铅污染土的修复工作一直是环境岩土工程领域长期面临的难题。传统的固化/稳定化技术虽有效，但常伴随高能耗与二次污染的风险。微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）作为一种低碳生物修复手段，近年来受到广泛关注，但其在真实土体环境中对铅毒性的耐受能力和作用机制尚不明晰。

近日，东南大学蒋宁俊教授团队在中国工程院Engineering集群分刊ENGINEERING Structure and Civil Engineering上发表了题为“Bio-augmented microbial induced carbonate precipitation for immobilizing Pb contaminants in soil”的研究论文。研究团队系统评估了生物强化MICP在不同铅浓度下的修复效能，揭示了细菌活性、强度发展与微观结构演化的内在关联，为铅污染场地的生物修复提供了扎实的实验依据。

铅污染土的生物修复，耐受阈值是关键瓶颈

MICP技术修复重金属污染的核心在于产脲酶细菌的代谢活性。然而，铅离子对细菌具有强烈的毒性抑制作用。现有研究多在理想溶液体系中进行，而实际土体环境涉及多相介质、有限氧气扩散及黏土矿物的吸附竞争，细菌的真实耐受能力与作用机制仍有较大争议。此外，不同钙源对胶结效率和强度发展的影响尚缺乏系统对比，制约了该技术的配方优化与工程推广。为系统厘清上述问题，研究团队设计了完整的试验流程（图1）。

图1.生化、力学强度、微观结构和物理化学试验流程示意图（DW：去离子水；BS：菌液）

系统揭示铅浓度与细菌活性的量化关系及钙源差异

该研究以砂-高岭土混合土（质量比9:1）模拟铅污染土，设定0-200mmol/L的Pb(NO3)2浓度梯度，采用巴氏芽孢杆菌进行生物强化处理。通过活菌计数和脲酶活性测试发现，细菌的铅耐受阈值为50mmol/L。超过该值后，铅离子优先抑制脲酶活性，其后才影响活菌数量，这表明铅离子优先攻击脲酶的催化功能，而非直接导致细菌死亡。这一“脲酶活性先于菌体活性”的发现，为理解重金属毒性机制提供了新视角。

在力学性能方面，无侧限抗压强度（UCS）试验显示，经生物强化处理后，含50mmol/L铅的土壤强度可达0.94MPa，远高于对照组。值得注意的是，采用醋酸钙作为钙源时，处理效果优于氯化钙，尤其在铅浓度低于50mmol/L时差异更为明显。这提示阴离子类型可能影响晶体形貌与颗粒间的桥接效应。

图2.生物强化MICP处理后铅污染土的UCS试验结果

微观分析进一步揭示了碳酸盐沉淀与共沉淀为主导的固定化机制。扫描电镜（SEM）观察到低铅浓度下形成规则的片状碳酸盐晶体，填充孔隙并胶结颗粒；能谱（EDS）显示钙与铅元素富集区域部分重叠，证实了共沉淀现象。X射线衍射（XRD）在50mmol/L铅处理样品中检测到白铅矿（PbCO3）特征峰，验证了铅的碳酸盐固定化。

图3.生物强化MICP处理后铅污染土的扫描电镜（SEM）图像：（a）对照组；（b）25mmol/L Pb；（c）50mmol/L Pb；（d）100mmol/L Pb

压汞（MIP）结果表明，处理后的土样总孔隙体积减少，且大孔向毛细孔转化，说明生物矿化产物有效填充了土颗粒空隙。连续提取法（SEP）进一步表明，随着铅浓度的升高，可交换态铅比例从初始的4.93%增至7.09%，而碳酸盐结合态铅的比例则从初始的74.78%降至63.6%，显著降低了铅的迁移性和生物有效性。

图4.两种钙源下生物强化MICP处理后铅污染土的顺序提取（SEP）结果

为生物修复铅污染土提供定量化设计依据

这项研究的价值在于，它不仅给出了铅毒性作用下细菌活性的量化阈值，还对比了两种工程常用钙源的加固效果，为现场注浆方案的材料选择提供了直接参考。同时，研究明确指出土体介质固有性质（如高岭土的吸附作用）对细菌具有一定的保护效应，这可能使得土壤环境中的耐受阈值高于溶液体系，这一认识对室内实验向现场应用的尺度转换具有重要启示。需要承认的是，研究采用的砂-高岭土混合物仍为理想化模型，天然土壤中有机质和复杂矿物组成的影响有待进一步验证。

综上所述，该研究通过系统的实验与机制剖析，为MICP技术从理论走向铅污染场地的工程应用提供了有力支撑，其成果具有重要的参考价值。（来源：EngineeringJournals微信公众号）

相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/fsce/EN/10.1007/s11709-026-1326-4