基于预矿化增强琥珀葡萄球菌耐受性及其在生物絮凝法处理油田废水中的应用

本研究创新性地提出预矿化策略，通过微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术在菌体表面构建保护性矿化壳，显著增强琥珀葡萄球菌J3对毒性环境的耐受性，并同步提升高硬度油田废水（PW）中悬浮物与硬度离子的去除效率，为复杂废水生物处理提供了绿色高效的新方案。

　　

Highlight

预矿化策略显著增强细菌环境抗性并提供硬度离子成核位点，实现悬浮固体与硬度离子的同步高效去除。

Actual PW and simulated PW medium

本研究使用的油田采出水（PW）样本采集自新疆克拉玛依油田，pH值为8.07，悬浮固体浓度为72 mg/L，总有机碳浓度为423.65 mg/L。PW主要成分包括钠（6,283.728 mg/L）、氯（13,264.57 mg/L）、钙（1,599.625 mg/L）和镁（96.991 mg/L）。模拟PW培养基根据实际PW离子特征配制（详见表S1）。

Hardness removal and flocculation efficiency of pre-mineralized strain J3

如图1a所示，实验中对琥珀葡萄球菌J3依次进行氯化钙和碳酸钠溶液处理，成功在细胞表面构建碳酸钙保护壳。扫描电镜（SEM）观察（图S1）显示矿化前后菌体形态变化，能量色散X射线分析（EDXA）证实预矿化J3产生的含钙矿物（图S2）。预矿化菌株在模拟PW中表现出卓越的硬度去除能力（95.41%）与自絮凝性能（悬浮固体去除率98.09%），显著优于未处理菌株（p<0.05）。这种强化效应源于矿物外壳提供的物理保护与额外成核位点。

Conclusions

微生物诱导矿化技术为同步去除废水中有机与无机污染物提供了绿色解决方案。然而传统生物处理常面临毒性环境耐受性低与生物质二次污染的限制。本研究通过预矿化策略在J3菌株表面构建保护性矿物层，该矿化壳显著增强菌株环境适应性，并通过提供成核位点强化絮凝效能，为高硬度废水预处理提供了创新性生物技术路径。