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关键词：可降解材料；光降解材料；生物降解材料
中图分类号：TQ464 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0210-02
由于传统塑料材料的机械强度与韧性优良，传统塑料材料被广泛应用于包装材料，但是对石油基材料的过度使用，导致一次性消耗的自然资源过多，这使环境恶化。处理石油基包装材料的主要方法――填埋、焚烧造成了对居民的困扰。随着人们环保意识的不断加强，可降解材料应运而生，针对资源短缺、环境污染的问题，可降解材料的特点是原料绿色无污染，降解之后的产物对环境影响污染较小，甚至无污染。
1 可降解材料的概述
可降解材料是在生产过程中加入添加剂，使其本身在一定时间内能维持普通塑料的正常功能，超过一定时间或被废弃后，在光或微生物或其他因素的作用下，进行自身降解而后消失的材料。可降解材料可以减少一次性的难降解塑料在焚烧时对环境造成的危害，缓解填埋一次性难降解材料造成的人地矛盾。可降解材料从降解方式进行分类，可以分为光降解材料、生物降解材料以及其他降解材料。
1.1 光降解材料
光降解材料是一类添加光敏剂或引入特殊键的光敏基团，在太阳光的参与下，自身能进行对自身结构进行破坏的材料。
一类光降解材料的作用原理是聚合物在吸收太阳光后，光增敏基团被激活，使聚合物产生有双键等易于被降解的杂质，进一步发生氧化反应，最后降解为二氧化碳和水。例如：将一氧化碳为光敏单体与烯烃类单体聚合得到的如含有羰基结构的聚乙烯、聚氯乙烯等的光降解聚合物与同类树脂混合，可得到一种光降解材料；另一类光降解材料的原理是聚合物在生产时加入少量光敏剂，光敏剂在光照的条件下，促使聚合物产生自由基，加快自身的降解速率。光敏剂具有在光降解材料使用期内抗氧化的作用且能帮助维持光降解材料的正常使用，但在光降解材料使用期过后，又能促进其吸收光能进行自我分解的双重作用。含有光敏剂的光降解材料可分为含有过度的金属化合物如金属氧化物、有机金属化合物等的光降解材料和含有如蒽醌、嵌二萘等具有敏化烯烃塑料的多环芳香族碳氢化合物的光降解材料。
影响光降解的因素有聚合物结构（如含有羰基等）、光敏剂的添加、光波长、大气条件。光降解材料的缺陷有：第一，光降解的引发剂大多是对人体有害，因此不能应用于食品级，医疗级塑料；第二，大部分光降解材料不能被完全降解，这可能使其对环境的危害更大，第三，光降解材料应用范围较狭窄（地域狭窄），但可大面积应用于农田。
1.2 生物降解材料
由于光降解材料的局限，以及广泛的生物来源，目前的研究热点更多地放在生物降解材料上，相对于光降解材料，生物降解材料的原料来源更加绿色，降解的产物对环境的污染性也更加小。生物可降解材料是一类在酶或微生物的作用下，使维持自身结构的分子链逐渐断裂，形成对环境无害的小分子化合物的材料。
生物降解的方式有生物的物理、化学作用和酶的直接作用。根据来源的不同可以分为微生物降解型的生物材料、合成高分子型的生物降解材料、天然高分子型的生物降解材料。微生物降解材料是以有机物为碳源，微生物进行发酵转化为高分子聚酯，利用这种高分子聚酯制作为塑料的材料。合成高分子型的生物降解材料是利用化学方法合成在自然界中与原本存在的利于降解的高分子化合物。天然高分子型的生物降解材料是在合成时以淀粉、纤维素、木质素等多糖化合物为原料，在必要的条件下加入生物降解添加剂或经氧化、改性而加工制成的塑料。其中，淀粉基构成的可降解材料和PLA构成的可降解材料是当今研究的热点，PHB作为可降解材料也有较为广泛的应用。
淀粉通过植物光合作用而形成的，易得，降解后仍以二氧化碳和水的形式回归到生态环境中，是完全无污染的非常优良的生物降解材料。针对淀粉作为原料来源的淀粉基塑料是目前可降解材料领域研究的一大热点。淀粉基塑料研究的阶段主要有三个：第一阶段是少量淀粉加入到传统塑料中来达到可降解的目的；第二阶段是增加淀粉含量和淀粉与其中组分的连接；第三阶段是将淀粉经过处理，形成完全由淀粉组成的塑料。对淀粉进行改性，使其能够进行生物降解或能溶于水是研究的热点话题，如PVA与淀粉的混合物的研发。淀粉基塑料还有需降低成本、提高机械强度，以及提高给降解材料的降解周期控制等研究空间存在。目前研究最为成功的是将淀粉和高分子材料进行共混得到性能良好的可降解材料。
PLA（聚乳酸）是多糖经过降解发酵制得、纯化、聚合而成的环境友好型树脂。PLA是由乳酸分子在一定条件下脱水缩合而成。PLA在土壤掩埋条件下，在温度、氧气、弱碱性的共同作用下，6～12个月降解为乳酸，最终经微生物代谢，形成二氧化碳和水。PLA因其优良的生物相容性和机械强度，被广泛应用于新兴功能型医用高分子材料如医用手术缝合线、骨科用固定材料等。
PHB（聚β-羟基丁酸酯）是细菌体内碳源和能源的以颗粒状储存的酯类积累物。PHB对气体有阻挡性，能用于未添加抗氧化剂的食品的包装袋；PHB有良好的生物相容性，可用于手术缝合线、骨折固定材料；因PHB能够降解，可用于与农药或贵重药品的包埋处理。因为PHB用细菌发酵法进行生产，所以PHB的生产重点放在基因工程等技术。针对其易结晶、较脆、降解速度较慢的缺点，如何通过物理或化学的方法改善PHB的性能成为研究的重点对象。
1.3 其他降解材料
PVA（聚乙烯醇）因具有可控性――控制其醇解度和聚合度来把握PVA的溶解时间，成膜性、物理强度好――完全可以满足制做塑料的条件、毒性低、可达到100%降解、降解产物对环境无危害等优点，成为能够替代当今塑料的重点材料。PVA的原材料，PVA树脂分子链上的醋酸乙烯酯基体积较大，该基团的存在使得分子链上的羟基之间不易形成氢键，也一定程度上阻止了大分子之间的相互靠近，而PVA分子链上的羟基能和水分子之间形成氢键，这使PVA具有良好的水溶性，优异的水溶性有利于材料的降解。但是，单一的PVA材料机械强度难以满足使用要求。目前，淀粉/PVA共混体系能够满足塑料的正常使用，但是随着时间的加长，其力学性能下降得很快，说明其基本能满足可降解材料的条件。若要提高淀粉/PVA的耐水性，则可对淀粉/PVA共混体系进行甲基化改性、交联处理、加入纳米二氧化硅或加入柠檬酸和石油砂。但是PVA的生产工艺主要为流延法――首先将原料组分配好，后和水流延涂布到不锈钢辊上，再进行刮、剥离、收卷等工艺，因此，存在效率低和费用大的缺陷。PVA还需解决如何使高温水溶膜遇低温水完全不溶以及均匀及透明等问题。
光/生物双降解是一类加入一定量的光敏剂、促氧化剂等的在光和生物的共同作用下进行降解的聚烯烃材料。第一，有研究表明，生物降解以光降解为基础，对此，因其现已用于地膜、餐盒，这表现出了这种兼具两种降解方式的的技术先进性和实效性；第二，光/生物双降解材料降解较快，约60天能被完全降解。
2 发展前景及展望
大部分的可降解材料存在机械强度较小和韧性较弱以及降解的控制性较弱的缺c，因此，第一，可以多开发复合型可降解塑料，避免了单一原料造成的力学性能缺陷着重点放在开发应用范围广，原料易得、价格低廉的产品；第二，简化生产工艺扩大生产来促进可降解材料为我们实际生活所用。
3 结语
随着人们环保意识的增强和科技的飞速发展，可降解材料逐步取代石油基材料是必然趋势，如何充分发挥可降解材料的融传统包装材料的功能和特性和可降解，回归大自然的优点，成为各国研发的重点。
参考文献
[1]汪秀丽，张玉荣，王玉忠.淀粉基高分子材料的研究进展[J].高分子学报，2011（1）：24-37.
关键词：高分子材料 可降解 生物
1、前言
现代材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。20世纪后，合成高分子材料的研究迅速增加，给人们生活带来了巨大的便利。随着高分子材料在各个领域的大量应用， 废弃的高分子材料对环境的污染已成为世界性的问题。治理白色污染和寻找新的友好型非石油基聚合物是当前全球关注的问题。 生物降解材料正是治标又治本的有效途径，也是我国可持续发展的需要。
2、生物降解机理
高分子材料的降解分为光降解与光学化降解、机械化学降解、热降解与热学化降解、臭氧引发降解、离子降解、辐射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、 简单的水解或酶反应，以及其他有的机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。
高分子材料的生物降解过程可分为 以下4 个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。依靠范德华力和氢键维系的二次、三次结构的破裂而引发的高分子水合作用以及可能因化学或酶催化水解而破裂的高分子主链使高分子材料的强度降低。对交联高分子材料强度的降低，可能由于高分子主链、外悬基团、交联剂的开裂等造成。高分子链的进一步断裂会导致分子量降低和质量损失。最后分子量足够低的小段分子链被酶进一步代谢为二氧化碳、水等物质。总之， 生物的降解并非是单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学的协同作用， 还是一个相互促进的物理化学过程。目前为止，除了生物降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、 生物侵蚀及生物劣化等。
3、生物可降解高分子材料的应用
生物可降解高分子材料的应用范围很广，可用于农业、园林、水产以及装潢、包装、卫生、 化妆品等领域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物医疗工程领域。
3.1农业、园林、土木等用材
农业、园林、土木等用材包括苗圃用膜材、树根包装袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防护绿化卷材等。各种膜材和功能片材的使用时间不同，有的要求 1 个季节，有的最少要求 1- 3 年，例如：在树苗培植的几年时间里，用于植树方面的材料最终慢慢降解回归土壤. 目前，一些先进的农业国家不断投资建造以家畜粪或农业废弃物为原料的堆肥生产装置，农用等可降解塑料也可通过这些装置回归自然.
3.2装潢、卫生、生活、杂品
装潢、卫生、生活、杂品、医疗用材包括地毯垫布、包装袋、壁纸、帽子、内衣、餐巾纸、桌布、茶叶袋等等。以上大多数都是一次性用品，用后掩埋或燃烧均无毒气产生，还可以与其他有机废弃物一起变为堆肥， 回归自然。值得一提的是，一些具有生物体适应性的生物可降解高分子材料，可以广泛地应用于与生物体相接触的地方，今后还将研究出更广泛的用途.例如：一种称为 “自由树脂” 的材料，能在60℃热水里化成一团软泥，可以加工成各种形状的装饰品、玩具、文具等。冷却后，有足够的强度并长期不变形，再加热后又可以形成新的造型。
3.3包装工程中的应用
在包装行业中，高分子材料的应用越来越多，但是大量废弃的包装材料给环境造成了巨大污染。仅靠减少使用量是不能根本地解决问题的，采用降解性高分子才是可行的办法。目前，各种包装材料中聚乳酸具有最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸的阻气阻水性、可印刷性及透明性良好， 并且其基本原料乳酸是人体固有的物质之一，对人体无毒无害，在食品包装市场上有很大的前景。
很多大公司都看好这种新型的环保材料。可口可乐公司在盐湖城的冬奥会上用了50万只聚乳酸塑料制成的一次性杯子，这些杯子只需40天就可在露天的环境下消失得无影无踪。
3.4生物医学领域
生物可降解材料在医学领域上的应用原理是在机体生理条件下，通过水解或酶解，从大分子的物质降解为对机体无损害的小分子物质或者是小分子物质在生物体内自行降解，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄出去，对机体不产生任何毒副作用。生物降解材料已被广泛用于人造皮肤、缝合线、体内药物缓释剂和骨固定材料等外科手术中。聚丙烯、尼龙及聚酯纤维等合成纤维制成的医用缝合线不能被机体吸收，会产生排异的现象，而且在伤口愈合后还要进行再次手术才能去除。采用聚L-丙交酯（PLLA）、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科缝合线，可在伤口愈合后自动降解并被生物体所吸收，无需拆线，现已商业化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮肤可应用于治疗烧伤换皮等场合。另外，在治疗过程中还可将抗生素类药物及骨生长调节蛋白、骨生长因子等植入材料中，可以防止感染并促进骨愈合，控制药物在体内的释放速率，使药物在体内能够保持有效的浓度，减小或消除副作用，尤其是在植入或附于病区时，则更能显示其优越性。微胶囊技术在控制药物定时释放、增加药物的稳定性、降低药物毒副作用和有效利用率等方面具有积极意义。
4、生物可降解高分子前景展望
目前，生物降解聚合物的开发与应用还存在一些问题，国内外普遍承认，降解塑料比同类现行塑料的产品价格要高许多。聚合物的降解性必然会损害产品的持久性，也会在一定程度上降低它的力学性能，从而限制生物降解聚合物的应用范围。尽管如此，随着环保法规的完善和人们环保意识的增强，生物降解聚合物市场继续增长，尤其是在包装材料、塑料薄膜、医用材料等领域的应用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需经过较长的时间。开发低成本、 具有降解时控性和高效性的生物塑料是这一领域以后研究的主要方向。
关键词：可降解；生物膜载体；水处理
中图分类号;F407.61 文献标识码：A
引言
目前，我国水处理技术的不断进步，以及国家对环保事业的日益重视，大大促进了各种新型的水处理填料的研究、开发与应用，可降解生物膜载体是其中最具潜力者之一。今后，生物膜载体的发展方向将不仅仅是提高效率、优化性能，而且也在满足环境要求、防止二次污染、高效利用能源等方面。在特定的条件下，可降解生物膜载体通过一定的时间后能被附着在其表面的细菌、霉菌、原生动物、后生动物等各类水处理微生物降解，其自身分子量逐渐变小，最终代谢成CO2和H2O，而不会产生生物膜载体残渣，从而解决了水处理填料残渣对环境的二次污染问题。因此，国内外对可降解生物膜载体在水处理中的应用的研究逐步深入。
目前，实验室研究和工程应用中的可降解生物膜载体的种类较多，各自特性有较大差异。本文着重探讨了可降解生物膜载体的基本特性，介绍了其类别和研究现状，并对可降解生物膜载体今后的研究方向进行阐释。
1 可降解生物膜载体的基本特性
首先，可降解生物膜载体应具备传统生物膜载体的基本特性：（1）比表面积大、孔隙率高并且不易堵塞。生物膜载体通常含有充足的内外表面积，可为微生物提供栖息和繁殖所需的载体表面和生存空间，维持生物膜反应器内较大生物量和生物多样性。生物膜载体上附着的生物量是随着比表面积和孔隙率的增大而增多的，而生物量的增多又可以提高反应器可承受的最大有机负荷量。（2）易流化。孙广路[1]等研究了生物膜载体在移动床生物膜反应器（MBBR）运行中的堆积现象，获得了MBBR的填料分布方程，证明了生物膜载体易流化的重要性。（3）无毒害作用。生物膜载体必须保证运行过程中不会分解出抑制微生物正常生长的有害物质。（4）价格低廉且易于取材。（5）机械强度大。生物膜载体的机械强度应能保证其在使用周期中的寿命和稳定性。
除此之外，针对传统生物膜载体使用后含有大量有毒有害物质，通常的焚烧、填埋等垃圾处理方法难于去除，使载体残渣及有害物质长期存在于自然界中，造成环境的二次污染现象，可降解生物膜填料可在一定使用期后自发地或在附着微生物产生的活性降解酶作用下降解为简单小分子物质，这些小分子物质可作为微生物的营养物质被分解吸收，从而不会导致二次污染。
2 可降解生物膜载体的分类
目前，可降解生物膜载体的研究对象主要有三类：（1）天然高分子生物膜载体；（2）聚酯类可生物降解聚合物（BDP）生物膜载体；（3）改性可降解塑料生物膜载体。
2.1 天然高分子生物膜载体
天然高分子生物膜载体的生产原料十分容易获得且价格较低廉，同时，由于其来自于自然环境，具有对微生物无毒害作用，传质性能好，可完全被生物降解等优点，但天然高分子生物膜载体也普遍存在着强度较低，寿命短的问题。近年来，研究较多的天然高分子生物膜载体有纤维素、壳聚糖、海藻酸钠等。
纤维素是植物细胞的主要成分，是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是适合生物膜附着的理想载体。赵薇等[2]对比研究了未改性、交联、交联且阳离子化纤维素生物膜载体的性能，各种环境因子对纤维素的降解，以及对生物膜生长的影响情况。研究结果证明对纤维素生物膜载体进行交联或者阳离子化，均可以降低载体降解的速度。同时，阳离子化还会促进附着的生物膜的形成和生长。李斌等[3]利用农业废弃物（玉米芯、棉花、稻壳以及稻草）为反硝化碳源滤料，对比研究了这4种天然高分子生物膜载体的静态释碳量和质量、长时间的生物脱氮效果和微生物的附着特性。结果表明：相比较下，玉米芯载体在运行初期可以溶出较多的有机物质，从而促进微生物的附着和生物膜的繁殖生长。同时，这4种天然高分子生物膜载体中玉米芯表现出的长时间的生物脱氮效果最好。
壳聚糖是一类天然的碱性多糖，其前身甲壳素在自然界中具有丰富的储量，仅次于纤维素。壳聚糖具有可生物降解性、较好的生物亲和性、易改性和易固定化等诸多有利于作为生物膜载体的特性。20世纪90年代以来，以壳聚糖为生物膜载体的微生物固定化技术得到广泛研究。肖湘竹等[4]利用壳聚糖制备固定化厌氧污泥微球，研究了上流式厌氧污泥床反应器对TNT废水的处理，TN的去除率为75.76%～94.76%，达到了良好的处理效果。
Ettayebi等[5]在研究处理含酚废水时采用了海藻酸钙珠体作为假丝酵母菌的载体，24小时COD、一元酚和多元酚去除率分别为9.7%、69.2%和55.3%，处理效果良好。同时，微生物载体可促使假丝酵母菌的最大活性期达到5个月。
2.2 聚酯类可生物降解聚合物生物膜载体
合成型聚酯类生物膜载体是最常见的可生物降解有机合成聚合物生物膜载体。该类生物膜载体主要采用植物为原料，通过发酵生产制取。其中，聚羟基脂肪酸酯（PHA）可降解生物膜载体在近20多年来得到迅速发展。
苏彤等[6]以PHA为碳源和生物膜载体，研究其去除地下水中硝酸盐的影响因素。结果表明：在一定条件下，PHA为生物膜载体能有效地去除地下水中的硝酸盐，且可以提高生物膜对pH的适应能力。董明来等[7]在构建反硝化生物膜反应器用以研究反硝化效果及生物膜上微生物的组成时，采用了一种新型的可生物降解的聚合物――聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和微生物附着生长的载体。研究结果表明：利用该生物膜载体构建的反应器脱氮效果显著，并且可以表现出良好的抗冲击负荷能力；并进一步研究了以PBS为碳源和生物膜载体的序批式生物膜反应器对含盐水体的异养反硝化过程。结果表明：PBS具有良好的可生物降解性和显著的去除硝态氮的能力，可以作为处理低C/N含盐废水较理想的反硝化碳源。
2.3 改性可降解塑料生物膜载体
过去的研究认为：聚烯烃类如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）由于具有疏水性、高摩尔质量、并且缺乏能被微生物利用的官能团，因而生物降解十分困难。然而，随着研究的深入，许多研究者发现原本不可降解的聚烯烃塑料经过特定的改性处理后可以具有一定的生物降解性能，获得可生物降解塑料生物膜载体。其原理是采用一定方法在聚烯烃分子上引入易降解的基团、易断裂的化学键、易转移的基团或原子，或分子上连接或整体成分上掺合一些微生物可吞噬的成分如淀粉、壳聚糖等。
3 展望
目前，对可降解生物膜载体在水处理中的应用的研究正在逐步深入的过程中，其应用前景十分广泛，但距投入工程实践的应用中尚需一定时间，仍有许多问题亟待解决：（1）对于上述三类可降解生物膜载体的降解机理尚未被完全解释清楚；（2）如何解决载体材料的成本与生物可降解性之间的矛盾；（3）如何实现可降解生物膜载体降解速度的精确控制；（4）目前可降解生物膜载体在水处理中的应用仍局限于反硝化等某些特定的处理过程，如何拓展其在水处理其他领域应用等。
参考文献
[1] 孙广路, 李山, 孙承林. 推流式移动床生物膜反应器填料分布研究[J]. 环境工程, 2009, 27: 202-204.
[2] 赵薇, 康勇, 赵春景. 水处理用纤维素载体的降解及生物膜附着性能[J]. 环境科学学报, 2009, 29(2): 259-266.
[3] 李斌, 郝瑞霞. 固体纤维素类废物作为反硝化碳源滤料的比选[J]. 环境科学, 2013, 34(4): 1428-1434.
[4] 肖湘竹, 赵国伟, 陈梦雪. 壳聚糖固定化厌氧污泥微球的制备研究[J]. 中国西部科技, 2007, 04:1-2.
[5] Khalil Ettayebi, Faouzi Errachidi, Latifa Jamai, et al. Biodegradation of polyphenols with immobilized Candida tropicalis undermetabolic induction[J]. FEMSMicrobi-oligy Letters, 2003, 223(2): 215-219.
目前我国工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染,严重的影响了国内的生态环境,使得水污染日益加剧。水资源严重短缺,全国600多个城市中已有一半城市缺水,农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难;土壤污染严重,耕地面积锐减,近10年来每年流失的土壤总量达50亿吨,土地荒漠化日益加剧;森林覆盖面积下降,草场退化,每年减少森林面积达2500万亩;人们的身体健康受到严重威胁,疾病发病率急剧上升。环境是人类和生物赖以生存和发展的各种因素的总和。环境包括自然环境和社会环境。环境与人相互对立又相互制约。环境给人类的生存和发展提供了必要的条件,而人类通过调节自身以适应不断变化的外界环境;同时也不断地改造环境,创造有利于自身生存、发展的环境条件。人类对环境的改造能力越强,环境对人类的作用就越强。人类在改造环境的同时,也将大量的废弃物带给了环境,造成了环境污染,对人体健康产生了不良影响甚至危及生命。因此,加大环境保护和环境治理力度,加快应用高新技术,如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡,提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。几大环境问题:一是大气污染对健康的危害,空气污染物在短时间内大量进入人体,会导致急性危害。产生的原因,一种是污染地区的气象条件发生了变化,大量污物积聚在低空,扩散不开;另一种是事故排放使大量有害物质短时间内进入大气,造成严重污染。二是慢性危害:长期生活在低浓度污染的空气环境中,机体可受到慢性潜在性危害,使慢性呼吸系统疾病的发病率增高。如目前吸烟引发肺癌、石棉引起石棉肺、二氧化硅致矽肺等已为人们所共知。三是致癌作用:空气污染物的致癌作用是慢性危害的又一表现,是现代肺癌发病率增高、死亡率增加的重要原因之一。实验证实,有30余种空气污染物具有致癌作用,其中最突出的是多环芳烃化合物,以3,4苯并芘为代表。它是煤炭、石油、天然气、木材等燃烧不完全所形成的一种高活性致癌物,在煤烟、煤焦油、汽车废气、飞机尾气、柏油路灰尘中都能分离出3,4苯并芘。某些元素如砷、铅、镉、铬、铍的致癌性已在动物实验中被证实。
二、现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。与传统方法比较,生物治理方法具有许多优点。首先,生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,这样既做到一劳永逸,不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。其次,利用发酵工程技术处理污染物质,最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等,常常是一步到位,避免污染物的多次转移而造成重复污染,因此生物技术是一种既安全又彻底的手段。再次,生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质,其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的,所以大多数生物治理技术可以就地实施,而且不影响其他作业的正常进行,与常常需要高温高压的化工过程比较,反应条件大大简化,具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。所以,当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理以及有毒有害物质的无害化处理等各个方面。
三、现代生物技术在环境保护中的应用
(一)污水的生物净化
污水中的有毒物质其成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合,将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器,用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定,可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等,此方面国内外成功的例子很多,如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶,以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于处理对硫磷废水,去除率达95%以上;近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展,对于含100mg/L废水,降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。
(二)污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性,通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀,防止水土流失。
(三)白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解,估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产,若再连续使用而不采取措施,十几年后不少耕地将颗粒无收,可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌;另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解。同时,还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯,这些聚酯是微生物内源性贮藏物质,可以用发酵方法进行生产,由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量,人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造,此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-羟基烷酸(PHAs),研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种,即将PHAs重组菌进行发酵,在积累大量的PHAs后,加入信号物质,使裂解蛋白产生,细胞壁破坏,PHAs析出,以简化胞内产物PHAs的提取过程,降低提取成本。
关键词 现代生物技术 生态环境 环境保护
1 我国生态环境现状
目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2 500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。
2 现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。
（1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题，同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。
（2） 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。
（3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。
所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。
3 现代生物技术在环境保护中的应用
3.1 污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。转贴于
3.2 污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。
3.3 白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。
有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。
3.4 化学农药污染的消除
一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。
所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素，以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。
参考文献
1 孔繁翔. 环境生物学[M]. 北京:高等教育出版社，2000
2 陈坚.
关键词：农用地膜;污染现状;治理措施
1 农用地膜的污染现状及危害
1.1 现有地膜降解度低
生物降解指的是优质物质通过某种活生物作用产生的分解现象，常见的或生物就是微生物如细菌等，最终将化合物转化成为二氧化碳与水。不同的物质降解作用也不一样，某些物质的讲解速度非常快且讲解过程很安全、某些物质发生的降解会做会促使其成为较小的之间分子，这样的降解也就是初级降解。这样的分子也只生物降解作用的中间产物，随着环境等因素的不同，它们很有可能比原有的污染存在的时间更长、拥有更大的毒性。
1.2 使用量和覆膜面积持续增加，残留量逐年增大，污染日趋严重
农膜覆盖种植被誉为农业的“第三次革命”。正是由于它的这一功效，使得它的应用量和覆盖面积不断增加。根据相关研究，中国在过去十多年当中农用地膜的使用数量一致呈现增长的趋势。
残留在耕地土壤当中的地膜主要在耕作层分布，约集中在0-10cm厚的土壤中，占到残留地膜的2/3，剩余的残留地膜则分布在厚度为10-30cm之间的土壤中，40cm深度以上的土壤中几乎没有分布。耕地中残留的地膜的数量、大小以及形态各部相同，受到农事活动的影响以及地膜的使用方式影响，残留的地膜主要呈现片状、球状以及卷筒状等，在土壤当中呈现水平、倾斜或者垂直分布。地膜残片的面积大小不一，在我国，山西的棉田中地膜残片面积一般为10-15cm2，占到地膜残留量的73.9%左右，此外小于5cm2的残片占到全部残留量的13%左右;而在新疆的棉田中，有约34%的残留地膜面积都小于5cm2;华北以及华东地区的地膜片面积偏大，多为20-50cm2，主要受到使用年限因素的影响。
1.3 农用地膜方面的政策不到位
农民本来就是一个弱势群体，他们没有足够的知识，也没有足够的资金，更没有足够的地位，要让他们对残膜的利用和回收做到百分之百的好，那是绝对不可能的。但是现在关于农用地膜方面的政策又很少，只有给农民提供一个足够好的环境，给他们提出一些既有利于增加他们的经济收入又不会造成农用地膜残留于田间土壤的政策，才是解决问题的关键。
2 农用地膜污染的防治措施
2.1 改进地膜的可降解性，提高回收利用率
2.1.1 提高地膜的质量
在现有普遍使用的农用地膜中添加各种抗老化物质不但能够延长地膜的使用年限，提高地膜保温保湿效果，同时利于干净地进行回收。此外，由于宽幅地膜可有效减少其在土壤中的残留量，因此研究适合不同地区种植模式的地膜宽度，对提高作物产量、改进地膜回收率意义重大。
2.1.2 研究开发地膜回收机，提高对残膜的回收利用
地膜的应用范围正在不断扩大，人工回收的费时费力，已经难以适应社会发展，而使用机械进行回收成为必然趋势。加强技术攻关，以利用残膜回收机械为主，辅以人工捡拾方式，能够很大程度上提高残膜的回收率，拓宽残膜的利用途径。当前国内对回收机的研究生产已经比较成熟，在一定范围中得到了推广。以新疆研发的卷膜式棉花苗期残膜回收机为例，其回收率高达85%～94%，生产效率水平也在不断提高。
2.1.3 开展地膜替代品和新农业技术研究，减少普通地膜的应用量
研发出可降解、零污染的新型地膜材料是治理残膜污染最理想的途径之一。但是由于各个方面的原因，降解塑料地膜的大面积推广应用难以真正意义上的实现。虽然如此，依照地膜的增产原理，对于新型保温保湿材料还是有相关的研究和应用，常见的有：光降解地膜、玉米塑料膜、生物降解地膜、光生物降解地膜、纸地膜以及液态地膜等。当前生物降解地膜的研究出现了一定的进展，但受到材料、价格方面的影响较大，难以面积的推广应用。同时，使用玉米秸秆、麦草等农作物进行覆盖也是较好的选择，能够有效的避免地膜残留污染情况的发生。相关研究结果证明，使用农作物秸秆覆盖对于改善耕地质量、优化土壤结构非常有效。
2.2 提高农民的环保意识
利用广播、电视、海报等宣传途径，向社会与农民宣传残膜对农作物以及环境造成的危害。同时定期组织专业技术人员进行专题讲解，提高农民对地膜的认识以及清理和回收残膜的积极性。农业、农机、环保、质检、工商等部门应当制定约束性强的政策、措施，同时向农民宣传使用合格地膜对于农业生产可持续性发展的重要性，真正的践行“残膜不清净，机车不播种”。
2.3 制定严格的农用地膜政策并监督施行
要减少地膜造成的污染，首先需要进行生产标准的严格化，对企业当前的生产规范进行相应的调整，确保农膜产品的质量，其厚度以及拉伸强度均满足国家相关的标准规范。同时还应对生产劣质地膜的厂家进行严格查处和处罚。凡使用不能回收的超薄农膜要收取污染费，把农田地膜污染源头纳入法制管理轨道，并制订农田地膜残留标准。国内当前的通用标准分为三级。一级标准指的是农田中有少量地膜残留，对与农田生态环境以及农作物生长不产生负影响;二级标准指的是农田中有一定量的地膜残留，对作物的生长与产量基本不造成负影响，但是一旦超过这个值就可能造成农作物减产;三级标准则是指土壤中地膜的残留量较多，对耕地土壤造成污染，同时还导致农作物减产5～20%。
3 结论
针对农用地膜残留及造成污染的途径，可从以下几点措施对其进行改善：通过添加抗老化物质、生产宽幅地膜、研发可生物降解地膜等手段改进地膜的可降解性，加强地膜回收机的研究，提高地膜的回收利用率;通过多种渠道增强农民的环境保护意识和对农用地膜的认知度，自觉回收残膜和减少对普通农膜的使用;用政策手段标准化、规范化农用地膜的生产和使用。减少农用地膜对生态环境的污染需要国家、社会和个人的共同努力。
参考文献：
摘要：本文详细论述了二氧化碳的产生及其危害，并在此基础上，提出了相应的污染防治措施，为削减和控制二氧化碳的排放提供对策。
关键词：二氧化碳的产生 危害 控制
二氧化碳的产生
（1）凡是有机物（包括动植物）在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出CO2。
（2）石油、石蜡、煤炭、天然气燃烧过程中，也要释放出CO2。
（3）石油、煤炭在生产化工产品过程中，也会释放出CO2。
（4）所有粪便、腐植酸在发酵，熟化的过程中也能释放出CO2。
（5）所有动物在呼吸过程中，都要吸氧气吐出CO2。
（6）所有绿色植物都吸收CO2释放出氧气，进行光会作用。CO2气体，就是这样，在自然生态平衡中，进行无声无息的循环。
CO2通常情况下，是一种气体，每时每刻都存在于空气中，供绿色植物自由自在地进行着呼吸（光合作用）。为人类创造着财富。
二氧化碳的危害
大气温室效应是指大气物质对近地气层的增温作用，其增温原理即随着大气中CO2等增温物质的增多，使得能够更多地阻挡地面和近地气层向宇宙空间的长波辐射能量支出，从而使地球气候变暖。其可能的积极作用是使部分干旱区雨量增多，高纬度农业区热量状况改善，但更主要的是负面影响，就是亚热带和温带的旱、涝灾害发生频繁，以及冰山熔化，海平面上升，沿海三角洲被淹没。因此，减少大气增温物质的排放量是人类刻不容缓的义务。
温室效应是怎么来的？我们能做什么？ 温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。 二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。 人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
二氧化碳的防治对策
（1）全面禁用氟氯碳化物
实际上全球正在朝此方向推动努力，是以此案最具实现可能性。倘若此案能够实现，对于二五年为止的地球温暖化，根据估计可以发挥3%左右的抑制效果。
（2）保护森林的对策方案
今日以热带雨林为生的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。目前由于森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳，根据估计每年约在1～2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划，到了二五年，可能会使整个生物圈每年吸收相当于0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低7%左右的温室效应。
（3）汽车使用燃料状况的改善
日本汽车在此方面已获技术提升，大幅改善昔日那种耗油状况。但在美国等地，或许是因油藏丰富，对于省油设计方面，至今未见有何明显改善迹象，仍旧维持过度耗油的状况。因此，该地区生产的汽车在改善燃油设计方面，具有充分发挥的余地。由于此项努力所导致的化石燃料消费削减，估计到了二五年，可使温室效应降低5%左右。
（4）改善其他各种场合的能源使用效率
是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活，到处都在大量使用能源，其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此，对于提升能源使用效率方面，仍然具有大幅改善余地，这对二五年为止的地球温暖化，预计可以达到8%左右的抑制效果。
（5）对石化燃料的生产与消费，依比例课税
如此一来，或许可以促使生产厂商及消费者在使用能源时有所警惕，避免作出无谓的浪费。而其税金收入，则可用于森林保护和替代能源的开发方面。 任何化石燃料一经燃烧，就会排放出二氧化碳来。惟其排放量会因化石燃料种类而有不同。由于天然瓦斯的主要成分为甲烷，故其二氧化碳排放量要比煤碳、石油为低。同样是要产生一千卡的热量，煤碳必须排放相当于0.098公克碳量的二氧化碳；这在石油则为0.085公克；若是换成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。
（6）鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源
因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯，此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大，顶多只有1%的程度左右。
（7）汽机车的排气限制
由于汽机车的排气中，含有大量的氮氧化物与一氧化碳，因此希望减少其排放量。这种作法虽然无法达到直接削减二氧化碳的目的，但却能够产生抑制臭氧和甲烷等其他温室效应气体的效果。预计将对二五年为止的温暖化，分担2%左右的抑制效果。
（8）鼓励使用太阳能
譬如推动所谓「阳光计划之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少，因此对于降低温室效应具备直接效果。不过，就算积极推动此项方案，对于二五年为止的温暖化，只具4%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。
（9）开发替代能源
利用生物能源(Biomass Energy)作为新的干净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料，藉以取代石油等既有的高污染性能源。
（10）二氧化碳的掩埋。
据科学家最近称，为了解决全球变暖，拯救地球。人们不得不把大量的二氧化碳直接注入地下。所以在未来50-60年之间将二氧化碳埋入地下的方式可能会作为一种减少温室效应的最有力的措施而被采用。
（11）二氧化碳合成可降解塑料
我国科学家经过两年的难苦研究，今天在这项技术上取得了重大突破。使用已开发的催化剂的催化效率超过世界最高水平的两倍，纳米技术的应用使每克催化剂能够催化合成140-180克塑料，每吨塑料所用的催化剂成本仅200元左右。且制成的新塑料中二氧化碳的含量达43%。成本为0.9万元/吨，是目前市场同类产品的价格的三分之一至四分之一。不久前，中国科学院专家组对这个项目进行了验收。认为该项目实现了高效催化二氧化碳制备可降解塑料，成本低，可年产3000吨以上，已具备实现工业化的条件。
结语
二氧化碳的研究已成为当今科学界的热点，各国均投入大量资金、人力、物力。我国将在今后五年内投入7000万元用于研究生态对二氧化碳的作用，为破解全球关注的“二氧化碳失踪之谜” 和“全球变暧之谜” 作出贡献。人类不但要征服自然，改造自然，而且还有义务保护自然。
参考文献：
[1]罗夏．将二氧化碳“埋”在地下．科学时报，2002年9月．
关键词：生物工程 环境 保护
中图分类号：X506 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-109-02
生物工程，这门新兴的综合性应用学科于上世纪70年代初兴起，是以生物化学、微生物学、遗传学和细胞学等为代表的生物学的理论和技术为基础，结合机械、电子、计算机、化工等现代工程技术，创造出具有特别功能的“工程菌”或“工程细胞株”，以产生有用的代谢产物或发挥其特别生理功能。包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和生物反应器等内容。
生物工程用于环境有悠久的历史。但现代生物工程和环境工程的结合，于20世纪80年代诞生在欧美地区，形成了环境生物工程，它涉及的学科领域众多，通过利用生物体或生物体某些组成部分或机能，建立降低或消除污染物产生的工艺流程，或者能高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。利用生物工程处理污染物的最大特点是，处理产物都是水、二氧化碳、氮气等无毒、无害的物质；可以有效避免二次污染，是一种安全而彻底的方法。
1 生物工程技术减少污染物排放
利用生物工程技术，研制具有特别功能的“工程菌”或“工程细胞株”，并用于生产流程中，减少污染物排放、甚至零排放。例如，生物农药具有安全、无毒、不污染环境等特点；生物质能源的利用能有效降低污染物排放；高催化效率“工程菌”提高化学反应速度，减少生产过程能源、原料的消耗；这些对于保护生态环境都具有重要意义。
2 生物工程在环境监测的应用
监测环境污染是环境保护工作中的一个重要环节，除了应用化学或仪器分析进行测定外，生物监测也日益成为重要的监测手段。可以利用指示生物、基因工程技术改造过的微生物、分子生物学技术、生物芯片技术、生物传感器等技术监测环境污染。如水葫芦监测水域中的砷；用细菌总数及粪便污染指示菌（大肠埃希氏菌、克霉伯氏菌等）监测水质；用鼠伤寒少门氏菌检验物质致突变性与致癌性。近年来，研究较多的有聚合酶式反应技术（PCR技术）、生物传感器、核酸探针、酶联免疫吸附技术（ELISA）、生物荧光方法等生物高新技术也应用于环境监测。PCR 技术可用于土壤、沉积物、水样等环境标本的细胞检测。生物传感技术可用来测定水体中的BOD、酚、NO3、有机磷，还可以用来分析大气中的CO2、SO2、NOx的含量及浓度等。Andreas等报道了将检测汞的传感器菌株用于测定土壤中汞的生物有效性；Charlesp等用多孔渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组成微生物传感器，用此传感器测定样品中的亚硝酸盐含量，可间接测定空气中NOx的浓度，其检出限为1*10-8mol/L。今后，生物工程技术由于其快速、灵敏、特异性强的特性，将在环境监测中广泛应用。
3 生物工程在废水处理中的应用
废水中所含的污染物质是多种多样的，需要几种方法组成一个多层次处理系统。物理方法一般适用于预处理，化学方法容易产生二次污染；利用生物工程措施净化废水则是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定，将废水中污染物转化为无毒、无害、稳定的物质。
固定化微生物技术。这是生物工程领域的新技术，利用基因工程技术将一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造，将这些具有脱色菌、脱氮、脱磷等高效专性菌进行固定化后，菌体密度提高，极大提高了处理工业废水和分解难生物降解的有机物质的效率，具有明显优势。
生物反应器技术。在活性污泥中加入既有固定载体又有流动载体，既有好氧又有厌氧固定膜的反应器，大大增加反应体系中的生物量和生物类群，运用发酵工程原理，最高水平地发挥微生物降解污染物的生物活性。此法可提高生物处理的效率，节约大量的人力，简化操作程序。
生物强化处理技术。通过向废水中加入优势菌种或通过基因工程技术产生的“超级工程茵”，形成高效生物膜，以去除有害物质。常见的方法有：高浓度活性污泥法、生物-铁法、生物活性炭法。
随着污染日益严重、环境标准的不断提高、科学技术的进步，利用生物工程技术开发了不少处理废水的新工艺和技术。如升流式厌氧污泥床（USAB）生物处理技术、厌氧折流板反应器（ABR）生物处理技术、间歇式活性污泥法（SBA）生物处理技术、吸附-降解（AB）生物处理技术等。
4 生物工程技术在固体废弃物处理中的应用
固体垃圾处理的常用方法有：堆肥、填埋、焚烧。堆肥法和填埋法利用了生物学原理，通过“无害化、资源化、减量化”措施处理的废弃物，可作为肥料使用，实现废物资源的二次利用。国内张玲、凌云、孙立明、王建香等研究人员都研究了复合微生物菌剂在堆肥和填埋处理中的应用，并取得很好效果。国外有研究人员用蚯蚓床处理有机垃圾和粪便。蚯蚓床处理可以将废弃物转变为无臭味、肥效高的蚯蚓粪土，蚯蚓本身也是很好的医药原料和优良饲料，效果显著。
生物工程技术对于消除白色污染亦有重要意义，主要表现在以下几个方面：（1）利用基因工程技术可以筛选优势微生物、构建高效降解菌，并通过发酵工程技术大量培养，达到降解白色污染物的目的。（2）利用基因工程技术将能编码降解蛋白的基因导入某一土壤微生物（如：根瘤菌）中，使两者同时发挥各自的作用，迅速降解塑料等白色污染物。（3）通过基因工程方法，利用微生物生产可降解塑料。
5 生物工程在大气污染治理中的应用
废气的生物处理和空气净化主要是指利用微生物吸附分解有机物能力和降解恶臭物质与有机废物的方法，主要方法有生物洗涤、生物过滤、生物吸附法等。这些方法具有成本低、效率高、消耗低、安全性好和无二次污染等优点，比传统废气处理方法优势明显。此外，还可通过减少生产过程的污染物排放，从源头上减少污染物。酸雨的主要原因是燃煤产生的高浓度SO2，可以通过微生物脱硫技术减少SO2的排放。
6 生物工程在土壤污染治理的应用
土壤污染主要包括重金属污染、农药残留、土壤板结等方面。我国土壤重金属污染物主要来源于工业废渣、污水灌溉、生活垃圾等。土壤是人类生存的基础，我们既要保证18亿亩耕地红线，又要保证土壤的质量，生产健康的食品。
重金属难以降解，是土壤污染的重要污染源且对人体健康危害极大。重金属污染土壤生物修复技术包括植物修复和微生物修复。生物修复的主要原理是利用或通过基因工程技术改造微生物、动物和植物等生物的功能，将重金属吸附或转化为无毒产物。主要通过以下两种方法实现对重金属的净化：（1）通过生物作用，改变重金属在土壤中的化学形态，降低其移动性和生物可利用性；（2）通过生物吸收、代谢，削减、净化与固定重金属。
另外，农业生产中，80%以上的农药会残留在土壤之中，其中的磷、氯代烃等是造成污染的主要物质。运用现代微生物技术可以将这些有害物质分解为H2O和CO2等无毒无害或毒性较小的其他物质，不会对环境造成破坏。
7 结语
综上所述，生物工程已经在环保领域得到了广泛应用，并产生了重要的作用和深远的影响。随着现代生物学技术的迅猛发展和相关工程技术的提高，生物工程在环保领域中必将发挥更积极的作用，担当更重要的角色，带动整个环保事业迈入新发展。
参考文献：
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