SRB治理地浸采铀矿山污染地下水条件试验研究

地浸采铀过程中,由于溶浸剂的注入,改变了地下水的原始地球化学环境,使得地下水中铀及重金属离子的浓度增高,造成了地下水的污染。通过室内试验,参照污染地下水化学成分,研究了pH值对硫酸盐还原菌(SRB)还原SO42-的影响以及SRB对U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的去除效果。结果表明,溶液pH值对SRB还原SO42-的能力以及SRB去除U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的效果影响很大,当pH值为8时,SO42-还原能力和U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+的去除效果均达到最佳,为地浸采铀矿山污染地下水的治理提供了新的思路。     

铁还原菌RBFL3胞外聚合物还原高岭土中铁研究

通过测定高岭土培养液中Fe2+离子浓度,探讨铁还原菌胞外聚合物在还原高岭土中Fe3+(Fe2O3)的作用。在添加无细胞滤液、细菌胞外聚合物(EPS)及菌株与否、菌株失活与否、EPS脱离菌活体细胞与否等组合条件下,研究高岭土中Fe3+(Fe2O3)还原的变化规律,并揭示了这些规律形成的原因,结果表明EPS对高岭土中Fe3+(Fe2O3)的还原具有重要作用,但其对Fe3+还原作用离不开分泌它的活体细胞。     

SRB治理地浸采铀矿山污染地下水条件试验研究

地浸采铀过程中,由于溶浸剂的注入,改变了地下水的原始地球化学环境,使得地下水中铀及重金属离子的浓度增高,造成了地下水的污染.通过室内试验,参照污染地下水化学成分,研究了pH值对硫酸盐还原菌(SRB)还原SO2-4的影响以及SRB对U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的去除效果.结果表明,溶液pH值对SRB还原SO2-4的能力以及SRB去除U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的效果影响很大,当pH值为8时,SO2-4还原能力和U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+的去除效果均达到最佳,为地浸采铀矿山污染地下水的治理提供了新的思路.     

硫酸盐还原菌治理地浸采铀地下水的柱实验研究

以新疆某地浸采铀矿山为实例,通过柱实验研究了硫酸盐还原菌去除地浸采铀污染地下水中铀和硫酸盐等污染物的潜力.实验结果表明,硫酸盐还原菌可有效去除地浸采铀矿山地下水中的污染物U(Ⅵ)和SO2-4,U(Ⅵ)的去除率可达94.5%,硫酸根去除率为75.3%,地下水的pH值可达到近中性.U(Ⅵ)和硫酸根都是作为硫酸盐还原菌的电子受体而通过生物还原去除的.研究结果为地漫废水的原住修复提供了新的生物技术思路.     

硫酸盐还原菌处理矿山酸性废水的研究进展

系统地综述了硫酸盐还原菌(SRB)的还原机理,分析了影响硫酸盐还原菌还原作用的因素以及SRB处理方法的优点,提出了SRB处理酸性矿山废水(MAD)发展趋势。     

温度变化对地下水中微生物影响的研究

为研究温度变化对地下水中微生物的影响,对前人有关的研究成果进行了综合分析。地下水中硫元素被氧化过程中微生物的适宜温度为25℃~70℃,硫酸盐还原菌的适宜温度为30℃~35℃和55℃左右;硝化细菌的最佳适宜温度为30℃~35℃。反硝化细菌的最佳适宜温度为35℃~65℃;降解有机物的细菌基本为中、高温菌。地下水水源热泵夏季回灌水的温度较高,将有利于氧化亚铁硫杆菌和硝化菌的生长与繁殖,前者将导致地下水硬度和SO42-含量的增加,后者将使地下水的氮污染加剧;但对降解有机物细菌生长的影响可能不明显;冬季回灌水的温度较低,将有利于控制地下水硬度和SO42-含量的增加,但不利于地下水氮污染和有机污染物的去除。     

人工菌群修复铀污染地下水的模拟试验研究

基于功能互补原则,采用“自下而上”的配菌法,将硝酸盐还原菌(NRB)、硫酸盐还原菌(SRB)及异化铁还原菌(FeRB)等比例混合,构建人工菌群并探讨其修复铀(U)污染地下水的效果与作用机制。模拟试验结果表明：在pH 7.2、25 ℃、U(VI) 初始浓度为20.0 mg /L的铀污染地下水中,人工菌群对溶液中U(VI)的去除率比单菌提高了20 %~35 %。人工菌群的固铀过程分为三阶段：首先微生物将溶液中的U(VI)吸附固定于菌体表面,同时NRB将NO3-还原,为U(VI)的还原创造有利条件;然后SRB、FeRB同步还原U(VI)、SO42-;最后FeRB等微生物促进非结晶态U(IV)转化为UO2,提高了还原产物的稳定性。     

用SRB处理酸法地浸铀矿山地下水的研究

在不同pH值和一定ρ(SO2-4)下驯化硫酸盐还原菌(SRB),研究SRB对模拟地浸铀矿山地下水的净化作用.结果表明,SRB不但可去除废水中的SO2-4,还可去除废水中的重金属离子.SRB处理地浸地下水具有可处理污染物种类多、处理潜力大、工艺稳定、费用低等优点.     

用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水

《Mining Engineering》1999年 6月号发表 Canty M.的文章 ,报道了用硫酸盐还原菌( SRB)处理和控制酸性矿山外排废水 ( AMD)的中间工厂规模和现场试验的结果。这些试验为矿山废物处理工艺项目的一部分 ,该项目由美国环境保护机构 ( EPA)提供资金 ,由 EPA和美国能源部西部环境工艺局共同管理。硫酸盐还原菌是一种普通厌氧菌族 ,当碳和硫酸盐为其提供营养源时 ,在细菌的还原作用下 ,体系中即可生成 H2 S和 HCO- 3 ,从而使 AMD中金属离子生成硫化物沉淀而除去 ,同时也中和了 AMD。现场验证试验前 ,进行了中间工厂规模的试验。中间工…     

硫酸盐还原菌复合碳源的筛选

利用硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)的生物法可以有效去除酸法地浸采铀地下水中的硫酸根和重金属离子,是一种有发展潜力的酸法地浸采铀地下水修复技术。酸法地浸采铀地下水中的有机物含量较低,无法满足硫酸盐还原菌的生长代谢,需要向其提供充足的碳源。通过复合碳源筛选试验,发现混合比为10∶1的玉米芯和牛粪混合发酵液能够满足SRB生长代谢的需要,且该复合碳源能被SRB充分利用而不增加处理后酸法地浸采铀地下水的COD,可以作为生物法修复酸法地浸采铀地下水的SRB碳源。     

SRB协同自燃煤矸石处理煤矿酸性废水试验

针对煤矿酸性废水中金属离子含量高、易造成环境污染等问题,采用自燃煤矸石、NaOH改性自燃煤矸石和SRB协同自燃煤矸石对煤矿酸性废水中SO42-、COD、Fe2+和Mn2+进行动态吸附试验研究。结果表明：3种处理方式对煤矿酸性废水中待测离子的处理效果为：SRB协同自燃煤矸石作用>NaOH改性自燃煤矸石>自燃煤矸石。其中,装有SRB协同自燃煤矸石的3号柱运行稳定后对煤矿酸性废水中SO42-、COD值、Fe2+和Mn2+的平均降低率分别为69.05%、72.06%、99.02%和38.29%。     

硫酸盐还原菌利用不同生物质碳源对酸性矿山废水的处理

针对多组分酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)污染严重,治理费用高的特点,基于硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)处理AMD具有成本低、适用性强、环境友好等诸多优点,从长期受煤矸石淋溶水污染的土壤中纯化培养一株SRB,并采用廉价易得的玉米芯、甘蔗渣和花生壳作为SRB生长碳源分别构造1号,2号,3号组动态柱,进行处理AMD的模拟实验,以探讨SRB利用生物质碳源处理AMD的有效性和规律性。各动态柱分别按照正交试验最优配比进行装填,其中,1号柱中SRB生物量和60目玉米芯按固液比分别为106. 8∶100(mg∶m L)和3. 5∶100(g∶m L)装填,2号柱中SRB生物量和100目甘蔗渣按固液比分别为71. 2∶100(mg∶m L)和4. 5∶100(g∶m L)装填,3号柱中SRB生物量和100目花生壳按固液比分别为106. 8∶100(mg∶m L)和4. 5∶100(g∶m L)装填。实验结果显示,以100目甘蔗渣为碳源的2号柱处理AMD的效果较好,对SO_4~(2-),Fe~(3+),Mn~(2+),Cr~(6+),Cr~(3+)平均去除率分别为61. 63%,99. 81%,72. 35%,96. 8%,100%,而体系出水的p H值和ORP值分别为6. 38～7. 30,-246 m V,表明SRB以甘蔗渣为碳源时的生长代谢活性优于玉米芯和花生壳,甘蔗渣可实现较持久的碳源供应。通过反应前后生物质材料的SEM和XRD分析表明,大量的Fe元素主要通过生物质材料的化学吸附方式被去除,而Mn和Cr元素主要通过与硫酸盐还原菌的代谢产物反应生成金属硫化物沉淀除去,少部分金属元素通过生物质材料的物理吸附被去除。同时,反应前生物质材料表面结构完整,反应后的生物质材料结构被破坏并附着纳米级金属硫化物沉淀。     

布尔台煤矿高氟地下水分布特征及形成机制研究

为研究布尔台煤矿高氟地下水的来源及形成机制，采用数理统计、离子分析等手段，在矿物的溶解沉淀、蒸发浓缩、离子交换和竞争吸附等方面对高氟地下水中F-质量浓度特征及分布规律进行研究。结果表明：布尔台煤矿地下水中C(F-)范围为0.31～11.15mg/L，平均值1.7mg/L。从空间分布上看，高氟地下水主要分布在1～5mg/L范围内，占总样品数的48.48%|从垂向分布上看，高氟地下水主要分布于侏罗系含水层组，其主要补给水源为第四系与第三系孔隙水和侏罗系孔隙、裂隙水。含氟矿物的溶解是高氟地下水的主要控制因素。Ca2+与固相中的Na+、K+发生强烈的离子交换反应，HCO-3的竞争吸附置换出吸附在黏土矿物表面的F-，促使F-富集。     

Groundwater Geochemical Variation and Controls in Coal Seams and Overlying Strata in the Shennan Mining Area,Shaanxi, China

Water resource conservation and ecological protection are key coal mining issues in northern Shaanxi Province and the Yellow River Basin. Revealing the characteristics and variation patterns of groundwater quality in the coal series and its overlying aquifers can provide a geological foundation for solving or optimizing these issues. Taking the Zhangjiamao coal mine of the Shennan mining area in northern Shaanxi Province, western China, as an example, water samples were collected for analysis from the: quaternary strata, weathered bedrock, burnt rock, coal series, and coal seam. Test parameters included conventional ion concentrations, total dissolved solids (TDS), and pH. Key water chemistry indicators such as oxidation/reduction index (ORI) and groundwater chemical closure index (GCCI) were used to explain the water quality differences. The Quaternary water, burnt rock water, and weathered bedrock water were dominantly the Ca–HCO₃ type, the coal series water (Yan’an Formation) was dominantly Ca–HCO₃ and Na–Cl types, and the coal seam water was dominantly Na–Cl type. From the shallow groundwater to coal seam water, dissolution and leaching gradually decrease and degree of retention gradually increases. Coal seam water was characterized by high TDS, high GCCI, and low ORI, reflecting a closed hydrogeochemical environment and moderate sulfate reduction. Leaching, salt accumulation, sulfate reduction, and cation exchange jointly control the groundwater chemical characteristics and evolution of the coal series and its overlying aquifers. Salt accumulation and cation exchange reactions of the stagnant coal seam water in the arid and semiarid climates and shallow buried conditions result in increased mineralization; the water quality is vastly different from that of the overlying aquifers, which are dominated by leaching. Groundwater circulation in the coal series and coal seam are of the infiltration–retention type, and the overlying aquifer of the coal series are of the infiltration–runoff type. A comprehensive hydrogeological model was constructed of the Middle Jurassic coal series and its overlying aquifers in the area. The results of this study have implications for the identification of mine water influx sources in the Shennan mining area, and the understanding of controls on the groundwater geochemical variation in Jurassic coal field of western China.

     

Simultaneous Removal of Copper, Zinc, and Sulfate from Coal Mine Waste in a Laboratory SRB Bioreactor Using Lactate or Ethanol as Carbon Sources

The feasibility of inoculating coal mine waste piles with sulfate-reducing bacteria (SRB) to prevent the production of acidic leachates containing sulfate and metal contaminants was evaluated in batch and column bioreactors. The results showed that SRB growth and activity could be attained in the presence of acidic (pH 4.5) coal mine waste using lactate or ethanol as a carbon source, while no obvious growth was found at pH <3.5. Inoculation of coal mine waste in batch reactors with lactate or ethanol as a carbon source resulted in efficient neutralization and high removal of sulfate and metals. Similar results were attained in dynamic-flow columns inoculated with SRB. SEM-EDS analysis of the precipitates showed iron sulfide to be the main component. This study indicates that SRB could possibly be used to prevent or limit acidic drainage from coal mine waste piles.     

浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1~(-2)与2~(-2)煤层开采为背景,采用FLAC~(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。     

有机氮和“三氮”在西部煤矿区地下水库迁移转化的实验研究

基于浅埋深、薄基岩、厚煤层的赋存条件,在我国西部煤矿区往往排出富含有机氮和无机氮(硝酸盐氮、亚硝酸盐氮或氨氮)的矿井水,如果不经过处理就直接排放,会给生态环境带来严重危害。作为实现保水采煤、生态保护的措施之一,地下水库技术已在我国多个西部生态脆弱煤矿区得到了实施,然而有关水质保障及安全运行的研究报道甚少。研究通过矸石柱模拟补连塔矿地下水库的水文地质环境,结合水中TN、"三氮"等理化指标的测试,开展了矿井水中有机氮和"三氮"的迁移转化规律研究。研究结果表明:渗流流量均值0.51 mL/min、1 016 h(12.54个孔隙体积数PV)内,在模拟的水-岩间的缺氧环境中,同时存在有机氮的矿化作用、亚硝酸盐及硝酸盐的反硝化作用。在实验初期的1.19～2.47 PV,有机氮浓度快速下降,而氨氮浓度快速上升,这说明试验初期有机氮的氨化作用较强。之后有机氮的矿化作用逐渐减弱,导致水中氨氮含量逐渐减小并趋于稳定。在矿井水C/N为2.32～3.08的条件下,较强的还原作用导致亚硝酸盐的去除率在99.9%以上、硝酸盐的去除效率在74%～90%。矿井水TN的去除效率在57%～71%,由于淋滤用液硝酸盐含量较低,因此TN的去除主要与亚硝酸盐的减少有关。有机物降解过程低分子量有机酸的生成使得水中H~+含量升高、淋出液pH值始终低于淋滤用液。研究结果可为地下水库技术的有效实施提供水质保障和安全运行方面的借鉴。     

The alteration of cell membrane of sulfate reducing bacteria in the presence of Mn(II) and Cd(II)

In this work, the effects of manganese and cadmium on the biosorption, cell membrane and growth of a sulfate reducing bacteria (SRB) strain were studied in detail. The strain of SRB used in this studied belongs to Salmonella named as Salmonella Daqing, which is isolated from Daqing oil field, China. Because of electrostatic attraction, Mn²⁺ and Cd²⁺ can be absorbed on the cell surface with negative charges. After biosorption of Mn²⁺ and Cd²⁺ on the cell surface, the morphological character of the cells changed, even some cells were almost completely deformed. The fluorescence polarization has shown a significant decrease in membrane fluidity and the increase of permeability of cell membrane. Ion analysis also revealed that permeability of cell membrane increased because of damage of cell membrane. Changes of the spectral profile of S. Daqing MF were also observed, suggesting the damages of surface groups on the cell membrane. Furthermore, low concentration of metal ions can promote growth of the bacteria, while high concentration has inhibitory effects on S. Daqing MF. The reason is attributed to the easier absorbability of nutrition due to the increased cell permeability.     

多孔低压注水过程松散层沉降研究

为改善因水位降而导致的地层持续沉降,采用多孔联合长期注水的方法使松散层失水沉降得到控制。用地层光纤光栅监测系统对地层应变进行实时监测,提出了松散层压缩量计算的应变量模型,由此可以掌握注水对地层沉降的影响效果。介绍了编号Z2,Z4,Z5,Z6四个注水孔在深度138.80~171.40 m区间的注水过程,以及编号Q下-1,Q下-3,Q下-4,Z1四个水文观测孔在深度114.00~176.40 m区间的水位变化,和对应地层应变的光纤光栅监测的结果。随着注水量的增加,松散层压缩状态得到改善,由压应力向拉应力状态发展,光纤光栅传感器波长变化与同层位的水位变化趋势具有同步对应关系,注水量每增加1 000 m 3,松散层微应变增大1.715。监测表明,注水单孔流量3.79~6.00 m 3/h,年注水量达到132 973.23 m 3,可以控制松散层的沉降发展。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。