产脲酶菌株Sporosarcina ureilytica ML-2诱导方解石沉淀矿化Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)研究

微生物诱导方解石沉淀(MICP)作为一种新兴的重金属生物治理技术已逐渐成为研究热点.基于脲酶作为MICP反应的核心驱动力,本研究筛选获得1株拥有致密胞外聚合物,且产脲酶活性和菌体Zeta电位强于产脲酶代表性菌株Sporosarcina pasteurii的MICP功能菌株Sporosarcina ureilytica ML-2.在生物矿化50 mg·L^(-1)Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)离子实验中,Cd(Ⅱ)较Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)对菌株ML-2产脲酶代谢活性存在显著性抑制(p<0.01),实验组仅24 h和48 h即可去除全部的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ),而96 h时仅能去除约12.14%的Cr(Ⅵ).生物沉淀SEM形貌显示不同类型重金属可通过影响生物矿化过程无机晶体成核生长方向,从而改变沉淀形貌;EDS表征证实菌株ML-2可通过诱导方解石沉淀有效固定Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ),而对Cr(Ⅵ)无法实现有效固定;FTIR表征则证实羧基、羟基、胺基和烷基等功能基团共同参与重金属的矿化固定.结合天然方解石吸附初始浓度为200 mg·L^(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)离子实验及对应沉淀的XRD图谱,再一次证实Pb(Ⅱ)以方解石钙位点替代形式被矿化成白铅矿(PbCO3),Cd(Ⅱ)的目标矿化产物菱镉矿(CdCO_(3))可能因质量分数过低等原因虽未被检出,但依然实现了高效固定,并再次确认MICP无法有效固定Cr(Ⅵ).最后,MICP矿化固定Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)污染的过程模型被构建,将为后续的扩大应用提供理论指导.