การบำบัดทางชีวภาพโดยทั่วไปหมายถึงกระบวนการ ใดๆ ที่ใช้ระบบชีวภาพ (โดยทั่วไปคือแบคทีเรียสาหร่ายขนาดเล็ก เชื้อราในการบำบัดด้วยเชื้อราและพืชในการบำบัดด้วยพืช ) ทั้งที่ยังมีชีวิตหรือตายแล้ว เพื่อกำจัดมลพิษทางสิ่งแวดล้อมจากอากาศ น้ำ ดิน ก๊าซเชื้อเพลิง น้ำเสียจากอุตสาหกรรม ฯลฯ ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น^{[ 1 ]}ความสามารถตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตในการดูดซับ สะสม และย่อยสลายมลพิษทั่วไปและมลพิษที่เกิดขึ้นใหม่ได้ดึงดูดให้มีการใช้ทรัพยากรชีวภาพในการบำบัดสิ่งแวดล้อมที่ปนเปื้อน^{[ 1 ] [ 2 ]}เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการบำบัดทางกายภาพและเคมีแบบดั้งเดิม การบำบัดทางชีวภาพอาจมีข้อดี เนื่องจากมีเป้าหมายที่จะยั่งยืนเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมราคาถูก และสามารถขยายขนาดได้^{[ 1 ] [ 2 ]}

การบำบัด ทางชีวภาพส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ โดยเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตพื้นเมือง การวิจัยเกี่ยวกับการบำบัดทางชีวภาพมุ่งเน้นไปที่การกระตุ้นกระบวนการโดยการปลูกถ่ายสิ่งมีชีวิตลงในพื้นที่ปนเปื้อนหรือจัดหาสารอาหารเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตการบำบัดสิ่งแวดล้อมเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับการบำบัดทางชีวภาพ^{[ 3 ]}

ในขณะที่สารมลพิษอินทรีย์สามารถย่อย สลายได้ ทางชีวภาพแต่โลหะหนักไม่สามารถย่อยสลายได้ แต่จะถูกออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์แทน การบำบัดทางชีวภาพโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการออกซิเดชัน^{[ 4 ] [ 5 ]}การออกซิเดชันช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายน้ำของสารประกอบอินทรีย์และความไวต่อการย่อยสลายเพิ่มเติมโดยการออกซิเดชันและการไฮโดรไลซิสเพิ่มเติม ในที่สุดการย่อยสลายทางชีวภาพจะเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ^{[ 6 ]}สำหรับโลหะหนัก การบำบัดทางชีวภาพมีทางออกน้อย สารมลพิษที่มีโลหะสามารถกำจัดได้ อย่างน้อยบางส่วน ด้วยเทคนิคการบำบัดทางชีวภาพที่หลากหลาย^{[ 7 ]}ความท้าทายหลักของการบำบัดทางชีวภาพคืออัตรา: กระบวนการเหล่านี้ช้า^{[ 8 ]}

เทคนิคการบำบัดทางชีวภาพสามารถจำแนกได้เป็น (i) เทคนิค ในแหล่งกำเนิดซึ่งบำบัดพื้นที่ปนเปื้อนโดยตรง และ (ii) เทคนิค ภายนอกแหล่งกำเนิดซึ่งใช้กับวัสดุที่ขุดขึ้นมา^{[ 9 ]}ในทั้งสองแนวทางนี้ จะมีการเพิ่มสารอาหาร วิตามิน แร่ธาตุ และบัฟเฟอร์ pH เพิ่มเติมเพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตและการเผาผลาญของจุลินทรีย์ ในบางกรณี จะมีการเพิ่มวัฒนธรรมจุลินทรีย์เฉพาะ ( การกระตุ้นทางชีวภาพ ) ตัวอย่างของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดทางชีวภาพ ได้แก่การบำบัดด้วยพืชการ ระบายอากาศทางชีวภาพ การ ลดทอนทางชีวภาพการพ่นน้ำ ทางชีวภาพ การทำปุ๋ยหมัก (กองปุ๋ยหมักและแถวปุ๋ยหมัก) และการทำฟาร์มบนดินเทคนิคการบำบัดอื่นๆ ได้แก่การดูดซับความร้อนการทำให้เป็นแก้ว การดึงอากาศการชะล้างทางชีวภาพ การกรองรากและการล้างดิน การบำบัดทางชีวภาพ หรือการบำบัดทางชีวภาพ เป็นแนวทางที่คล้ายกันที่ใช้ในการบำบัดของเสีย รวมถึงน้ำเสีย ของเสียจากอุตสาหกรรม และของเสียที่เป็นของแข็ง เป้าหมายสุดท้ายของการบำบัดทางชีวภาพคือการกำจัดสารประกอบที่เป็นอันตรายเพื่อปรับปรุงคุณภาพของดินและน้ำ^{[ 10 ]}

Bioventing is a process that increases the oxygen or air flow into the unsaturated zone of the soil, this in turn increases the rate of natural in situ degradation of the targeted hydrocarbon contaminant.^[12] Bioventing, an aerobic bioremediation, is the most common form of oxidative bioremediation process where oxygen is provided as the electron acceptor for oxidation of petroleum, polyaromatic hydrocarbons (PAHs), phenols, and other reduced pollutants. Oxygen is generally the preferred electron acceptor because of the higher energy yield and because oxygen is required for some enzyme systems to initiate the degradation process.^[8] Microorganisms can degrade a wide variety of hydrocarbons, including components of gasoline, kerosene, diesel, and jet fuel. Under ideal aerobic conditions, the biodegradation rates of the low- to moderate-weight aliphatic, alicyclic, and aromatic compounds can be very high. As molecular weight of the compound increases, the resistance to biodegradation increases simultaneously.^[8] This results in higher contaminated volatile compounds due to their high molecular weight and an increased difficulty to remove from the environment.

Most bioremediation processes involve oxidation-reduction reactions where either an electron acceptor (commonly oxygen) is added to stimulate oxidation of a reduced pollutant (e.g. hydrocarbons) or an electron donor (commonly an organic substrate) is added to reduce oxidized pollutants (nitrate, perchlorate, oxidized metals, chlorinated solvents, explosives and propellants).^[6] In both these approaches, additional nutrients, vitamins, minerals, and pH buffers may be added to optimize conditions for the microorganisms.^[13] In some cases, specialized microbial cultures are added (bioaugmentation) to further enhance biodegradation.^[14]

แนวทางการเติมออกซิเจนใต้ระดับน้ำใต้ดิน ได้แก่ การหมุนเวียนน้ำที่เติมอากาศผ่านโซนบำบัด การเติมออกซิเจนบริสุทธิ์หรือเปอร์ออกไซด์ และการอัดอากาศ^{[ 15 ]}โดยทั่วไป ระบบหมุนเวียนจะประกอบด้วยบ่อฉีดหรืออุโมงค์ และบ่อกู้คืนหนึ่งบ่อหรือมากกว่านั้น ซึ่งน้ำใต้ดินที่สกัดออกมาจะได้รับการบำบัด เติมออกซิเจน ปรับปรุงด้วยสารอาหาร และฉีดกลับเข้าไปใหม่^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม ปริมาณออกซิเจนที่สามารถให้ได้ด้วยวิธีนี้มีจำกัดเนื่องจากออกซิเจนละลายในน้ำได้น้อย (8 ถึง 10 มก./ลิตร สำหรับน้ำที่อยู่ในสภาวะสมดุลกับอากาศที่อุณหภูมิปกติ) สามารถให้ปริมาณออกซิเจนที่มากขึ้นได้โดยการสัมผัสน้ำกับออกซิเจนบริสุทธิ์ หรือการเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H O ) ลงในน้ำ ในบางกรณี สารละลายของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมเปอร์ออกไซด์ที่เป็นของแข็งจะถูกฉีดเข้าไปภายใต้แรงดันผ่านการเจาะดิน เปอร์ออกไซด์ที่เป็นของแข็งเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับน้ำ ปล่อย H O ออก มา ซึ่งจะสลายตัวและปล่อยออกซิเจนออกมา การอัดอากาศเกี่ยวข้องกับการฉีดอากาศภายใต้แรงดันใต้ระดับน้ำ แรงดันในการฉีดอากาศต้องมากพอที่จะเอาชนะแรงดันไฮโดรสแตติกของน้ำและความต้านทานต่อการไหลของอากาศผ่านดิน^{[ 15 ] [ 16 ]}

การบำบัดทางชีวภาพสามารถดำเนินการได้โดยแบคทีเรียที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ในการกระตุ้นทางชีวภาพ ประชากรของแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์เหล่านี้สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มสารอาหาร^{[ 7 ] [ 18 ]}

โดยหลักการแล้วแบคทีเรียสามารถใช้ย่อยสลายไฮโดรคาร์บอนได้^{[ 19 ] [ 20 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีน้ำมันรั่วไหลในทะเล ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นสารอาหารสำคัญในการย่อยสลายทางชีวภาพ^{[ 21 ]}การบำบัดไฮโดรคาร์บอนทางชีวภาพมีอัตราต่ำ

การบำบัดทางชีวภาพสามารถเกี่ยวข้องกับการทำงานของกลุ่มจุลินทรีย์ภายในกลุ่มจุลินทรีย์นั้น ผลิตภัณฑ์ของสายพันธุ์หนึ่งอาจเป็นสารตั้งต้นสำหรับสายพันธุ์อื่นได้^{[ 22 ]}

โดยหลักการแล้ว การบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถนำมาใช้บำบัดสารปนเปื้อนที่ถูกออกซิไดซ์ได้หลากหลายชนิด รวมถึงPCE , TCE , DCE , VC) , อีเทน ที่มีคลอรีน ( TCA , DCA ), คลอโรมีเทน ( CT , CF ), ไฮโดรคาร์บอนแบบวงแหวนที่มีคลอรีน, สารระเบิดต่างๆ (เช่น เพ อร์คลอเรต , ^{[ 23 ]} RDX , TNT ) และไนเตรต [ ^{7 ] กระบวนการ}นี้เกี่ยวข้องกับการเติมตัวให้อิเล็กตรอนเพื่อ: 1) ลดตัวรับอิเล็กตรอนพื้นหลัง ได้แก่ ออกซิเจน ไนเตรต เหล็กและแมงกานีสที่ถูกออกซิไดซ์ และซัลเฟต และ 2) กระตุ้นการลดทางชีวภาพและ/หรือทางเคมีของสารมลพิษที่ถูกออกซิไดซ์ การเลือกสารตั้งต้นและวิธีการฉีดขึ้นอยู่กับประเภทและการกระจายตัวของสารปนเปื้อนในชั้นหินอุ้มน้ำ อุทกธรณีวิทยา และวัตถุประสงค์ของการบำบัด สามารถเติมสารตั้งต้นได้โดยใช้การติดตั้งบ่อแบบดั้งเดิม โดยใช้เทคโนโลยีการดันโดยตรง หรือโดยการขุดและถมกลับ เช่นสิ่งกีดขวางปฏิกิริยาที่ซึมผ่านได้ (PRB) หรือกำแพงชีวภาพ^{[ 24 ]}ผลิตภัณฑ์ที่ปลดปล่อยช้าซึ่งประกอบด้วยน้ำมันที่กินได้หรือสารตั้งต้นที่เป็นของแข็งมีแนวโน้มที่จะคงอยู่ในตำแหน่งเดิมเป็นระยะเวลาการบำบัดที่ยาวนาน สารตั้งต้นที่ละลายได้หรือผลิตภัณฑ์การหมักที่ละลายได้ของสารตั้งต้นที่ปลดปล่อยช้าอาจเคลื่อนที่ผ่านการไหลเวียนและการแพร่กระจาย ทำให้เกิดโซนการบำบัดที่กว้างขึ้นแต่มีอายุสั้นกว่า สารตั้งต้นอินทรีย์ที่เติมเข้าไปจะถูกหมักเป็นไฮโดรเจน (H ) และกรดไขมันระเหย (VFAs) ก่อน VFAs ซึ่งรวมถึงอะซิเตต แลคเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต ให้คาร์บอนและพลังงานสำหรับการเผาผลาญของแบคทีเรีย^{[ 7 ] [ 6 ]}

การบำบัดทางชีวภาพไม่ได้จำเพาะเจาะจงกับโลหะเท่านั้น ในปี 2553 เกิดเหตุการณ์น้ำมันรั่วไหลครั้งใหญ่ในอ่าวเม็กซิโก มีการใช้ ประชากรแบคทีเรียและอาร์เคียเพื่อฟื้นฟูชายฝั่งหลังจากการรั่วไหลของน้ำมัน จุลินทรีย์เหล่านี้เมื่อเวลาผ่านไปได้พัฒนาเครือข่ายเมตาบอลิซึมที่สามารถใช้ไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำมันและปิโตรเลียมเป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานได้^{[ 25 ]}การบำบัดทางชีวภาพด้วยจุลินทรีย์เป็นเทคนิคสมัยใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากในการฟื้นฟูระบบธรรมชาติโดยการกำจัดสารพิษออกจากสิ่งแวดล้อม

ในระหว่างการลดทอนทางชีวภาพ การย่อยสลายทางชีวภาพเกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยมีการเติมสารอาหารหรือแบคทีเรีย จุลินทรีย์พื้นเมืองที่มีอยู่จะกำหนดกิจกรรมการเผาผลาญและทำหน้าที่เป็นการลดทอนตามธรรมชาติ^{[ 26 ]}แม้ว่าจะไม่มีการมีส่วนร่วมของมนุษย์ในการลดทอนทางชีวภาพ แต่พื้นที่ปนเปื้อนยังคงต้องได้รับการตรวจสอบ^{[ 26 ]}

การไบโอสปาร์จิงเป็นกระบวนการบำบัดน้ำใต้ดินโดยการฉีดออกซิเจนและสารอาหารเข้าไป เมื่อฉีดออกซิเจนเข้าไป แบคทีเรียพื้นเมืองจะถูกกระตุ้นให้เพิ่มอัตราการย่อยสลาย^{[ 27 ]}อย่างไรก็ตาม การไบโอสปาร์จิงมุ่งเน้นไปที่โซนปนเปื้อนที่อิ่มตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดน้ำใต้ดิน^{[ 28 ]}

UNICEF ผู้ผลิตไฟฟ้า ผู้จัดหาน้ำรายใหญ่ และรัฐบาลท้องถิ่นเป็นผู้ริเริ่มนำการบำบัดทางชีวภาพต้นทุนต่ำมาใช้ เช่น เม็ดแบคทีเรียแอโรบิกซึ่งเพียงแค่หย่อนลงในน้ำ^{[ 29 ]}

เทคนิค แบบนอกสถานที่มักจะมีราคาแพงกว่าเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการขุดและขนส่งไปยังสถานที่บำบัด ในขณะที่เทคนิคแบบในสถานที่จะดำเนินการ ณ จุดที่ปนเปื้อน ดังนั้นจึงมีเพียงค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเท่านั้น แม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า แต่ก็มีความสามารถในการกำหนดขนาดและการแพร่กระจายของมลพิษได้น้อยกว่าเช่นกัน มลพิษจะเป็นตัวกำหนดวิธีการบำบัดทางชีวภาพที่จะใช้ในที่สุด ความลึกและการแพร่กระจายของมลพิษเป็นปัจจัยสำคัญอื่นๆ^{[ 30 ]}

กองดินชีวภาพคล้ายกับการระบายอากาศทางชีวภาพ ใช้ในการกำจัดมลพิษจากปิโตรเลียมโดยการเพิ่มการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน^{[ 31 ]}ในดินที่ปนเปื้อน อย่างไรก็ตาม ดินจะถูกขุดและกองไว้พร้อมกับระบบเติมอากาศ ระบบเติมอากาศนี้ช่วยเพิ่มกิจกรรมของจุลินทรีย์โดยการนำออกซิเจนเข้ามาภายใต้ความดันบวกหรือกำจัดออกซิเจนภายใต้ความดันลบ^{[ 32 ]}

ระบบกองปุ๋ยหมักคล้ายกับเทคนิคการทำปุ๋ยหมักที่ทำการพลิกดินเป็นระยะเพื่อเพิ่มการระบายอากาศ^{[ 34 ]}การพลิกเป็นระยะนี้ยังช่วยให้สารปนเปื้อนที่มีอยู่ในดินกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยเร่งกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ^{[ 35 ]}

การทำฟาร์มดินหรือการบำบัดดิน เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการรั่วไหลของกากตะกอน วิธีนี้จะกระจายดินที่ปนเปื้อนและเติมอากาศให้กับดินโดยการหมุนเวียนเป็นวัฏจักร^{[ 36 ]}กระบวนการนี้เป็นการประยุกต์ใช้เหนือพื้นดิน และดินที่ปนเปื้อนจะต้องตื้นเพื่อให้กิจกรรมของจุลินทรีย์ได้รับการกระตุ้น อย่างไรก็ตาม หากการปนเปื้อนลึกกว่า 5 ฟุต จะต้องขุดดินขึ้นมาเหนือพื้นดิน^{[ 16 ]}แม้ว่าจะเป็น เทคนิค แบบนอกพื้นที่แต่ก็สามารถพิจารณาได้ว่าเป็น เทคนิคแบบ ในพื้นที่ เช่นกัน เนื่องจากการทำฟาร์มดินสามารถทำได้ ณ จุดที่ปนเปื้อน^{[ 35 ]}

โลหะหนักถูกนำเข้าสู่สิ่งแวดล้อมทั้งจากกิจกรรมของมนุษย์และปัจจัยทางธรรมชาติ^{[ 7 ]} ต่างจากสารมลพิษอินทรีย์ โลหะ (หรือที่ถูกต้องกว่านั้นคือไอออนโลหะและสารประกอบโลหะ) ไม่สามารถย่อยสลายได้ พืชสะสมโลหะในปริมาณมากสามารถสกัดโลหะจากดินได้ในทางทฤษฎี แต่เทคโนโลยีนี้ยังคงไม่สามารถนำไปใช้ได้จริง การเคลื่อนที่ของโลหะสามารถลดลงได้ ส่งผลให้โลหะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ตัวอย่างเช่น การลดชนิดของ U(VI) ที่เคลื่อนที่ได้มากกว่า จะทำให้ได้อนุพันธ์ของ U(IV) ที่เคลื่อนที่ได้น้อยกว่า^{[ 37 ]}อีกครั้ง วิธีการนี้ยังคงเป็นเพียงแนวคิดมากกว่าการนำไปใช้ได้จริง^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

ในบรรดาวิธีการมากมายในการจัดการกับ การปนเปื้อน ของยาฆ่าแมลงการบำบัดทางชีวภาพมีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพมากกว่า^{[ 41 ]}หลายพื้นที่ทั่วโลกปนเปื้อนด้วยสารเคมีทางการเกษตร^{[ 42 ]}สารเคมีทางการเกษตรเหล่านี้มักต้านทานการย่อยสลายทางชีวภาพโดยเจตนา^{[ 43 ] [ 41 ]}ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดและปัญหาสุขภาพในระยะยาว เช่น มะเร็ง ผื่นคัน ตาบอด อัมพาต และความเจ็บป่วยทางจิต^{[ 43 ]}ตัวอย่างเช่นลินเดนซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงที่ใช้กันทั่วไปในศตวรรษที่ 20 การสัมผัสเป็นเวลานานเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อมนุษย์และระบบนิเวศโดยรอบ ลินเดนลดศักยภาพของแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ในดิน เช่น ไซยาโนแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน รวมถึงก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับระบบประสาทส่วนกลางในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็ก เช่น ชัก เวียนศีรษะ และถึงขั้นเสียชีวิต สิ่งที่ทำให้มันเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้คือความเร็วในการแพร่กระจายผ่านสมองและเนื้อเยื่อไขมัน แม้ว่าลินเดนจะถูกจำกัดการใช้งานเฉพาะบางอย่าง แต่ก็ยังคงมีการผลิตและใช้กันทั่วโลก^{[ 44 ]}

แอคติโนแบคทีเรียเป็นเทคนิคที่มีศักยภาพในการกำจัดสารกำจัดศัตรูพืชโดยเฉพาะ เมื่อแอคติโนแบคทีเรียบางสายพันธุ์ถูกรวมกลุ่มกัน ประสิทธิภาพในการย่อยสลายสารกำจัดศัตรูพืชจะเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังเป็นเทคนิคที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งจะแข็งแกร่งขึ้นเมื่อใช้งานต่อไปโดยจำกัดพื้นที่การเคลื่อนย้ายของเซลล์เหล่านี้ไปยังพื้นที่เป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงและไม่ทำให้ความสามารถในการทำความสะอาดหมดไป แม้จะมีผลลัพธ์ที่น่าพอใจ แต่แอคติโนแบคทีเรียก็ถูกนำมาใช้เฉพาะในห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมเท่านั้น และจำเป็นต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อหาความคุ้มค่าและความสามารถในการขยายขนาดการใช้งาน^{[ 42 ]}

การบำบัดทางชีวภาพมักไม่ค่อยถูกนำมาใช้เพื่อบำบัดมลพิษโลหะหนักและสารกัมมันตรังสีไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ แม้ว่าในบางกรณี โลหะเหล่านี้อาจถูกตรึงไว้ได้^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}ในบางกรณี จุลินทรีย์ไม่สามารถย่อยสลายมลพิษได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดสารประกอบที่เป็นพิษมากขึ้น^{[ 47 ]}ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนการลดฮาโลเจนของTCEอาจทำให้เกิดไดคลอโรเอทิลีน (DCE) และไวนิลคลอไรด์ (VC) ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง ที่ต้องสงสัยหรือ เป็น ที่รู้จัก ^{[ 45 ]}อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์Dehalococcoidesสามารถลด DCE และ VC ต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์อีเทนที่ไม่เป็นพิษได้^{[ 48 ]}เส้นทางระดับโมเลกุลสำหรับการบำบัดทางชีวภาพเป็นที่น่าสนใจอย่างมาก^{[ 45 ]}นอกจากนี้ การรู้เส้นทางเหล่านี้จะช่วยพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่สามารถจัดการกับพื้นที่ที่มีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอของสารปนเปื้อนหลายชนิด^{[ 27 ]}

การย่อยสลายทางชีวภาพต้องอาศัยประชากรจุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการเผาผลาญเพื่อย่อยสลายสารมลพิษภายในระยะเวลาที่เหมาะสม^{[ 27 ] [ 46 ]}กระบวนการทางชีวภาพที่จุลินทรีย์เหล่านี้ใช้มีความเฉพาะเจาะจงสูง ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงและควบคุมปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมหลายประการด้วย^{[ 27 ] [ 45 ]}การคาดการณ์ผลลัพธ์จากการศึกษาทดสอบขนาดเล็กไปสู่การปฏิบัติงานภาคสนามขนาดใหญ่อาจทำได้ยาก^{[ 27 ]}ในหลายกรณี การบำบัดทางชีวภาพใช้เวลานานกว่าทางเลือกอื่น เช่นการฝังกลบและการเผา [ ^{27 ] [ 45 ] อีก}ตัวอย่างหนึ่งคือการระบายอากาศทางชีวภาพ ซึ่งมีราคาไม่แพงในการบำบัดพื้นที่ปนเปื้อนทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ค่อนข้างกว้างขวางและอาจใช้เวลาหลายปีในการกำจัดสารปนเปื้อนออกจากพื้นที่^{[ 49 ]}

ความท้าทายสำคัญอีกประการหนึ่งคือชนิดพันธุ์ต่างถิ่นรุกราน: นิยมใช้ชนิดพันธุ์พื้นเมืองมากกว่า สิ่งมีชีวิตต้องมีจำนวนมากพอที่จะทำความสะอาดพื้นที่ได้^{[ 41 ]}

สารกำจัดศัตรูพืชเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนในดินและการปนเปื้อนในน้ำไหลบ่า สารกำจัดศัตรูพืชย่อยสลายได้ยาก^{[ 50 ]}

การใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการบำบัดทางชีวภาพอยู่ระหว่างการวิจัยเบื้องต้น^{[ 51 ]}สามารถแทรกยีนสองประเภทลงในสิ่งมีชีวิตได้ ได้แก่ ยีนย่อยสลาย ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการย่อยสลายสารมลพิษ และยีนรายงาน ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่สามารถตรวจสอบระดับมลพิษได้^{[ 52 ]}สมาชิกจำนวนมากของPseudomonasได้รับการดัดแปลงด้วย ยีน luxเพื่อตรวจจับไฮโดรคาร์บอนโพลีอะโรมาติกแนฟทาลีน การทดสอบภาคสนามสำหรับการปล่อยสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปลงประสบความสำเร็จในระดับที่ค่อนข้างใหญ่^{[ 53 ]}

มีข้อกังวลเกี่ยวกับการปล่อยและการควบคุมสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมสู่สิ่งแวดล้อมเนื่องจากศักยภาพในการถ่ายทอดยีนในแนวนอน^{[ 54 ]}สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมถูกจัดประเภทและควบคุมภายใต้พระราชบัญญัติควบคุมสารพิษ พ.ศ. 2519ภายใต้สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา [ ^{55 ] มี}การสร้างมาตรการเพื่อแก้ไขข้อกังวลเหล่านี้ สิ่งมีชีวิตสามารถถูกดัดแปลงเพื่อให้สามารถอยู่รอดและเติบโตได้ภายใต้เงื่อนไขสิ่งแวดล้อมเฉพาะเท่านั้น^{[ 54 ]}นอกจากนี้ การติดตามสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมยังทำได้ง่ายขึ้นด้วยการใส่ ยีน เรืองแสงเพื่อการระบุด้วยสายตา^{[ 56 ]}

สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมถูกสร้างขึ้นเพื่อบำบัดคราบน้ำมันและย่อยสลายพลาสติก บางชนิด (PET) ^{[ 57 ]}

• Phytoremediation, hosted by the Missouri Botanical Garden
• To remediate or to not remediate?
• Anaerobic Bioremediation