環(huán)境生物技術(shù)
環(huán)境生物技術(shù)(environmental biotechnology, EBT),是人類在面臨生存和發(fā)展的危機(jī)中所進(jìn)行的一場拯救環(huán)境的“革命”中的核心技術(shù)之一。人類在發(fā)展物質(zhì)文明的同時,也帶來了許多生態(tài)環(huán)境問題,而這些問題已經(jīng)威脅著人類的生存和發(fā)展,迫使人類采取必要的措施,改善生存環(huán)境,在這一過程中,環(huán)境生物技術(shù)起著重要作用。
環(huán)境生物技術(shù)(environmental biotechnology, EBT)也稱環(huán)境生物工程(environmental bioengineering),是由現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境工程相結(jié)合發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科。目前還沒有一個統(tǒng)一的定義。
南京大學(xué)程樹培教授提出:環(huán)境生物技術(shù)的定義可以由生物技術(shù)的定義延伸擴(kuò)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(jī)能,建立降低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝,或者能夠高效凈化環(huán)境污染以及同時生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術(shù)系統(tǒng),稱為環(huán)境生物技術(shù)。
德國國家生物技術(shù)研究中心的Timmis K. N.博士對環(huán)境生物技術(shù)下的定義是:環(huán)境生物技術(shù)是應(yīng)用生物圈的某部分使環(huán)境得以控制,或治理預(yù)定要進(jìn)入生物圈的污染物的生物技術(shù),包括環(huán)境中污染物的生物減少(bioelimination)、污染場地的生物修復(fù)(bioremediation)和生物可降解材料的開發(fā)與應(yīng)用等。
美國國家科學(xué)與技術(shù)委員會認(rèn)為:生物技術(shù)在解決與環(huán)境管理和質(zhì)量保證有關(guān)的問題方面,所起的作用主要有:1、能對良好的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價;2、可將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì);3、能利用再生資源生產(chǎn)生物可降解材料;4、可開發(fā)對環(huán)境安全的產(chǎn)品加工工藝和廢物處理技術(shù)。
廣義的環(huán)境生物技術(shù)涉及面很廣,凡自然環(huán)境中涉及的環(huán)境控制有關(guān)的生物技術(shù),都可歸結(jié)為環(huán)境生物技術(shù)。簡明而言,“環(huán)境生物技術(shù)是應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的技術(shù)”。
如果考慮到環(huán)境生物的功能,廣義上環(huán)境生物技術(shù)應(yīng)包括以下兩方面的內(nèi)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(huán)境中已經(jīng)存在的一些污染物質(zhì)和有毒物質(zhì),使得環(huán)境得以凈化的生物技術(shù)。
生物生產(chǎn), 利用生物體作為反應(yīng)器或利用活體生物的某些功能進(jìn)行生物生產(chǎn),以提供人類生產(chǎn)和生活所需產(chǎn)品和服務(wù)的生物技術(shù)。這是一種最具可持續(xù)發(fā)展概念的生產(chǎn)技術(shù),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(huán)境生物技術(shù)改善環(huán)境質(zhì)量的直接的和間接的兩個方面。從廣義上說,環(huán)境生物技術(shù)在諸如以較低的環(huán)境成本生產(chǎn)食品、為化學(xué)加工工業(yè)提供較少毒性的化合物、或產(chǎn)生較少污染的生產(chǎn)工藝、從環(huán)境中消除毒性化合物、控制人類傳染性疾病等方面發(fā)揮重大作用。但最直接地看,以環(huán)境生物技術(shù)中的污染物去除和污染場地的生物恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境工程中尤為重要,因為在沒有更好的可替代工藝被開發(fā)利用的情況下,控制污染物進(jìn)入環(huán)境及清除已經(jīng)進(jìn)入環(huán)境中的污染物質(zhì)是保證環(huán)境質(zhì)量的重要手段。
由于環(huán)境問題的復(fù)雜性和多樣性,環(huán)境生物技術(shù)的范圍也極為廣泛。到目前為止,環(huán)境生物設(shè)計的學(xué)科包括分子生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)、基因工程學(xué)、酶工程學(xué)、發(fā)酵工程學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)、生態(tài)學(xué)、微電子學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等等。
有人從技術(shù)難度和理論深度的角度,提出環(huán)境污染物生物凈化的三個部分或三個層次:
第一層次,為現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù),是指以基因工程為主導(dǎo)的近代防治污染生物技術(shù)。包括構(gòu)建降解殺蟲劑、除草劑、多環(huán)芳烴類化合物等污染物的高效基因工程菌,創(chuàng)造抗污染型轉(zhuǎn)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(xiàn)的大量環(huán)境難題成為可能。
第二層次,傳統(tǒng)的生物處理技術(shù),以廢物的生物處理為主要內(nèi)容,包括在新的理論和技術(shù)支撐下開發(fā)出的一系列廢物強(qiáng)化處理工藝。這是目前廣泛使用的治理污染的生物技術(shù),仍在不斷強(qiáng)化和改進(jìn),已為控制現(xiàn)時的環(huán)境質(zhì)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(yīng)用的環(huán)境污染去除的主要技術(shù)。
第三層次,自然界的生物修復(fù)功能,主要是包括氧化塘、人工濕地和農(nóng)業(yè)生態(tài)工程等。其特點是最大響度地發(fā)揮自然界的生物環(huán)境功能,投資運行費用少,易于操作管理。
應(yīng)該指出的是,以上三個層次沒有重要與不重要之分,均是進(jìn)行污染治理的不可缺少的技術(shù)手段。為解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,需要三個層次的技術(shù)相互組合。