摘　要：中國大中城市化工企業的大規模搬遷，致使大量工業污染場地遺留在城市周邊。研發高效和成本低廉的修復技術，對于實現我國工業污染場地的綠色可持續發展具有重要意義。通過對現有物化和生物修復技術進行綜述，指出生物技術在有機污染場地修復中的重要性，并從土壤環境和微生物兩方面，分別總結了當前有機污染場地修復面臨的挑戰，并在高效、持久、穩定的菌劑和酶制劑，以及具有協同效應的生物修復助劑與微生物菌劑配合使用等方面，對有機污染場地生物修復技術研發提出建議。

　　關鍵詞：有機污染場地;生物修復;菌劑;酶

　　作為城市建設的自然基礎，城市土壤對人類社會的生存和發展至關重要。然而，隨著全球工業化進程的加快，土壤有機污染問題愈演愈烈。歐美國家較早地發現了“棕地”的危害，并積極展開一系列修復工作[1]。在中國，自上世紀90年代起，大中城市的化工企業開始大規模關閉與搬遷，在城市及周邊地區遺留了數量龐大的有機污染場地。

　　這些場地中滯留的有機污染物(如多環芳烴、石油烴、鹵代烴等)對城市局部土壤和地下水生態系統造成了嚴重破壞。同時，如果該土壤未經處理直接用于其他建設中，對人體健康和城市發展造成嚴重威脅[2-3]。近幾十年，有機污染場地的修復工作在國內引起了人們的廣泛關注[4]。

　　我國在2005年—2013年間首次開展了全國土壤污染狀況調查，并于2014年發布了《全國土壤調查狀況公報》，結果不容樂觀，其中工礦業廢棄場地受有機污染問題較為突出[5]。隨后，國務院于2016年印發的《土壤污染防治行動計劃》[6]，2019年，《中華人民共和國土壤污染防治法》正式實施，為我國有機污染場地修復奠定了堅實的法律保障[7]。歐美國家較早地發現了土壤污染的危害，并積極展開了系列修復工作，在場地修復技術研究和應用方面積攢了幾十年的經驗[1]。

　　目前，如氣相抽提技術、固化/穩定化技術、原位化學氧化技術、電動修復技術、熱處理技術等物理化學修復技術已經得到廣泛應用，并取得良好效果，但這類技術應用成本較高，其應用潛力有待商榷。而生物修復由于成本低、擾動小等特點逐漸取代物理化學修復技術成為了目前研究的主流趨勢[8]。本文對現有的物理、化學、生物修復技術的研究進展進行了概述，重點介紹了生物修復技術，討論了影響修復效果的可能因素，分析了當前有機場地修復所面臨的挑戰，并從酶-菌固定化、生物修復助劑、以及地下水緩釋修復劑3個方面對有機污染場地修復及其應用前景進行了展望。

　　1有機污染場地修復技術

　　目前，針對工業污染場地的修復技術可分為三大類：物理修復(physical remediation)、化學修復(chemical remediation)和生物修復(bioremediation)，通過web of science數據庫對2016年—2020年發表的關于修復有機工業污染場地(organic contaminatedsite)的文章發表數量進行檢索，共檢索到文獻545篇。其中，化學修復技術在近5年的發表文章數量中占比33.33%，物理修復技術占比為16.67%，生物修復技術占比為50%。

　　1.1 物理修復技術和化學修復技術

　　近年來工農業活動增加，合成有機物排放量隨之同步增長，環境問題日益突出，許多物理修復技術和化學修復技術廣泛應用在有機污染場地修復工作中，但是隨之也產生了高成本、難度大等技術障礙。淋洗修復技術在處理溢油污染事件中具有明顯優勢，可以緊急應對突發污染事件[9]。土壤中的苯系、氯代芳香族化合物等有機物的去除可采用原位化學氧化技術(in-situ chemical oxidation, ISCO)，在場地投加氧化劑并在堿性條件下進行原位化學氧化修復，處理效果良好[10-11]。

　　而加入表面活性劑的強化電動修復技術[12]、熱處理技術[13]對于有機污染物的去除也具有良好的處理效果。另外對揮發性有機化合物，多采用氣相抽提技術(soil vapor extraction，SVE)，可有效促進其揮發[14]。除了對污染物進行去除，還可以通過固化/穩定化技術降低污染物質在環境介質中的活潑性，從而避免污染物質對環境產生危害[15]，上海某工業污染場地利用該技術進行現場修復，證明該技術對土壤及地下水中的重金屬和有機污染物具有顯著的降解潛力[16]。盡管這些技術處理效果良好，但是處理過程中添加大量化學藥劑造成的高成本、潛在二次污染以及高能耗問題使其推廣應用受到一定限制。傳統的物理化學方法已應用于有機污染場地的修復工程中。

　　1.2 生物修復技術

　　1.2.1 動植物修復技術

　　動物修復技術中最常用的動物是蚯蚓，它們能夠在高濃度有機污染土壤中生存，且可以通過促進土壤微生物擴散的方式，強化有機物的降解[18-20]。此外，它們還能夠通過攝取、消化、排泄等活動提高有機污染物的生物可利用度，該方法能明顯提高多環芳烴降解菌數量、土壤中生物酶活性以及生物多樣性[21]。

　　植物修復對土壤的擾動很小并且可以有效防止土壤侵蝕。植物可通過吸收、降解、固定、轉化和揮發等作用實現對污染場地土壤的有效修復。目前，該方面研究主要集中在植物對土壤酶活性、根際微生物數量和群落結構的影響等方面[22-23]。因其成本較低，相較于其他污染場地土壤修復技術具有較大的潛能[24]。但該技術同樣存在修復時間長、效率低的劣勢;另外，植物所能觸及到的土壤范圍不大，在實際應用中容易受到限制。因此，將植物與微生物或動物進行聯合修復更具有應用前景[25-26]。如蚯蚓-鳳仙花/紫茉莉/西伯利亞鳶尾聯合修復石油烴污染場地，其修復效果顯著高于單獨的動物或植物修復，同時過氧化氫酶、多酚氧化酶的活性均顯著提高[27]。另有研究發現，根瘤菌-植物聯合修復有機污染土壤能顯著提高土壤脫氫酶活性和修復效果[28-29]。

　　1.2.2 微生物修復技術

　　通過生物強化和生物刺激兩種方式，使得土壤中有毒有害物質被吸收、降解、轉化、去除的過程稱為微生物修復[30-31]。目前，修復有機污染場地的微生物主要分為細菌、真菌兩大類。研究發現，假單胞菌、芽孢桿菌、側耳菌等廣泛存在于有機污染場地中，經生物刺激和生物強化后對石油烴、氯代烴和多環芳烴等有機污染物具有較好的降解效果。

　　1.2.2.1 細菌修復技術

　　污染物進入土壤后會改變土壤的理化性質，短期內不利于土著微生物的生存;其中細菌的種類和數量最多。細菌在有機污染場地的修復過程中起著至關重要的作用。細菌降解有機物的過程往往以有機污染物作為碳源，通過細菌胞內加氧酶的作用，促進有機污染物的降解。目前發現的可降解有機污染物的細菌種類繁多，細菌種類不同，對于有機污染物的降解能力也會不同，其中假單胞菌是降解能力最強、降解范圍最廣的菌屬[53-54]。研究發現，假單胞菌以葡萄糖為碳源，對四溴雙酚A的降解效率高達90%[55]。細菌降解有機物的速率與有機物的結構復雜程度成反比。

　　現已證實，細菌對低環多環芳烴的降解效果較好，對高環多環芳烴降解效果欠佳[45]。細菌修復技術因為菌體活性好、降解速率高、競爭能力強、易適應新環境等優點，在污水生物處理、堆肥等工程中得到了廣泛應用。但我國工業廢棄場地污染越發趨于復合化，多種有機物并存，僅利用某一種或某一類有機物作為碳源進行降解的細菌不具有廣譜性，不再具備絕對優勢。

　　1.2.2.2 真菌修復技術

　　有研究表明，土壤有機污染物的降解過程中實際是真菌在發揮主導作用。主要因為有機物較強的疏水性會使其被牢牢吸附在土壤顆粒上，生物可利用性極低。但是真菌菌絲可以擴大土壤之間的間隙，從而使得有機污染物的暴露幾率大大增加，降解效率也隨之增加。 真菌獨特優勢在于其生理特性與細菌有著明顯的差異。首先，真菌菌體是絲狀生長，在土壤中能形成菌絲網絡，并通過產生胞外酶或自由基，主動接近并吸附在土壤中的有機污染物上，且具有一定的廣譜性[56];其次，真菌的胞外酶的底物范圍非常廣，可以攻擊多環芳烴、石油烴和鹵代烴等多種典型有機污染物;同時，真菌的存在也有利于提高土壤中其他細菌和植物根系的協同修復能力[57]。

　　微生物間的相互作用或共代謝是微生物修復的常用方法[58]。從受多環芳烴污染場地中分離出的真菌子囊菌T. longibrachiatum與土著細菌鞘氨醇單胞菌協同修復菲污染土壤，比單獨真菌或細菌降解效果均顯著提高，并能提高土著菌群的生物多樣性和物種豐富度[49]。目前發現的用于降解有機污染物的真菌已經超過100種，其中白腐真菌具有廣譜性，能夠對多種有機污染物進行徹底礦化。因此，研發將其用于受多環芳烴、鹵代烴和石油烴等有機污染場地的修復技術成為研究熱點。常見的降解有機污染物的白腐真菌主要分布在擔子菌門、子囊菌門和毛霉菌亞門中[59]。其中，子囊菌也是最為常見的土壤真菌，適合在土壤環境中進行應用。

　　1.3 聯合修復技術

　　1.3.1 物化與生物聯合修復技術

　　物化修復技術高效且易于應用，但成本高昂;而生物修復雖無二次污染且成本低，但其修復時間較長，缺乏實際場地應用的探究。因此，將二者結合，可有效解決當前中國有機污染場地修復的技術難題。德國下薩克森州實地研究發現，在向受四氯乙烯污染的含水層中注入膠體活性炭和嵌入的納米級零價鐵的復合材料可起到積累污染物，并為微生物提供良好的生存環境，促進其還原脫氯的效果[60]。近年來，利用納米材料與生物修復相結合，加速有機污染物從去除的應用研發較多[61-62]。近期研究發現，通過電生物刺激和生物強化聯合修復可同時降解多環芳烴和鹵代芳烴，這為聯合修復技術的應用提供了新思路[39]。

　　1.3.2 微生物-植物/動物聯合修復技術

　　微生物-植物聯合修復手段主要利用植物根系及其分泌物在促進根際微生物的生長繁殖與代謝，從而提高有機污染物的降解率[63]。微生物-植物聯合修復可能會激活土壤酶的活性，提高有機污染物的降解率。有研究報道，以黑麥草聯合StenotrophomonasstrainDXZ9修復被2，2-雙(4-氯苯基)-1，1，1-三氯乙烷、2，2-雙(4-氯苯基)-1，1，1-二氯乙烯污染的土壤的修復效果較好，表明與單一修復相比，聯合修復可能具有更好的效果[64]。

　　除微生物-植物修復，還可以通過微生物-動物聯合修復增加有機污染物的降解。以蚯蚓為主的土壤動物可以很好地疏松土壤，增加土壤的孔隙率，為微生物提供較好的生存環境;其排泄物及尸體作為養分促進了土壤微生物的生長;無論是大型還是小型的土壤動物都可以起到富集和轉化有機污染物的作用。有研究發現土壤中加入線蟲配合降解菌屬B. megaterium作用，可以將降解菲的速率從(16±7)%提高到(22±2)%[65]。雖然微生物-植物/動物聯合修復可以較好地處理有機污染土壤，但是目前許多工作仍停留在實驗階段，考慮到土壤的理化性質、溫度、濕度等環境條件均有可能影響處理效果，該聯合修復技術的機理仍有待探究。

　　1.3.3 微生物協同修復技術

　　細菌和真菌降解有機污染物的特性及途徑雖然不同，但是二者之間可以起到很好的互補作用。真菌細菌協同作用在多介質、多界面、非均一性的土壤環境中發揮著重要作用[66]。在非飽和多相土壤環境下的研究發現，多環芳烴降解細菌自身遷移受到限制，真菌菌絲表面的液膜可以牽引細菌并幫助其在土壤環境中遷移[67]，同時真菌菌絲也可吸收多環芳烴，通過胞質流動轉運土壤多環芳烴給降解細菌[68]。這種協同作用增強了污染物的生物可利用性從而促進其生物降解[69]。國內外主要通過富集培養土著微生物或不同菌株復配來研發高效降解有機物的微生物菌劑。微生物菌劑對環境污染物的降解效果好，因此全球都投入了巨額金錢與精力進行菌劑的研發，有效促進了該領域的發展。

　　1.4 場地有機污染物降解機理

　　化工污染場地典型有機污染物的降解過程中，微生物起主要作用。由于污染物的化學結構不同，微生物通過自身分泌酶、活性氧等物質將其轉化成不同的代謝產物(如圖2所示)。但是微生物分泌物如何對污染物進行修飾和轉化仍然需要進一步的研究發現。

　　1.4.1 多環芳烴

　　選用2種真菌Pleurotus ostreatusD1和AgaricusbisporusF-8對蒽、菲這2種3環多環芳烴進行降解。在降解第1階段，這2種有機物均轉化為蒽醌、菲醌，隨后的降解過程由真菌木質素降解復合酶決定。通過進一步實驗發現，在僅有漆酶存在的條件下，代謝產物為蒽醌、菲醌兩種。而在漆酶和多功能過氧化物酶同時存在的情況下，醌代謝產物進一步轉化成基礎代謝產物[71]，多環芳烴的真菌降解與胞外酶系密切相關。此外，在之前的許多研究中已經證實漆酶在多環芳烴降解過程中發揮著重要作用，在真菌體內及其生物系統，如細胞色素P450單加氧酶系統、活性氧的相互作用也對多環芳烴的降解起到促進作用[70]。

　　2有機污染場地修復面對的挑戰

　　盡管上述物化修復技術和生物修復技術均能在一定程度上修復有機污染場地，但將其推廣應用于實際場地中仍面臨著挑戰。這些挑戰包括復雜的土壤環境以及微生物的局限性，例如新加入的微生物與土著微生物的競爭關系可能使修復效率降低，高分子量有機污染場地修復周期長，以及微生物廣譜性差等。

　　3展　望

　　目前應用在實際場地中的修復技術仍以物理化學修復技術為主，雖然科研工作者廣泛研究的生物修復技術能有效降低修復成本，但是修復周期長，場地環境條件復雜等滿足不了當今社會快速發展的要求。因此為實現我國工業污染場地的綠色可持續發展，仍有許多更具發展潛力的研究工作亟待開展。

　　3.1 酶-菌固定化

　　有機污染場地生物修復原理主要有生物強化和生物刺激，目前國內外主要采用富集培養獲得微生物和經典的設計驗證的菌劑配伍方法來研發高效降解微生物菌劑，也有研究人員基于高通量分離培養和人工菌群設計技術來研發菌劑。此外，支撐生物修復的新微生物菌株和生物酶的獲取也是目前生物修復技術的熱點[99-102]。但是，有限的微生物資源和基于經典設計驗證的菌劑配伍方法導致微生物菌劑面對復雜環境時適應性差、效能低等突出問題，亟需開發高效、持久、穩定的菌劑和酶制劑用于有機污染場地的生物修復。 酶是生物修復的核心，生物胞內、胞外不同形式的酶在污染物不同降解階段發揮不同功效[71,74]，例如白腐真菌產生的漆酶迅速氧化苯并芘，形成代謝產物，水溶性增加。但是僅漆酶降解并不能將污染物完全礦化。

　　將漆酶加入經過14C標記的苯并芘污染土壤中，發現只有微量的苯并芘礦化是由漆酶修飾引起，大部分的苯并芘只降解為中間代謝產物或形成結合體留在土壤中[98]。此研究還發現經漆酶修飾后的土壤中生物多樣性得到了恢復，這說明漆酶修復有利于土壤功能的恢復。20世紀末的研究工作表明[103-104]，真菌和細菌共培養可促進多環芳烴礦化，真菌轉化可以被認為是分解多環芳烴的初始步驟，而細菌提供完整的酶來連續礦化代謝物。

　　此外，Dai等[60]研究發現漆酶與重質原油高效降解菌群經固定化后聯合修復溢油污染潮間帶100 d后，重油降解率達到66.5%，對飽和烴和芳烴的降解率分別為79.2%和78.7%。微生物活性提高、生物修復起動加快、提高了污染場地微生物相對豐度。因此，在現有工作的基礎上對菌酶聯合修復技術進行深入剖析將推動生物修復技發展。由此可見，在微生物菌劑使用過程中，通過固定化微生物技術獲得的固態菌劑能顯著增加微生物密度與生物活性，提高污染土壤的生物修復效率。因此，微生物固定化載體及其菌劑制備技術將是生物修復研究領域的熱點。

　　4結　語

　　綜述了有機污染場地的物化修復技術和生物修復技術，及其面臨的挑戰以及復雜場地環境對關鍵微生物的影響以及外加微生物與土著微生物之間的競爭。針對目前土壤生物修復面臨的生物修復時間長、效果差和不穩定等挑戰，提出開發長效、廣譜的土壤生物修復復合菌劑/酶制劑、生物修復助劑和生物刺激劑，以及地下水緩釋修復藥劑是實現當前城市有機污染場地高效、低成本修復的發展趨勢。

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　　作者：高大文1， 趙　歡1， 李　瑩1， 唐　騰1， 白雨虹1， 向　韜2， 李鈺琪2