建設(shè)“無廢城市”，加強固廢堆存減量化和資源化是國家生態(tài)文明建設(shè)的重大戰(zhàn)略需求。水泥基固化穩(wěn)定化技術(shù)因其高效經(jīng)濟被廣泛用于含重金屬固廢的處置。然而水泥化學相容性差，在復雜環(huán)境下的長期穩(wěn)定性不確定；同時水泥在生產(chǎn)中碳排量高，環(huán)境問題突出。鑒于此，武漢巖土所科研團隊采用了一種環(huán)境友好型方法-微生物固化穩(wěn)定化。該方法的核心是微生物礦化，利用某些細菌的生命活動將特異性底物分解生成酸根離子（CO32-，PO43-，SO42-等），并與金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的金屬鹽沉淀。這些沉淀在基質(zhì)中起到粘結(jié)顆粒的作用，增加基質(zhì)整體強度（如圖1，2）。目前，微生物礦化技術(shù)已應用于地震抗液化、地基處理、粉塵抑制、重金屬污染修復、文物表面修復等領(lǐng)域，但在固廢/危廢固化穩(wěn)定化方面的應用還處于起步階段。

　　武漢巖土所科研團隊對微生物礦化技術(shù)在固廢處理方面的可行性和前景做了系統(tǒng)研究和展望，分析了該方法進行固廢處理的短期和長期有效性，重點與水泥基固化穩(wěn)定化技術(shù)效果作了比較。研究表明，微生物礦化技術(shù)在強度提升和重金屬穩(wěn)定方面效果顯著，其作為固化穩(wěn)定化技術(shù)具有巨大的潛力。與傳統(tǒng)水泥基固化穩(wěn)定化相比，微生物反應劑擾動性小；生物粘結(jié)產(chǎn)物與基質(zhì)顆粒間力學相容性良好，微生物法產(chǎn)生的強度遠高于水泥（如圖3）；同時，該方法可保持基質(zhì)的透水性并具有更高的環(huán)境穩(wěn)定性（如圖4），這有利于將固廢材料作為土工材料而實現(xiàn)資源化利用；此外，微生物固化穩(wěn)定化具有無碳排放的環(huán)保特性。但該技術(shù)的廣泛應用還需不斷探索，主要是因為反應材料和前期試驗成本高、微生物在細?；|(zhì)中分布不均勻，以及微生物對復雜環(huán)境的適應性差等。

　　目前，針對微生物礦化技術(shù)的研究主要集中在碳酸鹽體系，但其在酸性環(huán)境下修復效率較低，且副產(chǎn)物NH3/NH4+對環(huán)境有一定污染風險。為此，武漢巖土所科研團隊提出將無污染、環(huán)境包容性強的磷酸鹽礦化體系應用于微生物固化穩(wěn)定化中。該技術(shù)采用農(nóng)業(yè)中廣泛使用的有機磷細菌肥料、巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌分解有機磷或磷礦粉，產(chǎn)生磷酸根以固定重金屬。該方法在pH為5-9范圍內(nèi)均有較高的修復效率，且最終產(chǎn)物磷酸鹽的環(huán)境穩(wěn)定性更強，具有廣泛的應用前景。

　　本研究成果已經(jīng)在線發(fā)表于國際工程技術(shù)領(lǐng)域TOP期刊“Science of the Total Environment”（IF:6.551）。第一作者為博士生韓麗君，通訊作者為李江山研究員和薛強研究員。該研究成果得到了國家重點研究與發(fā)展計劃（No. 2019YFC1804002）、國家杰出青年科學基金（No. 51625903）、國家自然科學基金委與香港研究資助局聯(lián)合科研資助合作研究項目（No.51861165104）和國家科學基金會科學儀器基礎(chǔ)研究專項基金（No.51827814）等共同資助。

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896972034496X?via%3Dihub

圖1 微生物固化穩(wěn)定化處置固廢原理示意圖

　　圖2 微生物礦化產(chǎn)物方解石與砂土間作用，方解石位于砂顆粒間（a，b）和方解石位于砂顆粒表面(c)

　　圖3 微生物礦化法和水泥基法處理后樣品的強度和粘結(jié)含量關(guān)系圖　

圖4 微生物礦化法和水泥基法處理后樣品的強度和滲透系數(shù)關(guān)系圖