建設“無廢城市”，加強固廢堆存減量化和資源化是國家生態(tài)文明建設的重大戰(zhàn)略需求。水泥基固化穩(wěn)定化技術因其高效經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），并與金屬離子結合形成穩(wěn)定的金屬鹽沉淀。這些沉淀在基質中起到粘結顆粒的作用，增加基質整體強度（如圖1，2）。目前，微生物礦化技術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)定化技術效果作了比較。研究表明，微生物礦化技術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；生物粘結產物與基質顆粒間力學相容性良好，微生物法產生的強度遠高于水泥（如圖3）；同時，該方法可保持基質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?；|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。該技術采用農業(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，產生磷酸根以固定重金屬。該方法在pH為5-9范圍內均有較高的修復效率，且最終產物磷酸鹽的環(huán)境穩(wěn)定性更強，具有廣泛的應用前景。

　　本研究成果已經在線發(fā)表于國際工程技術領域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含量關系圖　

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)關系圖