《电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭 固载微生物原位修复技术规范》 编制说明

《电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭

固载微生物原位修复技术规范》

编制说明

（征求意见稿）

《电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭固载微生物原位修复

技术规范》编制组

二○二三年四月

目录

1项目背景....................................................................................................................................2

1.1任务来源........................................................................................................................2

1.2工作过程........................................................................................................................3

1.3主要工作方式及参加单位............................................................................................4

2标准编制的必要性....................................................................................................................4

2.1行业发展规划及产业政策要求....................................................................................4

2.2国内外相关标准情况....................................................................................................7

3标准制定的基本原则和技术路线..........................................................................................10

3.2标准制定的基本原则..................................................................................................10

3.3标准制定的技术路线..................................................................................................10

4标准主要技术内容..................................................................................................................11

4.1适用范围......................................................................................................................11

4.2规范性引用文件..........................................................................................................11

4.3术语和定义..................................................................................................................11

4.4修复剂的技术原理及适用条件..................................................................................12

4.4.1生物炭负载菌群修复剂..................................................................................12

4.4.2生物炭包埋固定菌群修复剂..........................................................................12

4.5功能菌的选择和培养..................................................................................................13

4.6生物炭材料的选择......................................................................................................15

4.7修复剂的制备及试验方法..........................................................................................15

4.8修复剂应满足的技术要求..........................................................................................15

4.9技术实施流程...............................................................................................................16

4.10监测与分析...................................................................................................................16

4.11验收...............................................................................................................................17

4.12附录说明.......................................................................................................................17

5修复剂的应用效果..................................................................................................................17

6标准名称变更..........................................................................................................................17

参考文献..........................................................................................................................................22

1

1项目背景

1.1任务来源

随着信息技术的发展与电子产品更新换代速度加快，以电子电器废弃物为代表的废旧物

质产生量大幅增加，形成巨量的电子垃圾。同时，资源短缺压力的日趋增加，使得以循环经

济为特征的经脉产业成为缓解资源压力的必由之路。华南地区以贵屿、清远为代表的电子垃

圾之都，曾经拥有超6000家电子拆解废物经营单位，行业从业人员超20000人，年拆解量

达45万吨。电子电器废弃物具有较高的经济价值，其中含有大量的金、银、铂等稀有贵金

属和铜、铁等常规重金属。然而20多年来，电子电器废弃物的不当拆解导致当地土壤、水、

空气等被严重污染，大量的有毒有害重金属镉Cd、铜Cu和铅Pb等，以及多环芳烃（Polycyclic

AromaticHydrocarbons,PAHs）、多溴联苯醚（Polybrominateddiphenylethers,PBDEs）等持

久性有机物（POPs）进入环境中。尽管近年来贵屿与清远地区环境质量在政府监管下已有

了持续改善，但面对电子垃圾回收以及拆解过程所造成的POPs-重金属复合污染及其生态与

健康风险不断加剧的严峻形势，开展电子垃圾拆解区水土污染治理及典型污染物的消除技术

研究迫在眉睫。

微生物修复技术具有成本低，环境友好，操作简便等优点，但微生物生长情况不稳定，

易受外界环境因素影响限制了其在土壤修复中的应用。生物炭固载微生物原位修复剂是微生

物修复技术中应用最广泛的，它的核心技术为固定化微生物技术。该技术在70年代末由固

定化酶技术演变而来，与游离微生物相比，固定化微生物具有更强的环境适应性，可以抵抗

环境毒性（如污染物的高毒性、低含氧量和不适宜的生长温度等），实现多菌株的共同协作。

其中，载体材料的选择关系着固定化技术的成败，是该技术中最重要的一环，载体自身的环

境安全性以及对微生物活性和环境中污染物迁移的影响均是载体选择时需考虑的关键因素。

生物炭固载微生物修复剂在土壤复合污染原位修复中的应用优势主要体现在[1-3]：（1）生物

炭丰富的孔隙结构和较大的比表面积使其能够有效吸附土壤中的污染物，使污染物在生物炭

功能菌剂表面富集，缩短了微生物对污染物的利用距离，从而提高了污染物的代谢去除效率；

（2）生物炭的多孔结构还能够为微生物的粘附和增殖提供足够的栖息地，使微生物更好地

与生物炭结合，并且，生物炭作为微生物固定化场所对微生物起到了一定的保护作用，提高

了生物炭功能菌剂的环境适应能力；（3）生物炭含有足够数量的不稳定基质和营养物质，在

一定程度上延长了微生物的存活时间，还可能会使微生物群落的多样性指数增加；（4）微生

2

物固定后的生物炭在官能团丰度、活性物质含量等方面均得到了一定的提升，提高了生物炭

与环境中污染物的结合能力；（5）生物炭的碱性可以中和微生物代谢产生的小分子有机酸，

对土壤pH的变化也起到了一定的缓冲作用，从而在一定程度上避免了重金属污染物的解吸

复溶。

华南理工大学以尹华老师团队为首进行的大量前期研究工作表明，电子废物拆解场地土

壤污染成分复杂，重金属和毒害物并存且发生交互作用，极大增加了污染土壤的治理难度。

近十几年来，该团队在国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东省科技计划项目等的

资助下，以电子垃圾污染土壤为研究对象，对环境中POPs-重金属复合污染的微生物修复进

行了大量的研究。因此，应国家重点研发计划电子废物拆解场地复合污染土壤修复、风险管

控与工程示范项目要求，按照《国家生态环境标准制修订工作规则》（国环规法规〔2020〕4

号），整理编制了《电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭固载微生物原位修复技术规范》，

以满足目前国家及场地修复企业对环境友好型复合修复材料的渴求，解决该类场地复合污染

严重且修复难度大的问题，为生物炭负载微生物原位修复技术在实际场地复合污染修复中的

应用提供行为指南和条例规范。

1.2工作过程

2020年12月，国家重点研发项目启动，项目负责人下达标准制修订任务。

2020年1月，成立《电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭固载微生物原位修复技术

规范》标准编制组。

2020年2月至2021年1月，标准编制组依照相关标准规范及编制要求，开展华南地区

电子废物拆解场地调研、污染指标分析，搜集国内外重金属及有机污染物复合污染场地修复

技术相关文献及实际案例并对其进行总结和归纳。

2021年5月至2022年10月，标准编制组对项目的实验室成果及现场示范工程数据进

行收集和整理，对标准主题内容及工程实施流程进行了讨论，完成标准草案。

2022年11月至2023年3月，广东省环境保护产业协会组织召开了标准草案立项论证

线上会议，会后标准编制组针对专家意见进行了补充调研，对标准草案中的适用范围、术语

及定义进行了明确规定，同时对编制说明进行了修改完善，形成团体标准初稿。

2023年3月至2023年4月，广东省环境保护产业协会组织召开专家咨询会。专家组听

取了标准编制单位所做的标准征求意见稿及编制说明的内容介绍，经质询、讨论，出具咨询

意见，会后经修改完善后形成征求意见稿。

3

1.3主要工作方式及参加单位

华南理工大学负责生物炭固载微生物原位修复剂的实验室研发及效果验证，《电子废物

拆解场地复合污染土壤生物炭固载微生物原位修复技术规范》的草案撰写及修订，主要参与

人员有冯春华、尹华、李晗、赵萌萌、许璋奕。

航天凯天科技有限公司负责场地调研及生物炭固载微生物原位修复剂的示范场地应用，

主要参与人员有曾毅夫、何曦、陈婉。

2标准编制的必要性

2.1行业发展规划及产业政策要求

电子废弃物拆解，是指将电子废弃物进行拆解，从中提取有用物质作为再生材料，对剩

余部分使用改变其物理、化学特性的方法减少或消除其有害成分，最终将其处置的活动。2016

年3月新实施的《废弃电器电子产品处理目录》中，规定了行业内企业拆解的电子废弃物种

类，包括“四机一脑（电视机、电冰箱、洗衣机、空调和微型计算机）”、吸油烟机、电热水

器、燃气热水器、打印机、复印机、传真机、监视器、手机、电话机共14类，其中“四机一

脑”的拆解量占绝大部分。随着电子产品需求量的增加、更新换代速度的加快，电子产品淘

汰数量与日俱增，成为增长速度最快的废物流种类。根据生态环境部发布的《2020年全国

大、中城市固体废物污染环境防治年报》相关调查数据显示，截至2019年底，全国年处理

废电视等电子产品约1.6亿台，共29个省份的94家企业实际开展了废弃电器电子产品拆解

处理活动，共拆解处理废弃电器电子产品8417.1万台（套），同比增长3.9%。2019年，废

电器拆解处理总重量为217.9万吨，得到拆解处理产物为215.4万吨，产出率为98.9%，拆

解处理产物情况见图1。传统的废弃电器电子产品处理方式绝大多数是以家庭小作坊的非正

规化拆解为主，拆解工艺以手工拆解、酸洗、露天高温焚烧、填埋等落后工艺为主，拆解过

程中产生的“三废”直接排放，对拆解场地及其周边的大气、沉积物、土壤造成了严重污染，

尤其是对土壤环境造成了恶劣的影响。电子废物中含有较多有害物质，电子垃圾拆解和处置

特别是不规范的非法倾倒、露天焚烧和随机处置残余塑料等，会产生大量持久性有机污染

（POPs）和持久性有毒化学污染物（PTS），如二恶英类、溴代阻燃剂、重金属等。为切实

减少废弃电器电子产品处理过程中的污染物排放，规范电子废物拆解流程，国务院分别于

2007年及2009年先后发布了《电子废物污染环境防治管理办法》和《废弃电器电子产品回

收处理管理条例》，建立了废弃电器电子产品的目录制度、处理基金制度、处理企业资质许

4

可制度以及处理企业报送信息制度，初步实现了对电子废物拆解场地污染源头的管控。尽管

如此，由于废弃电器电子拆解企业门槛很高，工序繁多的同时也增加了人工成本，同时回收

废弃电器电子产品需要支付给居民或回收商费用，拆解下来的危险废物还需要付费给有危险

废物经营资质的企业进行回收利用。电子废弃物拆解行业仍存在回收价格难以达到消费者预

期，基金补贴细则迟迟未能出台，拆解企业利润微薄，零配件元器件拆解回收利用有待规范

管理等问题，这表明中国废旧电子产品领域总体来看仍处于多渠道并存，合法非法共生的现

状，污染场地问题依旧对城市土地的开发利用造成潜在影响。

图12019年废弃电器电子产品拆解处理产物情况[4]

在《废弃电器电子产品回收处理管理条例》和基金制度的推动下，我国废弃电器电子产

品处理行业快速发展。不论是处理技术水平，还是管理水平，都达到了国际先进程度（如图

2）。从2015年开始，每年废弃电器电子产品的处理量在8000万台左右。2021年，除了新

冠疫情的持续影响，處理基金补贴标准的下调对行业产生了重大的冲击。补贴标准下调直接

带来利润下降，间接的影响是私拆问题更加严峻。2021年，废弃电器电子产品处理行业的

内部分化更为严重，但整个行业的处理量在稳步上升。目前我国废弃电器电子产品的流向主

要有四个方面：再使用、存储、拆解和填埋，其中被拆解处理的比例不足20%，而拆解工

艺多为物理拆解，缺乏深度加工，导致对废弃电器电子产品的回收利用率非常低。为从源头

管理控制污染，国家出台的一系列条例及法案，有效的遏制了电子废弃产品的私拆。具体条

例列举如下：

《中华人民共和国环境保护法》要求企业应当优先使用清洁能源，采用资源利用率高、

5

污染物排放量少的工艺、设备，废弃物综合利用技术和污染物无害化处理技术，减少污染物

的产生。电镀是国民经济中重要基础工业的通用工序，在钢铁、机械、电子、精密仪器、兵

器、航空、航天、船舶和日用品等各个领域具有广泛的应用。电镀加工过程大量使用各种含

重金属以及含氰化物的镀液，外排废水中含对人体、鱼类等生态环境产生较大危害的重金属、

氰化物等。

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》要求推广减少工业固体废物产生量和降低

工业固体废物危害性的生产工艺和设备，推动工业固体废物综合利用。电器电子、铅蓄电池、

车用动力电池等产品的生产者应当按照规定以自建或委托等方式建立与产品销售量相匹配

的废旧产品回收体系，实现有效回收和利用。拆解、利用、处置废弃电器电子产品、废弃机

动车船等，应当遵守国家有关法律法规的规定，采取防止污染环境的措施。

《“十四五”节能减排综合工作方案》（国发〔2021〕33号）提出：引导工业企业向园区

集聚，推动工业园区能源系统整体优化和污染综合整治，鼓励工业企业、园区优先利用可再

生能源。以省级以上工业园区为重点，推进供热、供电、污水处理、中水回用等公共基础设

施共建共享，对进水浓度异常的污水处理厂开展片区管网系统化整治，加强一般固体废物、

危险废物集中贮存和处置，推动挥发性有机物、电镀废水及特征污染物集中治理等“绿岛”

项目建设。到2025年，建成一批节能环保示范园区。

《电子废物污染环境防治管理办法》（总局令第40号）提出：电子电器产品、电子电气

设备的生产者、进口者和销售者，应当依据国家有关规定公开产品或者设备所含铅、汞、镉、

六价铬、多溴联苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）等有毒有害物质，以及不当利用或者处置

可能对环境和人类健康影响的信息，产品或者设备废弃后以环境无害化方式利用或者处置的

方法提示。

《“十四五”循环经济发展规划》（发改环资〔2021〕969号）提出：我国循环经济发展

仍面临重点行业资源产出效率不高，再生资源回收利用规范化水平低，回收设施缺乏用地保

障，低值可回收物回收利用难，大宗固废产生强度高、利用不充分、综合利用产品附加值低

等突出问题。动力电池、光伏组件等新型废旧产品产生量大幅增长，回收拆解处理难度较大。

稀有金属分选的精度和深度不足，循环再利用品质与成本难以满足战略性新兴产业关键材

料要求，亟需提升高质量循环利用能力。

《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》（环固体〔2021〕114号）提出：落实新

修订《固体废物污染环境防治法》等法律法规要求，健全固体废物污染环境防治长效机制。

6

推动大宗工业固体废物在提取有价组分、生产建材、筑路、生态修复、土壤治理等领域的规

模化利用。

图2中国的电子废物管理制度框架[5]

2.2国内外相关标准情况

鉴于大量废弃电器电子产品带来的环境问题，土壤治理成为工作重点。2004年，国家环

保总局办公厅发布《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防止工作的通知》（环办〔2004〕

47号）通知规定，由于遗留污染物或土壤污染造成环境污染事故，为保障人民群众的生命

安全和维护正常的生产建设活动，防止环境污染事故发生，对遗留污染物造成的环境污染问

题，由原生产经营单位负责治理并恢复土壤使用功能。2008年《关于加强土壤污染防治工

作的意见》（环发〔2008〕48号）明确了需加强对化工、电镀、油料储存等重点行业、企业

的监督检查。在健全土壤污染防治法律法规和标准体系的同时，加强筛选污染土壤修复实用

技术，编制污染土壤修复实用技术指南。2016年的《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕

31号）要求重点监测土壤中镉、汞、砷、铅、铬（Cr）等重金属和多环芳烃（PAHs）、多氯

联苯（PCBs）、多溴联苯醚（PBDEs）等有机污染物，重点监管有色金属矿采选、有色金属

冶炼、石油开采、石油加工、化工、焦化、电镀、制革等行业。2019年的《土壤污染防治

法》系统的对污染地块防控及修复提出了具体要求。为贯彻落实上述法律法规的要求（表1），

指向性应对特定条件下的土壤污染，需制定不同的污染修复方案。目前，国内针对有机物的

修复规范大多以化学淋洗、热解吸、固化稳定化为主，针对重金属的规范大多为固化稳定化，

缺少对有机物-重金属复合污染场地的高效材料及技术指南。

表1国内现行土壤污染防治相关法律标准及场地污染修复相关技术规范和指南

7

国内现行土壤污染防治相关法律及标准

《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国环境影响评价法》

《中华人民共和国土壤污染防治法》《中华人民共和国土地管理法》

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》

国内场地污染修复相关技术规范和指南

GB36600-2018土壤环境质量建设用地土壤污HJ25.4-2014污染场地土壤修复技术导

染风险管控标准（试行）则

HJ25.5-2018污染地块风险管控与土壤修复效DB45/T2144-2020工业企业重金属污染

果评估技术导则（试行）地块修复技术规范

HJ1165-2021污染土壤修复工程技术规范原HG/T20713-2020重金属铅、锌、镉、铜、

位热脱附镍污染土壤原地修复技术规范

HJ1282-2023污染土壤修复工程技术规

DB42/T1464-2018农业土壤生物修复菌剂

范固化/稳定化

DB12/T951-2020农田土壤镉和莠去津复合污

染原位钝化修复技术规程

欧美等发达国家完善的场地土壤污染防治法律法规体系对我国法律体系的构建具有非

常重要的指导意义。美国出台的《综合环境污染响应、赔偿和责任认定法案》（也称“超级

基金法”）和《资源保护及恢复法案》对美国开展土壤污染防治具有里程碑式的意义，旨在

预防固体废物、工业废物和危险废物对地下水和土壤的潜在污染，并规范治理已产生的污染

问题。《环境保护法案》第2A部分是英国污染场地管理的核心法规，为土壤污染鉴定及恢

复整治提供了依据，并明确了污染场地的定义，将风险评估的思想纳入土壤污染防治。丹麦

出台的《土壤污染法》建立了适用于所有类型和不同时期土壤污染的法律制度，在土壤修复

的资金来源方面严格执行“谁污染、谁付费”的原则。荷兰发布的《土壤质量法令》强调了

土壤的可持续管理，探索健康的人居环境与土壤功能间的平衡，并考虑到土壤治理成本和治

理目标的可行性，根据土地当前用途和再开发用途确定治理目标。澳大利亚颁布的《国家环

境保护措施》中包含基于生态风险的土壤质量指导值，即土壤生态调查值，用于指导澳大利

亚污染场地的评估。加拿大建立了包含土壤和水体环境质量标准指南的“联邦污染场地行动

计划”以规定要优先解决最高风险的污染场地，根据土壤污染对人体健康和环境形成的风险

大小，采取基于风险的管理模式，首先降低人体健康风险，其次降低生态风险以及地下水污

染风险，以降低成本，清理尽可能多的污染场地，并促进当地经济和社会发展。

完整有效的土壤污染防治体系应包括法律法规的保障、技术规范的指导这两个重要组成

要素。目前，我国虽已逐步建立了适应我国国情的土壤污染防治法律法规体系，但技术规范

的缺乏使法律法规的可行性无法进一步细化和具象。美国修复技术圆桌会议推荐在决策初期

8

使用场地修复技术筛选矩阵评价修复技术，将64种原位和异位土壤/地下水修复技术分成14

大类，筛选变量包括适用污染物类型、成本、修复周期、技术推广程度等16个指标，针对

场地污染表征调查、修复技术初筛和修复技术综合评价等污染场地修复技术筛选的不同阶段，

设计了不同的数据信息表格，供评估者查询，尤其为相似背景场地修复的技术筛选与可行性

评估节省了时间投入与经济成本。欧盟提出的“温和修复”是为治理修复重金属或类金属污

染的土壤而采取的风险管控决策或风险控制技术（包括植物修复和微生物修复技术），其在

有效控制潜在风险的同时可改善土壤功能，通过原位稳定化、提取、转化或降解污染物，减

少其向当地受体的转移。目前，温和修复已被成功运用于法国、德国、西班牙等欧洲国家修

复其污染工业用地、农业用地、矿区等多种土地利用类型。我国土壤污染防治工作较欧美发

达国家起步晚，且由于国情、污染背景的不同，需在借鉴发达国家先进的土壤污染防治技术

体系及成熟的规范化治理经验的基础上因地制宜，逐步填补我国在土壤污染防治技术标准方

面的空缺。

表2国外现行土壤污染防治相关法律标准及场地污染修复相关技术规范和指南

国外现行土壤污染防治相关法律及标准

ComprehensiveEnvironmentalResponse,ResourceConservationandRecoveryAct（美

CompensationandLiabilityAct（美国）国）

CanadianEnvironmentalProtectionAc（t加拿FederalContaminatedSitesActionPlan（加拿

大）大）

EnvironmentalProtectionAct1990:Pt.2A

SoilQualityDecree（荷兰）

（英国）

NationalEnvironmentProtectionMeasures

aflovomforurenetjord（丹麦）

（澳大利亚）

ContaminatedLandManagementAct1997

No140（澳大利亚）

国外场地污染修复相关技术规范和指南

InSituRemediation:DesignConsiderationAnalyticalMethodCertification

andPerformanceMonitoringTechnicalRequirementsfortheSiteRemediation

GuidanceDocument（美国）Program（美国）

ReferenceGuidetoNon-combustion

Handbookoninsitutreatmentofhazardous

TechnologiesforRemediationofPersistent

waste-contaminatedsoils（美国）

OrganicPollutantsinSoil（美国）

NetherlandsSoilProtectionGuidelineforEnvironmentalGuidelineforContaminated

IndustrialActivities（荷兰）SiteRemediation（加拿大）

Soilquality—Guidanceontheestablishment

AustralianContaminatedLandGuidelines（澳

andmaintenanceofmonitoringprogrammes

大利亚）

（加拿大）

Riskassessmentforcontaminatedsitesin

9

Europe（欧盟）

3标准制定的基本原则和技术路线

3.1标准制定的基本原则

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则》的规定起草。标准的制订，以满足生物炭固载微生物原位修复剂的制备需求，及电子废

物拆解场地有机物-重金属复合污染原位修复技术可操作性、安全性的要求为基本原则。

3.2标准制定的技术路线

标准的规范性一般要素，规范性技术要求，资料性要素等技术内容的编排及陈述形式的

修订均遵循《环境保护标准编制出版技术指南》（HJ565-2010）及《标准化文件的起草》的

有关规定。本标准制定编制的技术路线图见图3。

图3标准制定编制的技术路线图

10

4标准主要技术内容

4.1适用范围

本文件规定了电子废物拆解场地复合污染土壤生物炭固载微生物原位修复剂的技术要

求、修复剂的菌群选择及培养、生物炭的选择及原位修复技术的工程实施及效果评估等技术

内容。

本文件适用于电子废物拆解场地复合污染土壤的生物炭固载微生物原位修复技术。

4.2规范性引用文件

GB/T7702.2煤质颗粒活性炭试验方法粒度的测定

GB/T12496.22木质活性炭试验方法重金属的测定

GB20287农用微生物菌剂

GB/T23349肥料中砷、镉、铬、铅、汞含量的测定

GB36600土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）

HG/T20719微生物法修复化工污染土壤技术规范

HJ25.2建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则

HJ/T415环保用微生物菌剂环境安全评价导则

HJ682建设用地土壤污染风险管控和修复术语

HJ1231土壤环境词汇

NY/T1881.2生物质固体成型燃料试验方法第2部分:全水分

NY/T2321微生物肥料产品检验规程

NY/T4159生物炭

4.3术语和定义

本章节规定了电子废物拆解场地、复合污染土壤、高浓度复合污染土壤、低浓度复合污

染土壤、生物炭、包埋材料的定义。电子废物拆解场地依据《废弃电器电子产品处理污染控

制技术规范》（HJ527）的相关术语进行制定。复合污染土壤的定义参考发表在土壤学报上

的《镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展》。在本规范中，高浓度复合污染土壤为重金属与

有机物浓度在国家土壤环境质量-建设用地土壤污染风险管控标准GB36600均超第二类用

地管制值。低浓度复合污染土壤为重金属与有机物浓度在国家土壤环境质量-建设用地土壤

11

污染风险管控标准GB36600均超第一类用地管制值，低于第一类用地筛选值。生物炭与《生

物炭检测方法通则》（NY/T3672）相同。包埋材料参考《铬污染土壤原位强化微生物修复

技术指南》（T/ACEF063）。

4.4修复剂的技术原理及适用条件

第4小节对修复剂的种类、技术原理及适用条件进行了区分。

生物炭固载微生物修复剂中最常用的是生物炭负载菌群修复剂和生物炭包埋固定菌群

修复剂。两种修复剂的本质区别在于固定化方法的不同，固定化方法是链接生物炭载体与微

生物的媒介，直接影响微生物的负载量、活性，进而影响对土壤中污染物的修复效果。因此，

需根据不同场地土壤的污染特征和土壤理化性质选择合适的修复剂[6]。

4.4.1生物炭负载菌群修复剂

生物炭负载微生物菌群修复剂的本质是吸附固定法，该方法将微生物菌群直接固定到生

物炭的多孔结构中，微生物与生物炭载体材料之间不发生任何化学反应，两者通过静电引力

和粘附力等作用结合在一起。生物炭丰富的空隙不仅能够为微生物提供充足的附着位点，还

可以通过吸附作用使土壤中的营养盐离子在炭表面富集，加之其自身不断释放的溶解有机物

能够为微生物的生长代谢提供充足的营养元素，从而增强了微生物的代谢并降低其氧化应激

水平，有效解决土壤重金属抑制有机污染物生物矿化问题。该修复剂成本低、制备方法简单、

空间位阻较小，但微生物与生物炭之间的相互作用弱且不稳定，微生物容易脱落，通常在生

物炭载体的选择上比较受限，应尽量选择比表面积较大的生物炭，此外，该修复剂的稳定性

和抗干扰能力较弱，一般多用于土壤成分较简单、污染浓度较低的复合污染场地[7,8]。

4.4.2生物炭包埋固定菌群修复剂

生物炭包埋固定菌群修复剂是将游离微生物以不溶于水的多孔性载体（如明胶、琼脂糖、

海藻酸钠等材料）与生物炭包埋在一起，聚合物载体的栅格结构可以防止微生物渗出载体，

但外部环境的绝大多数污染物和微生物代谢产物可以自由进出载体。该固载方法可以屏蔽固

载微生物与土著菌的竞争作用，减少不利环境条件对微生物的胁迫，进而增加菌群在实际应

用过程中的稳定性和环境耐受性。与吸附法（适用pH范围一般为4.5至10.5）相比，包埋

法能在较宽的pH范围内（2.5至10.5）维持较好的修复能力，具备颗粒强度高和适用范围

广等优点。但被包埋法负载的微生物量有限，且固定后的微生物会在载体的包裹下使传质受

到影响，此外，包埋法制备的材料粒径较大，使扩散受限，多用于渗透系数较高的土壤修复

12

中（土壤的渗透性建议参照LY/T1218中的规定进行测定）。因此，该方法普遍适用于土壤

成分复杂、渗透性高、微生物生存环境较差或污染物浓度较高的复合污染场地的修复[9]。

4.5功能菌的选择和培养

生物炭固载微生物修复剂中修复菌群的选择对土壤中有机污染物的去除乃至重金属的

稳定化效果具有决定性作用。由于实际场地中原生微生物以及复杂非生物因素的存在，添加

单一微生物菌属难以存活，且微生物菌群间存在的协同作用使其生存和修复能力远高于单一

菌株。因此，一般选用具有丰富细菌种类和酶的混合菌群通过集成多功能性微生物的分解代

谢以相互弥补，有效地降解和矿化毒害性有机污染物。新添加的能够针对性降解某些有机物

的外源微生物菌群很难在受污染的土壤中生存，因此通常需要以目标土壤环境为筛选条件，

驯化耐受性强和能够高效降解场地内有机污染物的针对性功能菌群进行固载[10]。

第5小节说明了功能菌的选择原则和培养过程。

5.1节提供了功能菌的选择原则。对含PAHs的污染场地，宜选用假单胞菌属、分枝杆

菌属、戈登氏菌属、鞘脂单胞菌属、黄单胞菌属、嗜血杆菌属、红球菌属、农杆菌属、伯克

霍尔德氏菌属、芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属等；对含卤代有机物（如PCBs、PBDEs）的污

染场地，宜选用脱卤拟球菌属、脱卤单胞菌属、脱硫杆菌属、脱卤杆菌属、梭菌属、地杆菌

属、假单胞菌属、鞘脂单胞菌、红球菌属、不动杆菌属、希瓦氏菌属、伯克霍尔德菌属等。

对两类有机污染物在土壤中的代谢途径及修复菌属总结如下：

（1）PAHs

PAHs是溶解性较低的疏水性化合物，大量吸附在土壤基质中。疏水有机化合物的生物

利用度限制了有机物的生物修复，生物炭这类多孔材料的引入，可通过表面吸附提高微生物

对该类化合物的利用率。PAHs在土壤中的微生物降解是厌氧发酵和好氧分解共同作用的结

果，且厌氧菌和好氧菌遵循的降解策略类似。首先，具备多环结构的化合物被转化为几个单

环中间体。随后，芳香环被活化并裂解，产生非环化合物。在厌氧条件下，主要的中间产物

是苯甲酸酯或苯甲酰辅酶a，其次也可能会产生间苯二酚和间苯三酚。形成中间体的微生物

降解过程可能包括羧化、脱羧化、羟基化、还原、还原脱羟化、脱氨、脱氨、芳醚裂解和裂

解酶反应等[11]。而好氧降解过程则是通过在芳香环上引入氧原子来启动PAHs的生物降解。

目前已知的可以降解PAHs的微生物种类，大多数都是从受污染的土壤或沉积物中富集

分离出来的。假单胞菌属（铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌等）、分枝杆菌属、戈登氏菌属、

鞘脂单胞菌属、黄单胞菌属、嗜血杆菌属、红球菌属、农杆菌属、伯克霍尔德氏菌属、芽孢

13

杆菌属以及类芽孢杆菌属是目前研究较多的PAHs降解菌，其中包含的部分菌属已被证明含

有PAHs降解酶的编码基因[12]。铜绿假单胞菌分泌的表面活性剂化合物可以增加PAHs在体

系水相中的浓度从而大大提高了微生物对PAHs的利用率[13,14]。分支杆菌属已被证实具有异

常亲脂性表面，使其能够从土壤颗粒中吸收结合的污染物，被认为具备有效降解多达5个苯

环的PAHs的能力[15]。假单胞菌、农杆菌、芽孢杆菌、伯克霍尔德氏菌和鞘脂单胞菌对具有

强致癌性和毒性的苯并(a)芘有较好的降解能力[16]。

（2）卤代有机物

卤代有机物（如PCBs、PBDEs等），特别是高卤代有机物，其疏水性强，易被土壤吸

附，因此在土壤中大多处于厌氧状态。卤代有机物在土壤中的微生物降解主要包括厌氧脱氯

和好氧分解两部分。厌氧脱氯涉及到从卤代有机物中还原电子从而实现高卤化有机物向低卤

化有机物的转化，但该过程并不能降低污染物的浓度。好氧分解是指低卤化有机物在好氧微

生物作用下的氧化分解，该过程才最终实现了污染物的降解去除。

典型厌氧脱氯微生物包括脱卤拟球菌属、脱卤单胞菌属、脱硫杆菌属、脱卤杆菌属以及

未正式命名的Dehalobium。这些微生物能够通过自身有机卤呼吸代谢去除天然有机物中的

氯原子，从而减少了有机卤化物的“顽固性”，为其它微生物进一步代谢转化有机卤化物提

供了可能[17,18]。其中，脱卤拟球菌和脱卤杆菌属可以同时实现PCBs和PBDEs的还原脱

氯[19]。此外，还有证据表明厚壁菌门中的梭菌属以及δ-变形菌门中的地杆菌属也可能在卤代

有机物的脱氯中起到一定的作用，且脱氯速率很大程度上取决于厌氧细菌的丰度[20,21]。厌氧

脱氯后的低卤素化合物通常可在好氧条件下被多种常见微生物分解，如假单胞菌、鞘脂单胞

菌、红球菌、不动杆菌、希瓦氏菌和伯克霍尔德菌属等。其中，大多数微生物对PCBs的有

氧氧化是一个将联苯作为生长底物的共同代谢过程[22]。电子废弃物拆解场地中常见的卤代

有机物PBDEs和PCBs的化学结构相似，其好氧降解途径包括芳香环裂解、脱溴和羟基化，

一般情况下，能够好氧降解PCBs等芳香族化合物的特定菌属均可转化PBDEs。

5.2节对功能菌培养的一般流程进行了说明。功能菌的培养应建立在目标场地土壤污染

源分析的基础上。

首先是功能菌的选择，菌属的选择建议参考5.1节制定的原则，此外，还需根据类似场

地的工程经验及文献调研作出相应判断和调整。随后以目标场地土壤污染物的浓度为依据设

置由低到高的浓度梯度对功能菌群进行筛选和驯化。最后对优势菌进行扩大培养，扩大培养

流程建议参照HG/T20719执行，扩大培养至对数生长期的菌悬液可用于后续固载流程。

14

4.6生物炭材料的选择

第6小节说明了生物炭材料的选择原则。

6.1节主要规定了不同重金属污染场地中生物炭固载材料的选择原则。生物炭的性质受

生物质来源、热解温度及老化时间等因素的影响存在较大差异，其中，生物炭表面基团的差

异对不同污染物的修复效果影响较大。以富磷生物质烧制得到的生物炭材料（如市政污泥生

物炭）表面含磷基团含量丰富，对环境中Pb、Cd有显著的去除效果[23]。以有机质含量较高

的生物质制得的生物炭（如秸秆生物炭）表面羧基、羟基和烷基化基团较多，对Cd、Zn的

去除效果较好[24]。含表面硫醇基较多的生物炭（如鸡粪生物炭和菇渣生物炭）对土壤中Hg

有较好的去除效果[25]。

此外，生物炭负载菌群修复剂由于微生物与生物炭的结合能力较差，宜选用比表面积较

大的生物炭材料作为载体，增加微生物的定植率。

4.7修复剂的制备及试验方法

第7小节提供了两种修复剂的通用制备方法和试验方法。制备方法中涉及的培养温度、

时间、添加比例应根据不同功能菌群的生长特性及不同生物炭材料的结构特征通过前期调研

及现场小试结果作出相应调整。

生物炭包埋固定菌群修复剂制备方法中包埋材料的选择及浓度、交联液的选择及浓度均

可进行适当调整。实际应用中最常用的包埋材料为海藻酸钠，其浓度对修复剂的机械强度和

传质能力影响较大，建议使用的浓度范围为2%~5%(w/v)[26,27]。

4.8修复剂应满足的技术要求

第8小节对修复剂建议满足的技术要求进行了规定，无害化技术指标无害化技术指标建

议参照GB20287执行。

两种修复剂因固载方式不同呈现出截然不同的外观形态，须分别满足对应的理化要求才

能发挥其良好的修复效果。其中，生物炭包埋固定菌群修复剂在海藻酸钠的包裹下以颗粒状

小球形态存在，粒径需尽量维持在3.5mm以下才能在满足微生物固载量的前提下，削弱包

埋材料对传质的影响[28,29]。生物炭负载菌群修复剂呈粉末状，粒径需尽量小于1mm以保

证其在土壤中的扩散能力（参考T/CSTM00469）。

修复剂应满足的负载菌群浓度参考了目前国内已发表文献和已公开专利中的数据及GB

20287中的规定[27,29-31]。建议根据不同场地小试结果作适当调整以保证修复剂在复合污染场

15

地中的修复能力。

修复剂建议的含水率参考了GB20287中的规定。

修复剂建议的保存温度参考了NY/T883中的规定。

4.9技术实施流程

9.1节内容规定了生物炭固载微生物修复剂的设计要点。生物炭应符合NY/T4159的相

关规定，所使用的微生物应符合HJ/T415的相关规定，修复剂制备过程中所使用的化学药

品应符合生态环境保护的规定，不造成二次污染。

9.2节内容是对生物炭固载微生物原位修复技术工艺流程的简单概述。工艺流程主要分

为生物炭固载微生物修复剂的选择与制备，原位修复工艺的设计与实施，监测与效果评估。

9.3节内容规定了土壤的预处理，及污染土壤生物炭固载微生物原位修复技术方法。在

进行土壤修复工艺前采用挖掘机、平整机、翻耕机等设备进行土壤预处理，使表层土壤保持

平整松散。生物炭固载微生物原位修复工艺的设计与实施参照HG/T20719进行。

4.10监测与分析

10.1节内容规定了修复目标的判定方法。治理单元内土壤有机物浓度，重金属有效态影

响、微生物群落结构等为主要评价指标。

10.2节内容规定了修复过程中监测点位的要求。土壤的监测点位最大深度宜不小于土壤

修复深度，取样深度间隔根据渗透距离，宜间隔40cm。

10.3节内容规定了修复过程中的污染物监测内容。通过土壤中有机物的去除率及重金属

活性下降率，对生物炭固载微生物原位修复施加情况进行调整，保证修复过程中土壤环境参

数保持稳定，污染物修复效果明显。

10.4节规定了修复过程中的生物监测内容。复过程中进行微生物群落结构水平的生态毒

性安全性分析，分析结果需符合HJ/T415的规定，如发生不符合规定的突发状况，立即停

止微生物施加。

10.5节规定了修复过程中的监测频次要求。修复过程中监测频次按修复周期取样。在污

染物去除效率达到30%前，土壤取样周期为15天；在污染物去除效率达到70%前，土壤取

样周期为30天；在污染物浓度降至修复目标值之前，土壤取样周期为60天。

10.6节规定了达到修复标准后的长期监测频次。修复后长期监测宜1~2年一次。防止污

染物浓度出现反弹和拖尾效应。

16

4.11验收

第11小节规定了修复终点的判定方法和要求。对高浓度复合污染场地修复后，有机物

浓度达到GB36600第一类用地浓度管制值，重金属的浸出活性降低85%及以上；对低浓度

复合污染场地修复后，有机物浓度达到GB36600第一类用地浓度筛选值，重金属的浸出活

性降低90%及以上。

4.12附录说明

附录参照HJ527《废弃电器电子产品处理污染控制技术规范》的附录B废弃电器电子

产品零部件中含有有害物质种类进行规定。

5修复剂的应用效果

该部分内容对修复剂在实验室小试及实际场地修复中的修复效果进行了补充说明。

案例一：生物炭负载菌群QY1修复土壤重金属和PAHs复合污染[32]

（1）修复剂制备方式

菌群QY1由广东省清远市某电子废弃物拆解场地土壤富集并添加污染物菲作为碳源驯

化而得，其优势菌属为：甲基杆菌属（35%）、伯克霍氏菌属（28%）、窄食单胞菌属（18%）

和鞘脂菌属（13%）。该菌群的特征是对土壤中的高浓度菲具有较强的耐受能力和高效降解

能力，并且还可以通过对菲的共代谢作用高效降解其它PAHs。

生物炭为105℃干燥12h后的水葫芦生物质首先在500℃的缺氧条件下热解4h，冷却

后研磨并过200目筛制得。水葫芦生物炭为功能菌群QY1的生长繁殖提供了良好的生态位，

并且生物炭老化过程中释放的溶解性有机质也能为微生物提供一定的能源物质，增加了功能

微生物在环境中的存留时间。

生物炭负载菌群修复剂的制备：首先将水葫芦生物炭和菌群QY1混合（1:1（w/w，湿

重））得到生物炭与微生物的混合培养液，再将其置于摇床中（温度30℃、转速160r/min）

吸附固定24h后取出，离心（8000rpm）5min后弃去上清液，用10mL无机盐溶液重悬下

层固体，即得生物炭负载菌群修复剂。

（2）修复剂对土壤中PAHs的去除效果

与添加游离菌群QY1修复的土壤相比，当土壤中共存Cd分别为0mg/kg、1mg/kg和

10mg/kg时，加入生物炭负载菌群QY1修复剂修复60d后，土壤中有机污染物芘的去除率

均得到了较大提升，分别为62.18%、42.12%、33.22%，这从侧面论证了生物炭的存在有利

17

于减轻外源污染物的毒性作用，并可以为微生物提供额外碳源，促进外源降解菌的生长，增

强其在土壤中的竞争力，最终提高其对土壤中芘的去除能力。

（3）修复剂对土壤中有效态Cd的钝化效果

当土壤中Cd浓度分别为1mg/kg和10mg/kg时，加入水葫芦生物炭和生物炭负载菌群

QY1修复剂修复60d后，得到的Cd钝化率十分接近，均为50%左右，可以看出微生物固

载对生物炭原本吸附能力的影响微乎其微，因此，该修复剂在电子拆解场地复合污染的原位

修复中具有极大的应用前景。

案例二：生物炭负载菌群QY2修复土壤重金属和PCBs/PBDEs复合污染[33]

（1）修复剂制备方式

菌群QY2由广东省清远市某电子废弃物拆解场地土壤富集并添加污染物四溴联苯醚作

为碳源驯化而得，其优势菌为：几丁质菌属（34.21%）、甲基杆菌属（30.42%）、贪铜菌属

（17.98%）、无色杆菌属（8.41%）、微杆菌属（3.00%）、伯克霍尔德菌属（2.77%）和鞘氨

醇单胞菌属（2.11%）。

生物炭为水葫芦生物质粉末在500℃缺氧条件下热解2h制得。

生物炭负载菌群修复剂的制备：称取1g过100目筛网的水葫芦生物炭置于150mL三

角瓶中，加入10mL牛肉膏-蛋白胨培养液混匀，灭菌后冷却至室温。向三角瓶中加入100mL

QY2菌液，在30℃下以200rpm振荡培养并浸泡固定24h。将固定后的混合液过200目筛，

用无菌水冲洗筛网上的材料以去除未固定的游离细菌并将其风干至30%含水率，最终得到

生物炭负载菌群QY2修复剂。

（2）修复剂对土壤中PAHs的去除效果

生物炭负载菌群QY2修复剂在1%、5%、10%的添加量下，经60d修复后对PCB118

和四溴联苯醚的去除率较相同添加量的游离菌群QY2相比均得到了显著提升，去除率最高

分别可达到54.39%及59.26%。这表明生物降解通常会受到细胞生长、细胞分离、底物抑制

以及环境因素（重金属含量和土壤基本理化性质）的限制，而将生物炭固载微生物应用于土

壤修复，可以使微生物保持更高的活性、更强的繁殖能力以及对有毒化合物更强的抵抗力。

（3）修复剂对土壤中有效态Cd的钝化效果

Cd钝化效果随着生物炭添加剂量的增大而增强，施加10%的生物炭可以使低浓度重金

属污染土壤中的Cd钝化率在修复90d时达到80.22%。当Cd浓度较高时，10%的生物炭添

加依然可以使钝化率达到75.47%，这表明水葫芦生物炭自身对Cd具有优良的钝化性能。此

18

外，通过添加等量的生物炭负载菌群QY2修复剂可以发现，虽修复前期该修复剂的钝化能

力较弱，但60d后，该修复剂对Cd的钝化效率逐渐提升，与生物炭组差异不再明显。

而对于重金属Cu的修复，生物炭负载菌群QY2修复剂的钝化效果明显高于生物炭，

这可能是因为Cu是生命体生长代谢过程中的微量元素，微生物自身或其代谢物利用生物体

内一系列氧化过程吸附Cu，使其存在形态发生变化，从而削弱了其在土壤中的生物有效性。

案例三：生物炭包埋固定化菌群GYB1修复土壤重金属和PCBs复合污染[34]

（1）修复剂制备方式

菌群GYB1从广东贵屿地区长期被PCBs污染的某电子废弃物拆解场土壤富集而得，可

以PCBs为唯一碳源进行大量繁殖，菌群相对稳定，其优势菌为：假单胞菌属（50.20%）、

窄食单胞菌属（46.34%）、无色杆菌属（0.84%）和假黄单胞菌属（0.78%）。

生物炭为玉米秸秆生物质在500℃的缺氧条件下高温热解4h制得，烧制好的生物炭放

置至室温用去离子水清洗除灰后烘干。随后，用球磨机研磨成粉末并过150目筛网备用。

生物炭包埋固定菌群修复剂的制备：在30℃，160rpm的诱导培养基中培养菌群GYB1，

培养36h后离心收集湿菌体。将50mL（2g湿重）的菌悬液（8×109CFU/mL）与2g生物

炭按1:1（w/w）混合，在160rpm30℃下震荡2h，使得菌群固定在生物炭孔道内。随后，

将50mL已灭菌的2%海藻酸钠溶液（w/v）加入到混合体系中，形成海藻酸钠、生物炭微

生物悬浮液。用10mL注射器将混合后的液体逐滴滴入2%CaCl2（w/v）溶液中得到包埋固

定化小球，继续在CaCl2溶液中固化12h后置于4℃冰箱。最后用无菌水冲洗3遍，得到

0.01-0.02g直径为1-3mm的生物炭包埋固定菌群修复剂。

（2）修复剂对土壤中PCBs的去除效果

19

图2-1不同条件下GYB1菌群和生物炭包埋固定菌群修复剂对PCBs的去除效果

如图2-1，与游离菌群相比，生物炭包埋固定菌群修复剂无论是在污染物浓度、土壤pH

和环境温度变化下还是在毒害重金属胁迫下，均表现出更优异的抗干扰能力以及PCBs降解

能力。

此外，本项目前期实验室小试阶段向土壤中添加了1.5mg/kgCd和250μg/kgPCB118

以探究生物炭包埋固定菌群修复剂在具备较大生物毒性的重金属Cd胁迫下对PCBs的去