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为解决酸性矿山废水（AMD）高酸度及重金属污染问题，研究人员开展生物碱性基质（BAM）处理 AMD 的研究。用尿素培养 3 种产脲酶微生物群落制备 BAM，发现其能有效中和酸度、去除重金属，成本低于传统试剂，为 AMD 治理提供新路径。
酸性矿山废水（AMD）犹如矿业开发遗留的 “生态毒瘤”，其极低的 pH 值（0.5—3.5）和高浓度的铁、锰、铝及铬、砷等重金属，像无形的杀手，持续威胁着周边水体、土壤和生物的安全。即便矿山关闭数十年，AMD 仍会不断渗出，污染地下水，危害人类健康。据统计，全球有超 2 万座废弃矿山产生 AMD，我国每年 AMD 排放量达 36 亿吨，却仅有约 4.23% 得到妥善处理。传统的化学中和法，如使用氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na?CO?）、氢氧化钙（Ca (OH)?）等，虽能有效提升 pH 值，但存在污泥产量大、运行成本高的弊端，尤其是钙基试剂易生成硫酸钙（CaSO?）沉淀，增加污泥处理负担；钠基试剂成本又居高不下，难以长期应用。因此，寻找一种经济、环保且高效的 AMD 处理技术迫在眉睫。
在这样的背景下，成都大学等国内研究机构的研究人员开展了生物碱性基质（BAM）处理 AMD 的研究。他们从土壤和城市活性污泥中筛选出 3 种产脲酶微生物群落（UPMC-A、UPMC-B、UPMC-C），以尿素为底物培养制备出生物碱性基质（BAM-A、BAM-B、BAM-C，最终 pH 为 9.3），并深入探究了 BAM 在中和 AMD 酸度及去除重金属方面的性能、机制和成本效益。该研究成果发表在《Environmental Technology》上，为 AMD 的可持续治理提供了新的思路和方法。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是微生物筛选与培养，从不同来源的样品中通过半连续培养筛选出产脲酶微生物群落，并优化培养条件制备 BAM；二是化学分析，包括对 AMD 和 BAM 的化学特性、金属浓度、有机成分等进行测定，运用气相色谱 - 质谱（GC-MS）、X 射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等技术；三是对比实验，将 BAM 与传统化学试剂（NaOH、Na?CO?、Ca (OH)?）进行中和性能、重金属去除效率和成本的对比；四是微生物群落分析，通过 DNA 提取和测序技术，分析 UPMC 的微生物组成和动态变化。
3.1 UPMC 生长与 BAM 制备时间优化
通过 72 小时连续培养试验，发现 UPMC-A、UPMC-B、UPMC-C 在培养过程中，pH 值迅速上升并稳定在 9.3，氨氮浓度显著增加。温度对 BAM 的最终 pH 值有影响，温度降低，pH 值升高。确定 48 小时为 BAM 的最佳制备时间，此时微生物生长稳定，尿素分解效率较高。
3.2 BAM 的化学和功能表征
GC-MS 分析表明，BAM 中含有丰富的 - CONH?、- NH?、- OH、- COOH 等官能团，这些官能团能与重金属离子形成稳定的络合物。BAM-A 中还含有环（甘氨酰脯氨酰）等碱性物质，增强了其中和酸度的能力。总有机质（TOM）浓度在 0.44-0.45 g/L 之间，显示出较高的有机含量。
3.3 UPMC 的微生物群落动态与优势图谱
微生物群落分析显示，UPMC-A 中优势菌门为厚壁菌门（Firmicutes），主要包括芽孢杆菌科（Bacillaceae）和动球菌科（Planococcaceae），其中假 Gracilibacillus 和芽孢八叠球菌（Sporosarcina）是主要的产脲酶菌种；UPMC-B 和 UPMC-C 中优势菌门为变形菌门（Proteobacteria），分别以假色杆菌属（Pseudochrobactrum）和黄杆菌科（Flavobacteriaceae）为主。这些微生物协同作用，保证了 BAM 的稳定性能和高效的尿素分解能力。
3.4 BAM 处理 AMD 中沉淀物的地球化学转化
XRD 分析表明，BAM 处理 AMD 时，在不同 pH 值下形成不同的沉淀物。pH=4 时，主要形成施氏矿物（schwertmannite，Fe?O?(OH)?(SO?)?）；pH=5 时，沉淀物主要为氢氧化铝（Al (OH)?）；pH=7 时，BAM-B 和 BAM-C 中形成硫酸亚铁铵（Fe (NH?)??(SO?)??6H?O），而 BAM-A 中未检测到该物质。这些沉淀物的形成不仅中和了酸度，还通过吸附和络合作用去除了重金属。
3.5 BAM 在 AMD 中和及重金属去除中的功效
滴定实验表明，BAM 能有效中和 AMD 的酸度，将 pH 值稳定在 7 左右。在重金属去除方面，BAM 对铝（Al）、铁（Fe）、铬（Cr）、镉（Cd）的去除效率接近 100%，对砷（As）、钒（V）、钴（Co）、镍（Ni）的去除效率超过 90%，对铜（Cu）和锰（Mn）的去除效率分别为 79-80% 和 60-62%。硫酸根（SO?2?）的去除率在 21%-32% 之间。与传统试剂相比，BAM 在去除重金属的同时，污泥产量较少。
3.6 试剂用于 AMD 中和处理的综合成本分析
成本分析显示，BAM-A 处理每立方米 AMD 的成本为 35.512 元，低于 NaOH（39.44 元）、Ca (OH)?（48.187 元）和 Na?CO?（211.510 元）。虽然 BAM-B/C 的成本略高于 NaOH，但仍低于 Ca (OH)?和 Na?CO?。BAM 的成本优势主要来自于其较低的试剂成本和较少的污泥处理费用，尤其是在大规模处理时，经济效益更为显著。
综上所述，该研究开发的生物碱性基质（BAM）为酸性矿山废水的治理提供了一种经济、环保且高效的新方法。BAM 通过产脲酶微生物群落分解尿素产生碱性物质和丰富的官能团，实现了酸度中和与重金属的高效去除，其双重机制（碱性缓冲与有机络合）为 AMD 处理提供了新的理论依据。研究结果表明，BAM-A 在成本和性能方面表现最优，具有广阔的应用前景。尽管 BAM 对锰和硫酸根的去除效率有待进一步提高，但通过与硫酸盐还原菌（SRB）系统耦合等方法，有望进一步优化处理效果。该研究为推动 AMD 处理技术的绿色化和可持续化发展奠定了坚实的基础，对全球矿山生态修复具有重要的借鉴意义。
