酸法地浸退役采铀区地下水中铀的微生物控制机制研究

Leaching uranium mining technology is widely used in uranium mining in China.The radioactives and other contaminants like uranium and non-radioactive residues in decommissioned mining area in leaching uranium mine has became an urgent problem that should be solved.The release of uranium involves complex unsaturated flow processes in the complex groundwater environment of uranium tailings,like water penetration in the medium gap, mineral dissolution and biochemical reactions.There exist of the multi-phase and multi-process coupling within microorganisms, substrates and tailings. Based on the theories including environmental biotechnology, environmental chemistry,chemical thermodynamics and nonlinear science, this project concerns on a new technology to deal with the mechanism of reduction of U (VI) and the effect on release of uranium tailings by humus-reducing bacteria, sulfate-reducing bacteria,and other acid-resistant and /or uranium-resistant bacteria combined with experimental and theoretical analysis, to reveal the microbes-uranium tailings interface-U(VI) coupling mechanism and the effect of interfering ions on the reduction of uranium by such bacteria .The bio-chemical coupling model to predict the release of uranium in groundwater could be established by revealing the coupling mechanism of microbes-U(VI)-matrix (colloidal)-uranium tailings interface of groundwater in acid in-situ leaching uranium mine,which will play an important role in the development of in-situ bioremediation and environmental assessment technology in acid in-situ leaching uranium mine.

我国铀矿冶普遍采用溶浸技术，酸法地浸铀矿山退役采铀区地下水中铀等放射性与非放物质污染是国际上亟待解决的难题之一。在退役采区地下水中，铀的释放迁移涉及物质在介质空隙的渗透、吸附与解吸、矿物因化学或生化反应溶解或者沉淀等过程，存在微生物、铀（基质）、尾矿等多相多过程耦合作用。本项目拟运用多相介质中生物化学理论，矿物学、化学热力学与非线性科学理论等，采用现代分析手段，现场取样测试，实验室模拟试验与理论相结合，探讨腐殖质/腐殖质还原菌、硫酸盐还原菌等高效耐酸耐铀微生物还原U(VI)的机理，以及干扰离子对微生物还原铀的影响；探讨铀尾矿-微生物-U(VI)相互作用的规律，揭示酸法地浸铀矿山地下水中载U(VI)基质(胶体)-微生物-铀尾矿界面作用机理，完善采铀区地下水中铀的生物化学释放理论与铀污染生物控制理论，建立酸法地浸退役采铀区地下水铀释放迁移的耦合模型，为铀矿山就地生物修复与环境评价提供基础理论。

酸法地浸铀矿山退役采铀区地下水中铀等放射性与非放物质污染是国际上亟待解决的难题之一。在退役采区地下水中，铀的释放迁移存在微生物、铀（基质）、尾矿等多相多过程耦合作用。在前期研究的基础上，探讨了微生物—U(VI)、植物-U(VI)、合成环境功能材料-U(VI)、微生物-合成材料-U(VI)等的相互作用规律，为进一步阐明微生物- U(VI)-铀尾矿的作用规律奠定了基础。. 微生物修复铀等放射性污染方面，研究了腐殖质/腐殖质还原菌还原U(VI)的强化作用机理（单菌）及颗粒污泥（混合菌）修复铀污染水体的作用机理。研究表明，在厌氧环境下零价铁及AQS都可以提高奥奈达希瓦氏菌还原U(Ⅵ)的效率。颗粒污泥通过吸附、还原等作用机理对铀污染废水进行修复。在修复过程中溶液参数对单菌及混合菌的作用效果都会产生影响。. 植物修复铀污染方面，主要研究了植物-微生物联合修复的作用机理。研究发现低浓度(1、5mmol/kg)柠檬酸可促进黑麦草在铀污染土壤中的生长，增强黑麦草对铀污染土壤的修复效率，其中5mmol/kg柠檬酸的施加效果最佳，而10mmol/kg柠檬酸则会抑制黑麦草生长。. 合成功能材料方面，主要研究了改性氧化石墨烯、膨润土、亚铁铝类材料等复合材料对低浓度含铀废水的吸附效果与作用机制。通过引入高效吸附基团，克服现有材料的缺陷，提高了处理效果，丰富了铀污染修复材料的作用机制。. 微生物-合成材料方面，主要研究了Fe3O4/黑曲霉磁性微球、生物硫铁复合材料对低浓度含铀废水的修复效果。pH值是影响Fe3O4/黑曲霉去除U(Ⅵ)的重要因素。Fe3O4/黑曲霉重复使用性能较好，可实现废水中U(Ⅵ)的回收利用。生物硫铁复合材料中包含许多菌属，其中有典型的铀还原固定菌属：Enterobacter，Acinetobacter，Citrobacter，Desulfovibrio等。生物硫铁复合材料对重金属有良好的去除效果，且生成的硫铁化合物可非生物还原U(VI)，亦可抑制UO2再氧化。. 综合上述研究结果，本项目揭示了铀污染的生物、合成材料修复机理，发展了微生物- U(VI)-铀尾矿稳定性控制理论，提出适合国情的铀的稳定性控制技术方法，为铀尾矿（库）安全评估、设计提供理论支撑，具有重要的科学意义与应用前景。