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

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

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：B

前言

露天煤礦開采作為獲取能源資源的重要方式，在全球經(jīng)濟發(fā)展中扮演著舉足輕重的角色。然而，隨著開采規(guī)模的擴大，對生態(tài)環(huán)境的破壞問題也日益凸顯。露天開采不僅直接破壞地表植被，還會引發(fā)水土流失、土壤污染等一系列生態(tài)問題，對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴重影響。當前，露天煤礦開采區(qū)的生態(tài)破壞現(xiàn)狀堪憂。一方面，大規(guī)模的開采活動導致地表植被被剝離，土壤結(jié)構(gòu)破壞，使得土地失去自我修復能力；另一方面，開采過程中產(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)破壞問題的產(chǎn)生，既與開采技術(shù)和管理水平的不足有關(guān)，也反映了生態(tài)環(huán)境保護意識的淡薄。面對如此嚴峻的生態(tài)環(huán)境形勢，開展露天煤礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染修復工作顯得尤為重要。修復工作的目的在于恢復受損生態(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，從而實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)共進。微生物技術(shù)通過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、可持續(xù)等特點。近年來，隨著微生物技術(shù)的不斷發(fā)展，在生態(tài)環(huán)境修復領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了顯著成果。

1測試區(qū)域概況

國內(nèi)礦產(chǎn)資源儲量較多，且具有工業(yè)開采價值，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)資源中儲量最多的為煤炭，且具有品種豐富和質(zhì)量好的優(yōu)勢，可分為褐煤、泥煤、肥煤等種類。

伴隨工業(yè)的快速發(fā)展，為滿足經(jīng)濟發(fā)展目標和需求，礦產(chǎn)行業(yè)一直呈現(xiàn)大力開采和建設(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)資源的開采狀態(tài)，說明露天煤礦開采區(qū)存在的問題：

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

（2）煤炭開采活動企業(yè)眾多：為滿足經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭的開采從國有企業(yè)，逐漸轉(zhuǎn)化為國有企業(yè)、私有企業(yè)、股份企業(yè)、責任有限公司以及多類型企業(yè)共同開采的局面。

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

通過對現(xiàn)階段礦產(chǎn)資源中煤炭資源的開采情況進行分析，能夠看出受經(jīng)濟條件、技術(shù)條件等多種因素影響，國內(nèi)煤礦開采的種類和企業(yè)越來越多，開采規(guī)模越來越大，可以為國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展做出巨大貢獻。

2修復技術(shù)應(yīng)用

2.1確定降解菌群

通過對露天煤礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀分析，以及修復技術(shù)的選擇，為實現(xiàn)針對性的重金屬污染物質(zhì)的修復和治理，需要根據(jù)露天礦區(qū)內(nèi)典型的重金屬污染情況進行降解菌群的選擇。

以具備三年開采經(jīng)驗的露天煤礦開采區(qū)作為實驗區(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，分別對區(qū)域內(nèi)的重金屬污染情況進行分析，見表1。

根據(jù)表1所示，s1-s5為選擇的水體區(qū)域，t1-t5為選擇的土體實驗區(qū)域，在每個區(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)容以及污染判斷標準，在選擇的六組實驗區(qū)域內(nèi)，對Co、Mn、Pb、Hg、As、Ni的污染風險可以忽略不計；Cd、Cr、Zn表現(xiàn)為輕度污染，需要采取相應(yīng)措施進行調(diào)控；Fe、Cu、SO表現(xiàn)為重度污染，要嚴格執(zhí)行微生物修復技術(shù)。基于重度污染和輕度污染情況，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)，通過對開采區(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)勢菌。基于對微生物修復技術(shù)中菌群的選擇，在制定菌群配方前，分別所需的實驗儀器與材料。主要材料見表2。

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

綜合表2與表3中的內(nèi)容，對菌群的培養(yǎng)方案需根據(jù)自身生產(chǎn)情況設(shè)計。通過設(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，且可以為后續(xù)的菌群修復環(huán)節(jié)設(shè)計提供依據(jù)。針對具體材料，此次設(shè)計的培養(yǎng)基分別為富集、葡萄糖、無機鹽、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℃進行滅菌操作，自然降溫40min后。在pH為7.3～7.5之間內(nèi)進行培養(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)基中生長的差異性。

通過制定的四種菌群培養(yǎng)基方案，為保證對礦區(qū)內(nèi)水污染與土體污染的修復，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、無機鹽培養(yǎng)基以及油培養(yǎng)基中，每份樣本均為100ml，對應(yīng)實驗區(qū)的20個區(qū)域。在菌株接種完畢后，將其放于種子液中進行發(fā)酵培養(yǎng)，在后5天進行離心處理，并通過磷酸緩沖液反復清洗，以及無菌水調(diào)節(jié)菌懸液光密度值，全部處理完畢后進行效果測試。

3修復效果分析

根據(jù)此次選擇的功能菌株以及制備的不同類型培養(yǎng)基，對修復效果進行分析，為減少測試步驟，直接從露天礦區(qū)實驗區(qū)中選擇最為嚴重的2組區(qū)域進行分析，其中s2水體實驗區(qū)、t9土體實驗區(qū)的污染情況最為嚴重，尤其是Fe、SO的含量最多。

在兩組實驗區(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區(qū)域內(nèi)，并將監(jiān)測儀器放于測試區(qū)域中，以6個月為修復時間，對區(qū)域內(nèi)的水體和土體情況進行檢測，結(jié)果見圖1。

根據(jù)圖1可知，此次制備的四種菌液均可以對水體和土體中的污染物進行修復，在經(jīng)過半年期限的修復時間內(nèi)，兩個區(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，說明微生物修復技術(shù)可以實現(xiàn)對露天煤礦開采區(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)展狀態(tài)。

4結(jié)束語

生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著全球能源需求的持續(xù)增長，露天煤礦開采活動日益頻繁，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要支撐。然而，這種開采方式也帶來了嚴重的生態(tài)環(huán)境污染問題，包括土壤污染、水體污染、大氣污染以及地質(zhì)災害等。針對這些問題，必須采取有效措施進行修復和治理，微生物技術(shù)作為一種高效、環(huán)保修復手段，在此基礎(chǔ)上，文章提出露天煤礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染微生物修復技術(shù)。微生物修復技術(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，在露天煤礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理中具有重要應(yīng)用價值。通過科學合理地應(yīng)用微生物修復技術(shù)，可以有效控制土壤、水體和大氣污染問題，恢復礦區(qū)的生態(tài)功能和生物多樣性。