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微生物异化铁还原过程中铁锑含量及锑形态赋存规律的研究

南彦刚  
【摘要】:环境中铁的地球化学丰度比较高,铁氧化物广泛分布于土壤、地下水和沉积层等厌氧环境中,所以可以发生铁的异化还原反应。且这些环境中存在多种不同种类和形态的重金属类污染物质,当环境中的铁氧化物发生异化还原时,会对这些金属的存在形式产生影响,由于各金属元素存在形态的不同直接影响其在上述环境中的稳定性和危害性,所以当吸附于铁氧化物表面的这些金属污染物质进入到环境中后会对环境造成潜在的污染。Sb(III)和Sb(V)是锑在环境中最常见的存在形态,环境生物地球化学条件对锑的存在形态会产生重要影响,而且环境中含有大量组成复杂的有机物质和种类不同的微生物,也会对环境中锑的分布和存在形态产生显著影响。 本实验以吸附Sb(V)的负载铁石英砂(IOCS,iron oxide coated sand)、含氧化还原敏感官能团结构的AQS(蒽醌-2-磺酸钠盐,C14H7NaO5S H2O)、有机络合物EDTA(乙二胺四乙酸,C10H16N2O8)和希瓦氏金属还原菌(Shewanelladecolorationis S12)为研究对象,构建“微生物-铁氧化物-锑”相互作用的体系,研究了含蒽醌类有机物AQS和具有络合功能的EDTA在生物/非生物和不同微生物接种量条件下对体系中铁锑含量和锑形态转变的影响因素及特征。研究结果表明,有机质AQS或络合物EDTA的加入都能促进体系中铁锑的解离/解吸,含有AQS或者EDTA的体系在300h就达到铁锑的解离/解吸平衡,而raw体系(未含有有机物质的体系)在300h的解吸率还不到前者的一半。增加微生物的接种量对各体系铁锑解离/解吸的促进作用各不相同,在高接种量条件下,raw体系铁锑解离/解吸速率增加将近一倍;但在只含有AQS的体系中微生物的作用却不明显,解吸速率甚至小于低接种量的体系;在含有EDTA的体系中铁锑解离/解吸速率明显提高,反应进行72h后,高接种量条件下的两个体系与各自在低接种量条件下的体系的铁锑解离/解吸率之比分别为2.089、1.859和1.911、1.861。在只含有AQS的微生物体系中,微生物在异化还原铁的过程中可以耦合不同锑形态的转变,促进部分Sb(V)发生还原转变为Sb(III)。在非生物体系中,AQS和EDTA对铁锑解离/解吸的促进作用比较微弱,解吸速率远低于微生物体系,这些体系在840h后都未达到反应平衡,非生物条件下含EDTA的体系解吸作用强于其它体系。但在非生物条件下未发生锑的形态转变,可见铁微生物异化还原过程驱动了锑形态之间的转化。


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