利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法。本发明专利技术通过对中性地浸采区砂岩

【技术实现步骤摘要】
利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法


[0001]本专利技术涉及地浸采铀地下水修复
，具体地说是一种利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法。

技术介绍

[0002]中性地浸采铀通过注入CO2+O2的方式构建了高碳酸盐、强氧化性的地下水环境，在碳酸盐和溶解氧的作用下地下水中U的可迁移能力增加，释放出的游离态的U
6+
会对周边地下水环境产生不利影响。目前，中性地浸铀矿山普遍采用抽出处理再注回的异位处理模式，需要较高的建设成本和长期地下水水质监测任务，极大地制约了地浸铀矿的进一步发展。
[0003]微生物修复技术近年来快速发展，使得经济高效的地下水原位治理工艺存在可行性。通过使用具备还原矿化功能的微生物来处理含铀地下水，是国内外的研究热点。丁德鑫等利用高还原性土著功能微生物群落修复高硫酸盐背景地酸性采铀地浸地下水时，能够实现地下水中地铀浓度达到国家排放标准0.05mg/L以下(CN 103093847 B)，郑春丽等在30℃条件下通过分离、筛选、驯化等方式得到了一株碳酸盐矿化菌，实现了含放射性元素锶的地下水修复(CN 110328224A)。但是，对中性地浸采铀地下水的微生物处理方法尚未见报道。
[0004]事实上，中性地浸采铀地下水的水质特征与酸性地浸采铀差异显著。中性地浸采铀地下水由于其pH值控制在7.5～9.0，重金属离子的释放较少，主要干扰因素是以CO3‑
U的游离态络合物，在强氧化环境下，铀的不稳定性更强，无法简单通过中和或直接投加稳定化药剂的方式解决该环境问题。另外，中性地浸采铀采区通常为埋深较深的深层地下水，且分布在我国纬度较高的北方地区，地下水中温度较低，最高温度为15～17℃，然而，普遍认为低温对微生物修复技术具有抑制作用，所以，筛选耐低温生长的微生物菌种(群)是中性地浸地下水微生物修复迫切需要解决的问题。
[0005]结合以上原因，亟待寻找能够适应高碳酸盐、强氧化性的含铀条件下耐受性强的微生物菌种(群)，进而能够实现中性地浸采铀地下水的高效微生物原位治理。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法，采用该方法可以低成本高效的去除中性地浸采铀地下水中的铀，去除率达到94％以上。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]本专利技术通过对中性地浸采铀采区开展钻孔施工，对采集到的砂岩样品和地下水样品进行土著功能微生物的特异性富集，并且开展对土著功能微生物的静态驯化，实现了功能菌种在含铀、高碳酸盐、强氧化、低温环境中的正常繁殖，驯化后的微生物菌群能够实现中性地浸采铀地下水中U的去除，去除率达到94％以上。
[0009]具体来说，本专利技术所提供的利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法具体包括如下步骤：
[0010]步骤(1)，对中性地浸采铀采区砂岩
‑
地下水中土著功能微生物进行特异性富集，得到土著功能微生物菌群。
[0011]步骤(2)，利用步骤(1)得到的土著功能微生物菌群开展中性低温菌种驯化。
[0012]步骤(3)，利用步骤(2)驯化后的土著功能微生物菌群处理中性地浸采铀地下水。
[0013]在步骤(1)中，土著功能微生物特异性富集可直接在溶解氧8～10mg/L中性地浸采铀地下水下进行，无需对地下水进行脱氧、加酸等前处理。
[0014]在步骤(1)中，富集土著功能微生物，是将砂岩颗粒、地下水与培养基在外界厌氧环境下混合培养得到。
[0015]其中，所述砂岩颗粒不限于任何中性地浸铀矿的砂岩颗粒，优选为现开采的中性地浸地下含矿含水层砂岩颗粒。地下水不限于任何中性地浸铀矿的地下水，优选为地浸采铀采区边界地下水。
[0016]步骤(1)中所述的培养基中包含土著功能微生物生长代谢所需的营养物质，优选为自制的还原功能微生物培养基。
[0017]所述自制的还原功能微生物培养基组成如下：ρ(KH2PO4)＝0.5g/L，ρ(CaCl2)＝0.2g/L，ρ(NH4Cl)＝1.0g/L，ρ(FeSO4·
7H2O)＝0.05g/L，ρ(Na2SO4)＝4.5g/L，ρ(MgSO4·
7H2O)＝0.06g/L，ρ(酵母浸粉)＝0.5g/L，ρ(无水乙醇)＝20mL/L，ρ(抗坏血酸)＝0.05g/L，pH＝7.2～7.4，去离子水1000mL。
[0018]在本专利技术中，当砂岩颗粒、地下水、培养基的重量比为(0.05～0.5)：(0.1～0.5)：(1～10)时，即可满足土著功能微生物菌群的繁殖。
[0019]根据本专利技术，土著功能微生物菌群未驯化前的生长温度为20～37℃，优选为25～30℃。
[0020]根据本专利技术，土著功能微生物菌群需要经过适应性驯化后才能应用于治理复杂的中性地浸采铀地下水，可使用低微生物量即可满足后续驯化需求，故步骤(1)中富集时间为5～14天，优选为5～7天。
[0021]根据本专利技术，在富集培养结束后，得到的土著功能微生物菌群能够以1％～10％的比例接种至大容量厌氧罐中扩大培养，扩大培养时间为3～14天，优选为3～7天。
[0022]在步骤(2)中，土著功能微生物菌群的中性低温菌种驯化，通过梯度驯化的方式有利于实现分离筛选出的微生物菌群具有较高的环境适应能力，增强对高碳酸盐、强氧化和含铀环境的耐受性。中性低温菌种驯化是指依次经过铀浓度、温度、HCO3‑
浓度、pH值的梯度静态驯化。
[0023]根据本专利技术，微生物菌群未经驯化前仅能够在铀浓度低于1mg/L、HCO3‑
浓度低于1g/L，温度25～37℃、pH值6.5～7.5的条件下生长和还原代谢。
[0024]为提高土著功能微生物菌群在中性地浸采铀地下水中的适应能力，本专利技术中静态驯化优选为梯度静态驯化，包括铀浓度、HCO3‑
浓度、温度、pH的梯度静态驯化，根据室内试验结果，由于U浓度对微生物菌群生长代谢的影响最大，温度次之，pH的影响最小，因此，优选依次经过铀浓度、温度、HCO3‑
浓度、pH的梯度静态驯化。
[0025]根据本专利技术，铀浓度梯度静态驯化的初始浓度为0.5～1.0mg/L，驯化浓度逐次升高0.5～2.0mg/L，优选的，驯化铀浓度逐次升高1mg/L。
[0026]其中，由于铀的理化特征对微生物细胞的毒性作用，在设置驯化梯度时，需要结合
微生物菌体的拮抗能力，既不会由于驯化梯度过大导致功能菌生长停滞，又不会因驯化梯度过小而大幅度增加传代次数，延长驯化周期。驯化后的土著功能微生物菌群能够适应0.5～5.0mg/L的铀浓度范围。
[0027]在本专利技术中，土著功能微生物菌群梯度静态驯化过程中，以溶液中出现黑色沉淀作为一个驯化周期，此时按照1％～20％，优选按10％的接种量继续驯化，进行下一静态驯化过程。
[0028]根据本专利技术，温度梯度静态驯化的初始温度为25～37℃，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法，其特征是，包括如下步骤：(1)对中性地浸采铀采区砂岩
‑
地下水中土著功能微生物进行富集，得到土著功能微生物菌群；富集过程具体是：将砂岩颗粒、地下水与培养基在外界厌氧环境下混合培养；(2)利用步骤(1)得到的土著功能微生物菌群开展中性低温菌种驯化；中性低温菌种驯化是指依次经过铀浓度、温度、HCO3‑
浓度、pH值的梯度静态驯化；(3)利用步骤(2)驯化后的土著功能微生物菌群处理中性地浸采铀地下水。2.根据权利要求1所述的利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法，其特征是，步骤(2)中，铀浓度梯度静态驯化的初始浓度为0.5～1.0mg/L，驯化铀浓度逐次升高0.5～2.0mg/L；温度梯度静态驯化的初始温度为25～37℃，驯化温度逐次降低1～5℃；HCO3‑
浓度梯度静态驯化的初始浓度为0.5～1.0g/L，驯化HCO3‑
浓度逐次升高0.2～1.0g/L；pH值梯度静态驯化初始值为6.5～7.5，驯化pH值逐次升高0.2～0.5。3.根据权利要求2所述的利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法，其特征是，步骤(2)中，驯化过程中，当溶液中出现黑色沉淀时表示土著功能微生物菌群已实现正常代谢，此时按照1％～20％的接种量继续进行下一静态驯化过程。4.根据权利要求1所述的利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法，其特征是，步骤(1)中培养基组成如下：ρ(KH2PO4)＝0.5g/L，ρ(CaCl2)＝0.2g/L，ρ(NH4Cl)＝1.0g/L，ρ(FeSO4·
7H2O)＝0.05g/L，ρ(Na2SO4)＝4.5g/L，ρ(MgSO4·

【专利技术属性】
技术研发人员：连国玺，安毅夫，孙娟，高扬，
申请(专利权)人：中核第四研究设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：