姚俊:金屬礦山微生物地球化學原位礦化修復研究進展

2020-12-06 今日國土雜誌社

姚 俊 中國地質大學（北京）教授，博士生導師，國家傑出青年基金獲得者；美國耶魯大學訪問教授；德國國家UFZ 環境研究中心客座教授。主持承擔國家重點研發計劃。主持包括國家自然科學基金重點項目、國家傑出青年科學基金、科技部國際合作項目、環保部公益重點項目等30餘項科研項目。

　有色金屬礦山汙染現狀及地微生物協同演化

1、有色金屬行業的情況

我國是有色金屬資源大國，產量、消費在全球居首位也造成了嚴峻的環境汙染有色金屬採選冶大多形成高強度集中區;

主要集中在南嶺成礦帶，廣東、廣西、海南全部，湖南和江西大部；往往處在江河與地下水源地、生態脆弱區域；

以多種有色金屬共伴生為主；

複雜難選貧礦多，易選富礦少；

浮選法選礦、溼法冶金佔絕對優勢，必須使用大量的選冶藥劑提取目標金屬，已造成了嚴峻的重金屬和選冶藥劑複合汙染。

2、 有色金屬採選冶行業汙染狀況

3、有色金屬礦區存在的問題

（一）尾礦、廢渣大量堆存，採礦場採空區大量存在，環境風險和安全風險難以預測，重金屬汙染事件頻頻爆發。

----缺乏環境風險評估與預測模型----缺乏有效的減量化、資源化技術

* 1999年，河池城東水廠重金屬汙染事件，造成三千多人中毒。

* 2001年6月，暴雨洪水導致當地多家選礦廠的廢水尾砂溢水事故，導致大環江受到嚴重重金屬汙染，江水漫處，650公頃農田受汙，380公頃因絕收而廢棄。

* 2002年9月11日，貴州都勻壩固鎮多傑村上遊一個礦尾渣大壩崩塌，上千立方米礦渣流入清水江。

* 2008年9月8日，山西省臨汾市襄汾縣新塔礦業有限公司尾礦庫發生特別重大潰壩事故，造成300餘人傷亡。

* 2009年8月29日5時和8月30日7時，陝西省漢陰縣黃龍金礦尾礦庫排洪涵洞尾部相繼發生兩處塌陷。

* 2010年7月3日福建省上杭縣紫金山金銅礦銅溼法廠發生汙水洩漏的重大環境汙染事故。

* 2011年8月，河池地區南丹縣31名兒童被查出高血鉛症。

* 2012年1月，龍江河20噸鎘洩露，汙染沿線數百裡，大量魚類死亡，漁民受損嚴重；直接影響了柳江飲用水源及整個珠江流域的安全。

* 2013年7月，賀江鉈汙染事件

* 2014年12月，廣西大新縣五山鄉三合村常屯出現鉛鋅礦重金屬汙染，造成部分居民出現不同程度的關節腫大、變形等情況。

*2015年11月，甘肅隴星銻業有限責任公司選礦廠尾礦庫溢流井破裂，導致大量尾礦漿洩漏，造成甘肅、陝西和四川境內近350公裡河段的水體銻濃度超標。

（二）現役尾礦庫，由於浮選廢水及雨水浸泡，廢渣和尾礦在水、氧氣及微生物的作用下，重金屬大量溶出。

----缺乏重金屬汙染的原位控制技術

（三）無主或已閉庫的尾礦庫，缺乏有效管理，重金屬淋溶及外滲嚴重，汙染周圍土壤、地表水和地下水。

---- 缺乏實用的閉庫重金屬汙染控制技術

4、有色金屬集中區汙染的原位修復現狀

5、 汙染環境下微生物地球化學協同演化

6、 汙染環境下微生物地球化學氧化行為

7、 汙染環境下微生物地球化學還原行為

有色金屬礦山微生物原位成礦修復技術

1、 微生物原位礦化修復技術國內外進展

2、團隊微生物原位礦化修復技術的研發

優勢技術工藝介紹——重金屬汙染的微生物原位成礦修復技術

案例介紹：廣西河池市南丹縣某現役尾礦庫重金屬汙染微生物原位成礦修復示範，外滲地下水重金屬離子濃度滿足《鉛、鋅工業汙染物排放標準(GB 25466 —2010)

實施過程及效果

微生物原位礦化修復技術原理

已經初步證實：所有重金屬易溶化合物都能在微生物地球化學原位成礦作用下形成極難溶的次生硫化物：（硫化物溶解度列表）

礦區修復現場示範工程——星鑫尾礦庫

整體思路

選冶藥劑和重金屬複合汙染的環境生物效應

1、 選冶藥劑對微生物能量代謝活性的影響

2、 Sb對微生物能量代謝活性的影響

3、 複合汙染對微生物能量代謝活性的影響

4、 複合汙染對重金屬賦存形態的影響

小 結

在礦山複雜體系中，不同種類的選冶藥劑與重金屬的複合形成的汙染程度不同：

（1）一部分選冶藥劑與重金屬的複合有利於重金 屬的穩定，可以適當的緩解重金屬的遷移轉化;

（2）另一部分選冶藥劑與重金屬的複合，會導致重金屬的遷移轉化速率加快，形成長期的複合汙染

原位成礦修復過程的微生物地球化學機制

1、 微生物原位礦化修復機制

2、 有色金屬礦山重金屬汙染風險評價

3、有色金屬礦山有機選冶藥劑研究

4、 有色金屬礦山微生物群落研究

5、 礦山複合汙染環境中高效菌的選育

6、 原位礦化修復過程中微生物群落研究

相關焦點

  • 【展望】生物礦化在重金屬汙染治理領域的研究進展
    生物礦化在重金屬汙染治理領域的研究進展黨政1, 代群威1,2, 趙玉連1,2, 鄧遠明1, 董發勤1,21.西南科技大學環境與資源學院, 四川 綿陽 621010;2.西南科技大學, 固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室, 四川 綿陽 621010摘要
  • 地下水重金屬汙染修復技術研究進展
    地下水關乎人民健康，重金屬汙染事件一旦出現，其造成的危害無法估量，因此研究出針對地下水重金屬汙染治理的技術迫在眉睫。本文將地下水重金屬汙染的修復技術分為異位修復技術和原位修復技術2大類。目前研究及應用中，地下水重金屬汙染的修復技術主要以原位修復為主，因此重點介紹了抽出-處理技術及幾種原位修復技術，並結合實際工程應用，對各技術的優缺點進行比較。
  • 淺談微生物菌劑對礦山修復的作用
    隨著生活水平的提高，人們也越來越注重自然環境的保護，因此，在礦山的修複方面，人們更加的關注，也更加的重視。對於礦山的修復，簡單來說，就是將礦山在開採挖掘過程中所造成的破壞進行修復，實現土地資源的二次利用。隨著科學技術的發展，近年來，礦山修復的專家們研究出許多修復手段，進行了大量的修復實驗和效果對比，其中，微生物菌劑的修復技術是效果最好的一種。
  • 中科院趨磁細菌生物控制礦化機理研究取得新進展
    中科院趨磁細菌生物控制礦化機理研究取得新進展 來源：中國科學院   發布者：管理員   日期：2015-01-05   今日/總瀏覽：1/3128
  • 土壤重金屬汙染原位修復實用性技術研究
    2、微生物修復對受到重金屬汙染的土地採取微生物技術實現修復，主要是通過人工構建或天然馴化的微生物群落，或者是微生物進行代謝的產物對土壤中的汙染進行轉化和降解。因此，微生物技術一般是恢復生態效應和淨化自然環境的生物措施。
  • 微生物修復(ISSAPGPR原位生態修復技術)河道治理技術的研究
    北極星環境修復網訊:摘要：ISSA PGPR原位生態修復技術。採用「ISSA PGPR原位生態修復技術」來消除水中汙染物，修復遭到破壞的水生態系統，治理水體富營養化，改善水體環境，豐富群落種類，優化種群結構，提高水生態系統的自淨能力，維持水生態系統的穩定健康發展。
  • 石油汙染土壤原位生物修復強化技術研究進展
    生物投加法主要包括高效微生物、固定化微生物及植物-微生物的投加等方法;生物刺激法主要包括營養物質、生物表面活性劑、共代謝生長基質、電子受體的投加等方法。系統分析了各原位生物修復強化技術的作用機理及研究、應用現狀,在此基礎上提出了電動-微生物聯合修復技術、微生物燃料電池-微生物聯合修復技術及固定化材料納米粒子的應用是原位生物修復強化技術未來的研究方向。
  • 農田土壤重金屬汙染化學鈍化修復研究進展
    北極星環境修復網訊:摘要：土壤重金屬化學鈍化修復是指向汙染土壤中添加鈍化劑，使重金屬由活性向穩定化形態轉化，以降低重金屬的遷移和生物可利用性，從而修復重金屬汙染土壤的方法。本文綜述了近些年國內外各類鈍化材料修復重金屬汙染土壤的作用效果和機理、實例等方面的研究進展，並討論了原位修復土壤重金屬中亟待解決的問題，旨在為農田土壤重金屬汙染的化學鈍化劑篩選與應用提供參考依據。
  • 基於微生物礦化作用創建原位「單細胞電子捕集器」
    江蘇大學環境與安全工程學院生物質能源研究院雍陽春教授課題組與化學化工學院施偉東教授課題組合作，在《自然-通訊》雜誌(Nature Communications)在線發表了題為「Single cell electron collector for highly efficient wiring-up electronic abiotic/biotic interface」的研究論文
  • 基於微生物礦化作用創建原位「單細胞電子捕集器」
    近日，江蘇大學環境與安全工程學院生物質能源研究院雍陽春教授課題組與化學化工學院施偉東教授課題組合作，在《自然-通訊》雜誌(Nature Communications)在線發表了題為「Single cell electron collector for highly efficient wiring-up electronic abiotic/biotic interface」的研究論文
  • 仿貽貝誘導羥基磷灰石原位礦化的高強度水凝膠用於軟骨修復
    近日，西南交通大學魯雄教授團隊以貽貝為靈感，採用一鍋法同時聚合兩層骨軟骨缺損修復液，開發了一種雙層水凝膠。在上層，多巴胺在鹼性溶液(pH 8)中自聚合形成PDA。PDA與GelMA形成非共價相互作用(圖1)。在底層，PDA誘導鈣離子(Ca2+)和磷酸鹽離子(PO43)礦化形成HA納米顆粒，這是由PDA兒茶酚基團與Ca2+的強結合驅動的。
  • 活化過硫酸鹽氧化法修復有機汙染土壤的研究進展
    活化過硫酸鹽氧化法修復有機汙染土壤的研究進展北極星環境修復網訊:摘要：過硫酸鹽在不同活化因子的作用下可產生具有強氧化性的硫酸根自由基（SO4–·），能氧化分解眾多的有機 化合物，同時因其具有的氧化能力強、反應速度快及應用範圍廣等特點，近年來在環境汙染治理領域備受關注。
  • 駱永明:中國土壤汙染與修復科技研究進展和展望
    2.2 、土壤汙染管控與修復技術研究與發展現狀近 20 年來，在國家「863」計劃項目等支持下， 我國土壤汙染修復技術研究，於「十五」起步，「十一 五」進步，「十二五」發展，「十三五」跨越；20 年的進展，帶動了土壤修復技術應用和綠色修復產業化發展，在修復技術、裝備及規模化應用上與先進國家的距離在加快縮短。
  • 改性生物炭對土壤重金屬汙染修復研究進展
    北極星環境修復網訊:摘要：土壤中金屬汙染導致食用林產品、農產品中重金屬高富集，嚴重威脅人類健康。生物炭作為簡單易得，來源廣泛的吸附材料，可用於土壤重金屬汙染物修復。本文主要綜述了生物炭的製備、改性劑的選擇與功能、改性方法及改性生物炭的特性。
  • 場地土壤-地下水汙染物多介質界面過程與調控研究進展與展望
    解析原位條件下汙染物多介質界面過程是場地土壤和地下水汙染控制與修復的理論基礎。因此，開展場地土壤與地下水汙染物多介質界面過程與調控機制研究，是認知場地汙染成因與治理修復的重要科學問題和國際研究前沿。我國場地土壤和地下水環境研究始於「八五」期間，三十多年來，在科技部等項目資助下，在土壤和地下水汙染現狀調查、汙染物傳質過程、模擬預測和治理修復等方面，均取得了重要進展。發展了基於同步輻射等技術的土壤環境界面過程研究新方法，初步闡明了土壤中重金屬和有機汙染物的生物/非生物轉化機制，闡明了汙染土壤及地下水化學氧化還原、汙染過程調控等技術的潛力。
  • 研究實現黑磷基水凝膠的光控原位生物礦化
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒與深圳大學副研究員邵俊東等合作，成功利用黑磷的光化學活性實現了水凝膠的光控原位生物礦化。針對這一特性，研究團隊揭示了黑磷的光化學活性，並研究了黑磷基水凝膠的近紅外光控原位生物礦化現象和潛在用途。磷酸鹽（PO43-）和鈣離子（Ca2+）的生物礦化過程在人體硬組織如牙齒和骨骼等的形成與再生過程中起至關重要的作用。然而在生物體內，生物礦化過程通常是自發進行的，受生物體內的生物大分子控制，很難在體外實現人為調控。
  • 內蒙古扎魯特:微生物礦山生態修復技術試驗示範效果良好
    新華網呼和浩特11月23日電（記者劉懿德）位於內蒙古自治區通遼市扎魯特旗的扎哈淖爾煤業公司露天煤礦排土場，在2020年的生態修復治理項目中，首次應用了一項微生物礦山生態修復技術，目前該技術試驗示範效果很好。    這項名為「禾神元」微生物礦山生態修復技術的新型礦山生態修復模式，具有縮短修復周期的特點。
  • 水稻光合碳和微生物同化碳的礦化特徵及其激發效應獲新進展
    由中科院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究員領銜的農業生態過程方向研究團隊近日在水稻光合碳和微生物同化碳的礦化特徵及其激發效應獲新進展。　　土壤有機碳絕大部分來自光合碳的輸入與轉化，光合碳通過根系周轉與根系分泌物（根際沉積作用）等進入土壤碳庫。
  • 礦化膠原材料及其在口腔臨床中應用研究進展
    本文圍繞新型植骨材料礦化膠原的性質、分類及其在口腔臨床中的應用3個方面，詳細介紹了目前研究的進展。礦化膠原人工骨粉適用於各種小範圍骨缺損修復，如拔牙後位點保存、種植體周圍骨缺損的充填修復、牙周病造成的骨吸收修復以及上頜竇提升術後、口腔頜面部良性腫瘤切除後、囊腫刮除後的骨缺損修復等。在臨床研究中，將骨粉植入下頜骨囊腫刮除乾淨的骨腔中，並進行臨床及影像檢查。
  • 微生物燃料電池在土壤修復中的應用與前景
    通過文獻調研方法，系統論述了國內外微生物燃料電池在環境汙染治理方面的研究及應用情況，分別從重金屬汙染、有機汙染、非重金屬無機汙染等方面論述了微生物燃料電池在土壤修複方面的應用，並且從電極材料、大小、間距、排列方式、外阻和土壤性質等方面闡述其影響因素，最後探討了微生物燃料電池的應用前景和不足之處。