[发明专利]一种碳酸盐矿化菌联合羟基磷灰石固化重金属的方法

说明书

本发明公开了一种碳酸盐矿化菌联合羟基磷灰石固化重金属的方法。该方法主要利用微生物施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、巴氏芽孢杆菌Bacillus pasteurii代谢产生的脲酶，水解尿素，进而提高体系pH和产生碳酸盐离子，在其形成方解石、球霰石的过程中，从而将重金属离子固化稳定化，可实现水体和土壤环境中重金属离子的去除。该方法反应条件温和，生物矿化时间短，高效环保，成本低廉，能够显著降低水体或土壤中重金属的含量，可以扩大化推广使用。

技术领域

本发明属于地下水环境生态修复和重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种微生物诱导碳酸盐沉积固化重金属的方法。

背景技术

近年来由于矿物的开采和冶炼过程对周围土壤环境产生了巨大的影响，如重金属的积累、土壤pH值的降低、有机质和养分的缺乏、土壤团聚结构的恶化等。重金属的毒性对暴露在这些污染物中的生物构成严重威胁。其中重金属镉作为一种环境中普遍存在且具有较高毒性的重金属元素，不仅会导致生态环境问题，还可以在农作物中积累，通过食物链对人体健康产生巨大威胁。与传统的化学和物理修复方法相比，生物修复利用天然的或人工的生物转化方法将环境污染物整体或分组处理，具有投资少、效率高、在环境治理中可以原位处理低浓度污染物的特点，表现出了巨大的潜力，正逐渐成为一种受欢迎的水体或土壤重金属修复技术。

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)是微生物诱导成矿的延伸，是指在环境中有Ca²⁺等金属离子以及其他底物存在时，碳酸盐矿化菌通过自身代谢调节体系环境，形成以方解石、球霰石为主的无定型碳酸盐晶体，从而以同晶置换或共沉淀的方式将重金属离子固定。MICP技术目前主要应用于道路修复改善、防风固沙工程、尾砂固定生态水泥研究等领域。MICP是一种简单的生物化学过程，该过程主要由微生物代谢产脲酶，进而水解尿素，提高体系pH值和产生碳酸盐离子，经过一系列的化学反应，最终形成稳定的矿化产物。微生物诱导碳酸盐沉淀的化学反应方程式如下：

NH₂COOH+H₂O→NH₃+H₂CO₃

利用微生物诱导碳酸盐沉淀技术可以将有效态重金属镉转化为结构稳定、不易活化的生物矿物晶体，而且由于该技术具有生态友好、成本低和无二次污染的特点，因而可以被广泛用于地下水环境和土壤的重金属污染修复。但是，关于微生物诱导碳酸盐沉淀去除重金属的机理研究，结合酶反应动力学和结晶热动力学研究含重金属方解石或球霰石形成过程仍需要得到加强，多种碳酸盐矿化菌混合修复的钝化机制及与化学材料相结合的重金属去除机制仍需进一步探索。

发明内容

针对现有重金属污染传统修复技术方面成本较高、适用性较弱、易产生二次污染的不足，本发明提供了一种微生物诱导碳酸盐沉积固化镉、铅的方法。

本发明的技术方案为：

一种微生物诱导碳酸盐沉积固化重金属的方法，包括以下步骤：

(1)高密度碳酸盐矿化菌液的制备：在无菌条件下，将碳酸盐矿化菌接种到固体培养基中活化培养，再将碳酸盐矿化菌转移至已灭菌的含尿素液体培养基中培养，培养完成后离心，用水冲洗菌体，得到高密度菌液；所述碳酸盐矿化菌分别为为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)。

(2)将步骤(1)中得到的三种高密度菌液混合后接种到含重金属离子的水体中，同时投加尿素和钙化物，搅拌培养进行固化反应即可沉积固化重金属。