利用一种极端嗜酸菌（V. pantothenticus WL）通过生物矿化作用有效去除酸性矿井排水中的Cu(II)和硫酸盐 提示/注释： 1. 生物矿化是一种生物过程，其中微生物将溶解在水中的金属离子转化为可沉淀的矿物形式，从而实现这些物质的去除。 2. 极端嗜酸菌能够在高酸度环境中生存并发挥作用，这使得它们特别适合用于处理酸性矿井排水中的有害物质。 3. 该研究展示了生物矿化技术在环境净化中的应用潜力，有助于减少金属污染对环境和生态系统的负面影响

《Journal of Contaminant Hydrology》：Effective bioremoval of Cu (II) and Sulfate from acid mine drainage via biomineralization with an extreme acidophile bacterium V. pantothenticus WL

酸矿排水（AMD）中高浓度铜离子通过极端嗜酸菌Virgibacillus pantothenticus WL的硫酸还原与胞外聚合物吸附实现高效去除（85-80%），其代谢活动同步提升pH至中性范围，形成可持续生物修复策略。

　　
近年来，全球AMD（酸性矿井水）治理面临严峻挑战。以山东某金铜矿为例，AMD不仅含有pH值低于2的强酸性液体，还含有高达200mg/L的铜离子和数万mg/kg的硫酸盐，这种复合污染导致周边土壤重金属超标12倍，地下水铜浓度超标47倍，直接威胁着50公里范围内的农田灌溉和饮用水安全。传统化学处理需要持续投加石灰（年用量超万吨）和活性炭，处理成本达每吨水380元，而微生物修复则存在环境适应性差的问题。

该研究团队从 AMD 现场分离出具有突破性特性的极端嗜酸菌——沃氏芽孢杆菌WL。该菌株在实验室模拟环境中展现出惊人的耐受性：在pH=3.0、Cu2?浓度=200mg/L的条件下仍能保持代谢活性。通过连续28天的动态模拟实验发现，该菌系对100-200mg/L铜离子的去除效率稳定在80-85%，且能同步完成硫酸盐（>95%去除率）和酸性中和（pH提升至7.2）。这种协同作用机制突破了单一微生物修复的局限性。

核心发现体现在三个方面：其一，硫酸盐还原途径的优化。该菌通过硫循环代谢产生硫化氢（H?S），在0.5小时内形成纳米级CuS沉淀（粒径<50nm），沉淀速率比传统化学沉淀快3倍。其二，EPS生物膜构建。菌体分泌的胞外聚合物（含多糖-蛋白质复合体）形成三维吸附网络，对Cu2?的吸附容量达到8.7mg/g（是商业活性炭的2.3倍）。其三，代谢自驱动系统。通过糖代谢产生ATP（热力学计算显示单位代谢周期产ATP 8500kcal），驱动离子泵维持胞内pH稳定（ΔpH<0.3），使细菌能在极端环境中持续工作120天以上。

环境适应性测试表明，该菌系在温度4-35℃、氧化还原电位-200mV至+300mV范围内均保持活性。特别在pH=2.5、Fe3?浓度>1.5g/L的条件下仍能维持55%的铜去除效率，这得益于其独特的细胞膜结构（含硫脂质占比达38%）和应激蛋白系统（检测到17种重金属抗性蛋白）。

工程应用潜力方面，已开发出模块化生物反应器。以处理1000m3/d AMD为例，系统配置包括：三级生物膜反应器（停留时间72h）、生物炭过滤单元（接触时间15min）、以及自动监测控制系统（采样频率10min/次）。实测数据显示，连续运行6个月后，系统对铜离子的去除效率维持在82%±3%，硫酸盐去除率91%±2%，且未出现微生物群落失衡现象。

该技术相比传统方法具有显著优势：处理成本降低至每吨水28元（降幅达93%），不需要连续化学药剂投加，重金属沉淀率提升至98.7%（较石灰法提高42个百分点）。环境效益方面，应用该技术后，AMD周边土壤铜含量从420mg/kg降至35mg/kg（国家土壤标准限值50mg/kg），地下水中硫酸根浓度从850mg/L降至120mg/L（WHO饮用水标准限值500mg/L），成功恢复农田灌溉功能。

未来研究方向包括：①开发菌种定向进化技术，将耐受阈值提升至pH=1.5和Cu2?=500mg/L；②构建"微生物-植物"共生系统，利用硫耐性植物（如蜈蚣草）协同净化；③建立动态调控模型，根据AMD成分实时调整菌群组成（已检测到12种功能互补的伴生菌种）。该成果已获得3项国际专利，并在山东6个矿区完成中试，处理规模达2000m3/d，累计减少重金属污染排放量1.2万吨。