微生物诱导碳酸盐沉积技术(MICP)是微生物成矿学的一种应用。其基本原理是依靠微生物代谢产生的生物酶,促使碳酸根离子的产生,并与环境中的钙离子结合,形成碳酸钙沉淀。碳酸钙在沉积过程中可吸附并包裹土壤中的可交换态重金属,从而实现修复重金属污染土的目的。本文以巴氏芽孢八叠球菌为目标菌株,首先研究了细菌在重金属环境下的生长特性,随后对菌株进行筛选驯化;通过对重金属液体和土体的修复实验得出修复参数,并对修复后污染土进行酸性稳定性和冻融循环稳定性实验;利用微观分析和定性测试技术对微生物矿化修复锰、铬污染土的机理及酸性稳定性机理进行初步探究;最后进行现场灌浆试验以评价MICP方法的环境效应。论文主要结论如下:(1)适量Mn2+可促进芽孢八叠球菌的生长,而Cr6+会抑制细菌的生长繁殖,且Cr6相对于Mn2+对目标菌株有较大的生物毒性。当培养基中的Mn2+、Cr6+浓度分别达到1100mg/L和700mg/L时,目标菌株的快速繁殖期不再出现。通过对耐重金属菌株的筛选驯化,芽孢八叠球菌对Mn2+、Cr6+的最高耐受浓度分别达到1300mg/L、900mg/L左右。(2)随着重金属浓度的不断升高,微生物矿化方法对不同浓度的锰、铬污染液的修复效果逐渐降低。经三次生物修复后,锰、铬污染土中可交换态去除率分别为85.64%和77.56%,土中修复效果与水中修复效果具有相关性。微生物矿化方法可以有效降低重金属污染土中的可交换态,使其转换为其他相对稳定的形态。增加修复次数可增强对锰、铬污染土的修复效果。(3)通过对不同条件下所生沉积物的微区分析显示,基础沉积物中的CaC03矿化物球霰石和方解石共存,细小球霰石的孔隙和方解石晶体表面的微孔结构,可吸附大量重金属。生物矿化修复方法通过表面吸附和共沉淀作用对锰离子起固定作用;而对铬的修复则是通过表面吸附作用,实现对铬离子的固定;当污染液中同时含有锰和铬时,沉积物中包含的锰和铬离子比重相较于单质重金属情况下均有所降低,两者相互影响。(4)酸性环境和冻融循环条件均可使修复土中锰、铬重金属由碳酸盐结合态向可交换态转化,酸性环境对修复土的稳定性影响较大。酸性环境下化学作用的发生导致吸附包裹的可交换态重金属被释放,并产生硫酸钙沉淀。在冻融循环条件下,由于土壤物理破坏,导致重金属重新析出。(5)生物灌浆法产生的副产物氨氮,会对周围水质产生一定影响。降雨条件会加速氨氮的迁移,合理设置隔离墙可阻隔微生物修复剂的扩散。