环境工程微生物技术与产业发展研究

杨旭楠 ,  刘丛竹 ,  宋仲戬 ,  吴清平 ,  刘东风 ,  俞汉青 ,  许玫英

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 175 -191.

PDF (1562KB)
中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 175 -191. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2025.04.017
面向美丽中国的资源循环利用与生态环境治理研究

环境工程微生物技术与产业发展研究

作者信息 +

Development of Microbial Technology and Industry in Environmental Engineering

Author information +
文章历史 +
PDF (1598K)

摘要

环境工程微生物技术是生态文明建设的重要技术支撑。本文通过系统的横向对比评述，深入剖析了环境工程微生物技术在水处理、土壤修复、废气治理、固体废物处置以及通用技术等领域的研究进展与核心技术路径；研判了环境工程微生物技术的发展趋势，即在微生物代谢调控、功能载体创新及合成生物学等关键技术的驱动下，从经验应用到理性设计范式，从单一功能菌剂到协同微生物群落，从局部修复到系统级优化；梳理了环境工程微生物产业的发展环境与发展现状，剖析了我国产业发展在政策驱动、市场格局、技术瓶颈等方面面临的挑战。为推动我国环境工程微生物技术及产业的高质量发展、加快产业化应用，研究建议，加强基础研究，着重发展基于多组学技术的功能菌群设计、智能材料介导的微生物菌剂精准投递以及数字孪生系统促进的动态过程优化等技术方向；构建“技术 ‒ 产业 ‒ 市场”协同创新体系，推动从技术突破到产业落地的全链条发展。

Abstract

Microbial technologies in environmental engineering are vital for the construction of ecological civilization. This study provides a comparative analysis of research progresses and core technological pathways in four major fields: water treatment, soil remediation, waste gas treatment, and solid waste disposal. It highlights the profound transformation of the field, driven by key technological breakthroughs such as microbial metabolism regulation, functional carrier innovation, and synthetic biology applications, evolving from empirical processes to rational design paradigms, from single-strain inoculants to synergistic microbial consortia, and from localized remediation to system-level optimization. Meanwhile, it analyzes the policy drivers, market landscape, and technical bottlenecks constraining industrial development in China. To foster high-quality development and accelerate industrial applications, the study proposes future directions including the design of functional microbial communities using multi-omics, precise delivery of microbial agents via smart materials, and dynamic process optimization through digital twin systems. It also discusses strategies for building a collaborative innovation system across the technologies, industry, and market, aiming to forge a full-chain path from technological breakthroughs to industrial applications.

Graphical abstract

关键词

环境工程 / 微生物技术 / 水处理 / 土壤修复 / 废气处理 / 固体废物处置

Key words

environmental engineering / microbial technology / water treatment / soil remediation / waste gas treatment / solid waste disposal

引用本文

引用格式 ▾
杨旭楠,刘丛竹,宋仲戬,吴清平,刘东风,俞汉青,许玫英. 环境工程微生物技术与产业发展研究[J]. 中国工程科学, 2025, 27(3): 175-191 DOI:10.15302/J-SSCAE-2025.04.017

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

一、 前言

环境工程是支持生态文明建设、实现美丽中国的关键技术基础[1]。目前，环境污染治理正从传统的末端控制转向绿色、低碳、循环的系统性变革。传统物理化学处理技术因其高能耗、高物耗、二次污染等固有缺陷，难以适应新时期的发展要求。在此背景下，环境工程微生物技术凭借其低碳节能、环境友好和易实现资源化的独特优势，已不再是污染控制的备选方案，而逐渐成为支撑生态文明建设和实现“双碳”战略目标的关键技术基石[2]。

近年来，以合成生物学、基因编辑为代表的生物技术进步为环境工程微生物技术带来了新的发展机遇[3]。新兴技术如功能菌株定向改造和微生物群落调控，显著提高了污染物降解效率[4]；人工智能、大数据等新一代信息技术与微生物技术深度融合，为准确识别污染物、开展智能过程控制和结果预测提供了有力支持[5,6]；新型载体材料的开发和应用进一步提高了微生物技术的使用效率[7]。尽管取得了这些进展，但是我国环境工程微生物技术的产业发展仍面临诸多挑战：在技术层面，高效功能菌株、新型载体材料等关键技术仍存在短板，与国际领先水平存在差距；在产业层面，尚未形成完善的产业链，产业上下游缺乏协同创新，制约了产业的发展；在应用层面，需进一步加强技术推广和商业模式创新。因此，系统总结环境工程微生物技术的发展现状并研判产业发展趋势，对推动环境工程微生物产业高质量发展具有重要意义。

为应对环境工程微生物技术及产业发展面临的挑战，打通从基础研究到产业应用的“最后一千米”，本文从技术进展评述和产业格局研判的双重视角出发，基于文献回顾和市场调研，系统综述微生物技术在水处理、废气处理、土壤修复和固体废物（固废）处置等领域的技术研究进展，深入分析产业发展环境并探讨未来发展趋势，提出推动环境工程微生物技术与产业发展的建议，为把握行业技术创新方向、政府制定产业支持政策提供依据。

二、 环境工程微生物技术研究进展

近年来，环境工程微生物技术发展迅速，在水处理、土壤修复、废气处理和固废处置等领域取得了显著创新与关键突破。环境工程微生物技术概览如图1所示，这些技术已从传统方法发展到更加复杂的系统，如结构调控、材料创新和群落协同，体现了环境微生物工程从经验应用向理性设计的转变。

（一） 水处理中的微生物技术

1. 活性污泥工艺

活性污泥工艺主要通过硝化 ‒ 反硝化（SND）、解磷 ‒ 聚磷等微生物群落的协同作用，去除污水中的氮和磷。近年来，相关技术创新集中在克服传统推流反应器中的质量传递限制，通过引入结构调控来实现微生物群落的空间分化[8]。这标志着活性污泥工艺范式发生了转变，从同质化处理转向定向调控。例如，好氧颗粒污泥技术通过优化选择压力诱导微生物自发形成致密球形颗粒，突破了传统活性污泥絮体污泥沉降性能差、运行负荷低的瓶颈。该技术形成的致密颗粒结构可同步实现脱氮除磷，尤其适用于低碳／氮比污水处理；产生的高生物量浓度，可以承受数倍于传统工艺的有机负荷，适用于高浓度工业废水处理；其优异的沉降性能可以简化工艺流程，为污水处理节省占地并降低能耗[9]。同步硝化 ‒ 反硝化（SND）技术通过精确控制溶解氧浓度（0.3~0.8 mg/L）和优化絮体结构，在单一反应器内实现硝化和反硝化的同步进行，简化了整体工艺流程[10]，可以稳定实现污水处理后的总氮浓度低于5 mg/L[11]。在水处理的微生物技术中，取得突破性进展的是厌氧氨氧化技术，该技术利用厌氧氨氧化菌直接将铵和亚硝酸盐转化为氮气，显著降低了能耗（减少曝气成本）和污泥产量（减少80%以上），已在全球数百个污水处理厂成功落地应用[12]。最近，研究人员创新性提出了絮体管理策略，成功开发了单级混合系统，能够通过厌氧氨氧化实现高效的氮和磷同时去除。通过结合生物膜和絮体的优势，该系统解决了厌氧氨氧化和磷去除在生态位、污泥龄方面的冲突，使厌氧氨氧化菌占到生物膜的12.5%，并实现大于97%的氮和磷去除率[13]。此外，部分硝化 ‒ 厌氧氨氧化技术通过抑制亚硝酸盐氧化菌，同时促进氨氧化菌将铵部分氧化为亚硝酸盐，然后由厌氧氨氧化菌将其转化为氮气。这种方法在主流和侧流污水处理中都显示出巨大的氮去除潜力[14]。这些创新技术通过对微环境的精准调控，推动水处理技术从依赖经验的“黑箱”操作向基于机理的理性设计进行转变，为解决全球污水处理挑战提供了多种新颖且可持续的解决方案。表1列出了主流水处理技术的对比情况。

2. 生物膜技术

生物膜工艺通过在固体填料表面形成生物膜，融合生物处理与物理分离的双重优势，高效去除水中的有机污染物、氮和磷等关键污染物，是一种极具应用价值的先进水处理技术[15,16]。与传统的活性污泥工艺相比，基于生物膜的方法具有更高的生物量负荷、更强的抗冲击负荷能力和更低的剩余污泥产量[17]。

生物膜的形成机制与调控对实现高效水处理至关重要。微生物附着在载体表面后，产生富含多糖和蛋白质的胞外聚合物（EPS），而EPS可以增强生物膜的机械强度和抗剪切力[18]。近年来，微生物定殖载体优化取得了显著进展，从传统的有机载体转向先进的无机材料（如石墨烯气凝胶、稀土催化剂）和增材制造定制载体（如热塑性塑料、导电油墨、金属等），增强了微生物电化学系统中生物电极的导电性和生物相容性，使生物膜精确沉积在电极上，提高了生物膜的稳定性和质量传递效率，从而显著提升了水处理性能[19,20]。此外，基于菌藻共生体系协同作用研发的菌藻生物膜技术为高效、环保处理养殖尾水带来了新机遇，使养殖尾水中总氮、总磷的去除率高达70%~99%[21]。

3. 生态处理技术

生态处理技术如人工湿地和稳定塘，已广泛应用于农村生活污水和矿山污水处理[22,23]。这些技术的发展主要集中在优化填料和工艺配置以提高微生物代谢效率。近期研究发现，采用改性铁碳微电解材料作为填料，能够提升人工湿地对氮、磷等营养物质的去除效率（63%~76%），并有效降低温室气体的排放[23]。

微生物技术在自然水体生态修复中发挥着重要作用。特别是在黑臭水体修复中，硝酸盐缓释颗粒为水体沉积物中的微生物持续提供电子受体（NO 3 -），激活其中的自养和异养反硝化微生物，通过反硝化作用实现沉积物中的硫化物氧化和有机污染物降解，消除黑臭物质。这种方法实现了传统工程方法（如曝气）无法达到的效果[24,25]。此外，研究人员构建了生物（厌氧、生物转盘、好氧） ‒ 生态（复合电磁场强化垂直流人工湿地）耦合工艺，相比传统生物技术，对农村生活污水中总磷、化学需氧量（COD）的去除率分别提升了31.63%、11.32%[26]。

（二） 土壤修复中的微生物技术

1. 微生物淋洗技术

微生物淋洗是利用微生物代谢产物（如有机酸、硫酸、螯合剂）作为淋洗液的主要功能成分，将土壤中的重金属或有机污染物活化并去除的一种土壤修复技术[27]。微生物淋洗技术的核心机制包括：① 酸化，硫氧化细菌可以产生硫酸以降低土壤的酸碱度，促进重金属溶解；② 螯合，微生物分泌的低分子量有机酸（如柠檬酸、草酸）可以与重金属形成可溶性复合物，提高其迁移性；③ 氧化还原反应，铁氧化细菌通过Fe3+/Fe2+循环促进重金属的氧化溶解。这些过程将污染物从土壤转移到液相，有效降低了土壤中的污染物浓度[24]。研究人员采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌对钒污染土壤进行了生物淋洗试验，20 d后土壤中的钒含量减少，钒浸出率达到27.4%[28]。合适的微生物剂对微生物淋洗技术的成功至关重要，基因组学为微生物淋洗技术中功能菌株的筛选提供了新工具。通过结合基因组测序技术和生物分子技术（如变性梯度凝胶电泳、荧光原位杂交和实时荧光定量聚合酶链式反应技术等），可以实现生物淋洗环境中微生物多样性的精准识别和定量分析，建立基于分子水平的动态监测方法，从极端环境中筛选出更具潜力的新菌种，从而优化微生物淋洗工艺，提升其应用效果[29]。

2. 微生物钝化技术

微生物钝化技术利用微生物活性或代谢产物，通过吸附、沉淀、离子交换及氧化还原反应，结合自身对重金属的吸收、转化等钝化作用，将土壤中的污染物转化为不溶性或低毒性形式，降低其生物可利用性、迁移性和毒性。其中，长期稳定性是微生物钝化技术的关键指标[30,31]。例如，微生物代谢诱导CaCO3沉淀，可将重金属固定为不溶性矿物质，显著降低其环境风险。通过应用解淀粉芽孢杆菌水解尿素，产生碳酸根离子（CO 3 2 -），然后与CaO水解产生的钙离子（Ca2+）结合形成CaCO3（方解石），使铜镍尾矿中的重金属Cu、Ni、Pb、Cd的钝化率分别稳定在（78.8±2.9）%、（78.1±1.0）%、（89.2±1.0）%、（97.8±0.5）%[32]。

3. 微生物降解技术

微生物降解技术是一种生物修复方法，利用微生物及其酶系统将土壤中的有机污染物转化为无毒或低毒性的小分子物质（如CO2和H2O）[33]。该技术的关键是确保降解菌与目标污染物的有效接触。研究人员基于合成生物学，构建了能合成鼠李糖脂的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）与能降解菲的工程大肠杆菌（Escherichia coli）的双菌种协同降解体系，其中鼠李糖脂作为生物表面活性剂可以增强菲的水溶性和生物可利用性，使土壤中有机污染物菲的降解效率提高至61.15%~85.73%[34]。然而，当前微生物降解技术面临诸多挑战：对持久性有机污染物（如高氯代有机污染物）的降解效率低；在复杂环境中，微生物活性的维持存在一定困难，导致降解效率不稳定；对降解中间体的毒性评估不足等[35,36]。为应对这些挑战，研究人员开发了一种纳米生物炭材料，可以改善土壤质量并提高土壤空间电子传递效率，显著提高了微生物降解活性，使土壤中农药（如氟氯氰菊酯）的降解效率提高至53.8%[37]。此外，通过运用基因编辑技术提高假单胞菌KT2440中关键生长酶（如tphABII、tpaK）的表达，增强了对对苯二甲酸的降解能力[38]。

4. 植物 ‒ 微生物协同修复

植物 ‒ 微生物协同修复是一种绿色土壤修复技术，利用植物和根际微生物的协同作用建立污染物降解代谢网络，能够吸收、转化、固定或降解污染物。植物 ‒ 微生物协同修复的核心机制在于植物和微生物功能的协同增强[39]。相关研究揭示了植物信号分子调节微生物代谢途径的分子机制，为优化植物 ‒ 微生物系统提供了理论基础。转录组学分析表明，植物根分泌物中的特定代谢物（如黄酮类化合物）可以显著激活根际细菌中与多环芳烃降解相关的基因，如萘二氧杂环己烷酶基因，从而提高污染物的降解效率，为靶向调控微生物提供了新方案。当前的技术挑战包括提高根际微环境中物质和能量传递效率，从经验驱动转向数据驱动[40]。通过整合多场景评估系统、三维定量构效关系模型和基因重组技术，研究人员设计了能够高效吸收、降解和矿化多氯代萘的多功能蛋白。这些进展标志着修复技术从传统的“被动固定”到“主动转化”的转变[41]。

通过对比不同土壤微生物修复技术的核心修复机理、修复目标及其技术瓶颈与挑战（见表2）可知，土壤修复需综合考虑污染物类型、修复周期、经济成本、生态风险等因素，未来发展趋势倾向于多技术联用和功能菌群定向开发，以实现对污染土壤的高效、稳定、可持续修复。

（三） 废气处理中的微生物技术

1. 生物过滤／生物滴滤系统

生物过滤／生物滴滤系统依赖附着在填料表面的微生物形成生物膜，代谢降解废气中的污染物。当废气流经填料床时，污染物被生物膜吸附并转化为无害物质，如CO2和H2O。生物过滤／生物滴滤系统特别适用于处理低浓度、高流量的挥发性有机化合物（VOCs）和含硫化合物（如H2S）[42]。当前研究的关键是优化填料材料以调控微生物群落功能（见表3）。例如，开发导电生物炭复合材料、零价铁（ZVI）负载材料或纳米催化剂，通过提高电子传递效率，显著提高硝氮的去除率（66.1%~96%）并降低N2O排放比例（37.4%~42.4%）[43]。其主要目标是克服传统单相反应器中的质量传递限制，利用材料的孔隙性和电子传递的优化，在系统中实现高效的气 ‒ 液 ‒ 生物膜物质传递。此外，研究人员研发了可以添加微生物活性促进剂的一体化生物滴滤塔除臭技术，使微生物驯化周期缩短了60%，强化生物滴滤塔对H2S的去除率达99.9%[44]。

2. 生物喷淋／洗涤技术

生物喷淋／洗涤技术是将含有活性微生物（如活性污泥或工程微生物群落）的悬浮液喷洒到废气中。污染物如VOCs、NH3和H2S被吸收进入液相，随后被微生物代谢转化为无害物质。与传统的物理化学洗涤方法相比，生物洗涤利用微生物的生化活性显著提高了污染物的降解效率，同时减少了化学试剂的使用[45]。该技术的关键在于提高微生物剂与污染物之间的相互作用效率（见表3）。相关研究表明[46]，通过调节液体流速以增加微生物菌剂与气态硫化物之间的接触效率，生物洗涤系统的H2S去除效率可以从76%提高到97.7%。这种方法可以避免传统脱硫方法中过度使用化学试剂，降低了运营成本和二次污染风险。此外，可以使用泡沫生物洗涤技术[47]，在洗涤塔中加入皂甙基生物表面活性剂，增加气 ‒ 液界面面积，可以提高污染物的溶解度，并提升微生物细胞膜的通透性，从而加速苯从气相到液相的转移，增强其微生物降解效率。

3. 生态处理系统

植物和微生物的生态处理系统越来越多地用于废气处理与温室气体减排。例如，植物 ‒ 微生物联合生态滤床，利用根际效应，可以实现VOCs降解和CO2固定的协同处理效果。最近在主动式绿色墙体系统方面的研究表明，增加气流可以显著提高植物对VOCs的去除效率（30%~77%），实现减污降碳[48]。

微藻系统是另一种颇具前景的方法。通过光合作用，微藻将废气中的CO2和其他污染物（如NO x 和硫化物）转化为生物质（如脂质、蛋白质）或无害副产品。研究人员基于蛋白核小球藻构建气升式藻 ‒ 菌共生反应器，对氯苯的去除率超过90%，并降低了反应器出口的CO2浓度（约25%）[49]。小球藻和斜生藻等物种的光合效率是陆生植物的10~50倍，所得的微藻生物质可以进一步加工成生物燃料、动物饲料、蓝藻蛋白等高价值产品[50]。

（四） 固废处置中的微生物技术

1. 好氧堆肥

好氧堆肥是一种生物处理过程，微生物在有氧条件下分解有机固废（如畜禽粪便、厨余垃圾、农林残留物等），将其转化为稳定的腐殖质和富含营养的物质。好氧堆肥的核心机制在于嗜热菌、放线菌等微生物的高温代谢，它们分解有机物并释放热量，使堆肥堆温度升高至50~70 ℃，从而杀死病原体和杂草种子；在此过程中，碳通过三羧酸循环转化为CO2，而氮通过氨化和硝化转化为植物可利用的形式，如铵态氮和硝态氮。该技术的关键在于堆肥参数的调控（见表4）[51]。膜覆盖好氧堆肥是一种改进的强制通风方法，使用选择性透气的功能膜（如e-PTFE三层膜）保留堆肥堆中的水分并促进气体交换，同时有效减少臭气排放[52]。最近，机器学习算法如人工神经网络，已应用于固废处置，这些算法可以预测堆肥参数（如温度、微生物群落结构）的变化，以优化堆肥过程并提高效率[53]。

2. 厌氧消化

厌氧消化指在厌氧条件下，通过微生物分解有机废物产生沼气和腐殖质的过程。该过程包括水解、酸化、乙酸化和甲烷化4个阶段。核心技术挑战在于维持和协调多样化的微生物群落，如维持发酵菌、产酸菌和产甲烷古菌之间的平衡（见表4）。近年来，菌群调控技术已取得了突破。通过高通量测序技术和宏基因组学，研究人员能够更深入地了解微生物动态和代谢途径，从而通过精准调控微生物群落来提高沼气产量[54,55]，同时可以提高机器学习模型在厌氧消化领域的适用性和预测性能[56]。此外，通过添加导电材料（如金属纳米颗粒、石墨烯、碳纳米管等）、半导体材料（如金属氧化物、生物炭）、可溶性电子介质（如腐殖酸类似物、核黄素）或电子载体（如乙醇、半胱氨酸），可以显著增强微生物之间的直接电子传递，从而使甲烷产量增加30%~70%[57]。

3. 资源回收技术

固废资源化技术指利用微生物将固体废弃物转化为生物能源、高值化学品或环境修复材料的过程，涵盖分解代谢、生物吸附、生物合成等多重机制。固废资源化技术的核心是开展跨物种代谢网络的精准调控，平衡电子传递效率与产物抑制效应。在定向合成领域，固体发酵技术利用木质纤维素类废弃物生产生物塑料前体物质聚羟基脂肪酸酯，不仅可以实现废弃物的高值化利用，还具备环境友好和低能耗的显著优势[58,59]。热解污泥的连续链延长发酵技术通过优化乙醇负荷率，可以实现稳定的中链脂肪酸生产，其中正辛酸比例高达54.3%，展现了高效的固废转化和产物选择性调控能力[60]。此外，有机废弃物的生物修复与资源化技术通过微生物代谢将废弃物转化为生物吸附剂，实现了重金属去除和废弃物资源化的双重目标，体现了跨物种代谢网络的精准调控能力[61]。

4. 生物增强填埋系统

填埋场生物强化技术指投加功能微生物或优化土著菌群活性，以提高填埋场中有机物的降解和污染物的转化，包括烃类分解、甲烷氧化和重金属固定。该技术的核心在于构建功能菌群驱动的污染物靶向消纳体系，技术突破聚焦合成功能菌群、反应界面优化和过程智能监控。例如，研究人员构建了多功能复合菌剂，加速填埋初期有机物分解，使COD降解率达60.11%，同时有助于发酵代谢功能菌群的富集，促进填埋的好氧稳定化进程[62]。此外，研究人员还开发了由纤维素分解菌、渗滤液处理菌和除臭菌组成的复合微生物群落，可以显著提高填埋场中挥发性固体的降解率（34.3%~78.3%），同时减少了恶臭气体的排放[63]。

（五） 环境工程中的通用微生物技术

1. 种质资源挖掘和菌株优化

微生物种质资源挖掘是微生物技术的基础。随着高通量分离和培养技术的发展，研究人员正在突破传统微生物分离能力的局限。微流控单细胞分选技术通过在微流控芯片上生成纳升级别的微液滴，为微生物细胞提供独立培养环境，避免物种竞争，促进稀有或生长缓慢微生物的分离，在获取稀有微生物方面具有高效性[64]。基于对Fe2+具有高灵敏度和选择性的荧光化学传感器，可以实现铁还原微生物（FeRM）的可视化筛选[65]。该方法可以从包含多种物种的细菌培养物甚至沉积物中选择性识别和定位活性FeRM。通过将这种方法与流式细胞术结合，可以从样本中以单细胞水平高效获得目标FeRM，同时用于揭示FeRM的原位或异位作用及其与环境微生物／化学物质的相互作用。

2. 微生物菌剂的模块化设计和精准投递

微生物菌剂的开发已迈入合成微生物组工程化设计新阶段。微生物群落因其“涌现特性”展现出单一种群所不具备的复杂功能和特性。例如，微生物之间的协同代谢、生态位互补以及对环境变化的集体响应等，在合成生物学中受到了广泛关注[66]。明确菌群的结构组成是理解其功能涌现机制的基础。研究人员通过计算机模拟预测微生物群落的结构和代谢网络，可以更精确地组装功能模块，并实现物质在时空上的递送控制[67]。基于微生物运输（趋化性、对流扩散等）和微生物代谢，研究人员开发了一种数学模型以用于预测石油烃污染物降解过程中外源细菌和电子受体的运输过程，发现提高细菌的代谢活性可以将污染物的修复效率提高至40%~80%，且微生物的趋化系数在0.2 cm2/s时可以使污染物的降解效率最大提高20%[68]。这种代谢网络重建技术优化了微生物群落的相互作用，提高了污染物降解效率，并为微生物菌剂开发提供了新的策略，充分体现了合成生物学的“设计 ‒ 构建 ‒ 测试 ‒ 学习”的工程化思路。

3. 智能化响应环境因子和载体材料创新

基于代谢组学的环境因子调控策略可以为微生物功能控制提供指导。研究人员通过整合多组学技术（宏基因组学、宏蛋白质组学和代谢组学），研究了24种有机微量污染物的共代谢降解[69]，提出了通过调控环境因子（如添加共代谢底物），优化微生物群落结构，提高微生物对污染物的共代谢降解效率。通过添加共代谢基质强化微生物修复技术，可以提高地下水中四氯乙烯污染物的降解效率（96.75%），其降解速率常数最高可达0.327 d-1[70]。在污染控制系统中，群体感应信号分子可以调节微生物群落结构和功能，包括加速颗粒污泥形成、促进有机物降解和甲烷产生、增强厌氧消化性能、控制活性污泥膨胀和抑制膜污染[71,72]。

微生物活性载体的研发也是环境工程微生物领域的研究热点。例如，通过增材制造制备的生物载体，其孔径分布可以精准匹配菌群尺寸特征，使生物膜活性密度远高于传统填料[73,74]。研究发现，从污泥中提取的热原性碳材料可以显著上调与磺胺甲恶唑（SMX）降解相关的基因[75]。这种热原性碳材料可以作为微生物载体，与SMX降解菌株合作，24 h内将SMX的降解效率从22.21%提高到44.86%。

综合上述水处理、土壤修复、废气治理、固废处置四大领域及通用技术的进展，成为环境工程微生物技术及产业发展的“技术供给侧”。目前，环境工程微生物技术的核心发展趋势表现为：① 从经验试错到理性设计的范式转变，以多组学、合成生物学和数字孪生为代表的技术，推动功能菌群的构建和过程控制日益精准、可预测；② 从末端治理向降碳、资源化协同增效的目标升级，以厌氧氨氧化、固废资源回收为代表的相关技术，不再局限于污染物的去除，而是致力于实现能源回收、物料循环和温室气体减排，与国家“双碳”战略目标高度契合；③ 从单元工艺向智能融合系统进行技术迭代，通过智能材料、精准递送和智慧化监控，将微生物、材料与信息技术深度融合，提升整个系统的稳定性和效率。这些技术层面的深刻变革，不仅为解决复杂环境问题提供了前所未有的工具，而且直接成为推动产业升级的核心驱动力。技术的精准化和高效化是企业应对日益严格的环保标准、降低运营成本的根本出路；而低碳化和资源化的特性，则为企业开辟了新的价值增长点和商业模式。

三、 环境工程微生物产业格局研判

环境工程微生物技术从实验室的源头创新到最终的市场化应用，形成了一个涵盖上、中、下游的完整产业链。如图2所示，该产业链上游以菌种资源、关键物料和基础研究为支撑；中游聚焦技术研发、产品制造和解决方案服务；下游则面向水、土壤、废气、固废等多个环境治理领域的广阔市场。环境工程微生物产业链的健康发展，离不开政策、资本、平台和人才等外部体系的协同驱动。接下来，围绕环境工程微生物产业链的各个环节，对我国环境工程微生物产业的发展环境、现状及挑战进行系统分析和梳理。

（一） 环境工程微生物产业的发展环境

1. 国际发展环境

国际上，环境工程微生物产业呈现出显著的扩张态势，全球微生物产品市场规模持续增长[76]，行业集中度不断提高[77]，关键技术创新聚焦基因编辑、合成生物学和新型载体材料。环境工程微生物产业的政策驱动因素显著。欧盟“绿色协议”等倡议推动了环境技术的发展，碳中和战略推动了微生物碳捕获技术的广泛应用。最近，美国发布的《绘制生物技术的未来：美国安全和繁荣的行动计划》（2025年4月8日）报告指出，生物技术是未来工业革命的核心，对国家安全和经济繁荣具有重要意义。该报告提出了六大战略支柱和49条具体建议，明确将美国环境保护署定位为生物技术监管的核心机构，旨在完善监管体系，推动生物技术创新产品高效、透明地进入市场，同时确保其对人类健康和生态安全的影响可控。此外，关键技术创新围绕基因编辑、合成生物学及新型载体材料展开；市场竞争激烈，呈现行业集中度提升趋势，如苏伊士公司、碧欧蓝公司、卡万塔公司和哈希公司等大型环境生物技术公司具有强大的环境微生物技术研发实力和广泛的市场布局[78]。环境工程微生物技术产业在技术创新的驱动和国际竞争的推动下，正加速发展并参与重塑全球生物技术格局。

2. 国内发展环境

（1）政策环境持续优化

近年来，国家不断完善环境工程微生物技术发展的政策支持体系。① 不断强化顶层设计。《“十四五”生物经济发展规划》（2022年）提到，加快提升生物技术创新能力，推动生物技术向多领域广泛融合赋能。此外，生态环境部发布的《在2025年全国生态环境保护工作会议上的工作报告》明确提出，更加注重科技赋能，形成高水平的技术体系，强调深化生态环境领域科技体制改革，构建绿色低碳技术创新体系和创新平台，实施生态环境科技创新重大行动，提升科技支撑和保障能力。② 加快建设标准体系。推动完善环境工程微生物技术标准规范，对《环保用微生物菌剂环境安全评价导则》（HJ/T 415—2008）等46项生态环境标准开展实施效果评估，强化微生物技术在污染治理中的应用规范。同时，加快构建包含微生物监测指标相关的生态环境健康风险评估体系，并在全国范围内新增23个环境健康管理试点，推动环境微生物技术在生态保护和污染防治中的创新应用[79]。③ 加大财政支持力度。2024年度中央生态环境资金达766亿元，同比增加95亿元。通过生态环境导向的开发（EOD）模式创新，累计向金融机构推送257个项目，已发放贷款约660亿元，为产业发展提供了有力的资金保障。

（2）市场环境日趋成熟

环境工程微生物技术的市场需求呈现多元化特征，产业发展环境逐渐成熟。① 环境治理需求持续扩大。随着国家持续推进污染防治攻坚战，催生了大量微生物技术应用需求。例如，2024年，全国地表水优良水质断面比例达到90.4%，这一目标的实现得益于水处理微生物技术的创新应用；大气污染物协同减排要求显著推动了废气处理微生物技术的发展。② 产业升级需求明显。企业绿色转型进程加快，带动了环境工程微生物技术在工业废水处理、VOCs治理等领域的应用。特别是在“双碳”战略目标的驱动下，低能耗、低碳排的生物处理技术备受青睐。③ 技术创新需求凸显。面对重金属复合污染、新污染物治理等新型环境问题，传统处理技术难以满足要求，推动了功能菌群构建、协同降解等新技术的研发应用。

（3）创新环境不断完善

随着科技创新战略的深入实施，环境工程微生物技术的创新生态持续优化：创新平台建设加快，为技术突破提供重要支撑；“产学研”协同加强，促进了科研成果转化；企业通过市场化机制引进创新人才，构建了多层次的人才培养体系。

（二） 环境工程微生物产业的发展现状

环境工程微生物产业经过多年发展，已形成较为完整的产业链。2023年，我国微生物行业市场规模达634.53亿元，呈现稳步增长态势[80]。从产业结构看，上游主要包括菌种资源、培养基质、酶制剂及相关仪器设备供应；中游为微生物技术研发和生产企业；下游覆盖污水处理厂、工业企业、土壤修复项目方等应用终端。

水处理是环境工程微生物技术最成熟的应用领域，其市场份额约占微生物行业市场规模的40%~50%。2023年，全国城市污水处理厂数量达2929个，同比增长1.21%，持续扩大的污水处理设施为微生物技术应用提供了广阔空间。从技术创新看，以北控水务集团有限公司研发的高效深度脱氮除磷新型处理工艺、北京碧水源科技股份有限公司的膜生物反应器技术为代表的自主创新成果不断涌现。并在微生物强化脱氮除磷等关键技术方面不断取得突破。从市场格局看，国内水务企业已形成梯队化发展格局，推动环境工程微生物技术在水处理领域不断落地实施。

在土壤修复领域，微生物修复技术目前的市场渗透率相对较低，其市场份额约占微生物行业市场规模的5%~10%，但增长潜力巨大。2023年，我国土壤修复行业市场规模超过140亿元，带动微生物修复技术需求快速增长[81]。从技术应用看，微生物淋洗、微生物钝化、植物 ‒ 微生物联合修复等技术日趋成熟。相关企业主要通过“产学研”合作推动技术创新，如北京碧水源科技股份有限公司、中节能国祯环保科技股份有限公司等企业与高校、科研院所开展深度合作，在特异性功能菌株筛选、复合污染协同修复等方面取得进展。

废气处理领域的市场份额约占微生物行业市场规模的20%~30%，发展迅速，技术应用主要集中在VOCs处理和恶臭控制方面。2023年，我国微生物除臭行业市场规模达到21.76亿元，较2018年的13.22亿元显著增长。从企业布局看，以Biorem公司、Wessem Water公司为代表的跨国企业在高端市场占据优势，掌握核心专利技术；国内企业如南方环保工程有限公司、九江市丰杰环境科技有限公司、杭州楚环科技股份有限公司等通过自主创新和协同研发，在生物滤池、微生物耦合技术等领域逐步追赶，但行业整体仍面临处理效率不稳定、运行成本偏高等技术瓶颈。

固废处置领域的市场份额约占微生物行业市场规模的10%~20%，呈现稳定增长态势。2023年，我国固废处置行业的市场规模达到10 571.47亿元，为微生物技术的应用提供了广阔空间。从技术创新角度来看，传统的好氧堆肥和厌氧消化技术持续优化，新型微生物菌剂的研发取得突破。以北京首创生态环保集团股份有限公司为例，2023年在固废处理领域的营收达22.1亿元，技术创新显著提高了处理效率。从区域分布角度来看，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等经济发达地区的企业占据市场主导地位。

（三） 环境工程微生物产业发展面临的挑战

环境工程微生物产业面临技术瓶颈、产业化不足、政策衔接不畅等核心挑战，同时国际竞争压力和全球经济不确定性进一步加剧了行业发展困境，但这也为本土技术创新和国产替代创造了机遇。① 在技术应用方面，新型水处理技术仍难以替代传统活性污泥法的市场地位[82]。土壤修复后的生态功能恢复技术不完善，多组分废气的协同降解技术缺乏，微生物降解系统对复杂有机固体废物成分的适应性不足。② 在国际竞争方面，国外企业（如威立雅公司、苏伊士公司）在水处理生物膜技术中的高端膜技术领域占据优势，膜处理成本较国内低[83]。国外在生物洗涤、生物滴滤、生物过滤等技术领域具有领先优势，主要体现在核心菌株性能、填料稳定性和智能化应用水平上。例如，针对难降解有机废气，国内部分企业仍依赖进口菌株以提高降解效率，维持装置高效稳定运行[84]。国外对石油污染、重金属污染的修复周期缩短，如在美国俄勒冈州三氯乙烯污染场地中，SiREM公司基于厌氧生物脱氯技术使用KB-1®菌剂（厌氧降解菌）在6个月内实现了98%的降解率[85]。③ 在产业化瓶颈方面，高端仪器依赖进口，设备投资成本高且自动化水平低；农村污水处理分布式技术缺乏标准，处理率低于31.5%[86]；废气处理技术整合度低，与物理吸附、催化燃烧等技术整合的成熟解决方案尚未形成；土壤修复成本高，部分地区财政补贴仅覆盖30%~50%。④ 在政策实施层面，尽管EOD模式促成了660亿元的融资，但技术转化率低于40%，表明创新链和产业链之间的连接仍存在衔接不畅的问题[79]。⑤ 在国际环境方面，全球经济增长放缓，贸易政策不确定性增加，供应链中断风险上升。政策的不确定性增加了企业的运营风险，促使企业加快技术创新和国产替代的进程，为本土企业提供了发展机遇，推动了国产微生物检测设备和试剂的市场替代。

四、 环境工程微生物技术与产业发展建议

（一） 深化环境工程微生物基础研究

目前，我国在加强基础研究、提高原始创新能力上持续用力，在突破关键核心技术、前沿技术上抓紧攻关。环境工程微生物技术的基础研究正朝着系统化和精准化的方向发展，环境工程微生物技术的创新发展要素主要有3条变革性路径（见图3）。

1. 多组学技术驱动功能菌株理性设计

通过整合基因组解析与代谢网络建模技术实现功能菌株的理性设计，推动降解路径调控从经验筛选向定向设计范式升级。例如，研究人员采用自上而下（选择压力筛选）和自下而上（代谢建模）方法，模拟不同营养条件下的代谢相互作用来预测最佳菌株组合，突出微生物的协同作用，开发了一种微生物群落合成方法，用于获取环境修复微生物功能菌剂[87]。研究人员通过多组学方法（如基因组学、代谢组学）筛选出高效降解菌株，并构建功能菌群，通过模拟根系分泌物优化菌群的降解效率，使其对农田土中多环芳烃的去除率达76.5%[88]。

2. 智能材料介导的菌剂精准递送

基于材料表界面工程，构建载体 ‒ 菌剂协同作用机制，突破环境抗性与功能维持的技术壁垒。开发增材制造定制载体，精确调控孔隙结构和比表面积，提高微生物附着和质量传递效率。利用导电材料如石墨烯提高电子传递效率，增强微生物对难降解污染物的代谢能力，为靶向投递和高效修复应用提供材料基础[73,74]。

3. 数字孪生系统实现过程动态优化

数字孪生系统正在彻底改变环境工程微生物技术中的过程优化。通过运用多维传感和智能算法，建立微生物动态代谢的数字映射，实时优化和预测控制过程参数。在污水处理厂和污水管网中的实际应用表明，硬件（包括设施、管道、水质和活性污泥传感器、水力学和能源消耗监测器）和软件系统（基于知识和数据驱动的模型、机理模型、混合孪生、控制方法和物联网技术）的高度集成与协同工作，可以显著提高污水处理效率[89]。数字孪生系统正在将传统的微生物过程转变为智能、自适应系统，实现从单元工艺优化到全流程、跨介质的系统级优化。

（二） 构建“技术 ‒ 产业 ‒ 市场”协同创新体系

1. 强化科技创新的引领作用

建立协同创新机制，整合高校、科研院所和企业的资源，建设专注于环境工程微生物技术的联合创新平台。这些平台可以作为技术研发、成果转化和人才培养的枢纽，促进各方在关键领域的紧密合作，加速创新成果从实验室到市场的转化。同时，建立常态化的沟通协调机制，加强信息共享和资源整合，形成政府搭台、企业主体、科研支撑、金融助力的协同创新生态。通过定期的“产学研用”对接活动、项目合作等方式，凝聚各方力量，共同攻克技术难题，推动产业升级。

2. 筑牢实体经济根基

建立产业转化加速平台，促进科研成果的快速产业化。围绕环境工程微生物技术在水处理、土壤修复、废气治理和固废处置等领域的应用，梳理产业链上下游的关键环节和需求，引导企业将先进技术嵌入到生产线和产品中，形成一批具有核心竞争力的创新型企业，推动产业升级。此外，发挥产业联盟的桥梁和纽带作用，组织企业开展协同攻关和示范应用，推动技术成果在行业内的广泛应用。通过联盟的标准制定、技术推广等活动，提高整个产业的技术水平和创新能力。

（三） 优化环境工程微生物产业发展环境

1. 推动标准与监管创新

标准与监管是推动产业健康发展的关键环节。一方面，需要制定统一的标准体系，涵盖功能菌株筛选、微生物菌剂生产、设备运行和效果评估等各个环节，确保技术的可靠性和可比性。此外，针对微生物技术在不同环境介质中的应用制定专门标准。例如，在土壤修复领域，制定微生物淋洗液的成分和浓度标准，确保其对土壤和地下水的安全性；在废气处理领域，制定生物过滤填料的性能标准，保证其对挥发性有机物的去除效率。另一方面，加强监管体系创新，建议加强对微生物菌剂生产、应用和废弃物处理的全过程监管，制定严格的生物安全规范，以有效防范潜在的环境风险。例如，对于基因编辑微生物的释放，应进行严格的环境风险评估，包括其对生态系统的影响、基因漂移的可能性等，确保其在应用过程中的安全性。同时，推动国内法规政策与国际标准接轨，提升我国微生物技术的国际竞争力，为国内企业提供更广阔的发展空间。通过标准与监管的双重创新，可以为环境工程微生物产业的可持续发展提供坚实的制度保障。

2. 加快市场培育体系建设

应用场景拓展与商业模式创新是推动产业发展的关键动力。通过针对我国水处理、土壤修复、废气处理和固废处置等特有应用场景，开发专用的微生物技术解决方案，可以显著提升技术的适用性和效率。例如，在污水处理厂，推广厌氧氨氧化技术，有效降低能耗和污泥产量；推广微生物强化的中水回用技术，通过构建高效的微生物群落，将工业废水处理达标后回用于生产过程，提高水资源的利用效率。在土壤修复项目中，除应用微生物淋洗和钝化技术外，还应结合生态修复理念，开发植物 ‒ 微生物联合修复系统。同时，创新商业模式也是推动产业发展的重要手段，通过推广环境污染第三方治理模式，发展“微生物技术+服务”模式，激活国家菌种保藏中心的优势菌种，建设菌种产品制备与共享中试平台，为企业提供更全面的服务，增强市场竞争力。

加强市场推广与国际合作是提升产业影响力和竞争力的重要途径。积极参与国际微生物资源共享计划，推动国内企业与国际领先企业的技术合作，有助于引进国外先进菌株和设备技术，缩小与国际领先水平的差距。同时，积极推动我国优秀微生物技术的输出，如结合“一带一路”相关政策，促进国际技术交流与合作。

（四） 强化环境工程微生物产业保障机制

1. 优化政策支持体系

政策支持与财政金融保障是推动产业发展的关键因素。通过出台“环境工程微生物技术产业发展指导意见”，明确产业发展目标、重点任务和保障措施，为产业发展提供政策引导。例如，将微生物技术纳入国家战略性新兴产业，给予政策支持和资金扶持，有效推动微生物技术创新与产业化。

2. 完善财政金融工具

在财政支持方面，建议加大对微生物技术研发的支持力度，设立专项基金，支持关键技术研发和示范工程建设。通过财政补贴和税收优惠，有效降低企业研发成本，提高企业参与技术研发的积极性。针对微生物技术在农村污水处理中的应用，可以给予设备购置和运行维护补贴，降低农村基层部门负担，提高技术应用的普及率。在金融支持方面，引导金融机构加大对微生物技术产业的支持力度，通过风险投资、创业投资和产业投资基金等方式，为企业发展提供资金保障。例如，针对微生物技术研发周期长、风险高的特点，开发长期低息贷款、风险补偿基金等金融产品，为微生物技术企业提供稳定的资金支持。同时，在设立微生物技术产业投资基金时，应注重吸引社会资本参与，通过政府引导基金的杠杆作用，撬动更多的社会资本投入到微生物技术研发和应用中，促进产业快速发展。

五、 结语

本文系统回顾了环境工程微生物技术的研究进展、产业发展形势，充分展示了其在污染预防和控制中的关键作用。在技术创新方面，水处理领域的微生物技术实现从均质化处理向定向调控的范式转变，厌氧氨氧化等新技术有望降低能耗和污泥产量，实现降碳减污；土壤修复领域的微生物技术通过微生物淋洗、钝化、植物 ‒ 微生物联合修复等技术可实现复合污染协同治理，深度恢复土壤生态系统健康；在废气处理领域，生物过滤与喷淋等技术将通过材料创新和微生物群落调控提高处理效率，特别是在VOCs和恶臭控制方面显示出良好前景；在固废处置领域，传统的好氧堆肥和厌氧消化技术持续优化，智能控制和代谢网络重建应用将提高处理效率并促进资源利用。微生物通用技术在种质资源挖掘、菌剂开发、功能调控等方面取得重要进展，推动环境工程微生物技术系统发展。

展望未来，在政策支持与市场需求的双重驱动下，环境工程微生物技术的高质量发展应以图3所示的创新发展要素为核心框架，推动技术从单元突破迈向系统创新。一是夯实“底层支撑”的源头创新，深化多组学技术在微生物资源挖掘中的应用，并利用基因编辑等工具实现功能微生物的精准筛选与改造，为后续技术开发提供高质量的生物“芯片”。二是强化理性设计，提升效能，需从单菌强化向工程菌群的协同设计转变，通过系统优化实现对复杂污染物的多靶点、高效降解，将微生物治理从经验试错推向精准定制的新阶段。三是深化“数字赋能”，实现智能化，大力发展数字孪生技术，对微生物反应过程进行实时模拟与动态调控；同时，结合智能响应材料，开发微生物制剂的定向递送技术，实现对污染区域的精准靶向治理。需要指出的是，环境工程微生物技术创新应以应用驱动为最终目标，聚焦减污降碳、功能增强等多重目标协同，将实验室中的技术成果转化为具有市场竞争力的产品与工艺，全面提升我国环境微生物产业的全球竞争力，为建设美丽中国和实现生态文明目标提供坚实的科技支撑。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

Huang H, Lu J J, Jin L L, et al‍. The future of environmental engineering technology: A disruptive innovation perspective [J]‍. Engineering, 2024, 41: 153‒160‍.
[2]

Jin L L, Sun X Z, Ren H Q, et al‍. Hotspots and trends of biological water treatment based on bibliometric review and patents analysis [J]‍. Journal of Environmental Sciences, 2023, 125: 774‒785‍.
[3]

Aminian-Dehkordi J, Rahimi S, Golzar-Ahmadi M, et al‍. Synthetic biology tools for environmental protection [J]‍. Biotechnology Advances, 2023, 68: 108239‍.
[4]

Dai W, Pang J W, Ding J, et al‍. Integrated real-time intelligent control for wastewater treatment plants: Data-driven modeling for enhanced prediction and regulatory strategies [J]‍. Water Research, 2025, 274: 123099‍.
[5]

Liu J F, Xiang T T, Song X C, et al‍. High-efficiency effect-directed analysis leveraging five high level advancements: A critical review [J]‍. Environmental Science & Technology, 2024, 58(23): 9925‒9944‍.
[6]

Zhu J J, Boehm A B, Ren Z J‍. Environmental machine learning, baseline reporting, and comprehensive evaluation: The EMBRACE checklist [J]‍. Environmental Science & Technology, 2024, 58(45): 19909‒19912‍.
[7]

Giannakoudakis D A, Meili L, Anastopoulos I‍. Advanced materials for sustainable environmental remediation: Terrestrial and aquatic environments [R]‍. Amsterdam: Elsevier, 2022‍.
[8]

杜睿, 彭永臻‍‍. 城市污水生物脱氮技术变革: 厌氧氨氧化的研究与实践新进展 [J]‍. 中国科学: 技术科学, 2022, 52(3): 389‒402‍.
[9]

Du R, Peng Y Z‍. Technical revolution of biological nitrogen removal from municipal wastewater: Recent advances in anammox research and application [J]‍. Scientia Sinica (Technologica), 2022, 52(3): 389‒402‍.
[10]

Winkler M H, van Loosdrecht M C M‍. Intensifying existing urban wastewater [J]‍. Science, 2022, 375(6579): 377‒378‍.
[11]

Xie Y D, Zhang Q H, Wu Q, et al‍. Novel adaptive activated sludge process leverages flow fluctuations for simultaneous nitrification and denitrification in rural sewage treatment [J]‍. Water Research, 2024, 255: 121535‍.
[12]

刘智晓, 吴凡松‍. 污水生化处理工艺发展阶段化技术特征及未来趋势 [J]‍. 给水排水, 2024, 60(4): 12‒22‍.
[13]

Liu Z X, Wu F S‍. Technical characteristics and development trend of different stages of wastewater biological treatment process [J]‍. Water & Wastewater Engineering, 2024, 60(4): 12‒22‍.
[14]

Shaw D R, Tobon Gonzalez J, Bibiano Guadarrama C, et al‍. Emerging biotechnological applications of anaerobic ammonium oxidation [J]‍. Trends in Biotechnology, 2024, 42(9): 1128‒1143‍.
[15]

Kumar R, Pal P‍. Assessing the feasibility of N and P recovery by struvite precipitation from nutrient-rich wastewater: A review [J]‍. Environmental Science and Pollution Research, 2015, 22(22): 17453‒17464‍.
[16]

Zhang Y X, Deng J Y, Xiao X M, et al‍. Insights on pretreatment technologies for partial nitrification/anammox processes: A critical review and future perspectives [J]‍. Bioresource Technology, 2023, 384: 129351‍.
[17]

Xiong H D, Zhou X Y, Cao Z Q, et al‍. Microbial biofilms as a platform for diverse biocatalytic applications [J]‍. Bioresource Technology, 2024, 411: 131302‍.
[18]

Zhu G B, Lan B R, Liu S C, et al‍. Planetary homeostasis of reactive nitrogen through anaerobic ammonium oxidation [J]‍. Engineering, 2024, 38: 175‒183‍.
[19]

Xiong F Z, Su Z G, Tang Y S, et al‍. Global WWTP microbiome-based integrative information platform: From experience to intelligence [J]‍. Environmental Science and Ecotechnology, 2024, 20: 100370‍.
[20]

Xu B Y, Su Q X, Yang Y X, et al‍. Quorum quenching in membrane bioreactors for fouling retardation: Complexity provides opportunities [J]‍. Environmental Science & Technology, 2024‍.
[21]

Lago A, Rocha V, Barros O, et al‍. Bacterial biofilm attachment to sustainable carriers as a clean-up strategy for wastewater treatment: A review [J]‍. Journal of Water Process Engineering, 2024, 63: 105368‍.
[22]

Xu M Y, Cobo M F, Zeng D F, et al‍. Leveraging 3D printing in microbial electrochemistry research: Current progress and future opportunities [J]‍. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2024, 19(1): 1‍.
[23]

则伍各, 李铁军, 乔玲, 等‍. 菌藻共生生物膜在养殖尾水处理中的研究进展 [J]‍. 水产科学, 2025, 44(2): 327‒340‍.
[24]

Ze W G, Li T J, Qiao L, et al‍. Research progress on bacterial-algal symbiosis biofilm in aquaculture tailwater treatment: A review [J]‍. Fisheries Science, 2025, 44(2): 327‒340‍.
[25]

Mahapatra S, Samal K, Dash R R‍. Waste stabilization pond (WSP) for wastewater treatment: A review on factors, modelling and cost analysis [J]‍. Journal of Environmental Management, 2022, 308: 114668‍.
[26]

Wu H M, Wang R G, Yan P H, et al‍. Constructed wetlands for pollution control [J]‍. Nature Reviews Earth and Environment, 2023, 4(4): 218‒234‍.
[27]

Yang X N, Chen Z F, Wu Q H, et al‍. Enhanced phenanthrene degradation in river sediments using a combination of biochar and nitrate [J]‍. Science of The Total Environment, 2018, 619: 600‒605‍.
[28]

Yang X N, Zhong M, Pu J, et al‍. Risk control and assessment of sulfide-rich sediment remediation by controlled-release calcium nitrate [J]‍. Water Research, 2022, 226: 119230‍.
[29]

徐超, 刘云根, 杨思林, 等‍. 新型生物生态耦合工艺对生活污水的净化效果及微生物群落特征 [J]‍. 环境工程学报, 2025, 19(3): 578‒585‍.
[30]

Xu C, Liu Y G, Yang S L, et al‍. Performance of new bio-ecological coupling process on domestic sewage purification and its microbial community characteristics [J]‍. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2025, 19(3): 578‒585‍.
[31]

Zheng X J, Lin H J, Du D L, et al‍. Remediation of heavy metals polluted soil environment: A critical review on biological approaches [J]‍. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2024, 284: 116883‍.
[32]

李敏, 陈思铭, 王长远, 等‍. 生物淋洗修复钒污染土壤的性能与机理研究 [J]‍. 微生物学报, 2023, 63(6): 2204‒2219‍.
[33]

Li M, Chen S M, Wang C Y, et al‍. Performance and mechanism of bioleaching remediation of vanadium contaminated soil [J]‍. Acta Microbiologica Sinica, 2023, 63(6): 2204‒2219‍.
[34]

Sarkodie E K, Jiang L H, Li K W, et al‍. A review on the bioleaching of toxic metal(loid)s from contaminated soil: Insight into the mechanism of action and the role of influencing factors [J]‍. Frontiers in Microbiology, 2022, 13: 1049277‍.
[35]

Song P P, Xu D, Yue J Y, et al‍. Recent advances in soil remediation technology for heavy metal contaminated sites: A critical review [J]‍. Science of The Total Environment, 2022, 838(3): 156417‍.
[36]

曹锐, 王悦, 陈爽, 等‍. 镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展 [J]‍. 土壤学报, 2023, 60(3): 657‒672‍.
[37]

Cao R, Wang Y, Chen S, et al‍. Research progress on in situ passivation remediation technology of cadmium and arsenic compound contaminated paddy soil [J]‍. Acta Pedologica Sinica, 2023, 60(3): 657‒672‍.
[38]

He Z F, Xu Y T, Wang W Y, et al‍. Synergistic mechanism and application of microbially induced carbonate precipitation (MICP) and inorganic additives for passivation of heavy metals in copper-nickel tailings [J]‍. Chemosphere, 2023, 311: 136981‍.
[39]

Sheng H T, Kang Z Y, Ni Z, et al‍. Remediation of trichloromethane-contaminated soil and groundwater using microorganisms and iron-based materials: A review [J]‍. Pedosphere, 2025, 35(1): 137‒150‍.
[40]

Qin R L, Xu T, Jia X Q‍. Engineering Pseudomonas putida to produce rhamnolipid biosurfactants for promoting phenanthrene biodegradation by a two-species microbial consortium [J]‍. Microbiology Spectrum, 2022, 10(4): e0091022‍.
[41]

Gu Y Y, Meng J, Duo J, et al‍. Environmental fate and transformation mechanisms of chlorinated organic pollutants from the petrochemical industry: Insights for pollution control and remediation [J]‍. Journal of Hazardous Materials, 2024, 480: 136329‍.
[42]

黎媛萍, 贾舜尧, 邹斌, 等‍. 环境介质中多溴联苯醚微生物降解影响因素及强化手段研究进展 [J]‍. 微生物学通报, 2024, 51(9): 3327‒3347‍.
[43]

Li Y P, Jia S Y, Zou B, et al‍. Research progress in influencing factors and intensifying approaches of microbial degradation of polybrominated diphenyl ethers in environmental media [J]‍. Microbiology China, 2024, 51(9): 3327‒3347‍.
[44]

Chandi K, Udomkun P, Boonupara T, et al‍. Enhancing soil health, microbial count, and hydrophilic methomyl and hydrophobic lambda-cyhalothrin remediation with biochar and nano-biochar [J]‍. Scientific Reports, 2024, 14: 19551‍.
[45]

Werner A Z, Avina Y C, Johnsen J, et al‍. Adaptive laboratory evolution and genetic engineering improved terephthalate utilization in Pseudomonas putida KT2440 [J]‍. Metabolic Engineering, 2025, 88: 196‒205‍.
[46]

郑彤, 周启星, 欧阳少虎‍. 植物‒微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用 [J]‍. 科学通报, 2023, 68(24): 3155‒3171‍.
[47]

Zheng T, Zhou Q X, Ouyang S H‍. Enhancing function of plant‒microbial symbiosis for pollution mitigation and carbon sequestration [J]‍. Chinese Science Bulletin, 2023, 68(24): 3155‒3171‍.
[48]

Rane N R, Tapase S, Kanojia A, et al‍. Molecular insights into plant-microbe interactions for sustainable remediation of contaminated environment [J]‍. Bioresource Technology, 2022, 344: 126246‍.
[49]

Gu W W, Li X X, Li Q, et al‍. Combined remediation of polychlorinated naphthalene-contaminated soil under multiple scenarios: An integrated method of genetic engineering and environmental remediation technology [J]‍. Journal of Hazardous Materials, 2021, 405: 124139‍.
[50]

Wu X, Lin Y, Wang Y Y, et al‍. Volatile organic compound removal via biofiltration: Influences, challenges, and strategies [J]‍. Chemical Engineering Journal, 2023, 471: 144420‍.
[51]

Xiang Z Z, Chen X, Li H, et al‍. Insight into enhanced adaptability of iron-carbon biofilter in treating low-carbon nitrogen mariculture wastewater for nitrogen removal and carbon reduction [J]‍. Bioresource Technology, 2025, 419: 132103‍.
[52]

鞠庆玲, 刘启凯, 冯润‍. 强化生物滴滤技术深度治理大型城镇污水处理厂恶臭气体 [J]‍. 北京工业大学学报, 2023, 49(12): 1368‒1374‍.
[53]

Ju Q L, Liu Q K, Feng R‍. Strengthening biotrickling technology for deep treatment of odor gas in large urban sewage treatment plants [J]‍. Journal of Beijing University of Technology, 2023, 49(12): 1368‒1374‍.
[54]

谷丹丹, 侯晓松, 刘晨星, 等‍. 生物洗涤法处理VOCs及恶臭废气的研究进展 [J]‍. 应用化工, 2022, 51(3): 878‒883‍.
[55]

Gu D D, Hou X S, Liu C X, et al‍. Research progress of biological scrubbing process for organic waste gas treatment [J]‍. Applied Chemical Industry, 2022, 51(3): 878‒883‍.
[56]

Torres-Herrera S, Palomares-Cortés J, González-Cortés J J, et al‍. Biodesulfurization of landfill biogas by a pilot-scale bioscrubber: Operational limits and microbial analysis [J]‍. Environmental Research, 2024, 246: 118164‍.
[57]

Hou X S, Guo Y M, Guo B, et al‍. Use saponins to enhance the removal of benzene vapors in a foam bioscrubber system [J]‍. Biochemical Engineering Journal, 2023, 199: 109066‍.
[58]

Matheson S, Fleck R, Irga P J, et al‍. Phytoremediation for the indoor environment: A state-of-the-art review [J]‍. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 2023, 22(1): 249‒280‍.
[59]

孔宪旺, 陈昌文, 袁镇, 等‍. 气升式藻 ‒ 菌共生反应器去除氯苯及吸收CO2性能研究 [J]‍. 实验技术与管理, 2024, 41(5): 38‒45‍.
[60]

Kong X W, Chen C W, Yuan Z, et al‍. Removal of waste gas containing chlorobenzene and the simultaneous CO2 absorption by an airlift algae‒bacteria symbiotic reactor [J]‍. Experimental Technology and Management, 2024, 41(5): 38‒45‍.
[61]

Li K Y, Zhou J L, Guo S Y, et al‍. Advances of microalgae-based enhancement strategies in industrial flue gas treatment: From carbon sequestration to lipid production [J]‍. Bioresource Technology, 2025, 423: 132250‍.
[62]

刘杰, 张苗苗, 常春, 等‍. 有机废弃物好氧堆肥过程反应器及其调控策略综述 [J]‍. 应用化工, 2024, 53(11): 2717‒2721, 2726‍.
[63]

Liu J, Zhang M M, Chang C, et al‍. Overview of reactors and regulation strategies in aerobic composting of organic waste [J]‍. Applied Chemical Industry, 2024, 53(11): 2717‒2721, 2726‍.
[64]

Xu M Y, Sun H S, Chen E M, et al‍. From waste to wealth: Innovations in organic solid waste composting [J]‍. Environmental Research, 2023, 229: 115977‍.
[65]

Xu A K, Chang H M, Xu Y J, et al‍. Applying artificial neural networks (ANNs) to solve solid waste-related issues: A critical review [J]‍. Waste Management, 2021, 124: 385‒402‍.
[66]

Carabeo-Pérez A, Guerra-Rivera G, Ramos-Leal M, et al‍. Metagenomic approaches: Effective tools for monitoring the structure and functionality of microbiomes in anaerobic digestion systems [J]‍. Applied Microbiology and Biotechnology, 2019, 103(23): 9379‒9390‍.
[67]

Singh R, Hans M, Kumar S, et al‍. Thermophilic anaerobic digestion: An advancement towards enhanced biogas production from lignocellulosic biomass [J]‍. Sustainability, 2023, 15(3): 1859‍.
[68]

何晓满, 郭静远, 沈德魁, 等‍. 机器学习在有机固废厌氧消化中的应用进展与展望 [J]‍. 东南大学学报(自然科学版), 2025, 55(3): 743‒750‍.
[69]

He X M, Guo J Y, Shen D K, et al‍. Application of machine learning in anaerobic digestion of organic solid waste: Recent advances and prospects [J]‍. Journal of Southeast University (Natural Science Edition), 2025, 55(3): 743‒750‍.
[70]

Yan X Y, Peng P, Li X, et al‍. Unlocking anaerobic digestion potential via extracellular electron transfer by exogenous materials: Current status and perspectives [J]‍. Bioresource Technology, 2025, 416: 131734‍.
[71]

Llimós J, Martínez-Avila O, Marti E, et al‍. Brewer's spent grain biotransformation to produce lignocellulolytic enzymes and polyhydroxyalkanoates in a two-stage valorization scheme [J]‍. Biomass Conversion and Biorefinery, 2022, 12(9): 3921‒3932‍.
[72]

杨东海, 华煜, 武博然, 等‍. 双碳背景下有机固废资源化处理处置技术发展思考 [J]‍. 环境工程, 2022, 40(12): 1‒8, 36‍.
[73]

Yang D H, Hua Y, Wu B R, et al‍. Consideration on development of organic solid waste resource treatment and disposal technology under the background of double carbon [J]‍. Environmental Engineering, 2022, 40(12): 1‒8, 36‍.
[74]

Chen Z, Gao S, Zhu S H, et al‍. Continuous chain elongation process for carbon resource recovery from excess sludge: Enhanced n-caprylate production and specific microbial functionalities [J]‍. Bioresource Technology, 2024, 406: 130937‍.
[75]

Khanal S K, Varjani S, Sze Ki Lin C, et al‍. Waste-to-resources: Opportunities and challenges [J]‍. Bioresource Technology, 2020, 317: 123987‍.
[76]

刘名卉, 郑仔弟, 王晓军, 等‍. 生活垃圾填埋场好氧稳定化复合菌剂研发及其生物强化作用研究 [J]‍. 环境污染与防治, 2025, 47(1): 83‒89, 113‍.
[77]

Liu M H, Zheng Z D, Wang X J, et al‍. Development of composite microbial agent for landfills aerobic stabilization and its bioaugmentation effects [J]‍. Environmental Pollution & Control, 2025, 47(1): 83‒89, 113‍.
[78]

Bai F L, Liu S, Zhang Y J, et al‍. Effective and mechanistic insights into reverse osmosis concentrate of landfill leachate treatment using coagulation-catalytic ozonation-bioaugmentation-based AnMBR [J]‍. Chemical Engineering Journal, 2023, 463: 142430‍.
[79]

Zhuang S Y, Semenec L, Nagy S S, et al‍. High-precision screening and sorting of double emulsion droplets [J]‍. Cytometry Part A, 2024, 105(7): 547‒554‍.
[80]

Gan C F, Wu R R, Luo Y S, et al‍. Visualizing and isolating iron-reducing microorganisms at the single-cell level [J]‍. Applied and Environmental Microbiology, 2021, 87(3): e02192‒20‍.
[81]

Jing J Y, Garbeva P, Raaijmakers J M, et al‍. Strategies for tailoring functional microbial synthetic communities [J]‍. The ISME Journal, 2024, 18(1): wrae049‍.
[82]

Wang L J, Wang X Y, Wu H, et al‍. Metabolic modeling of synthetic microbial communities for bioremediation [J]‍. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2023, 53(24): 2092‒2111‍.
[83]

Li J, Feng S J, Zheng Q T‍. Simulation of microbial transport and petroleum hydrocarbon compound biodegradation in a fracture-matrix coupled system [J]‍. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2024, 1335(1): 012025‍.
[84]

Lyu B Y, Manna B, Zhou X Y, et al‍. Microbial metabolic enzymes, pathways and microbial hosts for co-metabolic degradation of organic micropollutants in wastewater [J]‍. Water Research, 2025, 276: 123229‍.
[85]

唐诗月, 王晴, 杨淼焱, 等‍. 共代谢基质强化微生物修复四氯乙烯污染地下水 [J]‍. 环境工程学报, 2019, 13(8): 1893‒1902‍.
[86]

Tang S Y, Wang Q, Yang M Y, et al‍. Co-substrates enhanced bioremediation of groundwater contaminated by tetrachloroethylene [J]‍. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2019, 13(8): 1893‒1902‍.
[87]

Chen L, Li Y H, Zhang P Y, et al‍. Quorum sensing in anaerobic wastewater treatment: Potential microbiological mechanisms and enhancement strategies [J]‍. Chemical Engineering Journal, 2024, 499: 156150‍.
[88]

Fu Y, Li S Y, Chen Y, et al‍. Potential roles of quorum quenching in microbial aggregates during wastewater treatment [J]‍. Bioresource Technology, 2025, 419: 132027‍.
[89]

Roy Barman S, Gavit P, Chowdhury S, et al‍. 3D-printed materials for wastewater treatment [J]‍. JACS Au, 2023, 3(11): 2930‒2947‍.
[90]

Lu M J, Lin S Y, Ma X L, et al‍. Enhanced mass transfer by 3D printing to promote the degradation of organic pollutants in electro-Fenton system [J]‍. Chemical Engineering Journal, 2024, 495: 153720‍.
[91]

Sun W, Zhou S F, Xing J, et al‍. Enhanced biodegradation of sulfamethoxazole by pyrogenic carbon derived from aquacultural waste sludge [J]‍. International Biodeterioration & Biodegradation, 2024, 190: 105786‍.
[92]

Business Research Insights‍. Microbial products market size, share, growth and industry analysis, by type (enzymes, polysaccharides, nutrients, chemotherapeutic agents, antibiotics, vaccines, others), by application (pharmaceutical, diagnostic, biotechnology, others), regional insights and forecast from 2025 To 2033 [EB/OL]‍. (2025-05-19)[2025-06-09]‍. https://www‍.businessresearchinsights‍.com/market-reports/microbial-products-market-110355‍.
[93]

中国科学院上海营养与健康研究所, 上海生命科学信息中心, 上海市生物工程学会‍. 推动欧盟生物技术和生物制造的发展 [EB/OL]‍. (2024-09)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.ssbt‍.org‍.cn/upload/20240919095307_423‍.pdf‍.
[94]

Shanghai Institute of Nutrition and Health of Chinese Academy of Sciences, Shanghai Information Center for Life Sciences, Shanghai Society of Biotechnology‍. Advancing the development of biotechnology and biomanufacturing in the European Union [EB/OL]‍. (2024-09)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.ssbt‍.org‍.cn/upload/20240919095307_423‍.pdf‍.
[95]

陈观秋‍. 2024年中国微生物技术市场调查分析与发展趋势预测研究报告 [EB/OL]‍. (2024-07-01)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.chinairn‍.com/scfx/20240701/153744480‍.shtml‍.
[96]

Chen G Q‍. China Microbial technology market research report, analysis and development trend forecast in 2024 [EB/OL]‍. (2024-07-01)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.chinairn‍.com/scfx/20240701/153744480‍.shtml‍.
[97]

生态环境部‍. 生态环境部部长黄润秋在2025年全国生态环境保护工作会议上的工作报告 [EB/OL]‍. (2025-01-23)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.mee‍.gov‍.cn/ywdt/hjywnews/202501/t20250123_1101271‍.shtml‍.
[98]

Ministry of Ecology and Environment of the People's Republic of China‍. Work report by Minister Huang Runqiu at the 2025 national ecological and environmental protection work conference [EB/OL]‍. (2025-01-23)[2025-06-09]‍. https://www‍.mee‍.gov‍.cn/ywdt/hjywnews/202501/t20250123_1101271‍.shtml‍.
[99]

观研天下‍. 中国微生物菌剂行业现状深度研究与发展前景分析报告(2024—2031年) [EB/OL]‍. (2024-06-11)‍[2025-06-09]‍. https://baijiahao‍.baidu‍.com/s?id=1801525532210088880&wfr=spider&for=pc‍.
[100]

Guan Yan Tian Xia‍. In-depth research report on the current situation and development prospect analysis of China's microbial agent industry (2024—2031) [EB/OL]‍. (2024-06-11)‍[2025-06-09]‍. https://baijiahao‍.baidu‍.com/s?id=1801525532210088880&wfr=spider&for=pc‍.
[101]

于泽远‍. 2024年中国土壤修复行业发展趋势,生物修复技术将更加普及,利用微生物等自然力量修复污染土壤, 成为主流方法 [EB/OL]‍. (2024-10-16)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.huaon‍.com/channel/trend/1023380‍.html‍.
[102]

Yu Z Y‍. The development trend of China's soil remediation industry in 2024: Bioremediation technology will become more widespread, and the use of natural forces such as microorganisms to remediate contaminated soil will become the mainstream method [EB/OL]‍. (2024-10-16)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.huaon‍.com/channel/trend/1023380‍.html‍.
[103]

Wei C H, Zhou H T, Huang J, et al‍. Embodied energy of wastewater and energy consumption and saving in its treatment processes [J]‍. Journal of Civil and Environmental Engineering, 2019, 41(5): 151‒163‍.
[104]

王端鑫‍. 水处理膜技术发展现状及趋势分析 [EB/OL]‍. (2021-01-04)‍[2025-06-09]‍. http://www‍.membranes‍.com‍.cn/xingyedongtai/kejidongtai/2021-01-04/39780‍.html‍.
[105]

Wang D X‍. Analysis of the development status and trends of water treatment membrane technology [EB/OL]‍. (2021-01-04)[2025-06-09]‍. http://www‍.membranes‍.com‍.cn/xingyedongtai/kejidongtai/2021-01-04/39780‍.html‍.
[106]

刘超, 廖雷, 彭娟, 等‍. 挥发性有机废气生物处理技术研究进展 [J]‍. 环境工程, 2016, 34(4): 95‒99‍.
[107]

Liu C, Liao L, Peng J, et al‍. Research progress on biological treatment technology for volatile organic compounds [J]‍. Environmental Engineering, 2016, 34(4): 95‒99‍.
[108]

宁墨咨询‍. 微生物土壤修复技术黑科技: 为土壤中的氯代物污染"解毒"完全解毒 [EB/OL]‍. (2018-04-02)‍[2025-06-09]‍. https://zhuanlan‍.zhihu‍.com/p/35129870‍.
[109]

Ningmo Consulting‍. Microbial soil remediation technology: Completely detoxifying chlorinated product pollution in the soil [EB/OL]‍. (2018-04-02)[2025-06-09]‍. https://zhuanlan‍.zhihu‍.com/p/35129870‍.
[110]

郭芳‍. 我国农村生活污水处理现状、问题与发展建议 [EB/OL]‍. (2024-04-25)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.safehoo‍.com/Env/Tech/water/202404/5735149‍.shtml‍.
[111]

Guo F. Current status, challenges and development suggestions for domestic sewage treatment in rural China [EB/OL]‍. (2024-04-25)‍[2025-06-09]‍. https://www‍.safehoo‍.com/Env/Tech/water/202404/5735149‍.shtml‍.
[112]

Ruan Z P, Chen K, Cao W M, et al‍. Engineering natural microbiomes toward enhanced bioremediation by microbiome modeling [J]‍. Nature Communications, 2024, 15: 4694‍.
[113]

韩博远‍. 基于植物 ‒ 微生物联合作用机制的PAHs污染土壤修复剂的研究 [D]‍. 济南: 齐鲁工业大学(硕士学位论文), 2022Han B Y‍. Research on PAHs contaminated soil remediation agents based on the combined action mechanism of plants and microorganisms [D]‍. Jinan: Qilu University of Technology (Master's thesis), 2022‍.
[114]

Wang A J, Li H W, He Z J, et al‍. Digital twins for wastewater treatment: A technical review [J]‍. Engineering, 2024, 36: 21‒35‍.

基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFA0910300)

中国工程院咨询项目“中国微生物安全与健康产业发展战略研究3”(2024-XBZD-13)

国家自然科学基金项目(U24A20637)

广东省特殊支持计划杰出人才(2023JC07L096)

国家外国专家个人类项目（S类）(S20240268)

AI Summary AI Mindmap
PDF (1562KB)

13801

访问

0

被引

详细
导航
相关文章

AI思维导图

/

〈 〉