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硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对黄钾铁矾还原作用的对比

王红梅  刘烁  刘邓  
【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Desulfovibrio vulgaris和异化铁还原菌Shewanella putrefaciens 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-ray diffraction,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 electronic microscopy,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.

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