镉（Cd）是我国土壤与水环境中最受关注的有毒重金属之一，具有迁移性强、易在食物链中富集等特点。微生物矿化技术通过诱导重金属离子形成矿物沉淀，被视为绿色、低成本的修复途径。然而，微生物诱导碳酸盐沉淀路线（MICP）与磷酸盐沉淀路线（MIPP）孰快孰稳、产物能否长期持留、两条路线能否联合使用，此前一直缺乏同条件、定量化的系统比较。

针对这一瓶颈，研究团队从经8种元素梯度驯化的重金属污染土壤中，筛选获得两株高效耐镉功能菌—解脲菌Sporosarcina sp. DF-C31与溶磷菌Burkholderia orbicola PSB4，并在相同镉负荷（50 mg/L）和相近钙投入条件下开展“头对头”比较。研究发现：MICP路线“快”，36小时内即可将水相镉离子去除98.98%，并在72小时内形成稳定的方解石；MIPP路线“稳”，168小时去除率达98.39%，生成结晶良好的羟基磷灰石（HAP），其溶度积低至1.58×10-117，远低于方解石的3.8×10-9。在长达56天、极酸（pH 2）条件持续扰动的浸出实验中，方解石产物的镉再释放率升至23.86%，而羟基磷灰石仅为10.18%，后者仍保持更优的持留能力。

借助扫描电镜、X射线衍、Rietveld精修、透射电镜、X射线光电子能谱与等多种手段，团队进一步揭示了两条路线截然不同的镉固定机制：MICP是在矿物快速生长过程中将镉“共沉淀捕获”进晶格，而MIPP则是镉先被表面吸附、再逐步迁入晶格。研究还通过四组对照实验和固、液两相定量，将矿物吸附、菌体吸附与真正的矿化沉淀逐一区分—例如磷酸盐矿物本身可吸附61.44%的镉但在酸化阶段可逆，而完整矿化体系中98.6%–99.2%的镉最终被锁入固相沉淀，为“水相镉减少不等于真正固定”提供了关键的定量证据。

图1 碳酸盐-镉沉淀物的SEM-EDS图像

研究还系统检验了“先MICP快速固定、再MIPP升级稳定”的联合策略，明确了其适用边界：在50 mg/L的高镉负荷下，30 ℃时方解石几乎不向羟基磷灰石转化，50 ℃时转化率也仅为35.98%、镉去除率仅再提高1.1%；这意味着联合工艺可能在较低镉负荷、延长反应时间或适度增温等“转化有利”条件下才具有经济性。团队同时对升温能耗（20→50 ℃理论下限34.9 kWh/m3）以及铵、磷残留等清洁生产指标进行了量化核算。

基于上述结果，团队提出了简明的技术选型框架：突发高负荷污染、需要快速控污时优先选用MICP；面临酸性扰动、要求长期稳定封存时优先选用MIPP；仅在矿物相转化条件确有保障时才采用联合路线。该框架将动力学、稳定性与试剂、能耗、二次污染防控纳入同一决策依据，为镉乃至其他重金属污染的工艺选择和工程设计提供了可量化的参考。

图2 两种矿化固定路径的差异及联用可行性

相关成果以“MICP versus MIPP for Cd immobilization: kinetics, products, leaching stability and conversion feasibility”为题，发表于国际期刊Journal of Cleaner Production。2023级博士研究生王茄灵为该论文第一作者，田雪平副研究员与闫志英研究员为共同通讯作者。该研究得到了四川省科技计划项目（2024NSFSC0881）和成都市科技项目（2025-YF05-00331-SN）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2026.149610