酸法地浸采铀矿山退役采区地下水沉积物中微生物介导下植酸水解与磷酸盐-U(VI)生物矿化的耦合作用研究

The remediation of groundwater in the decommissioned field of an acid in situ leach uranium mine is an important problem to be solved urgently. Considering the characteristics of the groundwater with low pH value and high SO42- and NO3- concentrations and under anaerobic conditions, this research proposal will deal with the phytic acid metabolism, the evolution of the microbial communities and uranium speciation, the coupling effect between the phytic acid metabolism and the phosphate-U(VI) biomineralization under the microbial mediation, and the method to regulate the biogeochemical factors to make the U(VI) in the groundwater evolve to the stable phosphate-U(VI) minerals in the process of the phosphate-U(VI) biomineralization promoted by the microbially mediated phytic acid hydrolysis in the sediments in the groundwater of the decommissioned field of the acid in situ leach uranium mine so as to propose a new in situ remediation method using phosphate-U(VI) biomineralization promoted by microbially mediated phytic acid hydrolysis. This research has important implications both for the remediation of the uranium contaminated groundwater in the decommissioned field of the acid in situ leach uranium mine and for the further application of the in situ leach uranium mining technology.

酸法地浸采铀矿山退役采区铀污染地下水的修复是亟待研究解决的重大问题。本申请项目针对我国酸法地浸采铀矿山退役采区地下水所具有的pH值低、SO42-和NO3-浓度高且处于厌氧状态的特点，拟通过研究其沉积物中微生物介导下植酸水解促进酸法地浸采铀矿山退役采区地下水沉积物中磷酸盐-U(VI)生物矿化过程中植酸的代谢、微生物群落以及铀形态的演化、微生物介导下植酸代谢与磷酸盐-U(VI)生物矿化的耦合作用以及调控生物地球化学因子使地下水中的U(VI)向稳定的磷酸盐-U(VI)矿物演化的方法，提出微生物介导下植酸水解促进磷酸盐-U(VI)生物矿化的原位修复新方法。本项目的开展对于酸法地浸采铀矿山退役采区铀污染地下水的治理，对于地浸采铀技术的进一步广泛应用都具有重要意义。

酸法地浸采铀矿山退役采区铀污染地下水的修复是亟待研究解决的重大问题。本项目针对这一问题开展了大量试验研究和理论分析，完成了研究任务，达到了预期目标，取得了重要研究成果。1）从西北某酸法地浸退役采区采集了岩芯样及地下水样，对岩芯样的矿物组成、地球化学特征、微生物多样性以及地下水的理化性质进行了详细分析，结果表明，岩芯样主要成分为石英、粘土和长石等矿物，还有少量赤铁矿和黄铁矿；铀主要为U(IV)，且为碳酸盐结合态和残渣态；其中还存在一定丰度的U(VI)和硝酸盐还原菌，以及产植酸酶和磷酸酶菌；地下水的pH值为3，SO42-浓度为2093.2 mg/L。2）在有氧条件下，筛选分离得到了一株真菌A. tubingensis，它可介导植酸钠水解释放正磷酸盐，促进U-PO43-矿化；当溶液的初始铀浓度为168 μmol/L时，铀的去除率达95.2%，矿化产物为难溶的氢铀云母和变钠铀云母，铀为U(VI)。3）对伯克霍尔德菌进行了3次pH为7.0至3.0的梯度连续转接驯化，其生物量和phyC基因的表达量得到显著提高，其水解植酸钠的能力提高了47.6倍。4）通过高温高压对植酸进行了有效水解，当pH=5的植酸水解液与模拟地下水的质量比为1:50时，24 h内铀的去除率达94%，原因是磷酸根与钙等其它离子的络合物与铀发生了共沉淀。5）提出了先采用氧化钙对地下水进行中和除铀，再采用琼氏不动杆菌和脱硫脱硫弧菌还原去除其中的NO3-和SO42-的二步修复法，当地下水经CaO剂量为0.167 g/L的二步法修复后， pH由2.95提高至7.0，铀、SO42-、NO3-浓度均达标。6）生物矿化产物稳定性研究表明，Fe-IP6-UO22+ 、植酸盐-U(VI)和磷酸盐-U(VI)矿物分别在pH为6、5和7时最稳定。本项研究的成果对于酸法地浸采铀矿山退役采区铀污染地下水的治理具有重要的理论指导意义和实际应用价值。