Отходы и загрязнители, в том числе экологически опасные и трудноразлагаемые, представляют собой сложные органические вещества или комбинации из нескольких органических веществ. Например трансформаторное масло в качестве основного ингредиента содержит полихлоринированные бифенилы — группа органических соединений, включающая в себя все хлорозамещённые производные дифенила. Полихлоринированные бифенилы использовались в качестве диэлектрика в трансформаторах и конденсаторах, как теплоносители и хладагенты, смазки, стабилизирущие добавки в поливинилхлоридных оболочках электрических проводов и электронных деталей, в пестицидах, гидравлических жидкостях, клеях, краске. ПХБ устойчивы к гидролизу и биотрансформации в воде, но на солнечном свету ПХБ могут в процессе ряда последовательных реакций образовывать диоксины, гораздо более токсичные загрязнители по сравнению с ПХБ. В почву ПХБ могут попадать не только с отходами в индустриальных районах, но и при использовании осадочного ила, в качестве удобрений. Нефть и нефтепродукты также являются экологически опасными загрязнителями почвы и воды.

Отходы многих производств просто собираются в накопителях в течение десятилетий. Многие из них выделяют в атмосферу вредные для здоровья летучие органические вещества обладающие резким неприятным, тошнотворным запахом.

Попадание необезвреженных отходов в окружающую среду: в почву, в природные водоемы, неизбежно приводит сначала к постепенному деградированию, а затем и к полному уничтожению экосистемы.

Свинофермы ежедневно производят десятки тысяч тонн фекалий — биологически и экологически опасного отхода, во время открытого хранения выделяющего в атмосферу в больших количествах вредную для здоровья летучую органику с резким тошнотворным запахом: сероводорода, аммиака, меркаптанов и др. Залповое воздействие этих веществ может оказатья для человека даже смертельным.

Разработка наиболее рациональных приемов использования микроорганизмов в хозяйственной деятельности человека и сознательная селекция микробов стали возможны только после разработки микроскопических методов изучения и выяснения способов расселения и размножения микроорганизмов. Пути возникновения микробов с повышенной устойчивостью или с пониженными требованиями к питательным веществам как в природных условиях под влиянием естественного отбора, так и в искусственных условиях в результате деятельности селекционеров, имеют очень важное практическое значение. Человек заинтересован получить полезные формы микробов, в том числе, и для использования в целях утилизации отходов и поддержания экологии. Интенсивность естественного отбора сильно влияет на быстроту появления устойчивых форм и чем более жесток этот отбор, тем быстрее выявляются устойчивые формы. При помощи ступенчатой селекции получают новые штаммы микроорганизмов, способные расти в среде отходов или загрязнения окружающей среды и эффективно разлагать мертвую органику с образованием воды, углекислоты и минерального осадка. Новые высокоэффективные штаммы могут выделяться из окружающей среды, например из естественных и техногенных биотопов, территорий, загрязненных бытовыми, сельскохозяйственными или промышленными отходами , очистных сооружений, а также получаться путем направленной селекции выделенных из природы микроорганизмов.

Для переработки сложного органического загрязнения в простые вещества микроорганизмы синтезируют во внешнюю среду ферменты — особые биологически активные белки, играющие ключевую роль в разрущении сложных органических веществ (целлюлозы, лигнина, крахмалов, белка, липидов, углеводородов, и др.) до простых молекулярных структур, которые свободно поглощаются микроорганизмами адсорбцией через стенку клетки и подвергаются микроорганизмом метаболизации с образованием воды, углекислого газа, биогенных элементов. Соединение биотехнологии и экологического инжиниринга позволяет применить эту способность микроорганизмов ко многим конкретным экологическим проблемам и задачам.

Использование микроорганизмов для утилизации и обезвреживания органических отходов и загрязнителей в условиях бытового, сельскохозяйственного или промышленного загрязнения окружающей среды получила название биоремедиации (bio — жизнь, remedio — лечение). В загрязненную среду или скопление отхода (загрязнителя) вносятся высокие концентрации клеток специально научно отобранных или селекционированных микроорганизмов. Часто используется вместе нескольких видов микроорганизмов, составляющих сообщество (консорцию). В загрязненной среде целенаправленно создается полезная микробиологическая активность по разрушению cложного органического загрязнителя, усвоению продуктов разложения и их переработке микроорганизмами в экологически безвредные продукты метаболизма : углекислый газ , воду , метан , гумус, различные формы азота (от минеральной до газообразной). Биотехнология позволяют во многих случаях с достаточно высокой эффективностью переработать и обезвредить или существенно понизить экологическую опасность отходов или загрязнителей, полностью нейтрализовать или существенно снизить негативное влияние загрязнителей на естественные процессы самоочищения почвы и воды, стимулировать микробиологический метаболизм, активизировать полезную аборигенную микрофлору, восстановить естественные процессы cамоочищения, почвообразования, дыхания. Биоремедиация как природоохранная технология отличается избирательным недеструктивным воздействием на окружающую среду, возможностью целенаправленного и дозированного применения технологии в нужном месте в нужное время, достаточно высокой скоростью протекания процессов обезвреживания отхода, возможностью технологически контролировать процесс утилизации, обезвреживания, очистки, переработки.

Например в очистке сточных вод биотехнология используется уже давно — биоценоз активного ила эффективно очищает сточную воду от широкого спектра органических загрязнителей. В тех случаях когда активный ил не справляется, на помощь приходят созданные методами биотехнологии консорции микроорганизмов, например, для биодеструкции жировых отходов, которые ‘не по зубам’ активному илу очистных сооружений. Выделенные из природы методами биотехнологии микроорганизмы способные эффективно разрушать сложные загрязнители, например жиры, полимеры, углеводороды. Биотехнология активно применяется для очистки почвы и водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Очистка почвы или воды от нефтяных углеводородов возможна благодаря способности микроорганизмов постепенно метаболизировать сложные нефтяные углеводороды с получением более простых молекулярных углеводородных структур вплоть до их полной метаболизации с образованием воды и углекислоты.

Биологическая очистка нефтяного загрязнения почвы.

Утилизация и обезвреживание хозбытовых отходов, отходов животноводства и птицеводства, получение удобрений из отходов , получение газа метана из отходов — направления эффективного приложения биотехнологии к проблеме бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов.

Cегодня, когда ухудшение экологических условий имеет особенно глубокий резонанс из-за высокой плотности населения и производства, биотехнология и экологический инжиниринг значительно способствует улучшению экологической обстановки и условий проживания людей, являясь резервом экологического благополучия на многие годы вперед.