煤系地下水介质中产元素硫现象的生物成因实验研究

摘要

本论文以煤系导水裂隙中探测到的单质硫为研究对象，对这一水文地质现象的地质成因进行研究探索。针对这一现象的研究对煤系地层水文地球化学条件的认识有重要的理论意义。　　在有此类结晶的矿井出水点进行水样细菌测定发现煤系地下水中细菌种类丰富，其中硫酸盐还原菌（SRB）和硫氧化菌(SOB)为其主要成分。实验证明细菌能利用煤粉浸出有机物作为碳源，直接利用矿井水作为底物生长，SRB和SOB能在微氧环境下通过基质链实现共生。其主要过程是:SRB以煤中有机物为碳源、在缺氧条件下通过硫酸盐呼吸生长，SO42-被还原成硫化物，硫作为电子受体，从正六价转变成负二价;SOB在氧化条件下，将硫化物中的负二价硫(S2-)氧化成零价硫(S0)，这一过程造成煤系地下水中的脱硫酸作用，并导致地下水水质的变化。　　SO42-的还原过程，pH升高，SO42-含量降低，Ca2+和Mg2+浓度降低，HCO3-含量升高，总矿化度降低;硫化物的氧化过程，pH降低，Ca2+和Mg2+浓度小幅升高，HCO3-含量升高，总矿化度升高。两个过程对Cl-、Na++K+含量影响不大。硫氧化菌的氧化作用随着ORP的升高而增强，当ORP继续升高到-89mV时，氧化产物从S0变成了SO42-。　　通过设定的开放性地下水循环系统与封闭性系统的组合试验发现:来自开放性地下水循环系统的地下水流与来自封闭性系统的地下水混合过程中产生了单质硫，且单质硫产率与ORP关系密切。

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声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 国内外现状

1．1．1 元素硫成因研究现状

1．1．2 元素硫成因相关细菌研究现状

1．2 研究内容

1．3 研究思路

2 研究区域水化学特征

2．1 水动力特征对地下水化学成分的影响

2．2 研究区域水化学特征分析

3 硫单质产生过程实验分析

3．1 实验材料

3．1．1 实验药品

3．1．2 实验仪器

3．1．3 主要试验器皿和工具

3．2 样品来源

3．3 水样细菌种类调查

3．4 产单质硫实验

3．4．1 pH和ORP测量

3．4．2 SO42-和Cl-浓度测量

3．4．3 硫化物浓度测量

3．4．4 单质硫的计算

3．4．5 CO32+HCO3-的测量

3．4．6 阳离子的测量

3．4．7 SEM分析

3．4．8 XPS分析

3．4．9 细菌群落变化分析

3．5 结果分析及讨论

4 含水介质非均质性控制局部SRB—SOB产硫实验

4．1 理论基础

4．2 实验药品与仪器

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验器皿和工具

4．3 样品来源

4．4 含水介质非均质性控制局部SRB—SOB产硫实验

4．4．1 实验现象与pH和ORP测量

4．4．2 细菌群落变化

4．4．3 XPS分析

4．4．4 SO42-的测量

4．4．5 硫化物浓度测量

4．4．6 硫单质的计算

4．4．7 SEM分析

4．5 结果分析与讨论

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况