渗滤液污染羽中沉积物氧化还原缓冲能力研究

通过土柱模拟实验研究含水层沉积物的氧化还原缓冲能力及其在不同氧化还原带中的变化.结果表明,随着污染的加重,沉积物的氧化容量(OXC)减小,而还原容量(RDC)升高.在未受污染的沉积物中,Fe³⁺是OXC的主要组成,约占OXC的70.5%;TOC是RDC的主要组成,约占RDC的98.7%.在厌氧环境中大部分无定型态和部分晶体态Fe³⁺被还原,还原产物主要以FeCO₃和FeS形式沉淀;在产甲烷带/硫酸盐还原带和铁还原带中,Fe²⁺的沉积使得可离子交换态Fe²⁺含量由原样中的0.5%分别升高至3%和1.84%.因此Fe³⁺是含水层中主要的氧化还原缓冲剂,Fe³⁺还原、Fe²⁺沉淀和Fe2+的离子交换等作用大大减小了厌氧渗滤液污染羽的扩展,对进入含水层的还原性污染物有重要的缓冲作用.     

酸性矿山废水中锰氧化菌的分离鉴定及其对Mn2+的去除作用

含锰（Mn）重金属废水的处理是行业痛点与难点,近年来高效的生物脱锰技术得到广泛关注,但具有较高锰氧化效率菌株的报道仍然有限.本研究从酸性矿山废水中分离纯化出一株锰氧化细菌,并深入探究其微生物特性以及对Mn²⁺的去除作用.通过生理生化及16S rRNA序列分析鉴定该菌株为短芽孢杆菌,并命名为Brevibacillus brevis MM2.进一步通过单因素实验探究了环境因子和初始锰浓度对菌株MM2的生长和锰去除率的影响.结果表明,菌株MM2对Mn²⁺的最高耐受浓度可达1000 mg·L^-1,且在弱酸条件下（pH 6、pH 5）仍然显现出良好的生长趋势,具有较高的锰去除率（91.93%,pH=6）.此外,菌株MM2在 30~35 ℃,pH 7,转速180 r·min^-1条件下生长趋势最好,当初始Mn²⁺浓度为100 mg·L^-1时,Mn²⁺的最高去除率为92.76%.最后,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）对代谢固相产物分析表明,菌株MM2介导生成的生物氧化锰附着在菌株表面并以层状和颗粒状两种形态呈现,锰平均氧化度为3.55,其成分主要为无定形的Mn₂O₃和MnO₂.综上所述,本研究分离纯化的菌株MM2不仅能在弱酸性条件下生长且对锰具有较高的耐受和去除能力,在含锰废水的处理中具有较好应用前景.     

黄河三角洲盐沼湿地甲烷厌氧氧化潜力及微生物群落对铁锰输入的响应研究

铁、锰是滨海湿地环境中重要的变价金属元素,金属依赖型甲烷厌氧氧化（Anaerobic oxidation of methane, AOM）过程与碳循环相耦合,在生物地球化学循环过程中起到重要的驱动作用.研究铁、锰对湿地甲烷厌氧氧化潜力及微生物群落的作用对于减缓因甲烷释放而带来的 全球气候变暖具有重要意义.以黄河三角洲滨海湿地为研究对象,通过室内厌氧培养及高通量测序方法,系统研究了碱蓬盐沼湿地下甲烷厌氧氧化潜力及微生物群落对Fe³⁺、Mn⁴⁺输入的响应.结果表明：向土壤输入不同浓度的Fe³⁺和Mn⁴⁺后,浅层土的AOM潜力皆被抑制,深层土的AOM潜力则受到促进作用,且作用显著（p<0.05）,说明不同土层对铁、锰输入的响应不同,这可能取决于土壤中铁、锰含量的本底值;在微生物层面,铁、锰输入对土壤微生物的丰富度及均匀度产生影响,土壤中的微生物群落结构同时也发生了显著变化,在门水平下,细菌中的Proteobacteria（变形菌门）和古菌中的Euryarchaeota（广古菌门）丰度显著升高,科、属水平下富集了可以促进甲烷氧化的Methylomonaceae（甲基单胞菌）且使其成为优势种,表明该菌可能深度参与了甲烷消耗及金属元素循环过程.本研究对滨海湿地甲烷厌氧氧化的机理研究及黄河 三角洲微生物的多样性保护具有重要意义,同时也可为滨海湿地CH₄减排提供科学依据.     

环境pH条件下Fe2+活化过二硫酸盐降解有机污染物的效能与影响因素

利用Fe²⁺活化过二硫酸盐（PDS）产生SO₄^-·等高活性氧化物种是去除有机污染物的重要方法.然而该方法通常只有在酸性条件下才能获得良好的污染物去除效果,限制了Fe²⁺/PDS体系的实际应用.为此,分别从不同pH条件下Fe²⁺活化PDS降解水中有机污染物的效能、活性氧化物的种类和氧气的影响等角度,系统分析了中碱性条件下Fe²⁺/PDS体系难以氧化有机污染物的影响因素.结果发现,不同pH条件下Fe²⁺/PDS体系中均有SO₄^-·和Fe （Ⅳ）的生成;中碱性条件下溶解氧可与PDS竞争Fe²⁺,但此时仍有可观的PDS （37.6%~100%）得到了活化且排除氧气并不能提高污染物的去除效果.通过改变Fe²⁺的投量发现,过量的Fe²⁺会显著降低Fe²⁺/PDS体系对卡马西平的去除率,这表明过量的Fe²⁺对活性氧化物种是无谓消耗,是导致中碱性条件下Fe²⁺/PDS体系除污效能降低的重要原因.鉴于此,进一步探讨了零价铁或硫化零价铁替代Fe²⁺活化PDS去除污染物的可行性,并利用同步辐射技术分析了零价铁的腐蚀情况.结果为中碱性条件下PDS的有效活化和实际应用提供了理论支撑.     

铁促电解深度处理填埋场渗滤液的研究

采用箱式电化学反应器（具有氧化物涂层的钛基阳极）进行填埋场渗滤液的深度处理,考察了FeSO₄浓度、初始pH值、电压（电流）对污染物去除的影响,对比了铁促电解过程使用Fe²⁺和Fe³⁺的污染物去除效果.结果表明,与传统有机物电化学氧化相比,铁促电解显著提高了有机物的去除效率.FeSO₄浓度增大,有机物去除效果提高,当FeSO₄浓度大于1　250　mg·L^-1,有机物去除率提高幅度减小;污染物去除速率在30　min内较快,然后逐渐递减;合理的初始pH值范围为3～4;若有效去除COD和NH⁺₄-N,则电解电压须大于3.3 V,电流大于4.8 A;Fe³⁺促进电解去除有机物的效果略低于Fe²⁺;提出了铁盐循环利用和将酸洗废水应用于铁促电解过程的设想.     

水钠锰矿的锰氧化度与Pb2+吸附量的关系

研究水钠锰矿对重金属离子的吸附,其结构中八面体空穴特点与重金属离子吸附的关系是人们关注的热点.采用酸性和碱性2种介质条件合成了具有不同锰氧化度的2个系列水钠锰矿,研究了它们的锰氧化度(average oxidation state of Mn, AOS)与其d₁₁₀面网间距和Pb²⁺的最大吸附量的关系,以及Pb²⁺吸附量与Mn²⁺、H⁺和K⁺释放量的关系.结果表明,同系列的水钠锰矿具有相似的晶体形貌,它们的锰氧化度与其d₁₁₀面网间距呈极显著的负相关(r =-0.903 5<-0.661 4,n=14,α=0.01),而与Pb²⁺的最大吸附量呈极显著的正相关(r=0.977 9>0.661 4,n=14,α=0.01),供试水钠锰矿锰氧化度的高低表观上反映了结构中八面体空穴数量的多少,水钠锰矿随着锰氧化度的提高,导致其结构中的八面体空穴数增多,对Pb²⁺的吸附容量增大,八面体空穴数量对Pb²⁺的吸附量的大小起着非常重要的作用.Pb²⁺的吸附量与吸附过程中Mn²⁺、H⁺和K⁺的释放量之和呈极显著的正相关(r = 0.996 2 > 0.661 4,n = 14,α = 0.01),Pb²⁺吸附过程中伴随的Mn²⁺、H⁺和K⁺的释放主要来自于水钠锰矿结构中八面体空穴处吸附的相应阳离子.吸附前Mn²⁺,Mn³⁺与H⁺、K⁺占据水钠锰矿结构中八面体空穴上下方位点的相对多少受水钠锰矿的锰氧化度高低的影响,锰氧化度低时,八面体空穴上下方位点吸附Mn²⁺、Mn³⁺较多,吸附的H⁺、K⁺则较少,反之亦然.     

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,Fe³⁺、Fe²⁺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Fe³⁺、Fe²⁺,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.     

高锰酸钾与接触氧化协同除锰及硬度对除锰效果的影响

针对日益严重的地表水锰污染，本实验采用高锰酸钾与接触氧化的方法协同除锰；通过调配进水中Ca²⁺、Mg²⁺含量模拟我国不同地区硬度差异显著的地表水，探究水体硬度对锰的去除效果的影响.结果表明：Mn²⁺被高锰酸钾氧化并形成"锰质活性滤膜"，可在停药后实现稳定有效除锰.成熟滤池的除锰效果会显著受到硬度的影响，进水硬度在40、200、400 mg·L^-1及700 mg·L^-1（CaCO₃计）时，接触氧化滤池分别在48、56、64 d及72 d实现稳定除锰，而4根滤柱对Mn²⁺去除的极限浓度分别为1.8、1.7、1.2 mg·L^-1及0.7 mg·L^-1.     

聚合多巴胺功能化非织造布增强Fe2+活化过硫酸盐降解酸性红B

为了提高Fe²⁺活化过硫酸盐（PS）过程中Fe²⁺的利用效率,降低其对自由基的淬灭作用.制备了聚多巴胺复合聚丙烯非织造布（PDA-PP）,考察了PDA-PP材料应用于Fe²⁺/PS体系中,对酸性红B（ARB）的氧化降解性能和机理.结果表明：PDA-PP/Fe²⁺/PS体系能够更持续地活化PS氧化降解ARB.一方面聚多巴胺中酚羟基使Fe³⁺还原为Fe²⁺,保持对PS分解的持续性,另一方面聚多巴胺中的邻苯二酚和氨基对Fe²⁺的络合作用控制了Fe²⁺的释放速率,降低了Fe²⁺对自由基的淬灭.自由基淬灭实验与ESR分析结果表明,羟基自由基（·OH）是PDA-PP/Fe²⁺/PS体系的主要活性物种. （SO₄^·-）的产生量少于·OH.研究显示,PDA-PP的加入能有效提高Fe²⁺/PS体系中Fe²⁺ 的利用效率,降低自由基的淬灭作用,PDA-PP在重复使用5次后,催化体系依然保持催化性能.该研究在促进过硫酸盐催化氧化降解有机物方向具有一定的应用潜力.     

新型锰氧化菌株Pseudoxanthomonas mexicana S5-3-5X的分离及锰氧化机理研究

锰氧化微生物能催化氧化Mn^II生成锰氧化物（Mn^IV&III）,而生成的锰氧化物可强化水处理体系（如锰砂滤池、湿地）中的微量有机污染物降解及底泥中甲烷的厌氧氧化,因而受到广泛研究.从环境中分离出更多种属和生态位的锰氧化菌是生物强化环境中锰氧化过程的重要基础.依据锰氧化菌株对低浓度营养物的潜在偏好,本研究梯度稀释常用的锰氧化菌培养基（PYG培养基）,配置出5级营养物梯度浓度的培养基.相对于原培养基,从较低浓度的4级培养基中多分离出6个菌属的锰氧化菌株,提高了锰氧化菌株的分离效率.分离出的Pseudoxanthomonas（假黄色单胞菌属）菌属的锰氧化菌株（Pseudoxanthomonas mexicana S5-3_-5X）,属中文文献首次报道.研究发现该菌株能在环境常见条件（pH 6.0~7.8、低营养物浓度（如稀释5~625倍PYG培养基）、50 μmol·L^-1 ~1.6 mmol·L^-1的Mn^II浓度）生长并产生锰氧化活性;可以产生胞外超氧化物和锰氧化蛋白等锰氧化活性物质;基因组具有编码锰氧化模式菌株Pseudomonas putida GB-1的3个Mn^II氧化蛋白的同源基因,并且具有降解一些有机污染物的代谢通路.因此,该菌株具有较好的工程应用潜力.     

凤眼莲对二价铁锰离子的吸附及机理研究

利用凤眼莲根、茎、叶粉末吸附水溶液中的Fe2+、Mn2+,并通过一系列的条件优化,确定了最佳的吸附条件.同时,采用等温吸附模型与动力学模型拟合研究了吸附特性.结果表明,凤眼莲根、茎、叶对Fe2+的吸附能力依次为根＞叶＞茎,对Mn2的吸附能力依次为茎＞叶＞根;在Fe2+、Mn2+起始浓度分别为45 mg·L-1和75 mg·L-1,pH分别为4.0和5.0,吸附剂添加量为0.4g,摇床转速为180 r·min-1,温度为50℃的条件下,根对Fe2+的最大吸附量为(21.73±0.38) mg·g-1,茎对Mn2+的最大吸附量为(15.55±0.58) mg·g-1,去除率分别达到96.58％和82.93％.Langmuir模型和准二级动力学模型能够较好地拟合Fe2+、Mn2+的吸附过程,吸附活化能与傅立叶红外光谱等表明该过程为物理化学吸附.与现有的Fe2+、Mn2+吸附生物质相比,凤眼莲粉末吸附水溶液中Fe2+、Mn2+的能力较突出,是一种极具潜力的吸附材料.     

Hydrogeochemical and mineralogical characteristics related to heavy metal attenuation in a stream polluted by acid mine drainage: A case study in Dabaoshan Mine, China

Dabaoshan Mine, the largest mine in south China, has been developed since the 1970s. Acid mine drainage (AMD) discharged from the mine has caused severe environmental pollution and human health problems. In this article, chemical characteristics, mineralogy of ocher precipitations and heavy metal attenuation in the AMD are discussed based on physicochemical analysis, mineral analysis, sequential extraction experiments and hydrogeochemistry. The AMD chemical characteristics were determined from the initial water composition, water-rock interactions and dissolved sulfide minerals in the mine tailings. The waters, affected and unaffected by AMD, were Ca-SO₄ and Ca-HCO₃ types, respectively. The affected water had a low pH, high SO₄^2- and high heavy metal content and oxidation as determined by the Fe²⁺/Fe³⁺ couple. Heavy metal and SO₄^2- contents of Hengshi River water decreased, while pH increased, downstream. Schwertmannite was the major mineral at the waste dump, while goethite and quartz were dominant at the tailings dam and streambed. Schwertmannite was transformed into goethite at the tailings dam and streambed. The sulfate ions of the secondary minerals changed from bidentate- to monodentate-complexes downstream. Fe-Mn oxide phases of Zn, Cd and Pb in sediments increased downstream. However, organic matter complexes of Cu in sediments increased further away from the tailings. Fe³⁺ mineral precipitates and transformations controlled the AMD water chemistry.     

酸性矿山废水天然中和形成的富铁沉淀及其环境属性

采集了云南王家滩铁矿的酸性矿山排水及其与溪流中和后的溪水与沉积物, 运用谱学及电子显微分析等方法,对采集样品的化学及矿物学等方面的特征进行了分析. 结果表明, 王家滩铁矿的酸性矿山排水在与未污染溪水中和时, 酸度和电导率均显著降低, 但元素的浓度变化不很一致, 沿水流方向,除Fe3+、SO2-4、 Ca2+等少数元素, 大多数元素的浓度都未发生明显的降低. 中和成因沉淀物具有富铁的特征,矿物组成以水铁矿为主, 此外在下游沉积物中还见有少量针铁矿及纤铁矾. 其中上游中和区水铁矿以2线水铁矿为主, 下游以6线水铁矿为主. 而各处沉积均具有明显的分层特征,且均为外层以2线水铁矿为主, 内层以6线水铁矿及针铁矿为主. 以水铁矿为主要矿物的中和沉积物对各种有毒有害元素具有较强的吸持作用. 对这些结果的进一步分析表明, 在成因上,pH值和SO2-4的浓度共同控制了水铁矿的形成;在重(类)金属吸持方面,水铁矿的迁移及相应的对AMD中重(类)金属的自净化作用受中和区域的水动力条件影响较大.     

Effects of ferrous and manganese ions on anammox process in sequencing batch biofilm reactors

Ferrous and manganese ions, as essential elements, significantly affect the synthesis of Haem-C, which participates in the energy metabolism and proliferation of anammox bacteria. In this study, two identical sequencing batch biofilm reactors were used to investigate the effects of ferrous and manganese ions on nitrogen removal efficiency and the potential of metal ions serving as electron donor/acceptors in the anammox process. Fluorescence in situ hybridization analysis was applied to investigate the microbial growth. Results showed that the nitrogen removal increased at high concentrations of Fe2＋ and Mn2＋ and the maximum removal efficiency was nearly 95% at Fe2＋ 0.08 mmol/L and Mn2＋ 0.05 mmol/L, which is nearly 15% and 8% higher than at the lowest Fe2＋ and Mn2＋ concentrations （0.04 and 0.0125 mmol/L）. The stabilities of the anammox reactor and the anammox bacterial growth were also enhanced with the elevated Fe2＋ and Mn2＋ concentrations. The Fe2＋ and Mn2＋were consumed by anammox bacteria along with the removal of ammonia and nitrite. Stoichiometry analysis showed Fe2＋ could serve as an electron donor for NO3-N in the anammox process. Nitrate could be reduced with Fe2＋ serving as the electron donor in the anammox system, which causes the value of NO~-N/NH4-N to decrease with the increasing of N-removal efficiency.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌介导的次生铁矿物形成的影响因素分析

酸性矿山废水(AMD)具有酸度高并含有大量可溶性Fe、硫酸根及重(类)金属的特点,采用生物矿化法促使AMD中Fe向羟基硫酸铁次生矿物转变,对AMD后期石灰中和减少氢氧化铁和废石膏的产生,提高中和效率具有实际意义.本研究模拟AMD,考察了初始pH、Fe~(2+)浓度、Fe/Na摩尔比对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)体系中Fe~(2+)氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度Na~+会抑制A.ferrooxidans的氧化能力,当Na~+浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其不影响Fe~(2+)氧化及总Fe沉淀去除效果,表现在160、80、20 mmol·L~(-1)的Fe~(2+)分别在72、48、48 h内被完全氧化,培养至终点时平均总Fe沉淀率分别为20.04%、16.43%、0.99%.此外,在Fe~(2+)浓度为160mmol·L~(-1)体系中,当Fe/Na摩尔比为1.0、2.0时,pH为2.0~2.6时获得次生铁矿物均为纯净施氏矿物.而当Fe/Na摩尔比降至0.5时,次生铁矿物的合成途径开始向黄钠铁矾转移,且其特征衍射峰随着Na~+浓度提高而愈加显著.本研究结果可为生物合成次生铁矿物工艺的优化及其在AMD治理领域的有效应用提供必要的参数支撑.     

酸性矿山废水影响下水库细菌群落结构特征与环境因子关系

为揭示酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）影响下水库水体中细菌群落结构特征及影响因子,对贵州省兴仁市3座受AMD影响与1座未受AMD影响水库样品进行了对比研究,利用16S rDNA高通量测序技术分析揭示细菌群落结构特征,并通过冗余分析（Redundancy analysis,RDA）探明影响水体细菌群落变化的主要环境因子.结果表明,受AMD影响水库水体中各主要阳离子（Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺）、SO₄^2-浓度及电导率值均高于未受AMD影响的水库,而DOC和pH值均低于未受AMD影响的水库.变形菌门（Proteobacteria）是受AMD影响水库水体的主要细菌门类,在3个受影响的水库中均占比95%以上.在属分类水平上,红杆菌属（Rhodobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）和铁氧化细菌属（Ferrovum）是受AMD影响水库水体中的主要菌属;未受AMD影响水库水体细菌群落中,放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为主要细菌门类,占比分别为48%和29%,主要菌属为发光杆菌属（Ilumatobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）.分析表明,受AMD影响水库细菌群落结构特征与未受AMD影响水库细菌群落存在明显差异,推测DOC、pH及Na⁺浓度对此差异起主导作用.本研究可为科学认识受AMD影响水体微生物群落与环境因子之间的关系提供依据.     

不同氧化还原环境对煤矸石污染物质释放的影响

为评价不同氧化还原环境对煤矸石污染物质释放的影响,设置处理1(充氧饱和的曝气去离子水,Eh=229mV)、处理2(煮沸30min的去离子水,Eh=250mV)两种氧化环境及处理3(添加富含有机质的过滤养殖废水,Eh=14mV)一种还原环境的水溶液做浸提剂,对煤矸石进行0～9d的连续振荡浸提试验.结果表明:在浸提初期(0～1d内),煤矸石表面已形成的氧化产物迅速溶出,使得两种氧化环境和还原环境下的煤矸石浸出液pH都迅速降低,EC、Eh及多种溶出离子浓度迅速升高,但还原环境下煤矸石浸出液中Cu、F-浓度变化不显著,且还原环境下浸出液中其他离子虽有上升但显著低于氧化环境下.随浸提时间延长(1～9d),两种氧化环境下煤矸石浸出液pH继续降低,浸出液中Fe、Mn、Cu、Zn和SO2-4、F-多种污染物质溶出数量明显增加并呈现典型的持续氧化产酸过程;而还原环境下煤矸石浸出液的pH随时间延长降低不明显,Fe、Mn、Zn等污染物质溶出数量显著低于两种氧化环境下,Cu和SO2-4的释放也受到明显抑制.说明还原环境能有效抑制煤矸石氧化产酸及多种污染物质的溶出,且显著低于氧化环境.因此,在煤矸石堆场投加有机质形成还原(厌氧)环境可进行矸石污染的原位控制及治理.     

培养转速与镁离子对生物合成次生铁矿物的影响研究

探析培养转速与镁离子浓度对氧化亚铁硫杆菌生物合成次生铁矿物的影响对酸性矿山废水(AMD)治理具有一定的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,研究了Mg2+浓度分别为48与4.8 mg·L-1,其它元素组成与富含Fe与SO2-4的9K液体培养基一致的体系在180 r·min-1与100 r·min-1转速条件下氧化亚铁硫杆菌催化合成次生铁矿物过程.考察了不同次生铁矿物合成体系pH、Fe2+氧化率、总Fe沉淀率及次生铁矿物矿相等相关指标.研究结果表明,在180 r·min-1的培养条件下,Mg2+浓度分别为4.8与48 mg·L-1两体系培养48 h后,pH从原始的2.50分别降低至2.07与2.12,Fe2+均可在48 h内实现完全氧化.Fe2+完全氧化时,Mg2+浓度为4.8 mg·L-1体系总Fe沉淀率为37.4%,合成的次生铁矿物均匀分散于溶液中,而Mg2+浓度为48 mg·L-1体系中,总铁沉淀率仅为31.7%,且70%的矿物牢固粘附于摇瓶底部.培养转速为100 r·min-1时,Mg2+浓度分别为4.8与48 mg·L-1两体系经过72 h培养后,pH均从原始的2.50降低至2.21与2.17.Fe2+需要72 h才能被完全氧化,两体系总Fe沉淀率分别仅为21.3%与23.0%,产生的次生铁矿物几乎全部牢固粘附于摇瓶底部.本研究所有体系产生的次生铁矿物均为黄铁矾与施氏矿物的混合物.研究结果可为生物合成次生铁矿物工艺的优化及其在酸性矿山废水治理领域的有效应用提供必要的参数支撑.     

碳化稻壳-铁锰氧化菌耦合净化严寒村镇高铁锰地下水效能与机制

针对严寒地区特有地理气候条件及制约当前村镇建设与发展的典型问题,以建设绿色低碳、节能环保村镇为目标,研发碳化稻壳-优势铁锰氧化菌耦合工艺净化严寒村镇高铁锰地下水,探究生物滤柱低温快速启动方式;基于接触氧化与生物法,对比分析不同滤速条件下滤柱沿程除铁效能与反应速率,研究生物滤层除铁机制;基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅立叶红外线光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)、电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)对运行不同阶段的滤料与反冲洗水泥样表征剖析生物滤层除锰机制.结果表明,优势菌液低滤速-全循环的运行方式使稻壳生物滤层成熟且稳定仅需15 d;稳定运行阶段出水铁、锰、细菌浓度分别低于0.3 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、100 CFU·m L~(-1),均满足国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006);除铁机制主要依靠物化作用、辅以生物作用;在滤料成熟阶段与稳定运行初期除锰主要依靠生物作用,稳定运行后期物理化学作用占优势;该研究为严寒村镇Fe~(2+)、Mn~(2+)地下水集中处理应用提供了技术支撑.     

Cu(II), Fe(III) and Mn(II) combinations as environmental stress factors have distinguishing effects on Enterococcus hirae

Pollution by various heavy metals as environmental stress factors might affect bacteria. It was established that iron (Fe(III)), manganese (Mn(II)) and copper (Cu(II)) ion combinations caused effects on Enterococcus hirae that differed from the sum of the effects when the metals were added separately. It was shown that the Cu²⁺-Fe³⁺ combination decreased the growth and ATPase activity of membrane vesicles of wild-type E. hirae ATCC9790 and atpD mutant (with defective F_oF₁-ATPase) MS116. Addition of Mn²⁺-Fe³⁺ combinations within the same concentration range had no effects on growth compared to control (without heavy metals). ATPase activity was increased in the presence of Mn²⁺-Fe³⁺, while together with 0.2 mmol/L N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCCD), ATPase activity was decreased compared to control (when only 0.2 mmol/L DCCD was present). These results indicate that heavy metals ion combinations probably affect the FOF1-ATPase, leading to conformational changes. Moreover the action may be direct or be mediated by environment redox potential. The effects observed when Fe³⁺ was added separately disappeared in both cases, which might be a result of competing processes between Fe³⁺ and other heavy metals. These findings are novel and improve the understanding of heavy metals ions effects on bacteria, and could be applied for regulation of stress response patterns in the environment.