[目的]酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类低pH、高硫酸盐浓度和重金属富集的废水.探究成熟期水稻根区土壤固氮菌群落的丰度和组成及其对AMD的响应,并阐明土壤固氮菌群落结构变化的主要驱动因素.[方法]对取自安徽省铜陵市矿区受AMD污染和未受污染的稻田土壤进行水稻盆栽试验,设置 3 组不同处理(A:AMD浇溉污染土、B:清洁水浇灌污染土、CK:清洁水浇灌未污染土),采用nifH基因高通量测序技术分析不同处理下的成熟期水稻根区土壤固氮菌群落特征.[结果]AMD污灌使得水稻根区土壤中SO42-、NO3-、重金属的含量显著上升,土壤酸化且固氮菌群落的多样性下降.水稻根区土壤的优势固氮菌包括Anaeromyxobacter、Geobacter等,CK处理中富集的固氮菌群数量显著高于A、B处理,且B处理中主要富集疣微菌门,CK处理中主要富集变形菌门.pH和重金属Cu、Pb、Zn是驱动水稻根区土壤固氮菌群落结构的主要因素.具有硫还原功能的Desulfovibrio和Desulfurivibrio对氮的变化贡献明显.[结论]AMD对水稻根区土壤化学性质和固氮菌产生显著影响,恢复清洁水灌溉可促进固氮菌的恢复.

[背景]煤矸石堆场用于堆放煤矿开采过程中产生的一种热值低、含重金属的固体废弃物,会产生大量的酸性废水,对堆场周边的生态环境造成严重影响.[目的]探究煤矸石堆场的微生物群落结构和功能特征.[方法]选择贵州省六枝特区典型煤矸石堆场作为研究对象,采集堆场表层土壤、矸石层土壤、废水浸出口沉积物和堆场下游河道沉积物,通过宏基因组学技术进行分析.[结果]细菌的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),优势菌属为钩端螺菌属(Leptospirillum)和硫化杆菌属(Sulfobacillus);古菌的优势菌门为 Candidatus_Thermoplasmatota 和泉古菌门(Crenarchaeota),优势菌属为热原体属(Thermoplasma)和金属球菌属(Metallosphaera).不同采样点细菌和古菌的优势菌属存在显著差异,矸石层土壤和废水浸出口沉积物中的铁氧化细菌和硫氧化细菌比其他 2个样点丰富.煤矸石堆场中微生物的碳、氮、硫代谢基因丰度较高,共检测到 6条固碳途径、6 条氮代谢途径和 3 条硫代谢途径.主要的固碳基因为ACAT和E2.2.1.1,固碳途径以还原性三羧酸循环为主;主要的氮代谢基因为nirB、nasA和narG,氮代谢途径以反硝化为主;主要的硫代谢基因为cysH和sir,硫代谢途径以同化硫酸盐还原为主.[结论]本研究可进一步拓展对矿山生态环境的认识,为矿区生态修复、土壤和河流污染的治理提供理论依据.

酸性矿山废水(AMD)中含有高浓度的硫酸盐和金属离子,对矿山生态环境造成了严重的危害.硫酸盐还原菌(SRB)可以将SO42-还原为S2-,沉淀金属离子,并生成生物硫铁,其处理效率较高.文章利用农业废弃物秸秆制备SRB的缓释碳源,考察了不同形式的碳源条件下SRB对酸性矿山废水特征污染组分的处理效果,并结合SRB原位生成的生物硫铁包覆颗粒,制备得到SRB-生物硫铁复合材料,通过批量实验和动态柱实验考查SRB-生物硫铁复合材料对高浓度模拟废水和实际矿井水的处理效果.结果显示:在pH为 5.5时,将秸秆渣作为游离SRB的碳源是可行的,但与秸秆渣相比,秸秆生物炭的处理效率明显更高,将秸秆生物炭与乳酸钠结合制备的SRB碳源,激活SRB的时间更短,12 h内对SO42-和Fe2+的去除率分别达到了 59.25%和 79.56%.在此实验范围内,随着生物炭投加量的增大,去除效率逐渐提高,在pH为 4.5～6.5的范围内,体系初始pH对SRB反应体系的处理效果影响不大.SRB-碳源与生物硫铁包覆颗粒结合后对高浓度的SO42-和Fe2+模拟废水能保持高效且持久的反应活性.动态柱实验表明SRB-生物炭-生物硫铁复合材料对酸性矿井水的特征污染指标有明显的修复效果,出水水质的大部分指标可满足地下水Ⅲ类标准,运行 15d后仍能保持稳定的修复效果.

通过对贵州省兴仁县猫石头水库上游高砷煤矿区酸性矿山废水流域及附近未污染区设置点位并采集优势藓种——大金发藓(Polytrichum commune Hedw.),测定其可溶性蛋白质含量、过氧化氢(H2O2)含量、总抗氧化水平等生化指标,探究高砷煤矿区优势藓种大金发藓在砷氧化应激环境下表现出的生物地球化学特征.结果表明:大金发藓能吸收砷并进入代谢,污染区大金发藓可溶性蛋白质含量均出现降低,在矿洞出水口处最低,仅为0.151 mg·g-1,未污染区含量则最高达0.404 mg·g-1,并与各点位砷含量呈负相关,地下部分低于地上部分;大金发藓体内活性氧(ROS)出现累积现象,砷的氧化应激在其体内产生作用,污染区大金发藓H2 O2含量最高达5.93 μmol·g-1,相比于未污染区苔藓(3.37μmol·g-1)明显升高,地下部分低于地上部分,与砷含量呈正相关;污染区大金发藓对砷氧化应激存在一定抵抗性,总抗氧化水平在极高砷含量情况下出现明显降低,A3点位的总抗氧化能力(ferric reducing/antioxidant power,FRAP值)为0.577,距矿洞距离在A3点位之后的点位砷含量较低,FRAP值也基本平稳.

探究氯离子(Cl-)对硫铁矿生物氧化的影响有利于揭示酸性矿山废水(acid minedrainage,AMD)形成规律,进一步探索废水体系生物成矿特征对明确生物成矿对AMD产生的调控亦具有积极意义.本文采用摇瓶试验,在探究Cl-对硫铁矿生物氧化(生物氧化过程不补充微生物所需的液体培养基)影响的基础上,进一步考察了硫铁矿氧化所得酸性废水体系次生铁矿物的合成行为.结果表明:当体系Cl-浓度为8.2 mmol·L-1时,硫铁矿生物氧化速率相对于对照体系(无Cl-加入)无明显差异;当体系Cl-浓度为16.5 mmol · L-1时,一定程度上促进了硫铁矿的生物氧化;高浓度(49.4～65.8 mmol·L-1) Cl-对硫铁矿的生物氧化有显著的抑制作用.例如,初始Cl-浓度为0、8.2、16.5和65.8 mmol·L-各处理,当硫铁矿生物氧化至68 d时,体系总Fe离子浓度分别为1204.56、1218.09、1431.50及796.48mg·L-1.各处理生物氧化后的硫铁矿表面有明显的微生物侵蚀坑,而其表面却并没有观察到次生铁矿物的合成.各处理体系所得硫铁矿生物氧化后,54.3％ ～79.5％总Fe离子以Fe2+存在.将各处理体系过滤所得滤液再次培养,体系Fe2+被逐渐氧化完全,且体系有次生铁矿物(黄铁矾类物质)最终产生.可见,Cl-对硫铁矿生物氧化行为有一定的调控作用,且体系存在的Fe离子脱离硫铁矿体系,伴随着Fe2+被逐渐全部氧化为Fe3+,体系有次生铁矿物大量合成.本研究结果可为明晰酸性矿山废水形成及废水中次生铁矿物合成规律提供一定的参数支撑.

定量研究了酸性矿山废水对7种不同时代碳酸盐岩的侵蚀速率,以筛选出合适的被动处理填料.结果表明:酸性矿山废水对碳酸盐岩的60 d平均侵蚀速率为4.88×10-4g.cm-2·d-1,是普通岩溶水侵蚀速率的10倍以上,其中摆佐组灰质中晶白云岩的侵蚀速率高于其他灰岩;采用扫描电镜和能谱仪对岩石表面物质的微观形貌和成分分析,结果表明,不同时代的岩石表面所生成的铁氧化物均为纤铁矿;岩石表面的硫酸钙结晶速率是控制水岩反应速率的关键性因素之一,而岩石中溶出的Mg2+是影响硫酸钙结晶速率的重要因素.

目的了解粤北大宝山槽对坑尾矿酸性矿山废水(AMD)中沉积物中部分重金属形态分布规律及其潜在的生态风险.方法于2013年11月15日,利用改进的Tessier分级提取法依次提取沉积物样品中Mn、Ni、Cd、Pb、Zn、Cu的化学形态,运用火焰原子吸收分光光度法测定不同形态的重金属含量,并采用地累积指数(Igen)对重金属污染状况和生态风险进行评价.结果各种重金属含量的空间分布表现出下层沉积物中的含量高于上层,其中,Mn和Ni污染程度较轻;Cd和Cu污染达到极强水平;各种重金属主要以残渣态形式赋存.按照重金属形态风险评价准则可知,上层沉积物中Mn的生物有效态含量在40％以上,表现出较强的生物可利用性,环境风险高;上层沉积物中Ni和下层沉积物中Cd环境风险中等.结论槽对坑尾矿区AMD沉积物中Cd和Cu污染值得关注,主要来源可能与尾矿矿渣堆的自然淋滤密切相关.

[目的]研究安徽某铁矿不同矿山废水库中微生物群落结构特征及其影响因素.[方法]对比分析了该铁矿3个大型废水库的地球化学特征,并用高通量测序技术研究了水体中微生物群落组成,进而用统计学方法解析了环境因子对微生物群落结构的影响.[结果]3个废水库中有2个为酸性,1个为中性,理化性质有明显的差异.近年形成的塌方采场废水库(TF) pH仅为2.55±0.01,Fe浓度高达154.95±0.78 mg/L,SO42-浓度为3374.86±3.81 mg/L;形成于20世纪70年代的排土场废水库(PT)酸性略弱(pH 2.9±0.02),Fe浓度(34.57±4.00 mg/L)与TF相比明显降低,SO42-浓度则高达10398.98±626.70 mg/L;东沙采场废水库(DS)则为中性(pH 7.55),但SO42-仍高达4162.99 mg/L,主要的金属离子为Mg(594.90 mg/L)、Ca (650.10 mg/L).3个废水库的原核生物多样性随pH的升高而升高.两个酸性废水库的原核生物组成较为接近,但TF的化能自养菌含量较高(69.54％±2.89％),PT的化能异养菌含量较高(64.45％± 13.81％).自养铁氧化菌Ferrovum在TF中的比例高达(64.17±1.84)％,在PT中则下降为(35.39±13.74)％.但PT中含有丰富的化能异养嗜酸菌如Acidicapsa(15.75％±3.99％)、Acidiphilium(10.65％±2.05％)、Acidisphaera (6.34％±1.02％)等.DS中虽然也含有较高的金属离子和SO42-,但其中的原核生物组成与TF和PT截然不同,主要为Limnohabitans (18.47％)、Rhodobacter (8.42％)等.3个废水库的真核生物群落主要由藻类组成,酸水库TF和PT中主要为棕鞭藻属(Ochromonas)和胶球藻属(Coccomyxa),棕鞭藻属在TF中(53.65％±2.02％)占优势,胶球藻属在PT中(68.84±10.4％)占优势,中性废水库DS中则主要是小环藻属(Cyclotella)(49.85％).经统计学分析,pH是影响矿山废水微生物多样性和群落组成的主要环境因素.

用β-羟基氧化铁对蒙脱土进行改性制备β-羟基氧化铁改性蒙脱土( β-FeOOHMt).用氮吸附程序升温脱附对β-FeOOH-Mt 的结构进行了表征,并研究了β-FeOOH-Mt ( 3.5) 对模拟酸性矿山废水中铜离子的吸附.结果发现: 蒙脱土经改性后比表面积增加、孔容增大; β-FeOOH-Mt( 3.5) 对废水中Cu2+有很强的吸附能力.在初始浓度为5～25 mg·L-1范围内,β-FeOOH-Mt( 3.5) 用量为2～9 g·L-1,吸附20 min 后Cu2+ 的浓度均低于0.5 mg· L-1.Langmuir 等温方程能更好地描述吸附过程,吸附过程符合单分子吸附模型; 动力学研究表明,吸附遵循拟二级吸附动力学方程,相关性很好.

伴随着采矿业而产生的酸性矿山废水具有污染面广、污染持续时间长、危害程度严重等特点.硫铁矿生物氧化是产生酸性矿山废水的主要原因.探究硫铁矿生物氧化细节对揭示自然状态下酸性矿山废水的产生规律具有重要意义.本研究采用摇瓶实验,探究了环境温度10～30℃与硫铁矿矿浆浓度0.67％～2％对硫铁矿生物氧化的影响.结果 表明,当环境温度为30℃,矿浆浓度为2％时,1g硫铁矿生物氧化18d释放的H+、总Fe、S042-量分别为0.6 mmol、64.53 mg与151.0 mg.与矿浆浓度2％相比较,当矿浆浓度降低至0.67％时,硫铁矿生物氧化释放H+与总Fe的量降低了13.3％与18.2％.与环境温度30℃相比较,当温度降低至10℃,硫铁矿生物氧化释放H+与总Fe的量降低了80.0％与82.6％.高矿浆浓度(1％～2％)与高温(20～30℃)条件下,硫铁矿生物体系SO42-呈现明显的增加趋势,低矿浆浓度(0.67％)与低温(1O℃)条件下,体系SO42-增加量并不明显.不同处理硫铁矿生物氧化后,根据氧化程度,硫铁矿表面呈现出疏密不同的侵蚀坑,在环境温度30℃的处理体系,生物氧化后,硫铁矿表面观察到次生铁矿物.本研究结果为进一步揭示自然界酸性矿山废水的形成机理提供必要的数据支撑.