以农业废弃物为碳源硫酸盐还原被动处理酸性矿山废水的微生物协同作用机制

Passive treatment of acid mine drainage by sulfate reducing bacteria (SRB) is one of the foucus in current research on environmental remediation in mine area. However, how to provide a long-term and cheap carbon source for the passive treatment system and reveal the synergistic mechanism of multiple microorganisms has become a scientific problem to be solved urgently. Based on the analysis of the physicochemical properties of various agricultural wastes, a long-term carbon source suitable for passive treatment system was selected, and the removal efficiency and mechanism of heavy metals in the passive treatment were discussed through static batch test and continuous-flow column anaerobic experiments. A high-throughput sequencing technology was used to analyze the microbial community structure under different treatment effects, to reveal the relationship between passive treatment effect and microbial community structure and the synergistic mechanism of microorganisms, to provide a scientific basis for the construction of a reasonable micro-ecosystem and the efficient treatment. This project will use agricultural waste as SRB carbon source to treat acid mine drainage, which conforms to the concept of "waste treatment waste". The research results will provide a new scientific idea for passive treatment of acid mine drainage.

利用硫酸盐还原菌（SRB）被动处理酸性矿山废水是当前矿区环境修复研究的热点之一，但如何为被动处理系统提供持续有效的廉价碳源、揭示被动处理系统中多种微生物的协同修复机制成为亟待解决的科学问题。基于此，本项目在分析多种农业废弃物理化性质的基础上，通过合理配置筛选出适宜于被动处理系统的长效碳源；并通过室内静态批试验和连续流柱状模拟实验，探讨以农业废弃物为碳源硫酸盐还原被动处理酸性矿山废水重金属等污染物的效果及机理；借助高通量微生物测序技术分析不同处理效果响应下的微生物群落结构特征，揭示被动处理效果与微生物群落结构的规律关系及微生物协同作用机制，为构建合理的微生态系统、实现酸性矿山废水的高效处理提供科学依据。本项目以农业废弃物为SRB碳源被动处理酸性矿山废水，符合“以废治废”的理念，研究结果将为酸性矿山废水被动处理的理论和实践提供新的思路和借鉴。

酸性矿山废水处理不当将会给矿区周边生态环境造成严重危害，开展持续有效的酸性矿山废水修复成为矿区亟待解决的环境问题。利用微生物硫酸盐还原作用被动处理酸性矿山废水是当前重要的修复方法和研究热点，但如何构建高效的硫酸盐还原被动处理系统并为其提供长期有效的廉价碳源、揭示被动处理系统中多种微生物的协同作用机制成为亟待解决的科学问题。本项目探讨了以多种农业废弃物（秸秆、花生壳、木屑、牛粪、猪粪等固废及其发酵液）为硫酸盐还原菌电子供体，硫酸盐还原反应器/人工湿地被动处理酸性矿山废水的效果及机理。研究表明农业废弃物的存在促进了微生物硫酸盐还原和溶解性硫化物的生成，酸性和重金属污染得到了有效控制。定量补充农业废弃物发酵液为碳源在促进微生物硫酸盐还原的同时，控制了有机/营养污染物过量释放，是较好的外加碳源方式。微生物群落受填充基质的影响显著，木质纤维素分解菌和硫酸盐还原菌的协同合作在酸性矿山废水处理中发挥重要作用，处理系统中存在的多种硫酸盐还原菌和硫化物氧化菌，实现了可持续的硫转化。对于强酸性矿山废水，通过与生活污水混合预处理可以提高被动处理系统的进水pH、去除重金属，缓解了后续硫酸盐还原反应器/人工湿地的运行负荷，有利于被动处理系统的长期高效运行。硫自养反硝化作用和异养反硝化作用的协同混合反硝化作用实现了有效的脱氮。本项目研究表明，以液体废弃物定量补给碳源、生活污水混合预处理的多单元被动处理系统为酸性矿山废水的有效处理提供了一种较有应用潜力的生态修复技术，对实现酸性矿山废水的高效处理提供了一定的科学依据和新的思路。