铜陵林冲尾矿库中SRB菌群的纵向分布及其生物矿化作用

利用硫酸盐还原菌（SRB）生物作用防治矿山酸性排水是新兴的矿山环境修复技术。为实现矿山的原位生物修复，需要系统了解尾矿库中SRB菌群的纵向分布状况及其生物矿化作用。本项目以铜陵林冲尾矿库为例，综合运用微生物学、物理化学、生物化学和分子生物学的方法，结合多种定量分析、监测技术及介观尺度表征的研究手段，研究尾矿库还原带次生矿物和微生物菌群分布、特性及其相互关系。从尾矿库中筛选、富集本源硫酸盐还原菌，建立优势耐重金属、耐/嗜酸的硫酸盐还原菌系，研究SRB菌群的生理学和分子生物学特性，及其在矿山环境中参与碳和硫等元素循环、污染物降解、环境剧烈变化的缓冲作用等生态功能，阐明SRB菌群在尾矿库的分布状况与菌群结构、性质之间的关系及其对重金属元素赋存形式和分布状况的影响，阐明硫酸盐还原菌生物矿化系统中重金属固化途径，初步探明SRB参与作用下矿山局部环境中碳和硫的循环规律，揭示生物矿化的微生物学本质。

本项目以铜陵林冲尾矿库为研究对象，采集尾砂样品，进行了如下的分析研究：.（1）林冲尾矿库内还原带重金属的赋存形式及微生物菌落分析 还原带尾砂样品中重金属含量依次为Cu>Zn>Pb>Cr≈As>Cd。铁猛氧化物结合态和有机物及硫化物结合态分别是锌和铜的主要赋存形式，且含量随着深度的增加而增加。对样品中微生物群落结构组成进行分析，最终确定主要菌种数为6种。分离获得一株兼性厌氧的Gram阴性菌脱硫弧菌 (Desulfovibrio desulfuricans)，细胞呈杆状或弧状(0.3~0.5 µm×1.5~2.0 µm)。.（2）SRB富集体及Desulfovibrio d.对重金属的耐受性研究 以乳酸钠为碳源时，Cu、Cd、Zn三种重金属对SRB富集体的毒性大小顺序为Cu2+>Cd2+>Zn2+；以秸秆作为缓释碳源时，初始阶段秸秆对不同重金属的吸附去除能力为Cu2+>Zn2+>Cd2+，而接种SRB富集体之后，重金属的去除效率都可以达到95%以上；SRB菌株Desulfovibrio d.在其适宜生长条件下对Cr6+、Zn2+、Cu2+和Pb2+的最大耐受程度分别为450、400、400和200 mg/L。.（3）SRB处理AMD及其生物矿化过程 序批式实验结果表明：当重金属浓度达到一定值时，SRB活性受到抑制；油菜秸秆和稻草为碳源时，由于其对铜离子的吸附作用减弱SRB受到的抑制以及其酸中和作用，提高了硫酸盐的去除效率及速率。柱实验研究结果表明：SRB菌以秸秆为碳源，将25.6%的SO42-还原为H2S，并通过生物矿化使AMD中的重金属去除率达到99.5%以上；对于As含量为776.0 g/L的酸性废水，反应20天内As去除率保持在83.3%以上，之后SRB因As的毒性而失活。.（4）SRB分解铁氧化物及硫酸盐矿物 铁氧化物的还原溶解，提高了体系的pH和碱度，增加CO2的溶解，诱导溶解的钙离子形成方解石沉淀，促进SRB分解硫酸盐矿物的过程，且铁硫化物的形成消除了硫化氢对SRB分解硫酸盐的抑制作用。.（5）Desulfovibrio d.胞外聚合物（EPS）的生成及其去除重金属Cu2+ Desulfovibrio d. EPS的产率随着食微比F/M的升高而降低；当pH为6时EPS产率最高，多糖受pH变化影响较大； pH为7时Cu2+更易与EPS结合。