关闭煤矿采空区矿井水水质演化与硫酸盐去除的微生物作用机制
孙亚军1
郭娟2
张莉1
徐智敏1
何环3
张雯4
华景帆4
雷江青4
郇博程4
刘嘉欣4
1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;深地科学与工程云龙湖实验室,江苏徐州 221116;矿山水害防治技术基础研究国家级专业中心实验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;深地科学与工程云龙湖实验室,江苏徐州 2211163.中国矿业大学化工学院,江苏徐州 2211164.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116
摘要：近年来,我国煤矿关闭数量逐渐增多,废弃矿井采空区成为潜在地下水污染源,以高硫酸盐矿井水为主要特征.采空区内原生微生物群落在一定条件下可驱动硫循环,激发采空区矿井水硫酸盐自然削减的潜力.为探究关闭煤矿采空区矿井水水质演化控制机理及硫酸盐去除的微生物机制,以西北典型煤矿为研究对象,通过设计5种不同条件下的长期室内微宇宙试验(试验组、煤多组、加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组),利用水化学测试、16S rDNA高通量测序等测试手段,系统探究了矿井水硫酸盐去除的水化学特征与微生物作用机制.水化学特征研究结果表明:试验组与煤多组体系内的SO42-含量先升后降,加培养基组SO42-含量降低96％,加培养基和微生物组SO42-含量降低95％,灭菌组SO42-含量降低57％,水化学指标说明在保持无氧并提供可利用碳源情况下,关闭煤矿采空区具备实现矿井水中硫酸盐低成本生物去除的潜力.微生物测序研究结果表明:外源微生物可能破坏土著微生物生态代谢网络,采空区体系中存在降解煤中大分子有机物的菌属,与硫酸盐还原菌形成协同体系,3组(加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组)硫酸盐还原菌相对丰度显著升高,最高可达70.1％、79％,说明微生物还原过程是控制硫酸盐去除的关键.根据上述研究成果,阐明了关闭煤矿采空区矿井水水质演化机制:在无外源小分子碳源条件下,土著SRB处于低活性或休眠状态,采空区矿井水水质演化由黄铁矿氧化、矿物溶解及黏土矿物吸附等水化学作用所主导;而添加外源碳源后,微生物作用成为主要控制因素;碳源的类型与质量浓度决定了关闭煤矿采空区矿井水水质演化过程水化学场-微生物场相互转化、相互耦合的方向.若能驯化或富集具有煤有机质降解能力的土著菌群,可实现矿井水低成本处理.
关键词：关闭煤矿硫酸盐去除硫酸盐还原菌微生物还原碳源
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(42172272)国家重点研发计划(2019YFC1805400)江苏省研究生科研创新计划资助项目(KYCX24_2836)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 576-590 )
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