微生物凈化礦山廢水或在三五年后
廣東省韶關(guān)大寶山礦、云浮硫鐵礦、凡口鉛鋅礦……這些地區(qū)因采礦產(chǎn)生的酸性礦山廢水對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在這些采礦產(chǎn)生的酸水中，仍舊有微生物可以生存，通常被稱為“極端微生物”。能不能利用這些微生物，對(duì)酸性礦山廢水進(jìn)行凈化治理？中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授束文圣帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從2002年起開(kāi)展相關(guān)研究。上周，他們的一項(xiàng)成果，被N atureC hina(N ature雜志社的中國(guó)網(wǎng)站)選為當(dāng)周“最具影響力的中國(guó)論文”。
用微生物治理“酸水”
酸性礦山廢水pH值極低，而且含有大量重金屬，包括鐵、銅、鋅等，會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染，因而在學(xué)術(shù)界備受關(guān)注。“在我國(guó)，廣東大寶山礦區(qū)酸性礦山廢水的污染是最明顯的例子。該礦區(qū)酸性礦山廢水的排放污染河流30余公里，導(dǎo)致周邊600多公頃農(nóng)田中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。”中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生鄺嘉良向南都記者介紹。
治理酸性礦山廢水成本非常高，“目前主要采用的治理方法是石灰中和。”中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授束文圣告訴記者，如果酸性廢水的pH值較低，采用中和法，治理每噸廢水需要的石灰量大、處理成本較高同時(shí)將產(chǎn)生大量的廢渣，給環(huán)境帶來(lái)潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。
近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽還原菌可以轉(zhuǎn)化“酸水”，這種“生物沉淀技術(shù)”開(kāi)始被人們有意識(shí)地應(yīng)用于酸性重金屬?gòu)U水處理中。其基本思路在于：在厭氧和少量添加碳源的條件下，使硫酸鹽還原菌在廢水中大量繁殖，并通過(guò)其代謝過(guò)程中的還原反應(yīng)生成新物質(zhì)H 2S(硫化氫)，同時(shí)使廢水的堿度升高，硫化氫與廢水中金屬離子結(jié)合形成難溶性的沉淀，之后通過(guò)固液分離，實(shí)現(xiàn)酸性重金屬?gòu)U水的凈化。耐酸或嗜酸硫酸鹽還原菌的分離、發(fā)現(xiàn)，使得更有效、更廉價(jià)的處理酸性礦山廢水成為可能。
“利用微生物處理酸性礦山廢水，很可能是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)有效的方法。”除了一般意義上的成本降低，微生物在治理污染的時(shí)候，還能生成新的金屬塊，對(duì)酸性水中的有效礦產(chǎn)資源實(shí)現(xiàn)“回收”。
束文圣教授目前帶領(lǐng)的一個(gè)約有26人的團(tuán)隊(duì)，正在致力于從酸性礦山廢水里尋找這種愛(ài)吃 酸 的“極 端 微 生物”，實(shí)現(xiàn)“治污”的夢(mèng)想。
PH決定的分布規(guī)律
pH值小于3、極酸的采礦廢水中，普通的生物甚至微生物也難以生存。2010年，第一株嚴(yán)格意義上生長(zhǎng)在酸性礦山廢水底泥中的嗜酸性硫酸鹽還原菌才在法國(guó)被分離和驗(yàn)證。
經(jīng)過(guò)十多年的立項(xiàng)研究，束文圣的團(tuán)隊(duì)已在廣東酸性礦山廢水樣品中初步分離出一系列新的未被明確鑒定的嗜酸性的硫酸鹽還原菌。這些本土菌種的分離和進(jìn)一步提純是今后利用微生物技術(shù)修復(fù)和治理酸性礦山廢水污染的重要基礎(chǔ)。
“這兩年，我們對(duì)中國(guó)東南部14個(gè)礦區(qū)的59個(gè)酸性礦山廢水樣本進(jìn)行了微生物群落分布的研究。”鄺嘉良說(shuō)，“終于證明了，PH值是決定酸性礦山廢水中微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的主要因子，而經(jīng)緯度等地理因素幾乎沒(méi)有影響。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同的微生物類群在不同pH范圍的酸性礦山廢水環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。那么，利用相關(guān)微生物類群，讓它們適應(yīng)酸性礦山廢水的酸性環(huán)境，從而生存、作用更為可能。”
這一研究成果上周被N atureC hina(N ature雜志社的中國(guó)網(wǎng)站)選為當(dāng)周“最具影響力的中國(guó)論文”。N atureChina表示，由于微生物對(duì)于礦物的形成和組成具有重要的作用，這一研究成果無(wú)疑為揭示微生物在極端環(huán)境中的生存與適應(yīng)機(jī)制提供了重要線索。
“今年，我們將建立一個(gè)小試系統(tǒng)，在中大實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行微生物處理酸水的實(shí)驗(yàn)。”從實(shí)驗(yàn)到真的把微生物投入實(shí)踐中還需要多久時(shí)間？束文圣表示，至少還需要3到5年。
研究者說(shuō)
束文圣教授
“根據(jù)歷史研究、文獻(xiàn)，以往在各類污染的治理中，微生物都是很重要的手 段 之 一 ，因此，我也想到了用它來(lái)治理酸性礦山廢水。這種污染在全世界包括中國(guó)，現(xiàn)狀都是很嚴(yán)峻的。利用微生物處理酸性礦山廢水，很可能是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)有效的方法，除了一般意義上的成本降低，微生物在治理污染的時(shí)候，還能生成新的金屬塊，對(duì)酸性水中的有效礦產(chǎn)資源實(shí)現(xiàn)"回收"。”
鄺嘉良
“ 很多人問(wèn)我，研究這個(gè)有什么用。目前，我很難向朋友非常通俗地解釋自己的工作。我們現(xiàn)在能成熟應(yīng)用的技術(shù)，很多可能是基于前人在10年甚至20多年前發(fā)現(xiàn)和建立的理論體系，那個(gè)時(shí)候，科學(xué)家們也許沒(méi)想到這些理論能在將來(lái)產(chǎn)生如此大的應(yīng)用價(jià)值。所以在未來(lái)，我們這一發(fā)現(xiàn)究竟會(huì)對(duì)實(shí)踐產(chǎn)生怎樣的影響，我們現(xiàn)在不能下絕對(duì)的結(jié)論，但是我們相信這些理論具有很大的潛在價(jià)值，并隨著研究的不斷深入和工程技術(shù)的發(fā)展，最終應(yīng)用在未來(lái)的環(huán)境污染的治理和修復(fù)中。”
業(yè)界人士說(shuō)
“這項(xiàng)研究很不錯(cuò)。”一直致力于治理土壤污染的廣東生態(tài)環(huán)境和土壤研究所的研究員陳能場(chǎng)表示，束文圣團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)研究的積極作用明顯。
但是，陳能場(chǎng)提出，“利用微生物修復(fù)技術(shù)治理污染，"條件論"很重要，怎么培養(yǎng)微生物，又要保證微生物的營(yíng)養(yǎng)，在這方面可能需要再具體實(shí)驗(yàn)、研究。”
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