矿山酸性排水中生物地球化学因子及其相互作用机理研究

矿山酸性排水是当今采矿业所面临的重要环境问题。大量事实显示，矿排酸性水一旦形成就很难控制，不仅大大增加生产成本，缩短矿山设计服务年限等，其后续支付的环境成本和治理费用则成为不可避免的难以估量的代价。本次所申请课题立足于对矿山酸性排水中生物因子与非生物因子之间的作用机制研究，重点研究不同地质环境所产酸性水中微生物结构、差异及其对硫化物矿物的协同作用，以及围岩中无机金属元素对微生物氧化活性和功能的抑制作用。尝试人为干扰和改变矿排酸性水的微生态环境以及生物地球化学作用过程，对于减缓或抑制硫化物产酸速率和物质转移过程的影响，为利用生物地球化学方法对矿排酸性水进行原位抑制和防治提供依据。本研究是对矿山酸性排水进行生物地球化学控制的应用基础性研究，一种探讨源头防治的绿色理念，对矿山环境污染源进行原位控制治理具有重要现实意义，并预期对矿山环境生物地球化学具有一定理论创新。

本项目对福建、安徽、山东、山西等地部分煤矿及金属矿山进行酸性源点的地质水文条件况进行调查及采样分析，对从不同矿区采集的矿排酸性水及沉淀物中提取微生物并进行16SrDNA分子生物学鉴定和分类，在前期对酸性水中微生物特性及功能研究的基础上，开展实验研究不同类型的低毒杀菌剂、耗氧有机物及微生物等对以抑制产酸速率的影响。研究取得如下主要结论：1）通过革兰氏染色显微镜下鉴定及DNA提取分子生物学测序均显示：采自不同矿区的酸性水中的优势菌分属于两大种群：嗜酸硫杆菌 (Acidiphilium sp.)和嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)，由于环境底物不同，导致细菌存在一定遗传基因上的差别；2）使用不同低毒杀菌剂SBZ和SDS人为干扰产酸体系,以抑制产酸生物驱动力。结果显示：两种低毒产酸菌专性杀菌剂SBZ、SDS均能有效抑制嗜酸硫杆菌的生长，向嗜酸硫杆菌培养体系中添加杀菌剂浓度达到SBZ 30mg/L或SDS 10mg/L即能完全抑制嗜酸硫杆菌的生长，Fe2+氧化抑制率可达75%以上。3）选择农业废弃物主要有核桃壳、龙眼壳、茶籽壳、棉花秸秆、桔子皮、茶叶末、稻糠等，将这些农业废弃物预处理后分别添加到嗜酸菌培养基体系中，结果显示：添加核桃壳粉浓度达到3g/L即能完全抑制菌的生长，添加茶籽外壳粉末浓度达到20g/L为其最小有效抑制浓度，添加龙眼壳粉末浓度达到10g/L即可取得很好的对嗜酸菌氧化活性的抑制效果，Fe2+氧化抑制率均可达70%以上。研究结果说明人为干扰和改变矿排酸性水的微生态环境以及生物地球化学作用过程是可行的。研究内容及成果这为利用生物地球化学方法对于矿排酸性水进行原位抑制和防治提供了有效、环保、经济、可持续的科学方法和实验依据。. 本项目任务超预期完成，研究成果参加了2012年能源与环境保护国际学术会议（ICEEP 2012）和第四届（2012年）环境技术及知识转化国际会议等,公开发表学术论文3篇，其中EI收录1篇，部分成果获安徽省2011年科学技术奖（自然科学类）三等奖。培养在读硕士生3人, 培养中青年科研骨干4人。