煤矸石重金属的硫酸盐还原菌与农业废弃物协同固化机理及生物有效性

Biological remediation of heavy metals released from coal mine waste by using sulfate-reducing bacteria has become a research focus in recent years, in the presence of agricultural waste as carbon source. However, the research on immobilization mechanism of heavy metals by using sulfate-reducing bacteria and agricultural waste is relatively poor. Careful selection of a suitable carbon source is of great importance to ensure the performance in biological immobilization of heavy metals (Fe、Cu、Zn、Cd) from coal mine waste, so cow manure and other agricultural wastes will be selected as potential carbon source to promote sulphate reduction and metal immobilization through batch and column experiments, based on the cultivation of sulfate-reducing bacteria. Immobilization mechanism of heavy metals by using sulfate-reducing bacteria and agricultural waste will be revealed through environmental geochemistry and environmental microbiology methods. Finally, pot experiments will be conducted to analyse the impact of sulfate-reducing bacteria and agricultural waste on heavy metals speciation distribution and bioavailability. This study can provide a scientific basis for heavy metals pollution remediation of coal mine waste and other tailings, and provide reference to control soil and water environment surrounding coal mine waste piles at source. This study highlights achieving the purpose of using one waste to treat another waste.

以农业废弃物为碳源，利用硫酸盐还原菌控制煤矸石等尾矿重金属污染成为近年来研究的热点，但目前对硫酸盐还原菌与农业废弃物协同固化煤矸石重金属的机理研究相对薄弱。鉴于此，本项目在分离培育硫酸盐还原菌的基础上，以典型酸性煤矸石为对象，运用环境地球化学和环境微生物学方法，通过室内批式实验、厌氧反应柱淋溶实验和盆栽实验，研究以牛粪等农业废弃物为硫酸盐还原菌碳源，两者协同固化煤矸石Fe、Cu、Zn、Cd等典型重金属的效果，确定适宜于硫酸盐还原菌的农业废弃物碳源，并揭示硫酸盐还原菌与农业废弃物协同固化煤矸石重金属的机理，探讨两者的协同作用对煤矸石重金属赋存形态及生物有效性的影响规律。本项目研究结果为煤矸石等尾矿的重金属污染修复提供科学依据，对实现煤矸石山等尾矿库周边土壤、水体的重金属污染源头控制提供借鉴和参考，同时也消纳了农业废弃物达到"以废治废"的目的。

煤矸石在长期风化过程中，硫化物发生氧化作用并在雨雪淋溶作用下导致重金属释放，形成了强酸性、富含硫酸根和重金属的酸性重金属淋滤液，其目前成为矿区环境重要的污染源之一。本项目针对煤矸石山酸性重金属的污染现状，采用农业废弃物为碳源硫酸盐还原菌源头控制重金属，达到源头控制煤矸石酸性重金属污染的目的。（1）从污水厂污泥和土壤中分离了硫酸盐还原菌（SRB）并对硫酸盐还原菌进行了一系列的生理生态特征研究，经鉴定菌种为Desulfovibrio脱硫弧菌属，为煤矸石酸性重金属污染修复提供了硫酸盐还原菌。（2）探讨了污泥、鸡粪、秸秆、牛粪、锯末等有机废弃物作为硫酸盐还原菌碳源的效果，并通过批试验和柱状实验研究农业废弃物和硫酸盐还原菌协同修复煤矸石酸性重金属污染的效果及协同修复机理。（3）针对硫酸盐还原菌对酸性重金属的敏感性，使用微生物固定法提高其对酸性重金属耐受性进而提高修复效率。研究结果表明鸡粪、牛粪、分解秸秆等可以作为硫酸盐还原菌的有效碳源用于煤矸石酸性重金属的污染修复，重金属离子的去除主要是硫化物沉淀和农业废弃物的吸附作用。固定化明显提高了硫酸盐还原菌对重金属的耐受性，并揭示了硫酸盐还原菌和农业废弃物协同修复的微生物群落特征。研究结果不仅可以为源头控制煤矸石酸性重金属复合污染提供理论基础和技术支持，还可以消纳农业废弃物，达到了以废治废的目的，具有较好的理论和实践价值。