由于工业的快速发展,重金属污染因其持续积累性和难降解性对环境构成了重大的威胁,解决环境中的重金属问题十分迫切。在诸多重金属处理方法中,微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）作为一项新兴和颇具前景的生物矿化技术开始应用于重金属的去除研究中。该技术主要原理为:在钙离子诱导下,产脲酶微生物通过生物脲酶的催化作用,将环境中的钙离子、重金属离子以碳酸盐矿物的形式沉积出来,从而实现钙离子和重金属离子的固定。本研究主要内容包括:产脲酶菌的筛选;温度、pH值、尿素浓度、Ca²⁺浓度对产脲酶菌生长及其产脲酶活性的影响;钙源类别对产脲酶菌MICP产物晶型的影响;基于最佳生理生化条件及钙源,分析产脲酶菌在MICP原理下对重金属Cd²⁺、Pb²⁺的去除效果,并对其去除重金属机理进行了初步探索。主要研究结果如下:（1）以经尿素驯化的活性污泥为来源,通过筛选培养基分离得到了3株具有产脲酶活性的菌株,分别将其命名为UPB1、UPB2、UPB3,经16S rRNA基因序列分析分别为芽孢杆菌属（Bacillus sp）、蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）、微球菌属（Micrococcus）,其中芽孢杆菌属的菌株（UPB1）具有明显诱导碳酸钙沉积能力,其产脲酶活性可达11.33 mmol·L^-1·min^-1。（2）通过单因素试验探究温度、pH值、尿素浓度、Ca²⁺浓度对UPB1菌生长及产脲酶活性的影响,确定了UPB1菌MICP最佳培养条件:最适生长及产酶温度为30℃,最适p H为9.0,最适产脲酶的尿素基质浓度为30 g·L^-1,最高效诱导碳酸钙沉积的Ca²⁺浓度为0.25 mol·L^-1。（3）基于UPB1菌最佳生长、产脲酶活性最高的培养基,利用场发射电镜观察了UPB1菌诱导氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、葡萄糖酸钙4种不同钙源生成的Ca CO₃晶型特征。结果表明:UPB1菌利用Ca Cl₂诱导形成热力学最稳定的菱面体形Ca CO₃（方解石）;利用Ca（CH₃COO）₂诱导形成由球霰石组成的CaCO₃（亚稳态形式CaCO₃）;利用乳酸钙和葡萄糖酸钙诱导形成的CaCO₃晶型非常复杂,Ca CO₃晶体与晶体之间镶嵌组合成一个密集整体,其中利用乳酸钙诱导形成Ca CO₃晶体所组合成的整体并无规则形状,而利用葡萄糖酸钙所诱导形成的Ca CO₃晶体镶嵌组合成一个形状规则的球体。（4）基于最佳钙源Ca Cl₂,通过金相显微镜观察了UPB1菌诱导Ca CO₃沉积的动态过程,结果显示:UPB1菌诱导生成的CaCO₃晶体以菌体细胞为核心,Ca CO₃晶体粘附在菌体细胞壁上形成大量孔隙,随着MICP过程的不断推进,孔隙数不断增多,孔隙直径逐渐减小。Ca CO₃晶体形状表现首先为细小颗粒状,然后逐渐汇集成薄片状,进而形成菱面体型,在整个过程中UPB1菌为Ca CO₃晶体提供了有效的成核位点。（5）基于MICP原理,比较了UPB1菌在含Ca²⁺的培养基中及不含Ca²⁺的培养基中对重金属Cd²⁺、Pb²⁺的去除差异;其次通过SEM和EDS对其MICP产物进行了微观分析,初步探索了UPB1菌去除重金属机制;并采用一系列浓度梯度的盐酸对MICP产物进行了耐酸分析。结果表明:在含Ca²⁺的培养基中,UPB1菌对重金属Cd²⁺、Pb²⁺的去除率分别为95.94%、99.56%,高于不含Ca²⁺培养基中Cd²⁺、Pb²⁺的去除率87.06%、96.44%,但其形成的MICP共沉淀产物Ca_x Cd_y（CO₃）_z、Ca_x Pb_y（CO₃）_z不及Cd CO₃、PbCO₃耐酸。在重金属矿化过程中,脲酶起着关键的作用。其通过酶活性中心与底物分子之间短程非共价键（氢键、离子键和疏水键）作用,使得底物价键的形态发生变化或极化,然后重金属离子通过与已经发生极化的底物相结合而得以固定。其次由于Cd²⁺、Pb²⁺的离子半径与Ca²⁺接近,在UPB1菌诱导方解石沉积的过程中发生了置换反应,使得Cd²⁺、Pb²⁺进入方解石中形成共沉淀。