污染环境微生物修复
摘要：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，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。
关键词：微生物；修复技术；生物化学机理；流程
1.环境生物修复机理
1.1环境污染现状及微生物修复技术
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。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。
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。
生物修复技术是80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术，其主要利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。在该技术的萌芽阶段，主要应用于环境中石油烃污染的治理，并取得成功。实践结果表明生物修复技术是可行的、有效的和优越的，此后该技术被不断扩大应用于环境中其他污染类型的治理。欧洲各国如德国、丹麦、荷兰对生物修复技术非常重视，全欧洲从事该项技术的研究机构和商业公司大约有近百个，他们的研究证明，利用微生物分解有毒有害物质的生修复技术是治理大面积污染区域的一种有价值的方法。美国国家环保局、国防部、能源部都积极推进生物修复技术的研究和应用。
1.2 生物修复特点
生物修复是指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。在自然条件下，由于DO不足，营养盐缺乏，高效菌生长缓慢等三方面的原因，净化污染物的速率缓慢，因此需要利用生物修复技术来提高净化效率。
①优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技
术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。
②局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受
温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的
污染物。
1,3 微生物修复的生物类型
①土著微生物：环境中固有的微生物
②外来微生物：需大量接种的高效菌
③基因工程菌
1.4 微生物修复的影响因素
营养盐：需添加氮、磷营养元素
电子受体：可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。
共代谢基质污染现场和土壤特性：土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。
1.5 微生物对有机物的修复机理
1.5.1 微生物基质代谢的生理过程
异生素作为基质的代谢基本和其他化合物相似，包括：
向基质靠近，对固体基质的吸附，胞外酶的分泌，基质的跨膜运输过程，细胞内代谢。
1.5.2 污染物质的生物迁移转化途径
污染物进入环境中会通过各种途径发生迁移和转化自然力和生物的作用是污染发生转化的最重要的力量。稀释扩散、降解、沉积、生物富集等是转化的重要途径。污染物的迁移是在环境、污染物与生物三者构成的复合系统中的多向转化。污染物的转化途径包括：污染物质的扩散迁移，影响因素有环境介质（水流、大气）、温度、压力；吸附与沉积，土壤或沉积物是污染物质发生吸附的重要介质。沉积是污染物质从有效态转换为缓效态的一个重要过程，也是环境自净能力的表现。
1.5.3 微生物对污染物质的吸收
大部分被吸收的物质可以在生物细胞内进行代谢，污染物质可以在代谢过程过程中发生变化，被降解、被氧化、被还原、被脱除某些取代基等。吸收的逆过程是排泄，吸收、代谢和排泄构成一个完整的代谢过程，污染物大多时候就是在这个过程中被降解的；污染物质的降解与累积，在环境系统中，污染物可通过多种途径得到不同程度的降解，生物降解是最重要的途径之一
1.5.4 污染物质的生物富集
污染物质在食物链上的浓缩而引起的生物体内污染物的高浓度积累，平衡浓缩系数是表明某种生物对某种污染物质的代谢能力，在描述生物体的污染物质积累过程时，需要指明是整体还是某个器官组织。
1.5.5 污染物质的生物转化
污染物质在环境中的转化时污染物质降解的关键过程
2.微生物对有机污染物的修复机理和基本流程
有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大类。其主要来自生活污水、食品加工和造纸等、农药生产利用的过程等工农业。
它对自然界以及人类活动产生了很大的影响：产生有毒有害物质，影响人类正常活动和身体健康，造成土壤大气水等环境的生态系统的破坏。
2.1有机污染物微生物修复机理与降解动力学
有机污染物代谢的基本过程包括向基质接近，吸附在固体基质上，分泌胞外酶，可渗透物质的吸收和细胞内代谢。
1）向基质接近
微生物要降解某种基质就必须向基质接近，使微生物、胞外酶处于这种基质的可扩散范围之内，或微生物处于细胞消化产物的扩散距离之内。
2）吸附在固体基质上
吸附作用是有机污染物代谢的保证。如在沥青降解菌的分离过程中发现细菌和固体基质之间就有非常紧密的结合，沥青降解菌也只有靠这种吸附作用才能降解沥青。
3）胞外酶的分泌
不溶性的多聚体，不论是天然的还是人工合成的都很难降解。分子太大是多聚体化合物不能降解的原因之一，小分子有机物比较容易被其他微生物降解和矿化。
4）基质的跨膜运输
细胞膜以4种方式控制着物质的运输，既单纯扩散、促进扩散、主动运输、基位转移。
5）细胞内代谢
从以上过程分析，我们发现影响微生物降解有机污染物的因素有如下几个方面：微生物本身、污染物的种类、环境因素、污染物的化学结构。
其中，微生物本身包括微生物的代谢活性、微生物的适应性。污染物的种类包括可生物降解物质和难生物降解的物质。环境因素包含温度、PH值、营养、底物浓度、其他因素。污染物的化学结构中有取代基的种类位置数目、分子量的大小和分子结构的复杂程度等等。
2.1.1有机污染物的降解动力学
有机污染物降解又称BOD降解。水体中有机污染物因氧化分解而发生的衰减变化过程。它是水体污染物发生化学或生物化学转化反应中最常见和最重要的一种，也是可为人们利用的自净作用。在有机物氧化降解时，将消耗水体中的溶解氧，当水体中的耗氧速率大于供氧速率时，水体将出现缺氧，以致使厌氧微生物大量繁殖，水体中可生成甲烷气等发臭气体，使鱼类乃至原生动物死亡。
有机污染物的降解取决于该污染物的可降解特性（通常以降解速率系数表示）和降解过程所经历的时间：
一般按一级反应动力学表示，即ct=c0e-kt式中：c0、ct为t=0和t=t时有机污染物的浓度；K为有机污染物的降解速率系数；t为降解经历时间。有机污染物的综合指标BOD的降解，可分为两个阶段，第一阶段为CBOD的降解，第二阶段为NBOD的硝化，它们的降解过程可表达为式中：Lt、Ln为t时的CBOD 和NBOD浓度；L0、L0（N）为t=0时的CBOD和NBOD浓度；K1、KN为CBOD和NBOD 的耗氧速率系数；t为经历时间。
2.2有机污染物微生物修复案例分析
有机污染物微生物修复广泛应用于固废、大气、土壤、水体中。其中由于在水体中的流动性导致其危害面更广。我们早在80年代就开始研究与应用微生物有机污染物的修复啊，迄今为止，微生物修复的应用技术已经发展成熟，但是它还是有很大的发展空间，得到各方面的广泛重视。
微生物修复主要有以下几个方面的广泛应用：
固体废弃物中：好氧堆肥、厌氧堆肥、卫生填埋、发酵法；
气体中：生物洗涤法、生物过滤法；
在水体中的应用更是广泛：好氧处理中的活性污泥法、生物膜法、酵母处理含酚废水技术、微污染水源的处理技术。联合处理中的水解-好氧处理工艺、间歇式活性污泥法、光合细菌法、厌氧处理技术。生态处理技术中的氧化塘、湿地生态处理技术等等。
案例一：水源水微污染物的微生物处理技术
对于有机物污染比较高的水源水一般采用生物膜法进行预处理再用物理化学的方法进行处理和消毒。国内外一般采用臭氧-生物活性炭工艺。法国的里昂水厂采用的就是微生物膜法处理技术
处理的流程为：
原水预臭氧化砂虑颗粒活性碳滤二次臭氧化后氯化供水微生物在其中的作用为：氧化分解水中的有机污染物，特别是难生物降解的高分子有机污染物，降低活性碳的负荷，防止水体发臭。
影响因素主要有以下几个方面：水温，处理水量，原水耗氧量，臭氧投加量。其中水温与臭氧投加量是重要的控制因素，因为这两方面是微生物的生长、代谢和增殖过程的主要影响因素，影响着微生物处理水效果的好坏。
案例二石油污染的微生物修复
目前环境中烃类化合物污染的主要来源是石油污染，石油开采、运输、加工、使用过程均可对环境造成污染；油轮失事、油田漏油、喷井等使大面积海域或土地受严重的污染。海洋表面的石油经扩散、挥发、乳化、沉淀后，部分可能受紫外线作用而发生光分解，但速度很慢。
石油降解微生物广泛分布于自然界。微生物可在1～2周内形成细菌群落，2～3月内石油被分解消失。石油降解微生物目前已知有100余属，200多种，分属于细菌、放线菌、霉菌、酵母和藻类。
石油降解微生物分为以下几种：
细菌：假单胞菌属(G-)、黄杆菌属、棒杆菌属、无色杆菌属、不动杆菌属、小球菌属、弧菌属、蓝细菌等
放线菌：洛卡氏菌属和分支杆菌属，但对烃类降解不彻底，有中间产物积累。
真菌：有枝孢霉、曲霉、青霉等属的菌株；酵母有假丝酵母属（Candida），红酵母属、球拟酵母属中的菌。
石油污染的微生物修复机理：
烷烃的分解过程是逐步氧化，微生物攻击链烷的末端（次末端）甲基，由加氧酶催化生成相应的醇、醛（酮）和酸（酯），而后经β-氧化，形成短链脂肪酸和乙酰CoA进入三羧酸循环。
图1 环烷烃降解途径
芳香烃被微生物降解时，如有侧链，一般先从侧链开始氧化。然后发生芳香环的氧化：由加氧酶氧化为邻苯二酚（儿茶酚），二羟基化的芳香环再氧化，邻位或间位开环（如苯）。多环芳烃的生物降解，现先是一个环二羟基化、开环，然后第二个环以同样的方式降解。
石油污染的治理方法主要有两种：
1、加入具有高效降解能力的菌株
2、改变环境因子，促进微生物的代谢能力。
目前石油污染的生物修复主要是通过改变环境因素，如加入营养盐-肥料或改变污染环境通气状况，以提高微生物的代谢能力，氧化降解污染物，或引入培养的降解菌株
美国阿拉斯加州石油泄漏造成海洋污染事件
美国埃克森公司“瓦尔德斯号”油轮在阿拉斯加州威廉王子湾搁浅，并向附近海域泄漏了近3.7万吨原油，这起美国历史上最严重的海洋污染事件使阿拉斯加州沿岸几百公里长的海岸线遭到严重污染，并导致当地的鲑鱼和鲱鱼资源近于灭绝，几十家企业破产或濒于倒闭。
应急小组首先采取的措施采取的是用刮油器将水中的浮油收集起来，然后进行实地修复：加入营养盐。
营养盐的要求：其形式必须易于被微生物吸收；不受潮汐、风暴的影响；对土著微生物无毒。
选用亲油性肥料：EAP22TM，其中氮源是含尿素的油酸，磷源是三磷酸酯。于1989年第一次向海域投加了，氮磷营养，两周后表层海岸是有明显降除。又经过1-2周底层石油去除，泄漏事故16个月之后定量分析表明60%-70%的石油被降解。
影响微生物降解石油的因素：
1、油的物理状态
石油降解菌主要生长与作用在油-水界面。水体中又能散开成薄膜，微生物利用的表面积大，而在土壤中比较难降解。
2、温度
0到70摄氏度环境中可分离石油降解菌，一般来说，环境中烃类降解与温度成正相关。
3、营养物质
大量实践证明，在众多漏油事件当中，N与P含量常严重地限制了微生物对石油的降解。施入氮和磷常可促进石油降解，适宜的比例为C:N:P=100:10:1。
4、氧气
石油中各个组分完全矿化为二氧化碳和水需要一定的氧。石油在厌氧条件下降解比有氧是要低几个数量级。
5、共代谢作用及抑减效应
6、水分
石油烃在土壤中的降解与土壤中的水分的含量有一定的关系，土壤过分干燥
或者在冰冻条件下土壤中无液态水，石油难以降解。
7、酸碱度和盐度
案例三厌氧微生物的处理技术
厌氧处理的基本原理：
厌氧消化过程中的主要微生物：
发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌。其主要功能简介如下：
1、发酵细菌（产酸细菌）：
主要功能：水解：在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；
2、产氢产乙酸菌
主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；
主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等
3、产甲烷菌
主要功能：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为 CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；
主要类型：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌
基本工艺：
调节池厌氧反应器甲烷收集系统污泥处理系统
影响有机污染物厌氧处理效果的因素：
一类是基础因素：包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；
另一类是环境因素：如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。
1、温度条件
产甲烷菌的温度范围为5-60℃。在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。
2、PH值
在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
3、氧化还原电位
无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶、
4、有机负荷
在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCOD/(m3·d)，在高温下为4-6 kgCOD /(m3·d)。
5、废水的营养比
厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。
厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。
在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的C/N为10-18:1。
微生物处理有机污染物除上述几种方法外还有很多新型的技术：
1、运用基因工程，构建基因工程菌，降解有机污染物从而达到处理的目的。
2、作为环境友好型微生物可以用于微生物絮凝剂处理高浓度有机废水。
3、还可以用有机废弃物来产乙醇。
人类在微生物降解有机污染物方面有着更光明的前途！
3.污染土壤的微生物修复
3.1.概述
土壤是人类不可缺少、不可再生的自然资源。随着世界人口的快速增长，土壤这一人类赖以生存的必需资源正承受着越来越大的压力。近年来，由于工业生产规模和乡镇城市化的快速发展，土壤受到工业三废和农用化学品的污染日趋严重，污染土壤修复工作的开展迫在眉睫。
污染土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。以阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成危害，促进土地资源的保护与可持续发展。
土壤修复技术按照修复场地分为原位修复和异位修复，即对污染土壤就地处置或进行异地处理。按照技术类别可以将污染土壤修复方法分为物理修复、化学修复、生物修复等。
生物修复技术是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初
状态的过程。
微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。
3.2.微生物修复机理
微生物修复的实质是生物降解，即微生物对物质(特别是环境污染物)的分解作用。
由于微生物个体小、繁殖快、适应性强、易变异，所以可随环境变化产生新的自发突变株，也可能通过形成诱导酶产生新的酶系，具备新的代谢功能以适应新的环境，从而降解和转化那些“陌生”的化合物。
微生物对土壤中的有毒污染物的降解主要包括氧化反应、还原反应、水解反应和聚合反应等。
3.2.1 机理概述
1.污染物的微生物分解与固定
微生物可以利用污染物进行生长于繁殖，转移或降解有机污染物是微生物正常的活动或行为。有机污染物对微生物生长有两个基本用途：为微生物提供碳源及电子（能量）。
微生物除了将污染物降解转化为毒性小的产物以及彻底氧化为二氧化碳和水之外，还可以改变污染物的移动性，其方法是将这些污染物固定下来。
图2-1 微生物在降解污染物过程中获得它们自身生长和繁殖的能量
2.微生物基础代谢活动的变异
微生物除了通过好氧呼吸作用转化、降解污染物外，在整个讲解过程中也包括利用变异微生物转化污染物。变异允许微生物在异常环境下繁衍并降解有毒物质或降解对其他微生物无益的化合物。
3.2.2 重金属污染土壤的微生物修复机理
1.微生物对重金属的溶解
微生物对重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行的。土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等。真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物溶解重金属及含重金属的矿物。
2.微生物对重金属的转化
一些微生物可对重金属进行生物转化，其主要作用机理是微生物能够通过氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制。
自养细菌如硫-铁杆菌类能氧化As、Cu、Mo、Fe等。假单孢杆菌能使As、Fe、Mn等发生氧化。微生物的氧化作用能使这些重金属元素的活性降低。微生物可以通过对阴离子的氧化，释放与之结合的重金属离子。如氧化铁—硫杆菌能氧化硫铁矿、硫锌矿中的负二价硫，使元素Fe、Zn、C0、Au等以离子的形式释放出来。
3.微生物对重金属的固定
微生物对重金属的生物固定作用主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种作用方式上。
由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质，或被轻度鳌合在町溶性或不溶性生物多聚物上。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子基团，与重金属离子形成络合物。
3.2.3 有机物污染土壤的微生物修复机理
污染土壤环境中的有机物，主要有人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、
石油、多环芳烃、洗涤剂以及高浓度耗氧有机物的等。这些有机化合物一般具有较高的土壤-水分配系数，一旦进入土壤以后，其绝大多数积聚在土壤里，尤其是有机氯农药，、有机汞制剂、多环芳烃等，由于其不仅难降解，而且毒性大，造成严重的污染危害。
微生物是自然界中的分解者，在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成二氧化碳、水、硫酸根、磷酸根、亚硝酸根、硝酸根等无机物。在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、水、氢气和甲烷等。因此，微生物是生物修复中有机污染物降解的主力军。
微生物对有机污染物的降解主要是通过微生物酶的作用。参与污染有机物生物降解的各种微生物酶，可分为组成酶和诱导酶，又可分为胞内酶和胞外酶。
微生物对某些污染物有去毒作用，所谓去毒作用是指微生物使污染物的分子结构发生改变，从而降低或去除其对敏感物的有害性。去毒作用导致钝化作用，即在毒理学上具有活性的物质转化为无活性的物质。例如，有毒性的杀草剂醚草通在微生物的作用下脱氨形成对植物无毒害的产。
3.3.微生物修复技术
污染土壤的微生物修复技术主要有3类：生物反应器(Bioreactor)、原位生物处理技术(In-situ)和地上处理技术(Above-ground)或称异位生物处理技术。
3.3.1 生物反应器处理技术
这种方式是将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，在接种了微生物的生物反应器装置内进行处理，其类似污水的生物处理方法，处理后的土壤与水分离后，脱水处理再运回原地。
这种处理技术是污染土壤生物修复技术中最有效的处理技术。但它对高分子量 PAHs的修复效果不理想且运行费用较高，目前仅作为实验室内研究生物降解速率及影响因素的生物修复模型使用。
有人用规格为 0. 45 m×0.28m×0.31m的聚氯乙烯反应器对装有768kg的含油污染土壤进行处理，其结果显示，经28d生物降解后，C-C 直链烷烃去除率分别为 35.3%、88.3%，支链烷烃去除率达59.4%~100%，该技术在实际中已得到应
用。
3.3.2 原位生物修复技术
土壤污染的原位生物修复技术是在污染的土壤中引入氧化剂（如空气、水等），某些情况下也同时引进其他营养物质甚至接种外来微生物，使有关的微生物繁殖并通过生物化学作用降解有机污染物，达到修复的目的。
特点：该法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复。在处理污染的过程中土壤的结构基本不受破坏，对周围环境影响小，生态风险小；工艺路线和处理过程相对简单，不需要复杂的设备，处理费用较低；但是整个处理过程难于控制。
表3-1 常用的土壤原位修复技术特点及适用范围
类型技术方法描述适用范围
投菌法直接向污染土壤接入外源的污染降解菌，同时提供这些细菌生长所需营养不同的菌种可处理不同的污染物质
生物通风法在不饱和土壤中通入空气，并注入营养
液，为微生物降解提供充足的氧气、碳
源和能源，促进其最大限度地降解适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤和多环芳烃等有机污染物
生物搅拌法向土壤饱和部分注入空气，从土壤不饱
和部分吸出空气，加大气体流动性为微
生物供氧，促进其最大限度地降解适于无机污染物、腐蚀性和爆炸性污染物
工程螺钻法用工程螺钻系统使表层污染土壤混合，
并注入含有营养和氧气的溶液，促进微
生物最大限度地降解适用于杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃、二垩英/呋喃、多氯联苯等有机污染物
泵出生物法是将污染场地的地下水抽出经地表处
理后与营养液按一定比例配比后注入
土壤，促进微生物最大限度地降解适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定的地区或受污染面积较大的地区
慢速渗滤法 通过污染土壤区内布设垂直井网，将营养液和氧气缓慢注入土壤表层，促进微
生物最大限度地降解
农耕法 对污染土壤进行耕耙处理，在处理进程中施入肥料，进行灌溉, 加入石灰, 从而为微生物降解提供良好的环境
土壤污染较浅, 污染物
又较易降解时可以选用
3.3.2.1 生物通风法
生物通风工艺是—种强化污染物生物降解的修复工艺。一般是在受污染的土壤中至少打两口并，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排人土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除。
图3-1 生物通风系统示意图
3.3.2.2 投菌法
投菌法是直接向遭受污染的土壤接入外源的污染降解菌, 同时提供这些细菌生长所需氧源（多为H 2O 2）和营养。以满足降解菌的需要, 以便使土壤微生物
通过代谢将污染物彻底矿化成CO 2和H 2O 。Ellis 等在斯德歌尔摩中部的一个废弃
的木材防腐油生产区，对高浓度低分子量多环芳烃和高分子量的多环芳烃污染进行就地投菌处理。污染土壤经过4个月处理，所有多环芳烃的降解都很明显 。
3.3.3 异位生物修复技术
异位微生物修复是将受污染的土壤、沉积物移离原地，在异地利用特异性微生物和工程技术手段进行处理，最终污染物被降解，使受污染的土壤恢复原有的功能的过程。主要的工艺类型包括土地填埋、生物农耕、预备床、堆腐和泥浆生物反应器。
表3-2 常用的土壤异位修复技术特点及适用范围
类型技术方法描述适用范围
土地填埋将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和
pH，保持污染物在土壤上层好氧降解广泛用于油料工业的油泥处理
土壤耕作将污染土壤撒于地表（约0.5m），通过定期农耕的方法改善土壤结构，供给氧气、
水分和无机营养，促进污染物降解适用于可降解的有机污
染物，如杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物和多环
芳烃。不适于二噁英/呋喃和多氯联苯
预备床将土壤运输到一个经过各种工程准备的预备床上进行生物处理，处理过程中通
过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污
染物的最佳降解状态，有时也加入一些
微生物和表面活性剂适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃及爆炸性污染物。
堆腐法堆积污染土壤，通过翻耕和施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等增加
土壤透气性和改善土壤结构，促进污染
物微生物分解适用于挥发/半挥发性、非卤有机污染物和多环芳烃。
泥浆生物反应器污染土壤和水混合成泥浆在带有机械搅
拌装置的反应器内通过人为调控温度、
pH、营养物和供氧等促进专性微生物最
大限度地降解污染物
适用于杀虫剂/除草剂，
挥发/半挥发性、含卤和
非卤有机污染物、多环芳
烃、二垩英/呋喃等有机
污染物。
3.3.3.1 土壤耕作
土壤耕作属于好氧生物降解处理，使用土壤为微生物生长基质，为加速微生物的降解需要人为促进通风（翻耕、加蓬松剂）、加入营养液（化肥、粪肥）、调节pH（加入石灰、明矾、磷酸）等手段加以调控。
图3-2 土壤耕作法示意图
3.3.3.2 泥浆生物反应器
泥浆生物反应器是用于处理污染土壤的特殊反应器，可建在污染现场或异地处理场地。污染土壤用水调成泥浆，装入生物反应器内，通过控制一些重要的微生物降解条件，提高处理效果。
驯化的微生物种群通常从前一批处理中引入到下一批新泥浆。处理结束后通过水分离器脱除泥浆水分并循环再用。
图3-3 泥浆生物反应器示意图
该方法采用批式运行，在第一单元中混合土壤、水、营养、菌种、表面活性剂等物质，最终形成含5％～40％的泥水混合相，然后进入第二单元进行初步处理，完成大部分的生物降解，最后在第三单元中进行深度处理。
图3-4 泥浆生物反应器工艺反应流程示意图
3.3.3.3 堆腐法
堆腐修复工艺就是利用传统的积肥方法，堆积污染土壤，将污染土壤与有机物(施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等)、粪便等混合起来．依靠堆肥
过程中微生物的作用来降解土壤中难降解的有机污染物。可以通过翻耕和增加土壤透气性和改善土壤结构，同时控制湿度、pH和养分，促进污染物分解。堆腐法分为静态堆、条形堆及反应器堆。
图3-5 静态堆示意图
3.3.3.4 预备床
预备床就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来进行异地处理，防止污染物向地下水或更广大地域扩散。
这种方法的技术特点是需要很大的工程，即将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括布置衬里．设置通气管道等)预备床上堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物恢复的处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂，处理后的土壤再运回原地。
预备床的设计应满足处理高效和避免污染物外溢的要求，通常具有淋滤液收集系统和外溢控制系统，从系统中渗流出来的水要收集起来，重新喷散或另外处理。