综述：利用近自然系统实现可持续废水管理：煤矿排水修复与绿色矿业转型的生态友好解决方案

【编辑推荐】本综述创新性提出利用采矿沉陷区构建近自然系统(NNS)，通过人工湿地(CWs)、生物滞留系统(BRS)和快速渗透系统(CRIS)实现煤矿排水深度处理后的二次净化，兼具污染物去除(氟化物、SO42-等)、碳封存和生态服务功能，为绿色矿山建设提供低耗高效解决方案。

　　

近自然系统在煤矿排水深度处理中的应用前景

Constructed wetland

人工湿地(CWs)作为典型的近自然系统(NNS)，通过基质-植物-微生物协同作用可有效去除煤矿排水中的重金属(HMs)和硫酸盐(SO₄^2-)。研究显示，水平潜流湿地对Fe、Mn去除率达90%以上，而垂直流湿地更适用于处理含Al³⁺的高酸性排水。值得注意的是，油菜秸秆作为基质处理酸性矿山排水时，硫酸盐还原菌(SRB)可显著提升重金属沉淀效率。

Ecological services of NNS and contributing to green mine construction

在淮南矿区的研究表明，沉陷区水体主要污染物为Ni、Fe、Mn，而内蒙古矿区则以Cl^-、SO₄^2-等离子为主。NNS通过植物吸收（如芦苇对Cd的富集系数达8.7）和微生物转化，不仅能净化水质，还可创造鸟类栖息地，提升矿区生物多样性。典型案例显示，耦合NNS的矿区水域鸟类物种数增加63%，生态服务价值提升40%。

Carbon budget related mechanisms

NNS的碳收支机制涵盖输入-储存-转化-输出四个过程：

1. 1.

   植物光合作用年固碳量可达2.3 kg C/m²

2. 2.

   基质中有机碳矿化释放CO₂和CH₄

3. 3.

   微生物介导的甲烷氧化可抵消30%温室气体排放

   特别在生物滞留系统中，添加生物炭可提升碳储存能力达25%，同时增强对Cu²⁺的吸附。

Future prospective

未来研究应聚焦：

1. 1.

   针对矿区特征污染物的NNS定制化设计（如高氟水体处理）

2. 2.

   采矿废弃物（煤矸石等）在基质中的资源化利用

3. 3.

   多技术耦合系统（CWs+BRS）的协同优化

   鄂尔多斯科技重大专项(2022EEDSKJZDZX015-2)的实践表明，NNS可使吨水处理成本降低56%，为矿区碳中和提供创新路径。

Conclusions

三种NNS技术各具优势：CWs生态效益显著但占地较大；BRS适应性强且建设成本低；CRIS适用于应急处理。通过将NNS整合至"地面-地下"联动系统，可实现煤矿排水从达标排放到生态补水的质的飞跃，推动矿业可持续发展。