ComparisonbetweenReductiveDissolutionofJarositebySulfateReducing BacteriaandDissimilatoryIronReducingBacteria
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摘要: 选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌 Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的 黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产 生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁 还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的 Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不 含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为 0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与 黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原, 微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁 矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培 养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入 理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.Abstract: Inthisstudymicrobialreductionofjarosite[KFe3(SO4)2(OH)6],acommonsecondarymineralinacidminedrainage( AMD)area,wasconductedwithadissimilatoryironreducingbacteriumShewanellaputrefaciens CN32andasulfatereducingbacteriumDesulfovibriovulgarisunderneutralanaerobicconditionsinnon- growthmedia.Wetchemistry,X-raydiffraction( XRD)andscanningelectronicmicroscopy(SEM)wereusedtoanalyzethereducedironconcentration,mineralcompositionandmorphologyofthesolidphases. Itwasobservedthatjarositewasfairlystableunderanaerobicconditionswithout microbes.BothfacultativeS.putrefaciens CN32andstrictanaerobicD .vulgaris werecapableofreducingthecrystallized Fe3+ injarosite.Undersimilarconditions,D .vulgarisshowedmuchhighercapabilitytoreducecrystallizedFe3+ withafinal bioreductionextentof16.80%.IncontrastS.putrefaciensCN32canonlyreduce0.37%ofFe3+injarosite.Anthraquinone-2, 6-disulfonate(AQDS)canenhanceFe3+ reductioninD .vulgarisinoculatedsystemswithafinalbioreductionextentof24.30%. NodiagnosticspectrumotherthanthoseofjarositewasobservedinchemicalcontrolandS.putrefaciensCN32inoculatedsystems. InD .vulgarisinoculatedsystems,onlyspectrumofsideriteandjarositeweredetectedwithoutthepresenceofAQDS.In thepresenceofAQDS,jarositepeakswerereplacedbypeaksofsideriteandvivianite.Theelementalanalysisbyenergydispersivespectrometer( EDS)coupledwithSEMalsoconfirmedthepresenceofsideriteinD .vulgarisinoculatedsystems.WeproposethatthehigherFe3+ reductionextentwithD .vulgarisresultedfromthepresenceofSO42- injarosite,whichcanbereducedtoH2SbyD .vulgaris.H2S,astrongreductant,subsequentlyenhancedFe3+ reductionextent.Theobservationofvivianitemightresultfromthedegradationofyeastextractionwhichproducedphosphate. Theresultsclearlydemonstratethehighpotentialofmicrobialreductionofjarositeunderneutral, anaerobicandoligotrophicconditions.Attentionshouldbepaidtothemicrobialactivitiesandthesecondarymineralizationwhenconsideringjarositeasacandidatematerialtoremoveh eavymetalsor storetheradioactivehazards.
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