露天煤礦開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染微生物修復(fù)技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：露天煤礦；生態(tài)環(huán)境；開(kāi)采區(qū)；環(huán)境污染；微生物修復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

露天煤礦開(kāi)采作為獲取能源資源的重要方式，在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著舉足輕重的角色。然而，隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問(wèn)題也日益凸顯。露天開(kāi)采不僅直接破壞地表植被，還會(huì)引發(fā)水土流失、土壤污染等一系列生態(tài)問(wèn)題，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前，露天煤礦開(kāi)采區(qū)的生態(tài)破壞現(xiàn)狀堪憂(yōu)。一方面，大規(guī)模的開(kāi)采活動(dòng)導(dǎo)致地表植被被剝離，土壤結(jié)構(gòu)破壞，使得土地失去自我修復(fù)能力；另一方面，開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢水、廢渣等污染物未經(jīng)有效處理便直接排放，加劇了水體和土壤的污染程度。

這些生態(tài)破壞問(wèn)題的產(chǎn)生，既與開(kāi)采技術(shù)和管理水平的不足有關(guān)，也反映了生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的淡薄。面對(duì)如此嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境形勢(shì)，開(kāi)展露天煤礦開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染修復(fù)工作顯得尤為重要。修復(fù)工作的目的在于恢復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)共進(jìn)。微生物技術(shù)通過(guò)利用特定微生物的代謝功能，能夠高效降解污染物、改善土壤質(zhì)量，具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著微生物技術(shù)的不斷發(fā)展，在生態(tài)環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了顯著成果。

1測(cè)試區(qū)域概況

國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量較多，且具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值，包含有煤、鐵、錫、磷灰石、高嶺土、云母、稀土、磷酸鹽、石油、天然氣等。其中，在上述礦產(chǎn)資源中儲(chǔ)量最多的為煤炭，且具有品種豐富和質(zhì)量好的優(yōu)勢(shì)，可分為褐煤、泥煤、肥煤等種類(lèi)。

伴隨工業(yè)的快速發(fā)展，為滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)和需求，礦產(chǎn)行業(yè)一直呈現(xiàn)大力開(kāi)采和建設(shè)露天礦山的狀態(tài)。綜合礦產(chǎn)資源的分布情況以及現(xiàn)階段礦產(chǎn)資源的開(kāi)采狀態(tài)，說(shuō)明露天煤礦開(kāi)采區(qū)存在的問(wèn)題：

（1）煤炭資源開(kāi)采比重大：通過(guò)各省政府頒發(fā)的開(kāi)采許可證，以及各省礦產(chǎn)的出口情況，以近10年國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計(jì)資料，在露天煤礦開(kāi)采區(qū)中的煤炭開(kāi)采量，呈現(xiàn)逐漸增加的情況。

（2）煤炭開(kāi)采活動(dòng)企業(yè)眾多：為滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的開(kāi)采從國(guó)有企業(yè)，逐漸轉(zhuǎn)化為國(guó)有企業(yè)、私有企業(yè)、股份企業(yè)、責(zé)任有限公司以及多類(lèi)型企業(yè)共同開(kāi)采的局面。

（3）煤礦開(kāi)采作業(yè)規(guī)模分散：大部分礦山在開(kāi)采時(shí)，采用露天開(kāi)采模式，且礦區(qū)會(huì)被分為多個(gè)小礦區(qū)進(jìn)行作業(yè)，在不同礦區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)，開(kāi)采速度和技術(shù)的應(yīng)用具有差異性。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段礦產(chǎn)資源中煤炭資源的開(kāi)采情況進(jìn)行分析，能夠看出受經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)條件等多種因素影響，國(guó)內(nèi)煤礦開(kāi)采的種類(lèi)和企業(yè)越來(lái)越多，開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，可以為國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

2修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

2.1確定降解菌群

通過(guò)對(duì)露天煤礦開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀分析，以及修復(fù)技術(shù)的選擇，為實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的重金屬污染物質(zhì)的修復(fù)和治理，需要根據(jù)露天礦區(qū)內(nèi)典型的重金屬污染情況進(jìn)行降解菌群的選擇。

以具備三年開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)的露天煤礦開(kāi)采區(qū)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，各自選擇5組地表水區(qū)域（s1-s5）和5組（t1-t5）堆積土區(qū)域，分別對(duì)區(qū)域內(nèi)的重金屬污染情況進(jìn)行分析，見(jiàn)表1。

根據(jù)表1所示，s1-s5為選擇的水體區(qū)域，t1-t5為選擇的土體實(shí)驗(yàn)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)的污染程度具有差異性，且含有的金屬污染物含量也不同。綜合上表中內(nèi)容以及污染判斷標(biāo)準(zhǔn)，在選擇的六組實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，對(duì)Co、Mn、Pb、Hg、As、Ni的污染風(fēng)險(xiǎn)可以忽略不計(jì)；Cd、Cr、Zn表現(xiàn)為輕度污染，需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)控；Fe、Cu、SO表現(xiàn)為重度污染，要嚴(yán)格執(zhí)行微生物修復(fù)技術(shù)?；谥囟任廴竞洼p度污染情況，主要表現(xiàn)為硫、鋅、鐵、銅等金屬元素，為此，以氧化菌和還原菌作為微生物修復(fù)技術(shù)的降解菌群。

2.2制定菌群配方

制定菌群的配方是培養(yǎng)菌群的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染情況的分析，從污染物中以人工方式篩選出具有降解和還原能力的優(yōu)勢(shì)菌。基于對(duì)微生物修復(fù)技術(shù)中菌群的選擇，在制定菌群配方前，分別所需的實(shí)驗(yàn)儀器與材料。主要材料見(jiàn)表2。

根據(jù)表2內(nèi)容所示，在培養(yǎng)菌群的過(guò)程中以及后續(xù)修復(fù)效果的測(cè)試中，還需采用不同的儀器設(shè)備，具體情況見(jiàn)表3。

綜合表2與表3中的內(nèi)容，對(duì)菌群的培養(yǎng)方案需根據(jù)自身生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)定培養(yǎng)基以及調(diào)節(jié)培養(yǎng)液，能夠在一定程度下保證菌群的生長(zhǎng)，且可以為后續(xù)的菌群修復(fù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。針對(duì)具體材料，此次設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基分別為富集、葡萄糖、無(wú)機(jī)鹽、油，具體如下：

（1）富集培養(yǎng)基：選擇3.2g牛肉膏、1.2g蛋白胨、5.5gNaCl，分別放置于1200 ml蒸餾水中，以122℃進(jìn)行滅菌操作，自然降溫40min后。在pH為7.3～7.5之間內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。

（2）葡萄糖培養(yǎng)基：采用葡萄糖、酵母粉、NaCl、K₂HP0₄·3H₂O，克重分別為22g、1.5g、5.5g、3.5g，全部材料仍于2000ml蒸餾水中進(jìn)行混合，處理手段與酸堿度與富集培養(yǎng)基一致。

以四種培養(yǎng)基類(lèi)型作為菌群的培養(yǎng)手段，除主體材料外，其余具有一致性的材料克重均一致，可以減少不同菌群在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的差異性。

通過(guò)制定的四種菌群培養(yǎng)基方案，為保證對(duì)礦區(qū)內(nèi)水污染與土體污染的修復(fù)，此次選擇能夠產(chǎn)生活性劑菌株BBAI-1作為功能菌株，分別將等量的菌株接種于富集培養(yǎng)基、葡萄糖培養(yǎng)基、無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基以及油培養(yǎng)基中，每份樣本均為100ml，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的20個(gè)區(qū)域。在菌株接種完畢后，將其放于種子液中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，在后5天進(jìn)行離心處理，并通過(guò)磷酸緩沖液反復(fù)清洗，以及無(wú)菌水調(diào)節(jié)菌懸液光密度值，全部處理完畢后進(jìn)行效果測(cè)試。

3修復(fù)效果分析

根據(jù)此次選擇的功能菌株以及制備的不同類(lèi)型培養(yǎng)基，對(duì)修復(fù)效果進(jìn)行分析，為減少測(cè)試步驟，直接從露天礦區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)中選擇最為嚴(yán)重的2組區(qū)域進(jìn)行分析，其中s2水體實(shí)驗(yàn)區(qū)、t9土體實(shí)驗(yàn)區(qū)的污染情況最為嚴(yán)重，尤其是Fe、SO的含量最多。

在兩組實(shí)驗(yàn)區(qū)中，分別劃分成4組相同比例大小的區(qū)域，分別將制備好的菌液放置于各個(gè)區(qū)域內(nèi)，并將監(jiān)測(cè)儀器放于測(cè)試區(qū)域中，以6個(gè)月為修復(fù)時(shí)間，對(duì)區(qū)域內(nèi)的水體和土體情況進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

根據(jù)圖1可知，此次制備的四種菌液均可以對(duì)水體和土體中的污染物進(jìn)行修復(fù)，在經(jīng)過(guò)半年期限的修復(fù)時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的重金屬污染情況均有所改善，水體的污染治理效果更好，說(shuō)明微生物修復(fù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)露天煤礦開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境治理，保證其呈現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

4結(jié)束語(yǔ)

生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，露天煤礦開(kāi)采活動(dòng)日益頻繁，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要支撐。然而，這種開(kāi)采方式也帶來(lái)了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題，包括土壤污染、水體污染、大氣污染以及地質(zhì)災(zāi)害等。針對(duì)這些問(wèn)題，必須采取有效措施進(jìn)行修復(fù)和治理，微生物技術(shù)作為一種高效、環(huán)保修復(fù)手段，在此基礎(chǔ)上，文章提出露天煤礦開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染微生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)作為一種綠色、高效的治理手段，逐漸受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，在露天煤礦開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理中具有重要應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)科學(xué)合理地應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)，可以有效控制土壤、水體和大氣污染問(wèn)題，恢復(fù)礦區(qū)的生態(tài)功能和生物多樣性。