【环境君】一文读懂生物矿化技术

生物矿化，指生物体通过调控，将重金属转化为不溶的无机矿物的过程，其最大特点就是微生物参与了矿化过程。

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我们都知道，重金属可以通过地下水、空气、土壤进入到我们的食物链中，进而慢慢在人体内积累，造成威胁。因此，科学家们开始探索不同的修复技术，其中就有生物矿化技术，简而言之，就是让微生物将重金属吃掉，再转为无机矿物沉淀排放出来，那么接下来，我将介绍生物矿化技术在重金属修复中的最新进展。

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（重金属进入人体的全过程）

生物矿化按照其生成物可以划分为两类，分别是碳酸盐沉淀类和磷酸盐沉淀类。

一、碳酸盐沉淀类（MICP）

目前来讲，有很多种微生物可以将重金属转化为碳酸盐沉淀，如细菌【1】【2】【3】、真菌【4】或酶【5】【6】。而其中的机理主要为三种，分别是尿素水解【7】、反硝化【8】、硫酸盐还原【9】，其中尿素水解法具有易控制、效率高、成本低等优点，能够有效固定碳酸盐矿物中的金属，且不受金属价态、毒性和氧化还原电位的影响，因此备受关注。

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（MICP修复重金属机理示意图）

二、磷酸盐沉淀类（MIPP）

同样，能将重金属诱导为磷酸盐沉淀的微生物也有三种，如细菌【10】【11】【12】、真菌【13】、酶【14】，具体机制为微生物将磷源转化为磷酸根离子，与重金属结合生成沉淀，公式如下：

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目前，大多数研究集中在溶磷菌上，而溶磷菌的磷源有2种，如2-磷酸甘油【15】、肌醇六磷酸酯【16】等可溶性有机磷，或者是磷矿石【17】等无机磷酸盐。当环境中有有机磷源时，溶磷菌会分泌磷酸酶，催化磷酸酯键的水解，从而分解有机磷；而当无机磷源多时，溶磷菌则会分泌草酸、柠檬酸等有机酸，降低土壤pH值并溶解无机磷酸盐。

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（溶磷菌分泌肌醇六磷酸酯与铜离子结合生成磷酸盐沉淀【16】）

那么什么因素会影响微生物的矿化过程呢？

因素一：微生物/酶的专一性

生物矿化技术中最重要的肯定是微生物，所以微生物的专一性对于重金属修复过程十分重要。大量经验表明，污染土壤中往往能分离出相应的处理细菌，如有研究者从含铅矿山肥料中分离出耐铅细菌【18】，这种细菌对铅的生物矿化有很高的反应效率。此外，能产生脲酶的细菌，如巴氏杀菌菌【19】【20】，能够同时沉淀多种重金属，即使细菌对金属不耐受。当你要去除海水中的重金属时，不免头疼，因为陆地上的修复细菌在高盐度海水中都不能存活，因此，有科学家根据“毒药旁边往往生长着解药”的原则，从海洋沉积物中分离出耐盐碱细菌，可以通过生物矿化去除锶这种金属。

因素二：重金属浓度

高浓度的重金属会对细胞内蛋白质和核酸产生较大毒性【21】，导致脲酶产量下降，进而影响生物矿化进程。

因素三：pH值

重金属的去除效率取决于pH值，其中低pH值会抑制微生物的活性。

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来源：Biogeotechnics；整理：环境君。

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