矿物化细菌在水溶液中镉铅固定化作用的关键机制与生态修复应用

《Journal of Hazardous Materials》：The Role of Mineralization Bacteria in the Immobilization of Cadmium and Lead in Aqueous Solutions

本文系统探讨了矿物化细菌（MICP）技术在水体镉（Cd2+）、铅（Pb2+）污染修复中的核心作用。研究发现本土芽孢杆菌（Bacillus）通过脲酶介导的碳酸盐沉淀机制，对单一及复合污染体系中的重金属均表现出高效固定能力（Cd2+去除率＞98%，Pb2+＞98%），为重金属污染水体的生物修复提供了创新性解决方案。

　　

Highlight

本研究通过对比本土与外源芽孢杆菌（Bacillus pasteurii 和 Bacillus cereus）在单一及复合重金属污染体系中的表现，揭示了微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术固定镉（Cd²⁺）和铅（Pb²⁺）的高效性与稳定性。本土菌株展现出更强的环境适应性与矿化动力学优势。

Immobilization Efficiency of Mineralization Bacteria for Cd²⁺ and Pb²⁺

研究证实，矿物化细菌（尤其是本土芽孢杆菌）能高效固定水溶液中的Cd²⁺和Pb²⁺。在低中浓度条件下（Cd²⁺: 0.5-4.0 mg L^-1，Pb²⁺: 100-200 mg L^-1），本土菌株对两种重金属的固定率均接近完全（＞99%），其优势源于长期污染环境中进化出的适应性机制。随着重金属浓度升高，外源菌株的固定效率显著下降，而本土菌株仍保持稳定性能。Pb²⁺因与碳酸根结合能力更强、易形成低溶解度碳酸铅，在复合污染中优先被固定，但高浓度Cd²⁺会部分抑制Pb²⁺的固定效果。

Conclusion

本研究通过分离鉴定污染环境中的本土矿物化细菌（B. pasteurii 和 B. cereus），系统性对比了本土与外源菌株在单一/多重金属胁迫下的适应性差异与矿化效能。创新性发现本土菌株通过优化培养可激活高脲酶活性，驱动碳酸钙（CaCO₃）结晶并高效封装Cd²⁺/Pb²⁺。在复合污染中，Pb²⁺因沉淀动力学优势主导固定过程，而Cd²⁺存在竞争抑制现象。扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）进一步揭示了金属富集沉淀物的微观结构差异。研究成果为重金属污染场地的原位生物修复提供了菌种资源与理论依据。