微生物矿化

工程施工Construction– 154 –混凝土具有抗压强度高、低成本等诸多优点，是目前世界上使用量最大的建筑材料之一。

但其最大缺陷就是抗拉强度低，使得混凝土结构在使用过程中易产生裂缝，使空气中易对钢筋锈蚀的有害物质更容易进入，导致其承载能力和耐久性降低，大大缩短结构的使用年限。

传统的修补材料，如环氧类树脂、高分子灌浆材料等存在易老化、与混凝土相容性差等缺点。

近年来，微生物矿化作用自修复技术通过将Ca 2+转化为CaCO 3，使混凝土裂缝自行愈合。

相对于传统修复材料，微生物自修复技术的产物与混凝土基体相容性好，能提供不间断的修复、不会对环境造成污染，从而节省了大量资金。

1 微生物矿化作用自修复混凝土裂缝机理微生物矿化作用是由一系列复杂的生物化学反应组成的,某些嗜碱性微生物利用自身产生的尿素酶将尿素水解为NH 3和CO 2，而NH3的增加会使周围pH值升高，使得CO 2在溶液中以CO 32-的形式存在。

这时如果细菌周围有Ca 2+,细菌细胞中带负电荷的有机单层膜就会不断地螯和Ca 2+，从而引起CaCO 3沉积来修复混凝土裂缝。

在诱导CaCO 3沉积的过程中，微生物的作用不仅仅是生成尿素酶，而且还为CaCO 3的沉积提供成核地点[1]。

混凝土裂缝自修复是指预先将微生物和混凝土进行拌合，后期与混凝土一起浇注成型。

微生物在混凝土中处于休眠状态。

当成型后的混凝土结构开裂后，空气中的一些对细菌有益成分便会进入到裂缝中，此时混凝土中的细菌便会被激活，而后会利用生命活动诱导CaCO 3进行沉积，从而封堵裂缝的过程[1]。

2 微生物自修复混凝土的影响因素2.1 pH。

pH通过引起细胞膜电荷的变化影响微生物对营养物质的吸收。

试验表明随着微生物代谢活动的进行，产生了大量的NH 4+和OH -，导致pH值上升，当pH值达到碱性条件下，开始出现沉积物。

但PH值越高，对微生物活性的影响越大，其矿化能力也会受到约束甚至抑制[2]。

有机氮矿化微生物有机氮矿化微生物是一类在土壤中起着重要作用的微生物群体。

它们通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮，使其能够被植物吸收利用。

这一过程被称为有机氮矿化。

有机氮矿化微生物在土壤生态系统中具有重要的功能和意义。

有机氮矿化微生物是一类广泛存在于土壤中的微生物。

它们包括细菌、真菌和放线菌等。

这些微生物通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮。

在这一过程中，它们分泌出酶类，将有机物质降解为较小的分子，然后通过代谢作用将有机氮转化为无机氮。

这些无机氮化合物包括铵离子（NH4+）和硝态氮（NO3-）等。

有机氮矿化是土壤中氮循环的重要环节。

有机氮是土壤中的主要氮源，但植物只能吸收无机氮。

因此，有机氮矿化微生物的活动对于植物的生长和发育至关重要。

通过有机氮矿化微生物的作用，有机氮得以转化为无机氮，进而被植物吸收和利用。

这一过程不仅为植物提供了养分，还有助于维持土壤中氮的平衡。

有机氮矿化微生物还具有其他重要的生态功能。

它们参与了土壤有机质的分解和转化过程，促进了土壤的肥力。

通过分解有机物质，有机氮矿化微生物释放出大量的养分，为植物生长提供了必要的条件。

此外，它们还参与了土壤中的氮捕获和固定过程，有助于减少氮的流失和排放，维护了环境的稳定性。

有机氮矿化微生物的活动受到多种因素的影响。

土壤中的温度、湿度、pH值等环境因素对其生长和代谢活动具有重要的影响。

此外，土壤中的有机物质的种类和含量也会影响有机氮矿化微生物的活动水平。

因此，合理管理土壤环境和有机物质的输入，对于促进有机氮矿化微生物的活动具有重要的意义。

有机氮矿化微生物在农业生产中具有重要的应用价值。

通过合理利用有机氮矿化微生物，可以提高土壤的肥力和养分利用效率，减少化肥的使用量，降低环境污染的风险。

此外，有机氮矿化微生物还可以用于制备有机肥料和生物肥料，为农业生产提供可持续发展的解决方案。

总之，有机氮矿化微生物是土壤生态系统中不可或缺的一部分。

它们通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮，为植物提供了养分。

化学与生物工程2011,Vol.28No.3Chemistry &Bioen gineering收稿日期:2010-11-09作者简介:张小菊(1975-),女,湖北恩施人,讲师,研究方向:生物材料。

E ma il:qing ting6175@sina.co m 。

doi:10.3969/j.issn.1672-5425.2011.03.005微生物碳酸酐酶在矿化沉积中的研究进展张小菊,杨 娟,李横江(华中科技大学武昌分校城市建设学院,湖北武汉430064)摘 要:碳酸酐酶是一种含Zn 的金属酶,主要催化CO 2和H CO -3之间的转换反应,微生物是碳酸酐酶的重要来源之一。

对微生物碳酸酐酶在矿化沉积中的研究现状进行了综述,阐述了碳酸酐酶在石刻文物保护、环境生物修复中的应用价值,并对微生物碳酸酐酶的进一步研究进行了展望。

关键词:碳酸酐酶;矿化沉积;石刻文物保护;生物修复中图分类号:Q 939.99 文献标识码:A文章编号:1672-5425(2011)03-0019-03碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是生物体内普遍存在的一种金属酶,其活性中心中含有一个催化活性所必需的锌原子,催化CO 2进行可逆水合反应,在矿化沉积中扮演着重要的角色[1,2]。

生物矿化沉积是一种广泛而复杂的固液之间、有机物和无机物之间的物理化学过程,是以少量有机质为模板,进行分子操作,高度有序地组合成无机材料,构成矿物质点的形态大小、空间排列、结晶取向和同质多晶类型[3]。

目前石质文物的人为破坏作用、微生物破坏作用、风化作用严重,对石质文物进行保护的研究主要集中在石质文物微生物的腐蚀机理[4]、石质文物的防风化、利用生物矿化的原理在石材表面仿生合成保护材料[5~7]等。

已有研究微生物诱导的矿化作用对碳酸钙形成的影响及遗产保护的相关报道[8~10],但利用生物的矿化沉积特别是碳酸酐酶的作用来修复石质文物还研究得较少。

生物修复和微生物矿化在重金属污染土壤处理中的研究进展摘要：S着工业化的发展，重金属对环境的污染日益严重，尤其越来越多的重金属通过各种途径被排放到环境中造成土壤污染。

由于土壤中的重金属难于分离和降解，且可以通过食物链进入人体，从而对人类的生存健康造成了很大威胁。

治理土壤重金属的办法有物理法、化学法和生物法。

物理化学方法往往代价昂贵，而且效果不好，容易造成二次污染，并且不适合大面积，低浓度的重金属污染。

生物法中的微生物治理土壤污染是一种新兴的土壤治理方法，其中微生物矿化（MICP）是一种对环境友好的绿色治理方法，并且代价低廉。

文章主要探讨了近些年来微生物矿化在土壤重金属中的应用及未来前景展望。

关键词：生物矿化；生物修复；微生物诱导碳酸钙；重金属；土壤污染中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0066-04Abstract：With the development of industrialization，heavy metal pollution to the environment is becoming more and more serious，especially more and more heavy metals are discharged into the environment through various ways to causesoil pollution. The heavy metals in the soil are difficult to separate and degrade，and can enter the human body through the food chain，thus causing a great threat to the survival and health of human beings. There are physical，chemical and biological methods to treat heavy metals in soil.Physico-chemical methods are often expensive，and the effect is not good，easy to cause secondary pollution，and is not suitable for large areas，low concentration of heavy metal pollution. Microbial remediation of soil pollution in biological process is a new method of soil remediation，in which microbial induced calcite precipitation （MICP）is an environment-friendly green treatment method，and the cost is low. The main results are as follows：microbial induced calcite precipitation is a kind of environmental friendly and green remediation method. This paper mainly discusses the application of microbial mineralization in soil heavy metals in recent years and prospects for the future.Keywords：biomineralization；bioremediation；microbial induced calcite precipitation （MICP）；heavy metals；soil pollution1 概述土壤作为环境的主要组成部分，为人类提供生存所需的各种营养物质，同时接受来自工业和生活废水、废物、农药化肥及大气降尘等的污染。

生物矿化在环境保护方面的应用作者：邹良慧来源：《今日财富》2019年第19期现在多采用沉淀、分离、离子交换树脂和电化学法等来处理污水中的重金属，但是这几种方法不仅需要很高的运行费用，而且工艺复杂，极易导致再次污染。

治理重金属土壤一般使用化学淋洗、电动修复法等，这些方式存在着同样的问题。

为了开发出更加低成本、简单工艺的处理技术，科学研究人员逐渐开始研究生物矿化法。

一、什么是生物矿化生物矿化是一种常见的自然现象，宏观上讲比如骨骼、珊瑚、贝壳等都是生物矿化的产物。

现在利用微生物矿化的作用来对重金属土壤进行重金属价态的改变从而减少其毒性是新兴的发展方向，主要利用细菌在代谢过程中产生的钛酸根或磷酸根来和重金属离子进行结合，从而降低其他生物的利用率。

生物矿化的机理是十分复杂的，因为其特征之一是它能被自身生物基质所调配，所以依据可支配程度的不同可分成诱导矿化和控制矿化。

诱导矿化发生在细胞的外部，其分泌的胞外聚合物为重金属离子提供成核位点。

控制矿化一般有两种方式，第一种是细胞主动将阳离子运送到胞外，然后阳离子扩散到有机基质中形成矿物;第二种是通过胞吐的作用，将阳离子送到胞外，然后在有机基质处释放阳离子，形成矿物。

二、常见矿化物及对环境改良的作用（一）细菌人们关注较多的能够进行矿化的微生物有脱硫细菌、碳酸盐矿化菌、铁细菌和磷酸盐矿化菌等，这些都是在生活当中分布广泛并且容易获得的生物。

碳酸盐矿化菌可以在成长阶段产生一种酶，和其周围的Ca2+、、Cu2+、Ba2+等离子结合，然后以碳酸盐的形式矿化。

磷酸盐矿化菌可以在诱导下产生酶化作用分解出PO3-4，和环境里游离的重金属离子结合。

碳酸盐矿化菌可以分化尿素产生CO2-3，与环境中的游离重金属离子结合为稳定的碳酸盐沉淀物，进而减少其对自然资源的伤害，显示出生物矿化对环境改良的前景。

（二）真菌常见的真菌有酵母菌、霉菌、和蕈菌三大类。

真菌可以产生大量的胞外聚合物，从而帮助泥土维持其成分构成。

微生物在生物矿化过程中的作用机制研究生物矿化是指微生物通过于矿物质相互作用形成的一种矿物质沉淀的过程。

微生物在生物矿化过程中发挥着重要的作用，其作用机制一直是科学家关注的热点问题。

本文将对微生物在生物矿化过程中的作用机制进行研究。

1. 概述生物矿化是一种兼具环境和经济重要性的现象。

微生物在生物矿化中扮演着重要的角色，能够通过代谢活性及特殊的生理功能改变环境条件，通过这些活性引发的生物矿化过程可以改变矿物质形态、结构及特性。

因此，理解微生物作用的机制对于探索可持续环境解决方案和利用矿物资源具有重要意义。

2. 小节一：微生物参与的生物矿化过程生物矿化过程主要包括微生物诱导的矿物沉积和微生物介导的矿物晶体形成。

在微生物诱导的矿物沉积中，微生物通过分解环境中的有机物和产生的代谢产物来改变环境条件，从而诱导矿物质的沉淀。

在微生物介导的矿物晶体形成中，微生物通过产生有机骨架和胞外多糖等有机物来引导矿物质的沉淀，并通过微生物的代谢活性调控矿物晶体的形态和结构。

3. 小节二：微生物参与的矿物转化过程微生物参与的矿物转化过程主要包括微生物产生的酶对矿物质的降解和微生物产生的代谢产物对矿物质的改造。

微生物产生的酶具有特殊的催化作用，能够有效降解矿物质，从而促进矿物质的溶解或转化。

微生物产生的代谢产物如酸、碱等可以改变矿物质的pH值和环境条件，从而影响矿物质的结构和性质。

4. 小节三：微生物参与的矿物质与生物相互作用微生物与矿物质之间存在着复杂的相互作用关系。

微生物通过与矿物质的相互作用改变矿物质表面的电荷、结构和化学组成，从而影响矿物质的形态与特性。

同时，矿物质的特性也会影响微生物的附着、吸附和营养摄取等过程。

微生物和矿物质之间的相互作用是生物矿化过程中的关键环节。

5. 小节四：未来研究方向尽管对微生物在生物矿化过程中的作用机制已经有了一定的认识，但仍有许多问题有待进一步研究。

未来的研究可以从以下几个方面展开：1）探究微生物产生的酶及其催化机制，揭示微生物与矿物质的相互作用过程；2）研究微生物对不同矿物质的降解能力和转化效率，为资源回收和环境修复提供科学依据；3）开发新型微生物材料，利用微生物在矿物质形成中的作用机制，实现制备具有特殊性能的材料。

《微生物矿化和活化作用协同提高循环流化床粉煤灰胶凝性能研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，煤炭的燃烧产生大量的粉煤灰（Coal Fly Ash, CFA）。

循环流化床（Circulating Fluidized Bed, CFB）作为高效、低能耗的煤炭燃烧技术，产生了大量的CFB粉煤灰。

如何高效利用CFB粉煤灰成为亟待解决的问题。

矿化与活化是粉煤灰综合利用的重要过程，而微生物在其中扮演了重要的角色。

本文将重点研究微生物矿化和活化作用如何协同提高循环流化床粉煤灰的胶凝性能。

二、微生物矿化与活化作用微生物矿化是指微生物通过生物化学过程，将无机物质转化为有机矿物质的过程。

在矿化过程中，微生物利用矿物质作为营养源，同时也会改变矿物质的物理化学性质。

而微生物活化则是指微生物利用自身代谢活动对矿物进行活化处理，增强其化学反应活性。

这两种过程对改善粉煤灰的胶凝性能有着显著的影响。

三、微生物矿化和活化作用的协同效应微生物的矿化和活化作用在改善粉煤灰胶凝性能方面具有显著的协同效应。

首先，微生物的矿化作用可以改变粉煤灰的微观结构，使其变得更加多孔，提高了其比表面积，从而有利于与其他物质的反应。

其次，微生物的活化作用可以增强粉煤灰中活性成分的反应活性，使其更易于与其他物质发生反应，从而提高其胶凝性能。

此外，微生物的生物化学反应还可以产生一些有益的生物分子，如多糖和蛋白质等，这些生物分子可以进一步改善粉煤灰的胶凝性能。

四、实验方法与结果本研究采用循环流化床粉煤灰为研究对象，通过引入特定的微生物菌种进行实验。

实验过程中，我们观察了不同条件下微生物对粉煤灰的矿化和活化作用，以及其对粉煤灰胶凝性能的影响。

实验结果表明，在适当的条件下，微生物的矿化和活化作用可以显著提高循环流化床粉煤灰的胶凝性能。

五、讨论与展望本研究表明，通过微生物的矿化和活化作用，可以有效地改善循环流化床粉煤灰的胶凝性能。

这为粉煤灰的综合利用提供了新的思路和方法。

微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素摘要：现如今，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，基于微生物诱导碳酸钙沉淀作用（MICP）的土体改性技术近年来在岩土工程领域引起了人们的广泛关注。

该技术在改善岩土材料的强度、刚度、抗液化、抗侵蚀及抗渗透性等性能的同时，还能维持土体良好的透气性和透水性，改善植物的生长环境。

由于微生物矿化作用涉及一系列生物化学和离子化学反应，固化过程中的反应步骤较多，因此，MICP固化效果受许多因素的制约与影响。

基于大量文献资料，系统总结了细菌种类、菌液浓度、温度、pH值、胶结液配比及土的性质等关键因素对微生物改善岩土材料性能的影响，讨论了这些影响因素的优化方式和未来的研究方向，主要得到了以下几点结论：菌种类型、菌液浓度、温度、pH、胶结液性质会从微观上影响碳酸钙的晶体类型、形貌和尺寸，进而在宏观层面影响岩土体的胶结效果；菌液浓度尽可能高、温度在20～40℃间、pH值在7.0～9.5左右、胶结液浓度在1mol/L以内的因素条件对微生物加固岩土体具有较好的效果。

上述范围内的低温、较高的pH值、低浓度胶结液有助于提高土体的抗渗性，而高温、较低的pH值以及中高浓度胶结液有助于提高土体的强度；MICP加固土体的有效粒径范围为10～1000μm，相对密度越大、级配越好则加固效果越好。

分步灌浆法、多浓度相灌注法及电渗灌浆法有助于提高土体固化均匀性，0.042(mol/L)/h以下的注浆速度有利于提高胶结液利用率，砂土试样的灌浆压力一般在10～30kPa之间，粉黏土试样的灌浆压力不宜超过110kPa，过高的灌浆压力会破坏土体结构，降低固化效果。

关键词：微生物矿化作用；影响因素；菌种；浓度；温度；pH值；胶结液；土的性质；灌浆引言岩土材料除了在外界荷载下发生破坏，另一种就是在自然环境中各自然因素交替变换对材料的破坏影响。

在内蒙古寒冷地区，气候环境复杂，昼夜温差较大，正负温度交替频繁，岩土材料中水分在冻融的驱动力作用下迁移，引起岩土材料的物理力学特征的变化，而冻融损伤破坏是寒区岩土工程建设面临的重要问题。