《Environmental Research》：Enhanced remediation of wastewater impacted by acid mine drainage at low temperature using sulfate-reducing bacteria immobilized in biomass-amended PVA-SA beads
编辑推荐：
•含有耐冷基因的冷驯化Desulfovibrio从AMD沉积物中得到富集。•含有AMD改性稻草的PVA-SA微珠在12°C下能持续缓慢释放碳源。•固定化SRB微珠在低温下可从煤矿酸性废水中去除98.5%的硫酸盐。•发酵型细菌降解木质纤维素以支持金属硫化物矿化的稳定性。引言酸
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含有耐冷基因的冷驯化Desulfovibrio从AMD沉积物中得到富集。
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含有AMD改性稻草的PVA-SA微珠在12°C下能持续缓慢释放碳源。
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固定化SRB微珠在低温下可从煤矿酸性废水中去除98.5%的硫酸盐。
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发酵型细菌降解木质纤维素以支持金属硫化物矿化的稳定性。
引言
酸 Mine排水（AMD）是一种全球性普遍存在的环境问题，其特征是极端酸性和硫酸盐及重金属浓度升高，通常来源于活跃和废弃的煤炭及有色金属矿山（Nguegang and Ambushe, 2025; Chen et al., 2021）。在废弃煤矿中，AMD的形成会触发酸度和有毒物质的持续释放，直接污染地下水，并通过径流和渗透污染周边水体和土壤，导致流域生态完整性退化及生物多样性丧失（Nadiratuzzahra and Tristantini, 2020; Philip and Werner, 1970; Nieva et al., 2018）。同时，AMD驱动的重金属在水体和水中的积累促进了其通过食物链的进入和生物放大，对区域生态安全和人体健康构成重大风险（Nguegang and Ambushe, 2025; Ye et al., 2025）。
迄今为止，大量研究集中于AMD相关的环境污染，主要包括主动处理系统和被动处理系统（Kefeni et al., 2017; Naidu et al., 2019）。主动处理具有快速动力学和高去除效率，是采矿作业期间的标准选择。然而，沉淀、吸附和膜过程等传统技术受限于成本、二次污染和合规性问题，严重限制了其实际应用（Sephton et al., 2019; Naidu et al., 2019）。相比之下，被动处理主要依赖自然的化学和生物反应来修复AMD，启动后仅需常规维护。因此，更准确地定义为半被动处理，在废弃矿山的AMD修复中具有独特的经济和环境优势。此外，基于硫酸盐还原菌（SRB）的生物反应器已被证明在实验室和中试规模下是去除AMD中硫酸盐和重金属的高效且前景广阔的被动替代方案（Chen et al., 2024; Nielsen et al., 2018）。
与温带环境相比，高海拔或高纬度地区的矿区主要暴露于低温（T<15 °C）环境，这会显著抑制物理化学反应速率和微生物代谢活性。因此，传统处理技术，特别是生物修复过程，性能明显下降，难以达到排放标准。最直接的工程补救措施是增加保温层或外部加热。这虽然能维持微生物活性，但不可避免地增加了资本和运行成本（Gupta et al., 2020; Kim, 2017）。近年来，越来越多的努力致力于低温条件下AMD修复的SRB群落的富集和冷驯化（Dev et al., 2021; Virpiranta et al., 2022）。然而，耐冷微生物群落在实际条件下易受到本地微生物的竞争、生物量流失以及在复用中回收率低的问题。
中国山西省的岢岚河流域是一个典型的AMD影响区域，其中六沟河段是当地AMD排放和上游废水混合污染物的主要汇集区。这些受污染的水最终流入文峪河——一条国家监测水体——加剧了区域水质恶化。此外，该流域每年有一段时期处于低温（T<15 °C）环境，严重限制了微生物代谢活性和处理效果。
因此，本研究旨在：（1）通过富集和驯化获得本土耐冷功能微生物群落；（2）开发含有改性玉米秸秆和耐冷SRB群落的固定化微珠，用于处理AMD影响的废水；（3）阐明低温下微珠介导AMD影响废水处理的作用机制。本研究为高海拔和高纬度矿区AMD影响废水的修复提供了微生物资源和技术框架。
章节摘要
功能群落的富集与冷驯化
本研究使用的培养基是在DSMZ Desulfovibrio（Postgate）培养基基础上改良而成，该培养基是SRB培养的标准配方。与标准Postgate培养基相比，去除了甲萘酚紫和硫代乙醇酸钠，并略微调整了盐类的组成和浓度。制备时，将0.5 g K2HPO4、1 g NH4Cl、0.6 g Na2SO4、2 g NaCl、2 g MgSO4、1 g酵母提取物和3 mL乳酸钠溶解于1 L去离子水中。该溶液在121 °C下
硫酸盐还原菌的富集与冷驯化
如图1(a-c)所示，在特定实验现象下，SRB在培养基中大量增殖。培养基中形成大量黑色悬浮固体，并伴有刺鼻的臭鸡蛋气味。同时，湿润的醋酸铅试纸条变黑，这归因于内源硫化氢（H2S）的释放。SEM观察（图1d）显示，SRB代谢物中存在大量松散、多孔的片状和絮状聚集体，具有典型的非晶态特征和纳米级
结论
本研究证明，冷驯化SRB群落与生物载体固定化结合，是低温条件下修复AMD影响废水的一项前景广阔的被动修复技术。制备的含有AMD改性玉米秸秆的PVA–SA复合微珠形成了多孔基质，能够截留微生物细胞并维持连续的碳源供应。在12 °C下，ISMP实现了98.5%的硫酸盐去除效率，远超游离SRB20-12的性能
CRediT作者贡献声明
Jiawei Wang（王佳伟）：撰写——初稿、方法学、调查研究。Hu Liu（刘虎）：方法学、调查研究。Dong Zhang（张东）：调查研究、数据整理。Honghao Wang（王洪浩）：监督指导、调查研究。Hua Jin（金花）：撰写——审阅与编辑、方法学、经费获取。Hong Yan（燕红）：撰写——审阅与编辑、形式化分析
未引用参考文献
Basnak'ian, 2001; Nadiratuzzahra and Tristantini, 2019; Virpiranta et al., 2019.
利益冲突披露声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报道的工作。
伦理批准
所有涉及人类参与者的研究程序均遵循机构及/或国家研究委员会的伦理标准，并符合1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修正案或同类伦理标准。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报道的工作。
致谢
本研究由山西省自然科学基金资助（202303021221013）。
Jiawei Wang（王佳伟）|Hu Liu（刘虎）|Dong Zhang（张东）|Honghao Wang（王洪浩）|Hua Jin（金花）|Hong Yan（燕红）
