胞外聚合物对微生物还原含镉聚合硫酸铁絮体过程次生矿物形成及镉迁移转化的影响

异化铁还原菌(Dissimilatory Iron Reducing Bacteria,DIRB)能够还原铁矿物,并对矿物中所含重金属的再分配产生深远影响.胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPSs)是决定细胞体表微环境理化性质的关键组分,对金属迁移转化及矿物形成具有重要影响.本文探究EPSs对微生物还原含镉聚合硫酸铁絮体(Cd-loaded polyferric sulfate,Cd-PFS)过程的影响,该絮体通常在河流镉污染应急处理中形成.通过序批实验和矿化模拟实验,结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱等分析方法,发现EPSs促进了微生物还原絮体中的Fe(Ⅲ),导致絮体解构,Fe^(3+)、Fe^(2+)及Cd2+释放进入溶液中.EPSs中磷酸化蛋白质和核酸中的磷酸基可作为成核位点,与铁原子形成P—O—Fe键,固定和聚集溶液中的Fe^(3+)、Fe^(2+),加速铁的沉淀,促进纤铁矿、磁铁矿等铁矿物形成,而这些铁矿物含有丰富的羟基官能团,通过内层络合增强了对溶液中Cd2+的吸附,降低了Cd2+的可迁移性及可生化性.

铁还原菌作用下含镉聚合硫酸铁絮体中铁还原与镉释放规律及其影响因素

选取Shewanella oneidensis MR-1为供试铁还原菌,旨在研究MR-1在还原含Cd聚合硫酸铁絮体过程中,絮体中Fe(Ⅲ)还原、Cd释放规律及影响因素。结果表明,扰动可促进絮体中Fe(Ⅲ)还原及Cd释放;絮体中Cd的添加使得Fe(Ⅲ)还原过程中产生的二次矿物主要物相由磁铁矿转变为针铁矿,且Cd浓度的增加导致Fe(Ⅲ)还原率逐渐降低,Cd释放率也逐渐降低;絮体中Fe浓度的逐渐增大同样使得Fe(Ⅲ)还原率逐渐降低,Cd释放率则先增大后减小;腐殖质类模型物质蒽醌-2,6-二磺酸钠的添加可提高絮体中Fe(Ⅲ)的还原率,进而促进Cd的释放。对同一体系或不同体系间的Fe(Ⅲ)还原率及Cd释放率进行线性拟合,结果发现较大的Fe(Ⅲ)还原率能够导致絮体中Cd的更多释放,从而对环境造成更大的危害。

AQS对Shewanella oneidensis MR-1还原含Cd聚合硫酸铁絮体的影响

考察了一种典型的溶解性腐殖质蒽醌-2-磺酸钠(disodium anthraquinone-2-sulfonate,AQS)存在时,典型异化铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1在厌氧条件下还原含镉聚铁絮体的过程。结果表明:AQS的存在促进了含Cd絮体中Fe(Ⅲ)的还原,也促进了Cd^(2+)的释放。相比无AQS体系,存在AQS的体系中,Fe^(2+)和Cd^(2+)达到最高浓度的时间均有所缩短,最高浓度也更高;且低浓度AQS的促进效果明显高于高浓度AQS;AQS的存在没有改变二次矿物的种类,仍是针铁矿和磁铁矿,但降低了矿物的结晶度,且AQS浓度越高,改变越明显。存在AQS的体系中,菌体结合的Cd^(2+)更多,且镉的直接释放和间接释放风险均增大,低浓度AQS体系中镉的直接释放风险更大。