原位生物修復

原位生物修復是在不改變土壤、河流位置的情況下，通過添加微生物試劑、營養元素以及土壤改良劑等，提高土壤土著微生物或外源微生物對土壤、河流有機污染物的降解，從而使得土壤、河流得到修復的過程。

基本介紹

• 中文名：原位生物修復
• 外文名：In situ bioremediation
• 技術：微生物催化降解有機物
• 本質：受控或自發進行的過程
• 出現：20世紀70年代

進展

20世紀70年代以來，環境生物技術和環境生物學的發展突飛猛進。雖然“生物修復”的出現只有十幾年的歷史，但是“生物修復”已經成為環境工程領域技術發展的重要方向，生物修復技術將成為生態環境保護最有價值和最有生命力的生物治理方法。

1989年美國阿拉斯加海灘溢油後成功的生物修復是公認的里程碑事件，從此“生物修復”得到了政府環保部門的認可，並被多個國家用於土壤、地下水、地表水、海灘、海洋環境污染的治理。最初的“生物修復”主要是利用細菌治理石油、有機溶劑、多環芳烴、農藥之類的有機污染。“生物修復”已不僅僅局限在微生物的強化作用上，還拓展出植物修復(phytoremediation) 、真菌修復 (mycoremediation)等新的修復理論和技術。

自1991年3月，在美國的聖地亞哥舉行了第一屆原位生物修復國際研討會，學者們交流和總結了生物修復工作的實踐和經驗，使生物修復技術的推廣和套用走上了迅猛發展的道路。美國推出所謂的超基金項目，投入項目費用由1994年的2億美元增加到2000年的28億美元，增幅14倍之多。中國的生物修復研究在過去的十年中水平也有很大的提高。

微生物修復

微生物修復指利用微生物在適宜條件下進行新陳代謝將土壤中的污染物轉化為CO₂、H₂O、脂肪酸和生物體等穩定、無毒無機物的修復過程。

原位生物修復技術

原位生物修復是指不改變污染土壤的位置, 通過向土壤中添加特種微生物試劑、營養元素（N、 P等）和土壤改良劑，促進土著微生物或外加特異微生物對有機污染物降解的一類生物修復污染技術。加入的無機營養元素是常見植物肥料中的營養元素，比例基本也與稻田所需相當，有利於微生物與作物的互作培養及修復污染土壤。這個方法主要針對污染面積大、污染程度大的土壤。但是井永苹等人的研究發現，在大規模的原位生物修復的實施過程中，不能確保持續較高的修復效率。因為在大量實際的田間試驗中，外加功能菌沒辦法適應實際環境，不能發揮其實驗室效果，造成降解效率低或是修復效率不能保持的現象。因此為改善原位生物修復低處理率和周期長的弊端，多採用選擇或創建適宜降解功能菌作用的環境條件、添加土壤改良劑以幫助土壤性質發生適應性改變或選擇最優添加比的方法來幫助微生物對有機污染物的降解。

異位生物修復技術

異位修復技術具有效果較好、周期短等特點，適宜有機物污染土壤的修復。生物堆處理是一種新型的異位生物修復技術，是指將污染土壤混合堆積成堆體，並通過調節堆體內氧氣、水分和營養成分等人工強化措施來幫助提高微生物降解污染土壤中的污染成分的效率的一種生物修復技術。

生物反應器修復技術

生物反應器修復是指將污染土壤置於特定設計製作的容器中，利用微生物代謝作用以實現污染物降解的修複方法，該反應器能將微生物和土壤進行很大程度的混合，增加它們之間的接觸效率，提高降解的可能性。泥漿生物反應器是將水和土壤進行充分混合，在調節環境條件下，利用土著菌種或外源菌，幫助降解污染土壤的污染物。

修復措施

生物修復是生物修復理論在實際中的套用，注重從工程學的角度解決和控制污染問題。這項技術的創新之處在於，一是精心選擇、合理設計的環境條件中促進或強化在天然條件下發生很慢或不能發生的降解和轉化過程，二是能治理更大面積的污染。

在地表水體（江河、湖泊、海洋、景觀水、養殖水等）污染治理中，常用的原位生物修復措施有：投加高效降解菌(或基因工程菌)、人工爆氣復氧、投加營養物或生物表面活性劑、添加電子受體等。除了考慮利用土著微生物外，馴化和培養具有高效降解性能的微生物成了研究的熱點，並形成了一個環境微生物菌劑的新興市場。為了防止流動水體中菌體的流失，研究機構和生產者研發出固定化微生物（將微生物附著在載體上）的工藝。

作用原理

水體中是以碳水化合物，蛋白質，脂肪為主的有機物，這些有機物均能在微生物的作用下分解轉化。如蛋白質可在微生物細胞蛋白水解酶的作用下分解為多肽，胺基酸。胺基酸進入微生物細胞後一部分被用來合成細胞自身物質，其餘的則在酶的作用下進一步分解成水，二氧化碳並釋放出氨；在好氧條件下氨被具有硝化功能的微生物進一步轉化為亞硝酸鹽、硝酸鹽，之後又可以在反硝化細菌的作用下轉化為氮氣而去除。

原位生物修復技術的最佳化

一般是通過向土壤添加土壤改良劑和選擇最優添加比例。

無機土壤改良劑

無機土壤改良劑包括氮磷鉀營養元素和微量元素。Emami 等研究了氮元素對生物修復的影響，發現硝態氮和銨態氮都可增強脫氫酶對石油的耐受性。

在投加無機土壤改良劑時，N、P、K 元素的比例也對提高生物修復效率有著很大的影響。

有機土壤改良劑

表面活性劑、生物表面活性劑、有機溶劑、碳源和有機化肥是五種生物修復技術研究中常見的有機改良劑。

吸附性土壤改良劑

主要代表是生物炭，利用其對有機污染物強大的吸附作用，幫助降低水體或土壤中有機污染物的濃度。