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環(huán)境造成嚴重污染。科學(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，對酸性礦山廢水進行凈化治理？中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授束文圣帶領(lǐng)團隊從2002年起開展相關(guān)研究。上周，他們的一項成果，被N atureC hina(N ature雜志社的中國網(wǎng)站)選為當周“最具影響力的中國論文”。

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，會對環(huán)境造成巨大污染，因而在學(xué)術(shù)界備受關(guān)注。“在我國，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)田中重金屬嚴重超標。”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、處理成本較高同時將產(chǎn)生大量的廢渣，給環(huán)境帶來潛在的二次污染風(fēng)險。

近年來，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)”開始被人們有意識地應(yīng)用于酸性重金屬廢水處理中。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，并通過其代謝過程中的還原反應(yīng)生成新物質(zhì)H 2S(硫化氫)，同時使廢水的堿度升高，硫化氫與廢水中金屬離子結(jié)合形成難溶性的沉淀，之后通過固液分離，實現(xiàn)酸性重金屬廢水的凈化。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，很可能是一個非常經(jīng)濟有效的方法。”除了一般意義上的成本降低，微生物在治理污染的時候，還能生成新的金屬塊，對酸性水中的有效礦產(chǎn)資源實現(xiàn)“回收”。

束文圣教授目前帶領(lǐng)的一個約有26人的團隊，正在致力于從酸性礦山廢水里尋找這種愛吃 酸 的“極 端 微 生物”，實現(xiàn)“治污”的夢想。

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，第一株嚴格意義上生長在酸性礦山廢水底泥中的嗜酸性硫酸鹽還原菌才在法國被分離和驗證。

經(jīng)過十多年的立項研究，束文圣的團隊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，我們對中國東南部14個礦區(qū)的59個酸性礦山廢水樣本進行了微生物群落分布的研究。”鄺嘉良說，“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有影響。同時發(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雜志社的中國網(wǎng)站)選為當周“最具影響力的中國論文”。N atureChina表示，由于微生物對于礦物的形成和組成具有重要的作用，這一研究成果無疑為揭示微生物在極端環(huán)境中的生存與適應(yīng)機制提供了重要線索。

“今年，我們將建立一個小試系統(tǒng)，在中大實驗室中進行微生物處理酸水的實驗。”從實驗到真的把微生物投入實踐中還需要多久時間？束文圣表示，至少還需要3到5年。

研究者說

束文圣教授

“根據(jù)歷史研究、文獻，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，我也想到了用它來治理酸性礦山廢水。這種污染在全世界包括中國，現(xiàn)狀都是很嚴峻的。利用微生物處理酸性礦山廢水，很可能是一個非常經(jīng)濟有效的方法，除了一般意義上的成本降低，微生物在治理污染的時候，還能生成新的金屬塊，對酸性水中的有效礦產(chǎn)資源實現(xiàn)"回收"。”

鄺嘉良

“ 很多人問我，研究這個有什么用。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，那個時候，科學(xué)家們也許沒想到這些理論能在將來產(chǎn)生如此大的應(yīng)用價值。所以在未來，我們這一發(fā)現(xiàn)究竟會對實踐產(chǎn)生怎樣的影響，我們現(xiàn)在不能下絕對的結(jié)論，但是我們相信這些理論具有很大的潛在價值，并隨著研究的不斷深入和工程技術(shù)的發(fā)展，最終應(yīng)用在未來的環(huán)境污染的治理和修復(fù)中。”

業(yè)界人士說

“這項研究很不錯。”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表示，束文圣團隊這項研究的積極作用明顯。

但是，陳能場提出，“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養(yǎng)，在這方面可能需要再具體實驗、研究。”

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