排水和灌溉水等的净化技术开发。 目前，已有利用沙漠植物来去除科威特被石油污染的土壤中的石油。用植物来降解有机染料、有机氯化物、塑料，以及吸收土壤中的盐类和去除排水中的营养物等研究工作也已开展。,3、生物修复技术,3、2 微生物修复 (1)石油污染。 (2)有机氯化物污染 (3)聚合物污染,next,石油污染微生物处理,已分离出多种可降解石油污染物的微生物，并对微生物降解石油污染的机理有了较清楚的认识。研究表明：可降解石油的微生物具多样性，包括细菌、真菌、酵母和菌团
7、。真菌分解芳香族化合物主要是首先氧化甲苯分子的支链，形成苯甲酸盐，再进一步代谢成邻苯二酚，作为环状裂变基质。细菌分解烷烃时，有2种机制：将n一烷烃末端氧化，接着是B氧化；通过水解或去氢酶反应降解烷烃类或产生生物表面活性剂，使长链碳氢化合物乳化、降解。,back,有机氯化物污染生物处理,有机卤化物酶的水解有不同机制，以两种可降解有机卤化物的细菌Pseudomonassp.Y1和Pseudomonassp.113为例，前者可催化L-2卤化烃酸的水解，去卤产生对应的D-2羟基烷烃酸。其过程是羧酸盐类的Aspl0亲核攻击基质-碳原子，以取代它的卤素原子，并生成脂的中间物，然后水解产生相应的D-2羟基烷
8、烃酸，并重新形成Aspl0的残留物。而后者Pseudomonassp.113产生的DL-2卤酸去卤酶的催化反应一步完成，水分子直接攻击基质取代卤素原子，并形成-羟基烷烃酸。,有机氯化物污染生物处理,日本Kimitu市开展了生物修复工作，该市地下水受三氯乙烯(TCE)污染，浓度为200ugL。将甲烷、氧气、硝酸盐和磷酸盐注入到地下水中，7d后，甲烷浓度逐渐降低到检出限，2个月后观测到TCE去除率达520，而对照区TCE无明显减少，表明甲烷氯化菌可降解TCE。,back,聚合物污染生物处理,当前大量使用塑料，造成了污染，人们正从两个方面开展工作以解决污染问题： 一是生产可降解塑料制品，如用淀粉废水
9、消化生产可生物降解热塑性塑料，应用基因工程生产可降解共聚一多脂，通过基因工程用氰菌将CO转变为生物可降解塑料。 二是寻找能降解塑料的微生物，如已分离出可降解四亚甲基琥珀酸盐(Tecramethylenesuccinate)的高温菌。生物修复主要涉及两大问题，即有效性和安全性评价。为提高有效性，今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害化合物的微生物。发展需氧和厌氧结合的降解系统、可渗透生物障系统、生物开孔(Biowenting)新技术等，是今后的发展方向。,back,环境生物技术的研究现状,4、固体废弃物处理 对含有有机质的固体废弃物，如污泥、海岸沉积软泥、城市生活垃圾和海藻等
10、，甲烷发酵仍是主要处理方法。为提高效率，有人借鉴USAB工艺处理城市固体废弃物，发展出半连续流动完全混合反应器，适当加入矿物营养，在实验温度为55，注入总悬浮物(TS)为l0，水力停留时间(HRT)为75d，COD负荷率为20kg(md)条件下，TS和CODcr的去除率分别为7378和7275，1kg流入的TS产生约075m3含甲烷5759的消化气。,环境生物技术的研究现状,5、废水处理 污泥微生物种群分析和分子生物学的大量研究表明：在处理废水过程中，降解有害物的机理也各不相同。如细菌Nocardioedessp和Rhodococussp均能降解2,4-Dinitrophenol(2，4-DN
11、P)。但前者可直接降解2，4一DNP和苦味酸(Picricacid)，并将它们作为基质；而后者要求2，4-DNP作为降解2，4-DNP和苦味酸的诱发者(Intuder)。,环境生物技术的研究现状,6、有害气体的固着 固定CO2菌的分子生物学研究表明，微生物有4种固定CO2的途径，在一般环境条件下，主要方式是还原戊糖磷酸循环(Reductivepentesophosphatecy.cle)，即Calvin-Benson循环，而极端条件下，像地热地区，其方式有还原TAC循环(RedyctiveTACCy.cle)、乙酰一CoA途径(theActylCoApthway)和3-羟基乙炔化合物循环(3一
12、hydroxypropionatecycle)。,6、有害气体的固着,从海相环境中分离出的固着CO2的微藻(microalgae)DCB-T1，在最佳生长温度30，最佳光强6000lx，盐度02的条件下，在150L光反应器中培养，可固定单位生物量CO2为2g(gd)。另外，绿藻在光照条件下，可长期连续地去除NO。,环境生物技术的研究现状,7、清洁技术与清洁能源 利用生物技术将废弃物循环利用一直是重要的课题之一，在许多方面均有试验性工作。如：用城市固废堆肥及利用污泥生产生物肥料。利用微生物将苹果渣固态发酵生产柠檬酸，由生产维生素的废弃化学品D-泛酰内脂(D-pantoyllctone)，通过微生
13、物催化生产D-泛酸(D-pantothenicacid)。,环境生物技术的研究现状,另外，在生物菌团特征、环境风险评价、政府法律制订、国际间合作等方面，也开展了许多研究工作。,环境生物技术的发展前景,1、应用环境生物技术治理环境污染 2、环境生物技术受到全球普遍重视和采用 3、环境生物技术产业化步伐加快、前景广阔,应用环境生物技术治理环境污染,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。而且能一步到位，避免了污染物的多次转移。因此，环境生物技术具有速度快、消耗低、效率高、成本低以及无二次污染等显著优点，是环保中应用最广的、最为重要的单项技木。 美国
14、国家环保局(EPA)在评价环境生物技术时指出，“生物治理技术优于其他新技术的显著特点在于它是污染物消除技术而不是污染物分离技术”。据EPA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。,BACK,环境生物技术受到全球普遍重视和采用,自20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，并广泛应用于污水处理、大气净化及污染环境介质治理等方面。至今，英、法、德、荷等国已取得了大量实用性的环境生物技术研究成果，部分已经商品化。荷兰自1982年以来，已利用环境生物技术治理并恢复了6000多
15、处污染地。环境生物技术的重要性也为众多的国家普遍接受，并成为发达国家优先发展及应用的环境保护新技术。1994年4月，在美国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。,BACK,环境生物技术产业化步伐加快、前景广阔,目前，国际上许多环境生物技术成果己进入商品化、产业化。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。随着经济的发展，新污染治理的需要，新技术、新工艺设备不断出现，并产业化，美国在此领域内的年市场份额达数百亿美元，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，并进行野外应用实验。美国还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。,环境生物技术产业化步伐加快、前景广阔,随着全球范围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(Clean Air Act)实施后，将形成高达几百亿美元的燃煤脱硫市场，预计微生物脱硫将达250亿美元。多年来，由于全球范围的滥用化学品，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，全球市场将达115亿美元。 总之，环境生物技术具有广阔的市场前景。,谢谢！,
