基于巴氏芽孢杆菌与土著菌MN-5协同作用的煤矿粉尘微生物抑制机制及性能优化研究

针对煤矿粉尘治理中环保型抑尘剂稀缺的问题，研究人员创新性地将巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)与土著菌Lysinibacilus MN-5复合培养，开发出具有协同抑尘效应的微生物复合体系BM。该体系通过提升胞外聚合物(EPS)产量至83.8 mg·g-1、优化矿化颗粒尺寸及润湿效率，在10 m·s-1风速下抗风蚀效率达93.1%，为煤矿粉尘治理提供了高效、低成本的微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术方案。

　　

煤矿作为我国能源供应的支柱产业，在支撑经济发展的同时，也带来了严重的粉尘污染问题。数据显示，2023年全国煤矿作业面呼吸性粉尘浓度高达1200 mg·m^-3，同年新增尘肺病例超2.3万例，其中94.21%与煤矿作业相关。尽管现有化学抑尘剂有一定效果，但其环境友好性和经济性仍存在局限。微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation, MICP)技术因其低能耗、可持续的特性成为研究热点，但单一菌种在矿化颗粒尺寸和润湿效率方面存在瓶颈。

山东科技大学的研究团队创新性地从山东济宁七五煤矿煤浆中筛选出具有高脲酶活性(5.15 mmol·L^-1·min^-1)的土著菌Lysinibacilus MN-5，并与巴氏芽孢杆菌构建复合菌剂体系。通过细菌生长曲线测定、EPS成分分析、X射线衍射(XRD)等技术，系统研究了复合菌群的协同抑尘机制。

主要技术方法

1. 从煤矿环境分离土著菌株并进行16S rDNA鉴定
2. 采用动态光散射法测定矿化产物粒径分布
3. 通过接触角测试评估菌液润湿性能
4. 建立风洞实验量化抗风蚀效率

研究结果
生长特性分析
同步接种的BM组表现出最佳生长协同性，MN-5补偿了巴氏芽孢杆菌在酸性环境(pH=6)下的活性缺陷，使脲酶活性稳定期延长12小时。

矿化产物表征
XRD分析显示BM组产生的方解石型碳酸钙占比达81%，较单一菌株提高17%。扫描电镜(SEM)观察到矿化产物与煤尘形成致密交联结构。

抑尘性能验证
复合菌剂EPS中蛋白质/多糖总量达83.8 mg·g^-1，其形成的生物膜使煤尘表面接触角降低28°，在模拟矿井条件下抑尘持久性提升3.7倍。

结论与意义
该研究首次证实土著菌MN-5与巴氏芽孢杆菌通过三重协同机制提升抑尘效能：①EPS提供额外成核位点促进碳酸钙沉积；②改善界面润湿性增强煤尘-矿化层结合力；③双菌代谢互补延长活性周期。发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》的这项成果，为开发符合"健康中国2030"战略的煤矿职业健康解决方案提供了新思路，其复合菌剂技术已在国内多个矿区开展示范应用。