2020年(生物科技行業(yè))環(huán)境保護(hù)與生物技術(shù)

1、生物科技行業(yè)） 環(huán)境保護(hù) 與生物技術(shù)環(huán)境保護(hù)和生物技術(shù)壹、我國環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)狀 環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)前國際關(guān)系、經(jīng)貿(mào)合作中的壹個極為重要的問題，也日益嚴(yán)重 地影響著我國國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在我國過去幾十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，由于忽 視了發(fā)展中的環(huán)境保護(hù)， 目前環(huán)境狀況十分嚴(yán)峻。 近年來雖采取了大量控制措施， 但環(huán)境質(zhì)量下降的趨勢仍在繼續(xù)。我國是世界上環(huán)境污染最為嚴(yán)重的國家之壹， 從城市到鄉(xiāng)村， 我國的大氣、 河流、 湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。貴陽、重慶、北京、蘭州等五個城 市位于世界十大空氣污染最嚴(yán)重的城市中之列， 全國 600 多個城市中、 大氣質(zhì)量 符合國家壹級標(biāo)準(zhǔn)的不足 1% 。全國

2、范圍的酸雨危害的程度和區(qū)域日益擴大。全 國每年污水排放達(dá) 360 億噸，僅 10% 的生活污水和 70% 的工業(yè)廢水得到處理， 其中約有壹半工業(yè)污水處理設(shè)施的出水達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。其他未經(jīng)處理的污 水直接排入江河湖海，致使我國的水環(huán)境遭受嚴(yán)重污染和破壞。據(jù)統(tǒng)計，全國七 大水系和內(nèi)陸河流的 110 個重點河段中，屬 4 類和 5 類水體的占 39% ；城市地 面水污染普遍嚴(yán)重， 且呈進(jìn)壹步惡化的趨勢， 136 條流經(jīng)城市的河流中， 屬 4 類、 5 類和超過 5 類標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá) 76.8% ；約 50% 的城市地下水受到不同程度的污染； 全國大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富營養(yǎng)化程度逐年加??；壹些

3、地區(qū)的飲用水 源受到嚴(yán)重污染，對人民健康造成嚴(yán)重危害。城市垃圾和工業(yè)固體廢棄物和日俱 增，工業(yè)廢棄物累計堆積量已超過 66 億噸，占地超過 5 萬公頃，使 200 多個城 市陷入垃圾包圍之中。嚴(yán)重的生態(tài)破壞，加重了 1998 年的長江洪水災(zāi)難，給人 民的生命財產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重?fù)p失。 當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)仍然保持著高度發(fā)展的態(tài)勢，環(huán)境保護(hù)的壓力將進(jìn)壹步加重， 由人類活動所造成的環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量的惡化已成為制約我國社會和經(jīng)濟(jì)可 持續(xù)發(fā)展的障礙。據(jù)中國社會科學(xué)院 1998 年度調(diào)查和估計，我國環(huán)境污染和生 態(tài)破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過 2000 億元人民幣。如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時 控制環(huán)境污染

4、，改善環(huán)境質(zhì)量，以實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之目標(biāo)是我國目前亟 待解決的重要問題。當(dāng)今世界各國已普遍接受“可持續(xù)發(fā)展”這壹全新的概念，且圍繞它制定和實施 本國的環(huán)境保護(hù)及其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策?？沙掷m(xù)發(fā)展要求在保持經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同 時，必須保護(hù)好人類賴以生存的環(huán)境。環(huán)境和經(jīng)濟(jì)及貿(mào)易掛鉤是當(dāng)前國際政治及 經(jīng)濟(jì)關(guān)系發(fā)展中的新形勢。例如，在日元貸款中，環(huán)保貸款已成為非常重要的組 成部分。 ISO14000 系列國際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，將要求企業(yè)承擔(dān)相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)責(zé) 任，且對達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)給予認(rèn)證。沒有得到認(rèn)證的企業(yè)的產(chǎn)品，在出口時將 有可能面臨被國外政府以未承擔(dān)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任而拒絕進(jìn)口；同時，國外大型企 業(yè)也可能

5、因害怕和這些未達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)合作而影響其形象，從而中止和這些 企業(yè)的合作。 至 2003 年，ISO9000 系列質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將和 ISO14000 系列環(huán)境管理 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)壹成壹個標(biāo)準(zhǔn)， 從而將進(jìn)壹步強化環(huán)境保護(hù)對企業(yè)發(fā)展的重要意義。 因此， 良好的環(huán)境保護(hù)將加強我國企業(yè)的國際競爭力。否則，在當(dāng)前國際貿(mào)易中保護(hù)主 義盛行的情況下，我國將可能面臨因環(huán)境問題而被排斥在國際貿(mào)易之外的危險。 然而，我國現(xiàn)有的環(huán)?？萍妓饺暂^低，缺乏可被應(yīng)用的高科技成果及高技術(shù)人 才。而可持續(xù)發(fā)展這壹方針的最終實現(xiàn)必須依靠科技進(jìn)步，特別是高新技術(shù)的應(yīng) 用。僅靠傳統(tǒng)的污染防治技術(shù)和手段，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足伴隨人類科技進(jìn)步帶來的

6、污染物產(chǎn)生速度和人類對生存環(huán)境質(zhì)量的要求， 必須另辟新的途徑。 20 世紀(jì)科技 進(jìn)步和社會發(fā)展已充分證明了高科技的作用，當(dāng)前的科索沃戰(zhàn)爭顯示，如要摧毀 壹座橋梁，過去幾百架次飛機也不壹定能夠成功的事情，而今只需最多倆枚導(dǎo)彈 即可達(dá)到，因此只有發(fā)展和掌握高科技技術(shù)才能在當(dāng)今的國際競爭中立于不敗。二、環(huán)境生物技術(shù)的特點生物是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成 的?？萍嫉陌l(fā)展也充分證明生物技術(shù)是環(huán)境保護(hù)的理想武器，這壹技術(shù)在解決環(huán) 境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體當(dāng)下它是壹個純生態(tài)過程， 從根本上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速

7、 度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點，加 之其技術(shù)開發(fā)所預(yù)示的廣闊的市場前景，受到了各國政府、科技工作者和企業(yè)家 的高度重視。隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對環(huán)境問題認(rèn)識的深入，人們已越 來越意識到， 現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展， 為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限的希望。 目前生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中主要是利用微生物，少部分利用植物作為環(huán)境污 染控制的生物。生物技術(shù)已是環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技術(shù)，其 在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、 廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等環(huán) 境保護(hù)的各個方面

8、，發(fā)揮著極為重要的作用。應(yīng)用環(huán)境生物技術(shù)處理污染物時， 最終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方 法處理污染物通常能壹步到位，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，因此它是壹種消除污 染安全而徹底的方法。特別是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，尤其是基因工程、細(xì)胞工程 和酶工程等生物高技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，大大強化了上述環(huán)境生物處理過程， 使生物處理具有更高的效率，更低的成本和更好的專壹性，為生物技術(shù)在環(huán)境保 護(hù)中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。 美國環(huán)保局 (EPA)在評價環(huán)境生物技術(shù)時也指出“生物治理技術(shù)優(yōu)于其他新技術(shù)的顯著特點在于其是污染物消除技術(shù)而不是污 染物分離技術(shù)” (Biotech

9、nologyNewswatch,August16,1993)由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應(yīng)物 (底物 )，其中壹些有機污染物經(jīng) 生物過程處理后可轉(zhuǎn)化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì)，因此，生物處理方 法也常是有機廢物資源化的首選技術(shù)。生物過程是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的，作為催 化劑的酶是壹種活性蛋白，因此，生物反應(yīng)過程通常是在常溫、常壓下進(jìn)行的。 另外，酶對底物有高度的特異性， 因此，生物轉(zhuǎn)化技術(shù) (Bioconversion) 的效率高， 副產(chǎn)物少，這和常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比，反應(yīng)條件大大簡化， 因而投資省、費用少、消耗低，而且效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便，同時，在多 數(shù)情況

10、下，它仍可和其他技術(shù)結(jié)合使用。用生物過程代替化學(xué)過程能夠降低生產(chǎn) 活動的污染水平，有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn)，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的 目標(biāo)。據(jù)美國環(huán)保局估算，美國現(xiàn)有的化學(xué)工業(yè)若有 5% 為生物過程取代，污染 防治費用可降低約 1 億美元。生物處理技術(shù)除易于大規(guī)模處理外，仍可利用天然 水體或土壤作為污染物處理場所，從而大大節(jié)約生物處理的費用。另外，生物技 術(shù)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品基本上都是能夠較快生物降解的，且且都能夠作為壹種營養(yǎng)源 加以利用。 用生物制品代替壹切能夠取代的化學(xué)藥物、 化石能源、人工合成物等， 有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染降至最低程度，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的 軌道。生物是構(gòu)成

11、生態(tài)系統(tǒng)的要素，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來 完成的。因此，利用環(huán)境生物技術(shù)可治理用其他方法難以處理的環(huán)境介質(zhì)，即用 生物修復(fù) (Bioremediation) 技術(shù)凈化環(huán)境， 使受污染的寶貴資源如水資源 (包括地 面水和地下水 )、土壤等得以重新利用， 同時仍可進(jìn)壹步強化環(huán)境的自凈能力。 環(huán)境生物技術(shù)不僅單純適用于環(huán)境污染治理，如今已相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān) 測，尤其是以生物傳感器為核心的環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)，可在線在位迅速地提供環(huán) 境質(zhì)量參數(shù)，成為環(huán)境質(zhì)量預(yù)報和報警中的重要組成部分。 三、環(huán)境生物技術(shù)的重要進(jìn)展 環(huán)境污染是人類社會在 21 世紀(jì)必將面臨的四大難題之壹，空氣、水體和土地資

12、 源的污染越來越嚴(yán)重，不但影響了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至已威脅到人類的 健康、智力乃至生存，因此全球各國近幾年都在尋找新的途徑和方法，以治理和 解決環(huán)境污染問題。 我國是壹個發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)水平和科技總體水平離國際發(fā)展水平仍有相當(dāng)差 距，這就要求我國在科技發(fā)展特別是環(huán)保高科技發(fā)展上，需跟蹤國際前沿，和國 際上同步開發(fā)未來可能應(yīng)用的高新技術(shù)。以下重點介紹幾項經(jīng)多年開發(fā)，已接近 產(chǎn)業(yè)化的環(huán)境生物技術(shù)。1. 高硫煤微生物脫硫技術(shù) 煤炭是世界能源的重要組成部分，我國是世界上最大的產(chǎn)煤國和煤消耗國，煤炭 占我國壹次能源的 3/4 ，高硫煤儲量約占總儲量的 1/3 ，且且高硫煤開采比例也 逐年上升，而黃

13、鐵礦硫約占總硫的 60% 。煤中通常含有 0.25 7%的硫，如我 國西南地區(qū)煤平均含硫量為 3.23% ，西北地區(qū)為 3.05% ，中南地區(qū)為 2.02% ，華 北地區(qū)為 1.65% 。煤炭中的硫分為可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸鹽，可燃 硫包括無機硫和有機硫?？扇剂蚪?jīng)燃燒生成 SO2 隨煙氣排入大氣，導(dǎo)致了嚴(yán)重 的環(huán)境污染，造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)數(shù)百億元。據(jù)報道， 1997 年，我國的 SO2 年排放量已達(dá) 2346 萬噸，居世界第壹位， 62% 的城市大氣 SO2 日平均濃度超過 國家三級標(biāo)準(zhǔn)； 全國酸雨區(qū)面積已占國土面積的 30% ，華中酸雨區(qū)酸雨頻率高達(dá) 90% 之上。預(yù)計 2000

14、 年我國壹次能源的消耗量將超過 12 億噸。 SO2 年排放量 將會達(dá)到 3822 萬噸。中國 21 世紀(jì)議程中指出：“發(fā)展少污染的潔凈煤技術(shù) 是中國政府履行國際公約、承擔(dān)相應(yīng)國際義務(wù)的重要方面，也是促進(jìn)中國以煤為 主的能源系統(tǒng)向環(huán)境無害的可持續(xù)發(fā)展的模式轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略組成部分。 ”可見潔凈 煤是中國能源的未來。我國是壹個發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)仍比較落后，如何采取可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，開發(fā)廉 價的、操作簡便的煤脫硫技術(shù)，將具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)意義。在眾多的煤 潔凈、脫硫技術(shù)中，煤的燃前脫硫技術(shù)，其脫硫成本僅相當(dāng)于洗滌煙氣脫硫的 1/10 ，同時燃前脫硫便于大規(guī)模、全面地控制燃煤的二氧化硫、粉塵排放，因而

15、 受到各國的高度重視。 和現(xiàn)有的物理、 化學(xué)法相比， 微生物潔凈技術(shù)具有投資低、 操作簡便、反應(yīng)條件溫和、不產(chǎn)生新的污染， 且可和現(xiàn)有的物理洗煤過程相結(jié)合， 脫除其中的灰分，而煤基本無損失，且可提高煤的燃值，因而受到許多國家政府 和企業(yè)的極大關(guān)注，競相開發(fā)這壹技術(shù)。煤的微生物潔凈技術(shù) (主要是脫硫、脫塵 )研究是在生物瀝濾銅、鈾等金屬的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的。煤炭中的硫分主要包括有機硫和無機硫、無機黃鐵礦硫以及少量 的硫酸鹽硫。其中，相比有機硫分、黃鐵礦硫 (FeS2)較易去除，早期的研究主要 利用 Thiobacillusferrooxidans 自養(yǎng)菌在幾天時間里將黃鐵礦氧化分解成鐵離子 和硫

16、酸，硫酸溶于水中而排出，該方法可去除約 90% 的無機硫，使某些煤的含硫 量降至 1% 以下。雖然該方法脫硫效率較高，但缺點是處理的時間較長，且要求 較大的反應(yīng)器容積和較細(xì)的煤炭粒徑。意大利、荷蘭、英國和德國等國參加的歐 共體項目已在意大利的 NorthSardinia 煤礦建立了壹個利用煤微生物脫硫凈化技 術(shù)的示范工程，進(jìn)行應(yīng)用微生物脫除煤中無機硫及有機硫的工業(yè)化實驗。實驗結(jié) 果顯示，該方法要溶解黃鐵礦需花 12 周的時間，煤粒要求細(xì)小。同時國際研 究機構(gòu)的實驗顯示，該方法的技術(shù)可行性雖已無障礙，但該方法能耗較高，所需場地較大，經(jīng)濟(jì)可行性較差。為提高脫硫效率，近年來研究人員把煤的物理選煤技術(shù)

17、之壹的浮選法和微生物處 理相結(jié)合，即把煤粉碎成微粒和水混合，且將微生物加入溶液中，讓微生物附著 在黃鐵礦表面， 使其表面變成親水性， 能溶于水。 在浮選中其難以附著在氣泡上， 下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時 間只需數(shù)分鐘即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約 70% 。另外， 該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時， 灰分也可同時沉底， 所以也具有脫去灰分的優(yōu)點。A.S.Atins 等采用 Thiobacillusferrooxidans 菌在煤炭粒度 0.15 ±0.075mm 、煤 漿濃度 2%、細(xì)菌濃度 3.26 ×10 10 個/

18、g、pH 2 的條件下，對美國壹種 高硫煤（總硫 10.4% ，黃鐵礦硫 5.9%）處理 2分鐘后，用常規(guī)浮選分離，結(jié)果 精煤總硫降至 66.45% ，黃鐵礦硫脫除率達(dá) 75% 之上，而若無細(xì)菌處理，精煤 總硫仍高達(dá) 10.2% ，基本沒有脫除。 Attia 等對皮茲堡倆種含硫分別為 3.8%（ 黃 鐵礦硫 1.9%） 和 1.59% 的煤樣利用微生物進(jìn)行了約 10 分鐘的處理，前壹種煤樣 黃鐵礦和灰分的脫除率達(dá)到 80% 和 60%之上，另壹煤樣也顯示了相似的結(jié)果。 日本 Ohmura 等也開展了壹系列類似的研究， 取得了良好的脫硫效果。 目前，浮 選法微生物脫硫已成為國際上潔凈煤技術(shù)開發(fā)的

19、熱點。 我國在煤的微生物脫硫方面的研究起步較晚， 80 年代中期后， 我國壹些研究人員 在利用微生物進(jìn)行煤脫硫 （包括有機硫 ）方面開展了壹些基礎(chǔ)研究工作。從松藻煤 礦分離到氧化亞鐵硫桿菌，在 pH1.55 1.70 的條件下，利用浸出法可使黃鐵礦 硫的去除率達(dá)到 86.11 95.16% 。國家環(huán)境保護(hù)總局資助，中國環(huán)境科學(xué)研究院生物工程重點實驗室進(jìn)行了浮選法微生物脫硫工藝的可行性研究。 結(jié)果顯示該工藝是相當(dāng)可行的。 在中性條件下， 經(jīng)約 30 分鐘的微生物處理，可脫除無機硫達(dá) 60% ，比純物理浮選提高約 1 倍。 目前該技術(shù)正進(jìn)行擴大規(guī)模試驗，預(yù)計將在未來 12 年內(nèi)完成，從而為該項目

20、的產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。2. 造紙工業(yè)中的生物制漿和生物漂白技術(shù) 造紙工業(yè)是世界上六大污染工業(yè)之壹。我國造紙行業(yè)年排放廢水量達(dá) 40 億噸， 占全國工業(yè)廢水排放量的 1/6 ，其中有機污染物 （以 BOD 計）達(dá) 170 萬噸，約占 全國工業(yè)廢水中有機污染物總量的 1/4 。在用植物材料進(jìn)行化學(xué)制漿和化學(xué)漂白 過程中，含有大量木質(zhì)素、半纖維素和有害物質(zhì)的廢液被傾倒入江河湖泊中，造 成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。多年來，人們不懈地努力，試圖開發(fā)出無污染和 高效率的制漿造紙新工藝，以減少污染，保護(hù)環(huán)境。 造紙工業(yè)中的制漿和漂白工序是污染物產(chǎn)生的主要工序。和化學(xué)法相比，雖然機 械法制漿能夠大大提高紙漿得率，

21、從而節(jié)省大量林木資源?？墒?，磨木漿的能量 消耗很大，而且成品紙的強度等質(zhì)量性能不如硫酸鹽漿，因而限制了這項技術(shù)的 發(fā)展。生物技術(shù)能夠幫助解決這些問題，其中最具吸引力和挑戰(zhàn)性的是生物制漿 和生物漂白。因為造紙工業(yè)廢水主要由蒸煮黑液和漂白廢液組成，采用生物制漿 和生物漂白能夠有效減少這些廢液的產(chǎn)生。利用微生物和微生物酶類進(jìn)行生物制 漿和生物漂白具有很大的優(yōu)勢和潛力，因為微生物極易生長繁殖，酶催化反應(yīng)具 有高度專壹性，反應(yīng)條件溫和，且且高效無污染。 1987 年，在美國政府和 Weaver 工業(yè) X 公司等造紙企業(yè)的支持下，組建了生物制漿財團(tuán)，由美國農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)研究 所聯(lián)合威斯康星大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)等

22、研究機構(gòu)，開展了長期深入的研究工作。他們選出了壹株能快速生長且選擇性從木材中除去木素的白腐菌(Ceriporiopsissubvermispora)把它接種到用蒸汽簡單滅過菌的木片上，用強制通風(fēng)的辦法來控制溫濕度，培養(yǎng) 2 周后，用于熱機法制漿，已完成了 50 噸規(guī) 模的實驗。結(jié)果顯示，不僅能夠節(jié)省能耗 38% ，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，而且能夠減 少樹脂問題， 明顯改善成紙的強度性能。 目前他們正在努力加快新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化， 且力圖將新技術(shù)的應(yīng)用范圍擴大到亞硫酸鹽漿、硫酸鹽漿，乃至非木材漿中去。 木質(zhì)素是造紙工業(yè)中有效利用纖維素的最大障礙。在化學(xué)制漿過程中，大部分木 質(zhì)素可從木材、草類或其他粗原料的

23、纖維中除去，但仍殘留大約312% ，這部分殘留的木質(zhì)素會造成紙漿褐色，且降低紙張的強度。因此，需要對紙漿進(jìn)行漂 白。傳統(tǒng)的化學(xué)漂白法是采用多段的氯 / 二氧化氯漂白及堿提取來去掉木質(zhì)素， 在 廢水中會有大量含氯的、致癌致畸的物質(zhì)，如呋喃、二惡英等，造成嚴(yán)重的環(huán)境 污染和生態(tài)破壞。80 年代初，西方工業(yè)國家工業(yè)污染控制戰(zhàn)略出現(xiàn)了重大變革， 以污染預(yù)防取代了 污染治理。芬蘭率先將生物預(yù)漂白技術(shù)引入制漿造紙工業(yè)中。用木聚糖酶對紙漿 進(jìn)行預(yù)漂白，能夠減少隨后的化學(xué)漂白用氯量 30 40% ，廢液中有機氯化物 和毒性物含量顯著減少。至今，用于生物預(yù)漂白的木聚糖酶已經(jīng)經(jīng)歷了三代的發(fā) 展。從第壹代酸性酶，第

24、二代中性酶，到第三代堿性酶。 目前，對第三代木聚糖酶的研究和應(yīng)用正進(jìn)入高峰期，采用基因工程和蛋白質(zhì)工 程手段獲得性質(zhì)優(yōu)良的耐熱耐堿木聚糖酶已成為各相關(guān)實驗室的研究熱點，期望 不久的將來重組酶會更有效地應(yīng)用于漂白工藝中。目前，酶法助漂新工藝在歐洲 和北美的 30 余家大型紙廠得到應(yīng)用，成為生物技術(shù)在造紙工業(yè)應(yīng)用最成功的壹 例。加拿大已有約 10%的硫酸鹽法紙漿廠采用了該新工藝。 丹麥諾和諾德 X 公司 和美國山道斯化學(xué) X 公司等多家酶制劑廠商， 紛紛推出了專門用于紙漿處理的木聚糖酶和纖維素酶新產(chǎn)品 由于木聚糖酶處理工藝是通過降解除去紙漿表面再沉積的半纖維素等方式，來幫 助化學(xué)漂劑漂白的。木聚糖

25、酶只能起到助漂的作用，不能真正替代化學(xué)漂劑。因 此，生物預(yù)漂白且不能完全替代化學(xué)漂白，能減少污染卻不能最終消除污染，因 此要從根本上消除有毒氯漂液的污染，需最終實現(xiàn)生物漂白，即完全采用生物手 段除去紙漿中殘留的木質(zhì)素。近年來，利用各種木質(zhì)素酶進(jìn)行生物漂白的研究正 在迅速興起，人們期望利用木質(zhì)素酶對木質(zhì)素的直接作用來實現(xiàn)生物漂白。許多 實驗室都在努力研究非木聚糖酶的漂白用酶，涉及的酶類包括木素過氧化物酶、 錳過氧化物酶、漆酶和纖維二糖脫氫酶等。其中，壹種叫做漆酶的木質(zhì)素酶成為 近年來的研究熱點。過去，壹般都認(rèn)為漆酶的氧化仍原電位太低， 不能攻擊構(gòu)成木素結(jié)構(gòu) 90% 之上的 非酚木素結(jié)構(gòu)。但進(jìn)入

26、90 年代后，有人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有可起氧化仍原中介物作用的 簡單有機化合物存在時，漆酶不僅能氧化非酚結(jié)構(gòu)，而且能使硫酸鹽漿脫木素和 脫 甲 氧 基 。 目 前 研 究 較 多 的 中 介 物 有 1- 羥 基 苯 且 三 唑 (1-hydroxybensotriazol,1-H 等。佐治亞大學(xué)的研究者則發(fā)現(xiàn)壹株漆酶產(chǎn)生菌朱 紅密孔菌 (pycnoporusCinnaba-rinus) 能夠產(chǎn)生自己的氧化仍原中介物 3- 羥基 鄰氨基苯甲酸 (3-hydroxyanthranilicacid,3-HAA) 。漆酶加 3-HAA 系統(tǒng)不僅能 氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。日本報道，利用漆酶進(jìn)

27、行生物漂 白，能夠去掉 50 60%的殘余木質(zhì)素，減少氯漂 50 60% ，然而，離真正 意義的生物漂白仍有壹段距離。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且且在紙漿中木質(zhì)素和 木聚糖形成復(fù)合體緊密地附著在纖維上，難以除去。僅依賴于壹種酶的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不夠，利用木聚糖酶和木質(zhì)素酶倆種酶的共同作用有望完全降解掉紙漿中殘留的 木質(zhì)素，實現(xiàn)真正意義上的生物漂白。未來生物制漿和生物漂白的技術(shù)突破將使 造紙工業(yè)擺脫污染，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。3. 石油污染土壤的生物修復(fù) 人類的生產(chǎn)活動，當(dāng)代工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的人造化學(xué)物質(zhì)排放入環(huán)境中，對 資源和環(huán)境構(gòu)成越來越嚴(yán)重的破壞?；剂系拈_采和使用，工業(yè)三廢的排放， 給我們賴以生存的

28、環(huán)境造成難以估量的污染，比如在國外僅石油的開采、運輸、 儲存以及事故性泄漏等原因造成每年約有 1000 萬噸石油烴進(jìn)入環(huán)境 （不包括石油 加工行業(yè)的損失 ），另外全世界各國每年大約使用 1500 萬噸的各種農(nóng)藥廣泛噴灑 于面積巨大的農(nóng)田， 引起土壤、 地下水、 水系和海洋的嚴(yán)重污染， 破壞生態(tài)平衡， 不僅制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且影響到人類的健康和生存。我國如華北油田周圍的 很多農(nóng)田由于原油污染而無法耕種，每年都要支付大量資金作為對農(nóng)民的賠償。 黃河水系年平均含油最高可達(dá) 4.82mg/L ，遼河水系年平均含油最高可達(dá) 7.68mg/L ，明顯地超過了國家三級地面水的標(biāo)準(zhǔn) （0.1mg/L） 。有

29、的甚至污染到 地下水資源，如山東淄博地區(qū)地下水最高含油達(dá)到了 100mg/L 之上，超過國家 標(biāo)準(zhǔn) （ 0.1mg/L）1000 倍之上。全國各地的儲油場所也已開始滲漏污染到地下 水，嚴(yán)重威脅了地下水資源的水質(zhì)，石油污染是 1998 年發(fā)生在渤海的 1 萬平方 公里赤潮的主要原因之壹。 有鑒于此， 世界各發(fā)達(dá)國家紛紛制定了環(huán)境修復(fù)計劃， 如荷蘭在 80 年代已投資 15 億美元進(jìn)行土壤污染的修復(fù)， 德國在 1995 年壹年就 投資 60 億美元凈化土壤污染，英國、法國、日本、俄羅斯等也相應(yīng)投巨資進(jìn)行 環(huán)境污染的修復(fù)。據(jù) 21 世紀(jì)生物技術(shù)：新的方向壹書介紹，美國在 90 年代 中，每年都投資幾

30、百億美元進(jìn)行污染環(huán)境的修復(fù)，該書分析：如果采用傳統(tǒng)的修復(fù)方法 （物理和化學(xué)方法 ）來治理美國本土陸地上的環(huán)境污染，就需要投資1.7 萬 億美元，而如果采用生物修復(fù)技術(shù)，而只需 3400 6000 億美元的投資，也就是 傳統(tǒng)方法所需投資的 1/5 1/3 。該書仍分析： 在今后若干年內(nèi)， 美國市場對生物 修復(fù)技術(shù)服務(wù)及其生物產(chǎn)品的需求將以每年 15%或更高的速度增長， 到 2000 年 生物修復(fù)技術(shù)的純利潤將超過 5 億美元。 針對嚴(yán)重污染的環(huán)境，我國尚未采取大規(guī)模的治理措施，僅在少數(shù)地區(qū)開展了治 理，且以物理化學(xué)方法 （如洗脫、吸附 ）為主，不僅投資成本高，而且也造成了二 次污染。我們的國土面

31、積比美國略大，且環(huán)境污染仍更為嚴(yán)重，對全國范圍的污 染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，若采用傳統(tǒng)方法，即使考慮勞動力相對便宜的因素，其投資規(guī) 模將仍然非常龐大， 如采用生物修復(fù)技術(shù)， 不僅其投資規(guī)模大為縮小 （僅需傳統(tǒng)方 法的 1/5 1/3） ，而且仍沒有二次污染。綜上所述，環(huán)境污染的生物修復(fù)技術(shù)是 我國今后治理環(huán)境污染必須發(fā)展的生物技術(shù)，更具有廣闊的市場和發(fā)展前景?？?充分預(yù)見，在 21 世紀(jì)，生物修復(fù)技術(shù)將成為我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域最具有價值 和最具有生命力的大面積污染的優(yōu)選生物工程技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)是 80 年代以來出現(xiàn)和發(fā)展的清除和治理環(huán)境污染的生物工程技術(shù)， 其主要利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力

32、，去除污染環(huán)境如土壤中的污染 物，達(dá)到清除環(huán)境污染的目的。在該技術(shù)的萌芽階段，主要應(yīng)用于環(huán)境中石油烴 污染的治理，且取得成功。實踐結(jié)果表明生，物修復(fù)技術(shù)是可行的、有效的和優(yōu) 越的，此后該技術(shù)被不斷擴大應(yīng)用于環(huán)境中其他污染類型的治理。歐洲各國如德 國、丹麥、荷蘭對生物修復(fù)技術(shù)非常重視，全歐洲從事該項技術(shù)的研究機構(gòu)和商 業(yè) X 公司大約有近百個，他們的研究證明，利用微生物分解有毒有害物質(zhì)的生物 修復(fù)技術(shù)是治理大面積污染區(qū)域的壹種有價值的方法。 美國國家環(huán)保局、 國防部、 能源部都積極推進(jìn)生物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用。美國的壹些州也對生物修復(fù)技術(shù) 持積極態(tài)度，如新澤西州、威斯康星州規(guī)定將該技術(shù)列為凈化受

33、儲油罐泄漏污染 土壤治理的方法之壹。 美國能源部制定了 90 年代土壤和地下水的生物修復(fù)計劃， 且組織了壹個由聯(lián)邦政府、學(xué)術(shù)和實業(yè)界人員組成的“生物修復(fù)行動委員會” (BioremediationActionCommittee) 來負(fù)責(zé)生物修復(fù)技術(shù)的研究和具體應(yīng)用實 施。生物修復(fù)是采用諸如提高通氣效率、補充營養(yǎng) (對石油污染而言，主要是補充 N、P)，投加優(yōu)良菌種、改善環(huán)境條件等辦法來提高微生物的代謝作用和降解活 性水平，以促進(jìn)對污染物的降解速度，從而達(dá)到治理污染環(huán)境的目的。生物修復(fù) 技術(shù)最成功的例子是 JonE.Llidstrom 等人在 1990 年夏到 1991 年應(yīng)用投加營養(yǎng) 和高效降

34、解菌對阿拉斯加 ExxonValdez 王子海灣由于油輪泄漏造成的污染進(jìn)行 的處理，取得非常明顯的效果，使得近百公里海岸的環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。 四、展望 自本世紀(jì) 70 年代以來，發(fā)達(dá)國家就十分重視生物技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，且開 展了大規(guī)模的科研活動。目前已開發(fā)了壹系列的環(huán)境生物技術(shù)及其產(chǎn)品，且在世 界上廣泛應(yīng)用于污水處理、大氣凈化及污染環(huán)境介質(zhì)治理等諸多方面。例如，美 國 Charabarty 構(gòu)建的超級細(xì)菌可快速降解土壤和水體中的石油組分，該技術(shù)已 獲得專利，且在海灣戰(zhàn)爭中得到了應(yīng)用。至今，英、法、德、荷等國已取得大量 實用性的環(huán)境生物技術(shù)研究成果， 部分已經(jīng)商品化。 如英國 ICIX

35、公司的生物可降 解塑料等環(huán)境友善產(chǎn)品 (EnvironmentallyFriendlyProducts) ，在世界上具有廣泛 影響。荷蘭在環(huán)境生物技術(shù)的研究及應(yīng)用中在歐洲居領(lǐng)先地位， 自 1982 年以來， 已利用環(huán)境生物技術(shù)治理 且恢復(fù)了 6000 多處污染地，壹批 X 公司，如 GistBrocedesX 公司已迅速發(fā)展起來。環(huán)境生物技術(shù)的重要性已為眾多的國家普遍接受，在發(fā)達(dá)國家，已成為優(yōu)先發(fā)展 及應(yīng)用的環(huán)境保護(hù)新技術(shù)。例如， 1996 年 6 月在美國召開的， 96 環(huán)境生物技術(shù) 大會上，生物恢復(fù)、工業(yè)水處理、空氣處理和污染防治專題討論均有相關(guān)政府和 工業(yè)部門代表參加。 1994 年 4

36、 月由美國生物工業(yè)組織 (BIO) 和白宮國家科學(xué)技術(shù) 委員會組織的可持續(xù)環(huán)境中的生物技術(shù)大會上提出了基因工程微生物、優(yōu)選微生 物菌株和生物傳感技術(shù)中可利用菌株等三大最新發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域。這些技術(shù)領(lǐng)域的 發(fā)展不單純局限于工業(yè)末端處理和被污染系統(tǒng)的恢復(fù)，在污染防治或清潔生產(chǎn)方 面具有同樣重要的意義。例如，利用新型酶法生產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)生產(chǎn)、設(shè)計生物 可降解原料、 產(chǎn)品全生命周期分析等。 1995 年 12 月美國國家科學(xué)和技術(shù)委員會 發(fā)表了由其基礎(chǔ)科學(xué)委員會生物技術(shù)分委員會 (BiotechnologySubcommittee) 完 成 的 21 世 紀(jì) 的 生 物 技 術(shù) ： 新 的 方 向 (Biotechnologyforthe21stCentury:NewHorizons) 的藍(lán)皮報告，指出了生物技 術(shù)在經(jīng)歷了第壹次浪潮 (醫(yī)藥和健康 ) 后，迎來了第二次浪潮，這包括： 1.農(nóng)業(yè)生 物技術(shù)； 2.環(huán)境生物技術(shù) (主要是生物降解 )；3.生物制造工藝 / 生物處理工藝，包 括能源研究； 4.海