综述：微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）在工程与环境中的研究进展与应用

本综述系统评述了微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）这一可持续低碳生物技术的机制、关键影响因素（菌株、温度、pH、钙源）及其多领域应用。MICP技术在岩土加固（抗液化）、混凝土裂缝修复（闭合率>95%）、重金属固定（Cu/Pb/Cd去除率>90%）、粉尘抑制与碳封存（CO2→碳酸盐）方面展现出巨大潜力，契合碳中和目标，但面临生物安全（如氨排放）、成本控制及菌株适应性等挑战，需通过跨学科创新推动产业化。

　　

原理与机制

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation, MICP）是一种由微生物代谢活动驱动的生物矿化过程。常见菌株如巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）通过脲酶（Urease）分解尿素产生碳酸根离子（CO₃^2?），与环境中的钙离子（Ca²⁺）结合形成碳酸钙（CaCO₃）沉淀。这一过程受微生物功能、温度、pH、钙源类型及浓度等多因素调控，直接影响矿物的成核位点、结晶形态与沉积效率。

工程应用突破

在土木工程领域，MICP技术通过生物胶结作用显著降低砂岩孔隙度，提升土壤抗液化能力；在混凝土裂缝修复中，生物矿化可实现超过95%的裂缝闭合率。环境治理方面，MICP能有效固定重金属离子（如Cu、Pb、Cd），去除率超90%，并通过界面粘结抑制煤矿粉尘扩散。此外，该技术将CO₂转化为稳定碳酸盐，为碳中和目标提供了一条生物催化路径。

挑战与前景

尽管MICP具有多场景适用性，但其规模化应用仍面临三大瓶颈：一是生物安全性问题（如氨副产物排放）；二是成本效益比需进一步优化；三是极端环境（如高盐、极端pH）下微生物存活率低。未来研究需聚焦于筛选高效耐候菌株、优化工艺参数，并融合合成生物学与人工智能等跨学科技术，以推动MICP在生态修复与低碳工程中的产业化进程。