《有機污染場地土壤生物修復技術規(guī)范 微生物固定化生物炭載體》編制說明

《有機污染場地土壤生物修復技術規(guī)范

微生物固定化生物炭載體》

（征求意見稿）

編制說明

《有機污染場地土壤生物修復技術規(guī)范微生物固定化生物炭載體》編制組

二〇二四年一月

1工作概況

1.1任務來源

伴隨著工業(yè)發(fā)展，石油等天然有機物化工成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，但

天然有機物產(chǎn)品在開采、冶煉、運輸和使用過程中往往產(chǎn)生大量有機污染物，如

多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）并排放到周邊環(huán)

境中，造成土壤、水體、空氣嚴重污染。當下土壤有機物污染問題日益嚴重，不

僅破壞了生態(tài)平衡，還長期、持續(xù)地威脅著人類健康及動植物的生長繁殖。我國

的土壤污染主要集中于農(nóng)業(yè)發(fā)展及工業(yè)建設領域，主要表現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展較優(yōu)的區(qū)

域，但呈現(xiàn)出由城市向農(nóng)村、局部向整體的擴散趨勢，對人民的安全構成潛在的

威脅，對國民經(jīng)濟造成直接或間接的影響。為加強土壤污染防治，2016年5月

28日，國務院于印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》，將治理土壤污染確定為向污染

宣戰(zhàn)的三大行動計劃之一。2021年11月2日，《中共中央、國務院關于深入打

好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》明確要求以更高標準“打好凈土保衛(wèi)戰(zhàn)”。污染土壤

修復是當今環(huán)境保護領域技術發(fā)展的熱點領域，也是最具挑戰(zhàn)的研究方向之一。

目前，土壤有機污染修復技術發(fā)展快速，微生物修復技術因其高效、低成本、

無二次污染的優(yōu)點得到廣泛應用，已成為主要的有機污染修復技術之一。其中固

定化微生物技術是推進微生物修復的一種重要方法，該技術將游離的微生物限定

在載體材料內，在保持生物活性的條件下使其高度密集，為其提供適宜的生存環(huán)

境條件，能夠讓固定化微生物迅速增殖。與傳統(tǒng)未進行固定化的游離、懸浮微生

物，處理技術相比，微生物固定化技術能夠保持微生物的生物活性，增加微生物

的數(shù)量，并且載體材料提供的微環(huán)境能夠使固定的微生物具有很好的重復利用性。

因此，微生物固定化技術在污染土壤修復領域具有極大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?/p>

微生物固定化技術的研發(fā)，將有效遏制土壤中有機污染物的污染情況，如何

推進技術研發(fā)與相關體系建設，既是當前土地生態(tài)保護的核心問題，也是區(qū)域可

持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。

2020年國家重點研發(fā)計劃“場地土壤污染成因與治理技術”專項中“中低濃

度典型有機污染場地生物修復關鍵材料與技術”項目的“長效廣譜生物修復載體

1

與固定化菌劑制備技術”（2020YFC1808802）課題，針對有機污染土壤場地修復

過程中生物載體材料存在的時效短、效率低及國外同類產(chǎn)品成本高等共性問題，

課題旨在瞄準典型有機污染場地近自然、低成本與高效修復的研究前沿，提出應

用于有機污染土壤微生物修復的配套工藝與技術規(guī)范。

在上述現(xiàn)狀和背景下，本文件作為課題指標之一，由華南理工大學牽頭，針

對微生物固定化技術和污染場地修復行業(yè)現(xiàn)狀，結合國家相關法律法規(guī)、標準和

規(guī)范的要求，本文件規(guī)定了用于有機污染土壤生物修復的微生物固定化生物炭載

體的適用范圍、術語和定義、產(chǎn)品要求、檢測方法、檢驗規(guī)則、包裝、標識、運

輸和貯存等相關要求。

1.2目的、意義及必要性

微生物固定化生物炭載體與微生物固定化技術結合在一起，用于制備生物炭

固定化菌劑，該技術能克服投加到修復現(xiàn)場中的游離高效降解微生物與土著菌的

惡性競爭或難以適應環(huán)境的問題，并延長微生物的存活時間且保持一定的活性，

達到長效廣譜的效果。因此，在有機污染土壤修復領域具有廣闊應用前景。理想

的微生物固定化生物炭載體的主要作用是提供微生物生存的微環(huán)境，載體材料的

比表面積、孔道結構、機械強度等因素均會顯著影響微生物的固定化過程，品質

良好的微生物固定化生物炭載體與優(yōu)勢降解菌制備成的菌劑才能獲得良好的土

壤修復效果。

目前國內沒有明確的關于微生物固定化生物炭載體的標準，在相關領域中，

主要有關于菌劑本身的標準，例如：GB20287農(nóng)用微生物菌劑，一些載體材料

方面的標準適用范圍并非針對微生物固定化方面；國外標準中對于微生物固定化

方面較多的為海藻酸鈉凝膠、藻酸鹽凝膠體等固定或封裝活細胞或組織的標準指

南，例如：ASTMF2315系列標準，同樣并非針對微生物固定化載體方面。

為了推動微生物固定化生物炭載體產(chǎn)品及有機污染土壤生物修復的規(guī)范化，

本文件編制以現(xiàn)有研究現(xiàn)狀和技術水平為基礎，以相關法規(guī)標準為指導，制定微

生物固定化生物炭載體產(chǎn)品要求。標準的制定使微生物固定化生物炭載體產(chǎn)品的

技術要求和檢測方法有章可循，形成統(tǒng)一、規(guī)范、有效的工作流程，為相關專家

部門對產(chǎn)品的應用提供科學的管理依據(jù)，還有望對提高有機污染土壤修復效果起

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到推進作用，具有綠色、環(huán)境友好的特點。

1.3編制單位及人員

本文件起草單位：華南理工大學、上海應用技術大學、北京建筑大學、浙江

科峰生物技術有限公司、北京寶樹農(nóng)業(yè)科技集團有限公司、內蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)

技術推廣中心、貴州英冠農(nóng)業(yè)生態(tài)科技有限公司、湖南大三湘茶油股份有限公司、

廣州市綠風生物技術有限公司、新疆維吾爾自治區(qū)霍爾果斯市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局。

本文件主要起草人：浦躍武、李法云、高大文、章亭洲、陳肖曉、許盼、李

凱、張寶河、胡樹文、陶樹明、程文紅、蒙嶸、周乘風、高正、田華、楊友志、

劉新魯、阮燕珠、代鎮(zhèn)、娜地葉·庫爾班。

1.4主要編制過程

1.4.1起草階段

2022年6月-11月：華南理工大學等起草單位成立了本文件編制工作起草小

組，組織標準編制工作。標準起草工作組制定了標準編制工作計劃、編寫大綱、

任務分工及各階段進度時間。同時，標準起草工作組成員認真學習了GB/T1.1—

2020《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則》，結合標準制定工作

程序的各個環(huán)節(jié)，進行了探討和研究。

標準起草工作組經(jīng)過技術調研、咨詢，收集、消化有關資料，對當前國外先

進標準的情況以及國內微生物固定化生物炭載體的生產(chǎn)使用現(xiàn)狀進行討論，確定

標準起草的總體框架和主要內容；結合微生物固定化生物炭載體的研制技術、應

用現(xiàn)狀及技術發(fā)展趨勢，以微生物固定化生物炭載體的生產(chǎn)及應用為主要參考依

據(jù)，于2022年10月編寫完成團體標準《中低有機污染土壤微生物修復技術規(guī)范

微生物固定化生物炭載體》初版草案稿。

1.4.2討論階段

2022年11月4日：參加“長效廣譜生物修復載體與固定化菌劑制備技術”

技術規(guī)范指南立項申請指導會議，會后形成修改稿；

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2023年1月13日-18日：參加“長效廣譜生物修復載體與固定化菌劑制備

技術”技術規(guī)范指南專家咨詢會和課題組內討論會議，會后形成第二版修改稿；

2023年6月30日：收到中國環(huán)境科學學會反饋技術指南專家修改意見，根

據(jù)專家意見對草案進行修改；

2023年7月17日：參加課題組內技術規(guī)范指南修改討論會，會后對草案進

行進一步修改；

2023年8月16日-19日：參加課題技術規(guī)范指南立項準備會議及修改討論

會，會后形成第三版修改草案稿。

1.4.3立項階段

2023年8月26日：參加中國環(huán)境科學學會召開的團體標準立項論證會，經(jīng)

專家審批后同意立項，并根據(jù)會議專家給出意見在會后對草案進行詳細修改。

2023年9月16日：參加課題技術規(guī)范指南推進修改討論會，會后對草案進

行修改，形成征求意見稿。

2023年12月29日：參加中國環(huán)境科學學會召開的團體標準征求意見稿技

術審查會，經(jīng)專家審批后同意修改完善后公開征求意見，并根據(jù)會議專家給出意

見在會后對征求意見稿進行進一步修改。

2制定原則

本文件的制定工作遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原

則，本著先進性、科學性、合理性和可操作性的原則，按照GB/T1.1—2020給出

的規(guī)定起草。

本文件的編制充分考慮了現(xiàn)有法規(guī)政策及相關國家標準、行業(yè)標準要求，規(guī)

定的采集標準定義清晰，并結合微生物固定化生物炭載體的研制技術、應用現(xiàn)狀

及技術發(fā)展趨勢，借鑒了實際生產(chǎn)應用過程中的相關技術指標，使標準內容符合

實際應用。

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3編制依據(jù)

3.1技術依據(jù)

生物炭是一種碳質固體材料，在限氧條件下生物質的高溫裂解過程中產(chǎn)生，

原料中木質素、纖維素和半纖維素由于溫度升高引起熱解，大分子裂解成小分子，

從而產(chǎn)生生物質油、生物炭和可燃性氣體。高溫裂解有助于提高原料的比表面積

和孔隙率，形成多孔結構，從而改變生物炭的性質。

生物炭結構疏松多孔，比表面積大，富含活性官能團，電荷密度高，能夠吸

持大量水分與養(yǎng)分，既對微生物有良好的固定作用，又對土壤中的優(yōu)勢降解菌形

成保護環(huán)境，更好發(fā)揮降解作用，還可改變土壤的理化性質，顯著提高土壤養(yǎng)分

保持力和有效性、土壤陽離子交換能力、土壤保水能力及結構穩(wěn)定性。

對于應用于固定化菌劑制備的微生物固定化生物炭載體，其指標如碳含量、

機械強度、比表面積、pH等均可能影響載體自身的固定化性能，有效固菌容量

則是產(chǎn)品的核心指標，直接反映了載體的固定化能力。此外，載體體現(xiàn)的長效廣

譜的效果為載體保質期大于180天、能固定2種或2種以上用于土壤修復的優(yōu)勢

微生物。

3.2法律法規(guī)依據(jù)

本文件依據(jù)的法律法規(guī)及政策主要有：《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中

華人民共和國土壤污染防治法》、《土壤污染防治行動計劃》、《污染地塊土壤環(huán)境

管理辦法》、《農(nóng)用地土壤環(huán)境管理辦法（試行）》等。

3.3標準文件依據(jù)

本文件引用下列標準成為本文件的條款，所涉及內容符合國家對微生物固定

化生物炭載體等產(chǎn)品的要求，與相關法律法規(guī)、標準、規(guī)范無沖突：

GB4789.2食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定

GB/T7702.20煤質顆?；钚蕴吭囼灧椒兹莘e和比表面積的測定

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定

GB/T12496.2木質活性炭試驗方法粒度分布的測定

GB/T12496.3木質活性炭試驗方法灰分含量的測定

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GB/T12496.4木質活性炭試驗方法水分含量的測定

GB/T12496.6木質活性炭試驗方法強度的測定

GB/T12496.7木質活性炭試驗方法pH值的測定

GB/T23349肥料中砷、鎘、鉻、鉛、汞含量的測定

NY/T883農(nóng)用微生物菌劑生產(chǎn)技術規(guī)程

SN/T3005有機化學品中碳、氫、氮、硫含量的元素分析儀測定方法

3.4組內前期研究依據(jù)

3.4.1生物炭固定化微生物對石油烴污染土壤的修復研究

本研究選取遼河油田采油區(qū)場地石油烴污染土壤為研究對象，土壤總石油烴

含量為9.62g/kg，pH值為8.92，有機碳含量為22.43g/kg。

生物炭原料為玉米秸稈、蘆葦秸稈、松針，依次制得三種不同生物炭：灰分

含量分別為8.12%、6.7%、12.4%，碳含量均高于60%、其中蘆葦生物炭的碳含

量為80.14%，比表面積分別為75.66、93.47、10.27m2/g，pH值分別為8.41、7.95、

9.37，粒徑為60目。

用蘆葦生物炭固定化石油烴降解混合菌劑（組成：放線菌47.30%，綠彎菌

19.83%，變形菌14.67%，酸桿菌7.83%）投入兩個石油烴土壤修復試驗，實驗

一：制備接種量2%（以石油烴降解菌/生物炭的比值表示）的生物炭固定化菌劑，

實驗為期40d，分為3組：對照組（Ta）、添加蘆葦生物炭組（Tb）、添加蘆葦生

物炭固定化菌劑組（Tc）；實驗二：分別用粒徑1.5、10、60目的蘆葦生物炭制備

接種量1%、2%、3%的生物炭固定化菌劑，實驗為期60d。

實驗一中，40d后總石油烴去除率由高到底為：Tc（55.01%）>Tb（45.82%）>Ta

（24.83%）。生物炭對污染土壤中石油烴類污染物質具有明顯去除效果，生物炭

固定化微生物可以有效強化石油烴污染土壤修復效率。實驗二中，在微生物接種

量均為3%的情況下，1.5目蘆葦生物炭組在60d后的修復效果最好，總石油烴

去除率為62.59%，10目蘆葦生物炭組的總石油烴去除率為50.03%，40目蘆葦

生物炭組的總石油烴去除率為54.35%；在生物炭粒徑均為1.5目的情況下，接種

量由1%増加至2%時，總石油烴的去除率從46.70%顯著提高至55.68%。當微生

物接種量為3%時，總石油烴的去除率提升為62.59%。

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3.4.2高效菌群共代謝及生物炭促進多環(huán)芳物烴降解研究

生物炭原料為橡膠枝、花生殼、煙桿、小麥秸稈，經(jīng)500℃熱裂解制得四種

不同生物炭：碳含量依次為83.54%、71.53%、74.92%、64.38%，比表面積依次

為2.433、6.023、8.692、26.746m2/g，孔容依次為0.004、0.014、0.016、0.032m3/g，

平均孔徑依次為6.549、3.057、3.410、5.620nm，pH值依次為8.08、9.37、9.39、

9.78，粒徑為40目。

用上述四種生物炭固定化高效菲降解混合菌群（主要由Pseudomonas、

exiguobacterium、brevundimonas組成），投入芘降解實驗：以1g/L生物炭和10%

（v/v）重懸菌液（OD600=1）比例制備生物炭固定化菌劑，對MSM培養(yǎng)基中

10mg/L芘進行為期6d的降解實驗，分為6組：空白組（T1）、添加混合菌群組

（T2）、分別添加橡膠枝、花生殼、煙桿、小麥秸稈生物炭固定化菌劑組（T3、

T4、T5、T6）。

實驗中，6d后芘去除率由高到底為：T6（57.68%）>T5（37.55%）>T4

（27.63%）>T3（20.91%）>T2（12.43%），小麥秸稈生物炭固定化菌劑對芘的降

解率提升最高，在各實驗樣本中有著最豐富的微生物種類和最高的微生物豐度。

3.4.3其他實驗

（1）玉米秸稈碎屑經(jīng)熱裂解得到玉米秸稈生物炭，與營養(yǎng)物質聯(lián)合處理組

（生物炭添加比例為5%）在營養(yǎng)物為NH4NO3和K2HPO4、調節(jié)土壤碳氮磷比

為100：10：1的條件下進行石油烴污染土壤修復，90d后總石油烴去除率達到

50.53%，且土壤微生物數(shù)量達到7.24×107CFU/g，說明生物炭能為土壤中優(yōu)勢微

生物的生存和繁殖提供有利環(huán)境。

（2）農(nóng)業(yè)廢棄物向日葵秸稈在300、500、700℃分別熱裂解得到不同種類

向日葵秸稈生物炭BC300、BC500、BC700，同時在500℃條件下制備KOH改

性生物炭A-BC500，四種生物炭的灰分依次為23.1%、29.18%、31.88%、35.79%，

pH值依次為9.88、10.16、10.62、11.05，碳含量依次為45.27%、51.69%、55.30%、

42.71%，比表面積依次為19.72、93.26、523.57、529.14m2/g，元素組成中C、

H、N含量降低，O含量增加，表面結構的粗糙程度增加并形成明顯的孔洞結構，

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可為微生物固定化提供良好環(huán)境，同時生物炭對菲有明顯的吸附效果，有利于固

定化微生物對污染物的降解。

（3）玉米秸稈經(jīng)550℃熱裂解得到玉米秸稈生物炭，粒徑為60目，碳含量

為76.86%，比表面積為145.18m2/g，孔容為0.02cm3/g，該生物炭與P摻雜的

g-C3N4粉末混合吸附并重新煅燒后可制成玉米秸稈生物炭負載P摻雜的g-C3N4

復合光催化劑，對石油烴等有機污染物的降解起到促進作用。

3.5同領域其他研究依據(jù)

3.5.1生物炭固定化多環(huán)芳烴高效降解菌劑制備及土壤修復

土壤采自天津某石化場地污染土壤及上海某郊區(qū)土壤，后者進行人工染毒，

土壤污染物均主要為PAHs中的菲和蒽。

生物炭原料選用稻殼和棉桿，制得的稻殼生物炭和棉桿生物炭粒徑分布在

30~80目，比表面積分別為51.34、25.22m2/g，孔容積分別為0.032、0.018m3/g，

孔徑分別為3.92、4.16nm，pH值分別為8.08、7.25，Zeta電位分別為-19.2、-36mV。

任靜等在該研究中用稻殼生物炭和棉桿生物炭固定一株中度嗜鹽菌

Martelellasp.AD-3，以3%LB為固定化培養(yǎng)基、接種量為2.9×108CFU/mL、固

定化2d制備的生物炭固定化菌劑的固定化效果和去除效果最好，其中棉桿生

物炭固定化菌劑對溶液體系中PAHs降解率可達到95.85%。將生物炭固定化菌

劑投入到實驗中，各自分為四組：空白對照組、僅添加生物炭組、僅添加游離菌、

添加生物炭固定化菌劑組，對土壤中PAHs進行42d降解實驗。

在人工染毒土壤的PAHs降解實驗中，游離菌組前14d對菲降解率為10%、

對蒽降解率為4.7%，14d后基本不再降解；棉桿固定化菌劑組對菲降解率為

39.94%、對蒽降解率為29.47%；稻殼生物炭固定化菌劑對菲降解率為29.11%、

對蒽降解率為23.54%。在石化場地污染土壤的PAHs降解實驗中，游離菌組前

14d對菲降解率為13.48%、對蒽降解率為8.96%，14d后基本不再降解；棉桿固

定化菌劑組對菲降解率為41.54%、對蒽降解率為18.33%；稻殼生物炭固定化菌

劑對菲降解率為31.59%、對蒽降解率為17.59%。

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3.5.2焦化廠周邊污染土壤的微生物修復研究

焦化廠是以煤作為主要原料生產(chǎn)冶金焦炭和其他化工副產(chǎn)品的工廠，生產(chǎn)的

化工產(chǎn)品達40余種，其周邊土壤主要受到菲、苊、苯并熒蒽、砷、銅、吡啶等

物質的污染，這些污染物主要來自于焦化廠煉焦和熄焦階段產(chǎn)生的廢氣、煙塵和

煙霧。該焦化廠周邊土壤中吡啶含量最大值比荷蘭《土壤修復通令》中的干預值

高54.55%，確定吡啶為目標污染物。

生物炭原料為椰殼炭（立澤環(huán)?？萍继帲?，經(jīng)高溫碳化及水蒸氣活化制得椰

殼生物炭，pH值為9.83，比表面積為888.3314m2/g，孔容積為0.4742m3/g，平均

孔徑為2.1492nm，對微生物的吸附效果遠大于實驗中制備的其他生物炭。

張圳等在該研究中用椰殼生物炭固定兩株吡啶降解功能菌的混合菌（均為紅

球菌屬：Rhodococcusaetherivorans和Rhodococcuspyridinivorans，從污染土壤中

篩出），最佳固定化時間為36h。

在800mg/L吡啶去除實驗中，相較于游離菌24h時達去除63.42%，固定化

微生物對吡啶的去除效果更優(yōu)于游離菌，30h時對吡啶的去除率達到96.83%，

48h時去除率達到100%。向200mg/kg的吡啶模擬污染土壤中投加椰殼生物炭

固定化微生物，7d時對土壤中吡啶的去除率在47.66%以上，同時土壤中有機質、

速效鉀和有效磷含量分別至少提高了40.89g/kg、13.00mg/kg和2.13mg/kg。

3.5.3污泥生物炭固定化微生物強化石油污染土壤修復

生物炭原料為取自某污泥處理廠經(jīng)好氧堆肥處理后的污泥，制備的污泥生物

炭產(chǎn)率為61.35%、灰分為38.40%，比表面積為17.7504m2/g，孔容積為

0.065316m3/g，平均孔徑為18.76nm，pH值為7.37，對菌群的固定率最高可達到

65.29%，遠高于污泥對菌群的固定率。

張秀霞等在該研究中用污泥生物炭固定化一個由實驗室構建的石油烴高效

降解菌群（CH，由產(chǎn)堿菌菌株（Alcaligenesaquatilisstrain05-101）和芽孢桿菌

（KP728957.1:4-1425Bacillussp.FJAT-22505）按體積比1:1復配發(fā)酵而得）并投

入實驗，以總石油烴為目標污染物進行4組花盆土壤修復實驗：空白對照組（CK）、

僅添加污泥生物炭組（BC）、污泥生物炭＋游離菌組（BCB）和污泥生物炭固定

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化微生物組（BCIB），為期90d，期間通過添加尿素和KH2PO4調節(jié)土壤C、N、

P的質量比為100:5：1，修復過程中調節(jié)含水率保持在15%左右，每隔7d翻土

一次。

石油污染土壤經(jīng)90d的修復后，CK、BC、BCB和BCIB修復土壤中總石油

烴降解率分別為3.02%、45.14%、25.07%和58.80%，其中BCIB總石油烴降解率

最高。

3.5.4改性海帶渣生物炭固載降解菌在PAHs污染土壤修復中的應用

土壤采集自遼寧省大連市甘井子區(qū)某建筑工地的表層土壤，為受PAHs污染

的工業(yè)土壤，其中苯并[a]芘的濃度為4.96mg/kg。

生物炭原料為海帶渣粉末（來自青島海興源生物科技有限公司），制得氯化

鐵溶液改性海帶渣生物炭。改性與未改性海帶渣生物炭比表面積分別為11.7279、

4.9476m2/g，孔容積分別為0.048768、0.021081m3/g，平均孔徑分別為14.5915、

36.1854nm，粒徑為80目，Zeta電位分別為29.77（±2.04）、-28.97（±1.15）mV；

其中改性海帶渣生物炭對菌群固定化最高可達7.0×1011cfu/g。

李明旭等在該研究中用未改性和改性海帶渣生物炭分別固定化苯并[a]芘降

解菌群（來源為土壤，鑒定為黃單胞菌屬、芽孢桿菌屬和蒼白桿菌屬的混合降解

菌）投入土壤修復實驗，共4組實驗處理：空白對照組（CK）、只添加游離菌組

（B）、添加未改性海帶渣生物炭固定化菌群組（KBC）、添加改性海帶渣生物炭

固定化菌群組（KBMC），為期14d。

各實驗組中KBMC的土壤苯并[a]芘降解率達到86.98%，高于KBC苯并[a]

芘降解率76.07%，比游離菌組更高出27.98%，可見改性生物炭對苯并[a]芘降解

率有較大幅度提高。此外，KBC和KBMC固定化降解菌施入后的PAHs污染的

土壤中細菌群落多樣性指數(shù)較低，說明土壤微生物結構變得簡單，多樣性降低，

但與去除土壤中苯并[a]芘相關的優(yōu)勢菌種比例增加。

4標準主要內容

本文件編制依據(jù)行業(yè)相關標準，編寫格式嚴格參照GB/T1.12020標準規(guī)范

標準化工作導則的規(guī)定進行編制。

10

4.1標準適用范圍的說明

本文件規(guī)定了微生物固定化生物炭載體的術語和定義、產(chǎn)品要求、檢測方法、

檢驗規(guī)則、包裝、標識、運輸和貯存。

本文件適用于我國有機污染土壤微生物修復的微生物固定化生物炭載體，所

制成的微生物固定化生物炭載體主要應用于相關固定化菌劑的制備。

本文件主要適用于微生物固定化生物炭載體生產(chǎn)商。

4.2規(guī)范性引用文件

共引用標準文件11項，見3.3。

4.3術語和定義

對“微生物固定化”、“生物炭”、“生物炭載體”這三個本文件核心術語進行

了定義?！拔⑸锕潭ɑ敝笧槭菍⑻剡x的微生物固定在特定的載體上，使其高

度密集并保持生物活性，在適宜條件下能夠快速、大量增殖的一種生物技術?！吧?/p>

物炭”是生物質在缺氧或者無氧的條件下發(fā)生熱化學轉化而產(chǎn)生的富碳固體物質。

“生物炭載體”指將生物炭用作微生物固定化過程中為微生物提供附著及增殖空

間的材料。

4.4產(chǎn)品要求

對微生物固定化生物炭載體的原料選擇、感官特征、技術指標作出規(guī)范。

原料通常為農(nóng)林廢棄物、農(nóng)林生物質，來源廣泛，種類繁多，獲取成本低廉，

對于農(nóng)林廢棄物的再利用可減少就地燃燒秸稈等方式帶來的環(huán)境污染。

感官特征應用于對產(chǎn)品做出第一判斷，感官特征不符合規(guī)定的產(chǎn)品可直接判

定為不合格。

技術指標包括碳含量、灰分含量、機械強度、比表面積、孔容、粒度、水分

含量、pH值、有效固菌容量、重金屬含量，這些質量指標是為了檢測微生物固

定化生物炭載體的物理化學性質、生物相容性和可持續(xù)性，合格的載體材料才可

以提高對制備的固定化菌劑的穩(wěn)定性和活性。在實際生產(chǎn)中應根據(jù)具體情況進行

調整和優(yōu)化，以確保最佳的固定化效果和產(chǎn)品性能。

產(chǎn)品保質期為180天，可體現(xiàn)其長效性。通常非必要情況下可不對保質期進

11

行檢測。

4.4.1碳含量

生物炭的碳含量可反映出其碳、氮、氧等元素之間的比例及其烷基結構和芳

香結構的占比，從而反映出生物炭的穩(wěn)定性，尤其是生物炭中不易分解的碳含量

越高，其壽命越長。生物炭的總碳含量包括固定碳含量和灰分含量。

根據(jù)標準DB21/T—3321《生物炭分級與檢測技術規(guī)范》第4章節(jié)規(guī)定的生

物炭分級標準指標和DB21/T3318—2020《設施果蔬（櫻桃番茄、薄皮甜瓜）生

物炭與微生物菌劑協(xié)同應用技術規(guī)程》第4章節(jié)規(guī)定的生物炭技術指標要求，I

級和II級生物炭總碳含量分別為≥60%和≥30%；參考實驗文獻及綜述文獻，以

《生物炭主要類型、理化性質及其研究展望》和《不同原料及熱解條件下農(nóng)業(yè)廢

棄物生物炭的特性》等為代表，農(nóng)林廢棄物等生物質為原料制備的生物炭碳含量

平均在40%以上。故選取微生物固定化生物炭載體的碳含量指標為≥40%。

4.4.2灰分

生物炭灰分指的是生物質燃燒后剩余的無機鹽、礦物組分、有機物等，其存

在影響生物炭中極性官能團的空間分布，有助于極性官能團在生物炭表面的向外

暴露；一般灰分越低，生物炭的芳香性會增強，表面積、微孔、介孔及大孔數(shù)目

也會增加，以提供更多的吸附位點。

根據(jù)標準DB21/T—3321《生物炭分級與檢測技術規(guī)范》第4章節(jié)規(guī)定的生

物炭分級標準指標和DB21/T3318—2020《設施果蔬（櫻桃番茄、薄皮甜瓜）生

物炭與微生物菌劑協(xié)同應用技術規(guī)程》第4章節(jié)規(guī)定的生物炭技術指標要求，I

級和II級生物炭固定碳含量分別為≥50%和≥25%，可得I級和II級生物炭灰分含

量分別為<10%和<5%，選取微生物固定化生物炭載體的灰分含量指標為<10%。

4.4.3機械強度

生物炭的機械強度（即硬度）直接反應出其在壓縮、磨損和摩擦等力的作用

下的抗破壞能力，直接影響其使用壽命和吸附能力。

根據(jù)標準GB/T7701.2—2008《煤質顆粒活性炭凈化水用煤質顆?；钚蕴俊?/p>

4.2.2章節(jié)規(guī)定的技術指標和GB/T13803.2—1999《木質凈水用活性炭》3.3章節(jié)

12

規(guī)定的質量指標，活性炭強度應≥85%，選取該指標作為微生物固定化生物炭載

體的機械強度。

4.4.4比表面積、孔容

生物炭的表面積大小、孔容指標與載體的吸附能力、固定化效果密切相關，

尤其是表面積這一指標，比表面積越大，吸附能力就越強。而在平均孔徑較小的

情況下，孔容較大的生物炭固定化載體，其比表面積越大，越有利于微生物的固

定化。

根據(jù)標準DB12/T1144—2022《旱田土壤4種長殘效除草劑污染生物炭原

位鈍化修復技術規(guī)程》4.1章節(jié)規(guī)定用于土壤修復的生物炭比表面積≥20m2/g，平

均孔隙體積≥0.02cm3/g；同時參考眾多研究文獻中的用于固定化的生物炭載體比

表面積參數(shù)（部分見表1）。選取微生物固定化生物炭載體的比表面積指標為≥150

m2/g、孔容指標為≥0.02cm3/g。

表1生物炭載體比表面積參數(shù)

來源研究（文獻）比表面積參數(shù)（m2/g）

混合白腐真菌的固定化及其在治理鉛污染

332.89±4.23

廢水中的應用

物炭固定化菌復合材料在環(huán)境修復中的應

51.34

用研究進展

菌糠炭與微生物協(xié)同吸附－降解石油烴類

109.2691

污染物

微生物固定化生物炭對水體銨態(tài)氮去除效

186.16

果的研究

生物炭基好氧反硝化細菌固定及去除水中

191.3

硝態(tài)氮

化學老化對Mg改性生物炭礦物結構及

169.00、104.00

Pb2+吸附的影響

生物炭固定化微生物技術對鎘污染土壤的

358.817、243.211

穩(wěn)定化效果及其影響因素研究

13

（續(xù)）表1生物炭載體比表面積參數(shù)

來源研究（文獻）比表面積參數(shù)（m2/g）

生物炭固定耐鎘菌群對水體中鎘的吸附性

71.02

能研究

生物炭基固定化微生物及對石油污染土壤

157.11、256.03、312.30、208.65

的修復研究

高溫裂解生物炭固定化微生物去除水中全

388.383、473.833、568.514

氟丁磺酸研究

Enhancedremediationofphenanthrenein

waterandsoilbynovelbiochar-immobilized407

bacterialmicrospheres

Removalofchlortetracyclinefromwaterby

immobilizedBacillussubtilisonhoneysuckle132.110、95.423

residue-derivedbiochar

Effectsofbiocharadditiononanaerobicco-

digestionofsewagesludgeandswinemanure:

765.2

copperimmobilizationanddigestion

performance

Nitratesorptionanddesorptioninbiochars

513±21、456±15、582±23

fromfastpyrolysis

4.4.5粒度

生物炭粒度的大小除了也能與上述比表面積等指標共同影響載體的吸附和

固定化效果外，還與其使用效果有關。粒徑較大的生物炭容易在使用過程中造成

流通阻力，影響了傳質和傳熱效果，進而影響有機污染場地的修復效果。

根據(jù)標準DB21/T2398—2015《生物炭基肥料》4.2章節(jié)規(guī)定的生物炭基肥

料成分，主要分布范圍均為1.0~4.8mm和3.35~5.6mm，該范圍的粒度為90%；

標準NY/T3041—2016《生物炭基肥料》4.2章節(jié)規(guī)定的生物炭基肥料產(chǎn)品技術

指標要求，主要分布范圍均為1.0~4.75mm和3.35~5.6mm，該范圍的粒度為80%。

14

根據(jù)微生物固定化載體的需求，選取粒度指標見表2。

表2微生物固定化生物炭載體粒度指標

粒度范圍指標（%）

<100nm≤5

100~560nm≥90

>560nm≤5

4.4.6水分含量

生物炭的水分含量會影響其吸附其他物質的能力，水含量越多，其吸附能力

就越弱，進而影響載體對微生物的固定化效果和應用于有機污染場地修復時對污

染物的吸附效果。

根據(jù)標準DB21/T2398—2015《生物炭基肥料》4.2章節(jié)規(guī)定的生物炭基肥

料成分，其水分質量分數(shù)為2.0%~5.0%，選取微生物固定化生物炭載體的水分含

量指標為<5%。

4.4.7pH值

生物炭的pH值應限制在弱酸性到弱堿性的范圍內，其一是為了避免對多數(shù)

非耐強酸、強堿性的微生物細胞造成破壞，其二是為了避免在后續(xù)投入有機污染

場地時進一步加劇場地自身的酸性或堿性而影響修復效果及對環(huán)境可能造成的

負面影響。

根據(jù)標準GB202875—2006《農(nóng)用微生物菌劑》5.3.1章節(jié)規(guī)定的農(nóng)用微生物

產(chǎn)品技術指標和NY/T798—2015《復合微生物肥料》4.3章節(jié)規(guī)定的復合微生物

肥料產(chǎn)品，兩文件規(guī)定的顆粒劑型pH值均為5.5~8.5，選取該指標作為微生物固

定化生物炭載體的pH值。

4.4.8有效固菌容量

微生物固定化生物炭載體用于制備復合固定化菌劑，載體的有效固菌容量即

為制備出菌劑的有效活菌數(shù)，該指標直接反映了載體的固定化能力，是產(chǎn)品的核

心指標，直接決定了載體能否投入有機污染場地生物修復的應用。此外，微生物

15

固定化生物炭載體能固定2種或2種以上優(yōu)勢菌種可體現(xiàn)其廣譜性。

根據(jù)標準GB202875—2006《農(nóng)用微生物菌劑》5.3.1章節(jié)規(guī)定的農(nóng)用微生物

產(chǎn)品技術指標，顆粒劑型有效活菌數(shù)≥1.0億/g，選取該指標并記作1.0×108CFU/g

作為微生物固定化生物炭載體的有效固菌容量。

4.4.9重金屬含量

重金屬含量指標包括砷、隔、鉛、鉻、汞的含量，為了確保后續(xù)制成的固定

化菌劑產(chǎn)品在使用過程中不會對環(huán)境造成進一步的污染，有助于保證產(chǎn)品符合無

害化要求，并最大限度地降低對土壤和環(huán)境的潛在風險。

根據(jù)標準NY525—2021《有機肥料》中4.2.3章節(jié)規(guī)定的限量指標和NY/T

798—2015《復合微生物肥料》4.4章節(jié)規(guī)定的復合微生物肥料產(chǎn)品無害化指標要

求，選取其中重金屬含量指標（見表3）作為微生物固定化生物炭載體的重金屬

含量指標參數(shù)，制備出的生物炭應用于土壤修復后，被修復土壤的重金屬含量符

合我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準，被修復土壤后續(xù)可用作農(nóng)業(yè)土壤用地及該標準以下的土壤

用地。

表3重金屬含量指標

重金屬種類指標（mg/kg）

砷（As）≤15

鎘（Cd）≤3

鉛（Pb）≤50

鉻（Cr）≤150

汞（Hg）≤2

4.5檢測方法

主要對4.4中載體各技術指標的檢測方法進行規(guī)定，所涉及的指標檢測方與

對應的標準或規(guī)范文件如下：

碳含量：SN/T3005

灰分含量：GB/T12496.3

16

機械強度：GB/T12496.6

比表面積、孔容：GB/T7702.20

粒度：GBT12496.2

水分含量：GB/T12496.4

pH值檢測：GB/T12496.7

有效固菌容量：NY/T883、GB4789.2

重金屬含量：GB/T23349

4.6檢驗規(guī)則

為遵循微生物固定化生物炭載體的科學系統(tǒng)的評價原則，首先在樣品的選擇

和取樣規(guī)則上應具有代表性，在樣品檢驗的程序設計上應合理，在判定規(guī)則的要

求上應適應微生物固定化生物炭載體的特點。因此，在標準中設立了抽樣規(guī)則、

檢驗分類和判定規(guī)則等方面的內容，對上述指標的測定相應執(zhí)行。

4.7包裝、標志、運輸和貯存

為落實微生物固定化生物炭載體的應用性原則，對微生物固定化生物炭載體

的包裝、貯存和運輸?shù)南嚓P內容做出了規(guī)定。

5國內外標準情況

目前國內外均沒有針對生物炭在微生物固定化載體方面的本文件，本文件的

制定過程中，為達到行業(yè)市場需求與技術指標合理性、先進性，填補國內應用于

有機污染場地生物修復的微生物固定化生物炭載體的相關標準的空白，本文件對

如下國內外與生物炭產(chǎn)品、相關領域相近類型產(chǎn)品及應用的相關現(xiàn)行標準進行參

考：

5.1國內標準

GB/T7701.2—2008煤質顆粒活性炭凈化水用煤質顆?；钚蕴?/p>

GB/T13803.2—1999木質凈水用活性炭

GB202875—2006農(nóng)用微生物菌劑

DB12/T1144—2022旱田土壤4種長殘效除草劑污染生物炭原位鈍化修復

17

技術規(guī)程

DB21/T2398—2015生物炭基肥料

DB21/T3321—2020生物炭分級與檢測技術規(guī)范

DB21/T3318—2020設施果蔬（櫻桃番茄、薄皮甜瓜）生物炭與微生物菌

劑協(xié)同應用技術規(guī)程

NY525—2021有機肥料

NY/T798—2015復合微生物肥料

NY/T3041—2016生物炭基肥料

NY/T4159—2022生物炭

5.2國外標準

CRCKE21710-2013BiocharandSoilBiota（生物炭與土壤生物）（美國）

CRCKE26367-2015Biochar:ProductionCharacterizationandApplications

（生物炭：生產(chǎn)、表征和應用）（美國）

OENORMS2211-2016Pflanzenkohle-Ausgangsmaterialien,

QualitatsanforderungenundUntersuchungsmethoden（植物生物炭.原料、質量要

求和試驗方法）（奧地利）

6與有關現(xiàn)行法律、法規(guī)、強制性國家標準的關系

本文件在行業(yè)內屬于首次制定，與本行業(yè)現(xiàn)有其他標準配套協(xié)調。本文件引

用3.2和3.3所述的國家法律法規(guī)及規(guī)范標準，所涉及內容完全符合國家對固定

化載體等產(chǎn)品的要求，與相關法律法規(guī)、標準、規(guī)范無沖突，積極符合國家對碳

中和及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

7標準實施的預期效益

本文件明確了微生物固定化生物炭載體的產(chǎn)品要求，有利于微生物固定化生

物炭載體生產(chǎn)過程中的標準化和規(guī)范化，有利于微生物固定化生物炭載體及復合

固定化菌劑在有機污染土壤生物修復和治理中的推廣應用。

本文件的發(fā)布，有利于土壤環(huán)境污染治理，有利于提高自然資源利用率，有

18

利于進一步推進有機污染土壤的修復，有利于突破土壤修復后再利用的困難制約，

有利于促進社會與生態(tài)和諧發(fā)展。同時，生物炭原料來源廣泛、價格低廉，相較

其他治理方式進一步降低了有機污染土壤修復的成本。

8標準實施建議

本文件與《有機污染場地生物修復技術規(guī)范復合固定化菌劑制備》為同系

列標準，推薦配套使用。

參考文獻

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