硫酸盐还原菌的分纯及对Cd2+钝化研究

该研究从土壤中分离纯化得到1株耐镉性较好的细菌,通过对其生长特性、菌液Cd~(2+)浓度变化及矿化产物特性分析,探究菌株对Cd~(2+)的钝化行为及去除效果。结果表明,实验菌株初步被确定为硫酸盐还原菌(SRB)。SRB的去除效果随Cd~(2+)浓度增大而降低。在其生长过程中液相pH不断升高,有利于诱导合成硫化镉。当Cd~(2+)初始浓度为10 mg/L时,菌株对Cd~(2+)的去除率达到95%。此时,SRB的适应性最强且钝化效果稳定。Cd~(2+)初始浓度为40 mg/L时,菌株对Cd~(2+)的去除率为75%。通过SEM-EDS和XRD表征确定其矿化产物为硫化镉。研究显示,SRB可以有效钝化游离态的重金属离子,有望为突发性、高浓度重金属污染地区的原位治理提供新的思路。     

一株抗镉真菌的分离鉴定及特性研究

从矿区中分离到一株抗镉较强的真菌,对其进行鉴定,并检测了菌株对多种重金属的耐受性,不同镉浓度对菌株生长的影响及对镉的吸附特性。经鉴定该菌株为淡紫拟青霉菌(Paecilomyces lilacinus),命名为LLC4。菌株对Cd~(2+)的耐受浓度达268 mmol/L,对其他几种重金属的耐受性大小为:Zn~(2+)>Cu~(2+)>Mn~(2+)>Co~(2+);低浓度的Cd~(2+)对菌株的生长有促进作用,高浓度Cd~(2+)会抑制其生长;该菌株在不同Cd~(2+)浓度中对Cd~(2+)的吸附能力不同,当初始Cd~(2+)浓度为5 mmol/L时,最大的吸附率为100%,20 mmol/L时最大吸附量为12.19 mg/g。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外聚合物与Cd~(2+)在吸附过程中的交互作用

从粤北大宝山酸性矿山废水(AMD)分离出具有较强耐镉活性的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Af菌),采用原子吸收分光光度技术和荧光光谱分析技术,研究Af菌胞外聚合物(EPS)与水中Cd~(2+)在吸附过程中的交互作用机制。分离获取的Af耐镉菌株最大耐受浓度为0. 03～0. 04 mol/L,表现出较强的耐镉活性;在Cd~(2+)的胁迫下,Af菌可通过产生EPS来抵御和去除Cd~(2+)的不利影响;当EPS吸附Cd~(2+)后,其类蛋白荧光峰强度增强,且在λ_(Em)=402 nm处产生一个新的宽大的荧光峰,并显示出较强的荧光强度。结果表明,Cd~(2+)与EPS间相互作用机制是电中和和离子架桥效应的协同过程,Cd~(2+)通过改变EPS表面电位和类蛋白疏水作用来介导EPS构象和絮凝体结构变化,进而促进EPS絮凝体的聚集,提高其絮凝效率和沉降性能。     

生物硫铁对镉污染水稻发芽的保护研究

水稻田中广泛存在的镉污染对全球水稻产量与人类健康造成了很大的威胁,现存除镉方法因其自身局限性而难以推广。该实验以水培试验模拟水稻生长,利用1株硫酸盐还原菌制备生物硫铁复合材料(生物硫铁)处理水培环境中Cd~(2+)污染,探究生物硫铁对Cd~(2+)的减毒作用,考察了Cd~(2+)浓度与生物硫铁添加量对水稻萌发的影响。结果表明,Cd~(2+)浓度越高,水稻发芽势、发芽率、根长、芽长、鲜重等参数总体表现越差,在Cd~(2+)浓度为20 mg/L时影响初步明显。生物硫铁添加量越高,水稻萌发状况越佳,水稻芽、根及底液中Cd~(2+)浓度越低,且摩尔比2为其最佳添加量。在Cd~(2+)浓度为40 mg/L、生物硫铁添加摩尔比为5.0时,表现出对水稻萌发的促进作用,表明生物硫铁在处理水稻田中镉污染有很好的应用前景。     

腐植酸对重金属铅镉的吸附特征

为了揭示腐植酸对单一Pb、单一Cd和Pb、Cd复合污染物的吸附特征,笔者通过吸附模拟实验分析了pH、温度、反应时间和初始浓度等因素变化对风化煤腐植酸吸附重金属离子Pb~(2+)和Cd~(2+)的影响.结果表明,腐植酸对Pb~(2+)的吸附受pH值变化的影响很小,但对Cd~(2+)的吸附随着pH增加而增加;腐植酸对Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附饱和的时间均为240 min;对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附量均随温度的增加而增加;Langmuir吸附模型对腐植酸吸附单一Pb~(2+)、单一Cd~(2+)和铅镉复合态中Pb~(2+)的拟合较好,Freundlich吸附模型则对腐植酸吸附铅镉复合态中Cd~(2+)的拟合较好;准二级动力学模型能较好地拟合腐植酸吸附Pb~(2+)和Cd~(2+)的过程,说明腐植酸对铅镉的吸附为物理吸附和化学吸附的复合吸附过程;铅镉复合态下Pb~(2+)和Cd~(2+)存在竞争吸附,单一Pb~(2+)溶液中加入Cd~(2+)对腐植酸吸附Pb~(2+)基本无影响,但单一Cd~(2+)溶液中加入Pb~(2+)时,Pb~(2+)会与Cd~(2+)产生竞争吸附,从而降低Cd~(2+)的吸附量.本研究结果可为利用腐植酸稳定土壤中Pb~(2+)、Cd~(2+)等重金属离子的技术开发提供参考.     

外源Cl-添加对不同母质土壤溶液Cd2+浓度的影响

土壤镉(Cd)的环境行为与其在土壤溶液中的存在形态以及陪伴离子有关,然而外源Cl~-与土壤溶液中Cd~(2+)的关系以及不同母质土壤对Cd~(2+)的环境行为的影响并没有明确的结论.选取2种水稻土(第四纪红色黏土母质发育的红黄泥、紫色砂页岩母质发育的紫泥田)为研究对象,添加离子态外源Cd~(2+)(0、1、2.5、5 mg·kg~(-1)),平衡老化后添加外源Cl~-(0、0.6、1.2 mg·kg~(-1)),在保持水分恒定的情况下进行模拟培养试验,研究外源Cl~-添加对土壤溶液Cd~(2+)浓度的影响.结果表明,随着外源Cd~(2+)的增加,土壤溶液Cd~(2+)的浓度提高,红黄泥土壤溶液Cd~(2+)的浓度显著高于紫泥田;添加Cl~-会使土壤溶液中Cd~(2+)浓度升高,且Cd~(2+)浓度与外源Cl~-呈显著正相关,红黄泥和紫泥田土壤溶液中Cd~(2+)的平均浓度比不添加Cl~-时Cd~(2+)的平均浓度分别增加了12.74%、51.49%;土壤对Cd~(2+)的吸附关系符合Freundlich等温吸附方程,紫泥田对Cd~(2+)的吸附量显著高于红黄泥,添加Cl~-对红黄泥Cd~(2+)的吸附影响很小,而对紫泥田的影响显著.Cl~-存在下,红黄泥和紫泥田的解吸率分别为12.50%～19.25%、14.76%～24.99%,外源Cl~-添加对Cd~(2+)解吸影响小.综合分析认为,Cl~-对不同土壤Cd~(2+)的吸附解吸行为影响有较大的差异.     

微生物还原针铁矿胶体的动力学特征及其影响因素

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、针铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明, AQS加入使针铁矿的微生物还原程度得到加强,在添加AQS的0.5mmol/L针铁矿体系中,厌氧培养38天后,被还原解离出的Fe(ΙΙ)浓度是未添加AQS的394%.针铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着针铁矿浓度增加,针铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的针铁矿为底物时, S12菌-针铁矿相互作用过程的拟合相关系数R2分别为0.843(添加AQS)和0.998(未添加AQS),电子转移载体的存在以及底物类型的不同均对Vmax和Km值均有一定程度的影响.在微生物在还原针铁矿过程中,其还原速率越大,用于ATP合成所需能量 值也随之升高,S12菌和针铁矿的还原反应达到平衡时, Gibbs自由能变化(DGr)达最大值.     

酸性矿山废水中铜在含铬施氏矿物上的吸附及其对矿物溶解与相转变的影响

施氏矿物对水体中的重金属具有较强的吸附和固载能力,但随着环境条件的改变,施氏矿物可能会溶解并发生相转变,引起重金属的释放.利用化学合成的含Cr施氏矿物,探究其在不同Cu(Ⅱ)浓度与pH条件下含Cr施氏矿物的溶解和相转变.研究结果表明,在pH~3时,含Cr施氏矿物对Cu(Ⅱ)的吸附量较少,Cu(Ⅱ)对矿物溶解的影响不明显;在该pH条件下,含Cr施氏矿物会发生相转变生成部分针铁矿,但是随着溶液中初始Cu(Ⅱ)浓度的升高,矿物的相转变得到抑制.当pH升高至pH~5时,含铬施氏矿物对Cu(Ⅱ)的吸附量显著增加,Cu(Ⅱ)主要以Cu(OH)+与Cu2_(OH)_2~(2+)的形态吸附在含Cr施氏矿物表面,而高浓度Cu(Ⅱ)存在时也会生成部分Cu(OH)_2固体直接沉淀在矿物表面,覆盖矿物的反应位点从而阻碍SO_4~(2-)和CrO_4~(2-)的释放,而且随着Cu(Ⅱ)浓度的升高,这种抑制作用显著增强.在不同pH条件下,Cu(Ⅱ)的存在能够有效促进含Cr施氏矿物的稳定性,促进矿物对重金属Cr的固载能力,这些结果对酸性矿山废水环境中施氏矿物的稳定性和重金属污染控制具有重要意义.     

壳聚糖-富里酸协同调控CaxCd1-xCO3固溶体结晶

以壳聚糖和富里酸混合溶液为介质,利用碳酸铵气相扩散法合成Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体,文章研究了Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体成核结晶行为,探究这2种介质对于Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体固化Cd能力及稳定性的影响。通过结晶固相成分分析,结果表明液相中各组分浓度能够影响固相中Cd的含量。液相Cd~(2+)浓度增加,Cd在固溶体中的含量也增加。随着富里酸浓度增加,固溶体中Cd含量降低,意味着在富里酸存在下固溶体固化Cd能力降低。红外光谱和XRD结果证明了壳聚糖和富里酸不影响固溶体晶体的结构。扫描电镜和透射电镜分析进一步表明,壳聚糖和富里酸在不同程度上都影响了固溶体的晶体形貌及固相组成。在壳聚糖存在下晶体表面形成薄膜将晶体包覆,随着壳聚糖浓度增加,固溶体中Cd含量增加到39.90%,且晶体形貌逐渐转向球体。该研究结果表明Cd~(2+)进入碳酸钙晶格中能有效降低溶液中的Cd~(2+)达到净化水体的效果,壳聚糖和富里酸的协同作用实现了水体中重金属Cd~(2+)的转化和钝化。     

氧化环境中FeS修复重金属的稳定性变化与机制

硫化亚铁(FeS)是良好的重金属修复剂,但它对氧化环境敏感.当环境氧气浓度升高时,FeS对重金属的固定效果可能发生改变.本研究考察了氧化环境中FeS与重铬酸根、铅和镉离子的反应规律和结合机制变化.结果表明,环境氧气浓度升高可促进Fe~(2+)的释放,且增加FeS表面S(-II)氧化态的比例(与Pb~(2+)反应:从24%增加到44%,与Cd~(2+)反应:从60%增加到78%).延长反应时间至30 d,虽然PbS和CdS结晶度提高,但两者表面出现Pb—O和Cd—O氧化形态,预示着重金属再释放的风险.有氧干燥条件下FeS表面矿物相转变为纤铁矿,对Cr(VI)的还原能力大幅下降.与未干燥FeS(FeS-Cr-3h)相比,当有氧干燥的FeS与Cr(VI)反应时,总铬的去除量下降约96%(由约100 mg·g~(-1)降至(3.74±1.12) mg·g~(-1)),Cr(VI)去除量下降约57%(由约100 mg·g~(-1)降至(43.28±0.46) mg·g~(-1)).FeS及重金属硫化物的氧化显然不利于重金属的长期稳定.如何延缓或抑制FeS与重金属硫化物的氧化因此成为未来研究需回答的问题.     

纤铁矿微生物异化还原过程的动力学特征及其影响因素

基于脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis S12)和纤铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、纤铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明,AQS的加入使纤铁矿的微生物还原程度得到加强.反应末期,乳酸钠浓度为20mmol.L-1时,在添加AQS的10.0mmol.L-1的纤铁矿体系中,被还原解离出的Fe(Ⅱ)浓度是无AQS体系中的180.2%.纤铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着纤铁矿浓度的增加,纤铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的纤铁矿为底物时,S12菌-纤铁矿相互作用过程的拟合校正R2系数分别为0.8285(添加AQS)和0.9348(未添加AQS),电子转移载体的存在及底物类型的不同均对底物饱和时的反应速度(Vmax)和米氏常数(Km)值均有一定程度的影响.在微生物还原纤铁矿过程中,氧化还原中介体AQS使得其还原程度加剧,用于ATP合成所需能量ΔE值也随之升高,S12菌和纤铁矿的还原反应达到平衡时,Gibbs自由能变化(ΔGr)达最大值.     

针铁矿的非生物还原解离特征及Slogistic模型拟合

以针铁矿为研究对象,分析了电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS对针铁矿非生物还原解离作用的影响.结果表明,在没有氧化还原中介体的参与下,针铁矿的非生物还原作用十分微弱;AQS加入体系后,针铁矿的非生物还原程度在经历一定的反应时间后显著加剧,且还原过程中生成的解离态Fe(ΙΙ)含量随时间的变化趋势符合典型的Slogistic曲线特征.Slogistic拟合结果表明:一定电子供体浓度下,不同浓度针铁矿的非生物还原Slogistic模型拟合的校正R2在0.9887~0.9953之间.当针铁矿浓度维持为一恒定值时,电子供体浓度不足的情况下,针铁矿的非生物还原的Slogistic 曲线特征较弱;当电子供体浓度充足的条件下,Slogistic模型拟合的校正R2系数可高达0.9967.电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS的参与对Slogistic模型拟合参数均有一定的影响.     

Effect of microbial mediated iron plaque reduction on arsenic mobility in paddy soil

The potential of microbial mediated iron plaque reduction, and associated arsenic (As) mobility were examined by iron reducing bacteria enriched from As contaminated paddy soil. To our knowledge, this is the first time to report the impact of microbial iron plaque reduction on As mobility. Iron reduction occurred during the inoculation of iron reducing enrichment culture in the treatments with iron plaque and ferrihydrite as the electron acceptors, respectively. The Fe(II) concentration with the treatment of anthraquinone-2, 6-disulfonic acid (AQDS) and iron reducing bacteria increased much faster than the control. Arsenic released from iron plaque with the iron reduction, and a significant correlation between Fe(II) and total As in culture was observed. However, compared with control, the increasing rate of As was inhibited by iron reducing bacteria especially in the presence of AQDS. In addition, the concentrations of As(III) and As(V) in abiotic treatments were higher than those in the biotic treatments at day 30. These results indicated that both microbial and chemical reductions of iron plaque caused As release from iron plaque to aqueous phase, however, microbial iron reduction induced the formation of more crystalline iron minerals, leading to As sequestration. In addition, the presence of AQDS in solution can accelerate the iron reduction, the As release from iron plaque and subsequently the As retention in the crystalline iron mineral. Thus, our results suggested that it is possible to remediate As contaminated soils by utilizing iron reducing bacteria and AQDS.     

镉对洋葱根生长和细胞分裂的影响

研究了不同浓度氯化镉溶液对洋葱根的生长,细胞分裂和染色体形态的影响.结果表明,随Cd~(2+)浓度增加,根的生长速率递减;随处理时间延长,每单位时间的根生长速度递减或停止,根尖细胞有丝分裂指数随Cd~(2+)的浓度增高和处理时间延长而递减.不同浓度Cd~(2+)都能引起染色体畸变,恢复培养后均能恢复生长,染色体畸变率降低     

色氨酸对生物成因铁硫酸盐次生矿物形成的影响

采用氧化亚铁硫杆菌催化合成铁硫酸盐次生矿物,研究不同L-色氨酸添加浓度对矿物合成体系pH、氧化还原电位（ORP）、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率,以及次生矿物产量、化学组成及矿物相的影响.结果表明,随着体系色氨酸浓度的增加,pH降低幅度越小,ORP上升越不明显.色氨酸对铁硫酸盐次生矿物合成的影响依赖于其浓度,当色氨酸浓度低于1.67 g·L^-1时,色氨酸对铁硫酸盐次生矿物的形成起促进作用,表现为总Fe沉淀率及矿物产量随着色氨酸浓度升高而增加.而当色氨酸浓度升高至6.67 g·L^-1时,Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率和矿物产量远低于对照组,表明高浓度色氨酸会抑制铁硫酸盐次生矿物的形成.次生矿物内Fe/S比介于施氏矿物和黄钾铁矾的理论值之间,表明不同合成体系所得次生矿物均为黄钾铁矾和施氏矿物的混合物.矿物学特征分析表明,随着色氨酸浓度的升高,矿物的合成表现为黄钾铁矾向施氏矿物转移.     

龙江河突发环境事件河流镉污染化学形态模拟

重金属污染突发水环境事件的应急处置和造成的环境损害与污染物的化学形态及其环境行为密切相关.以2012年初发生在我国广西的龙江河镉污染事件为例,采用Minteq软件尝试计算3种情景下河流水环境溶解态Cd的化学形态.结果表明,在天然背景条件下龙江河Cd浓度约为5mg/L时,水环境中Cd以Cd2+为主,并主要受DOC含量的影响.镉污染事件发生后若无应急处置措施,天然水体对Cd的络合缓冲能力极其有限,以Cd2+形式存在的Cd占75%以上,呈现严重的急性生态毒性.投加聚合氯化铝和碱性物质可以有效控制河流溶解态Cd含量,当pH值超过9.0时,以Cd2+存在的Cd迅速降低.Cd2+含量对河流pH值的参数敏感性最高,DOC其次,水温影响最小.事件处置结束后应密切关注絮凝体中Cd的再释放规律以及水体pH值及DOC对Cd形态的影响.     

Arsenic release from microbial reduction of scorodite in the presence of electron shuttle in flooded soil

Scorodite (FeAsO₄·H₂O) is a common arsenic-bearing (As-bearing) iron mineral in nearsurface environments that could immobilize or store As in a bound state.In flooded soils,microbe induced Fe(Ⅲ) or As(Ⅴ) reduction can increase the mobility and bioavailability of As.Additionally,humic substances can act as electron shuttles to promote this process.The dynamics of As release and diversity of putative As(Ⅴ)-reducing bacteria during scorodite reduction have yet to be investigat...     

铁元素对硫酸盐还原过程的影响及微生物群落响应

采用常规化学分析和微生物群落变性梯度凝胶电泳(DGGE)监测技术,探讨投加不同价态铁元素对硫酸盐还原过程的影响以及相应的微生物群落动态响应.结果表明,反应器启动后5d内硫酸盐去除率达到80%,在此过程中群落条带逐渐减少,但与已分离的硫酸盐还原菌(SRB)菌株一致的条带并没出现;Fe³⁺的投加极显著地改变了原有的高效群落结构,硫酸盐去除率降至20%,氧化还原电位(ORP)有所上升;而Fe²⁺和Fe0的投加未改变已经形成的顶极群落结构模式,也未显著降低硫酸盐去除率,仅硫化物的浓度变化对Fe²⁺的投加有短暂的响应.     

蒽醌-2-磺酸盐强化电辅助微生物体系对偶氮染料的脱色效果

为了提高微生物对偶氮染料的降解效率,将电辅助引入微生物还原降解过程,对比研究了EAMS（电辅助微生物体系）、ECS（电化学体系）和MS（微生物体系）对偶氮染料活性艳红X-3B的降解效果,并考察了不同摩尔浓度的AQS（蒽醌-2-磺酸盐）对电微生物体系降解染料的强化作用.结果表明:反应24 h时,EAMS对活性艳红X-3B的去除率达到99.8%,比MS（去除率为61.9%）和ECS（去除率为27.1%）二者之和还要大10.8%;EAMS对活性艳红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征.当c（AQS）为0.050 mmol/L时,降解最快,一级动力学常数为1.962 h-1,是未添加AQS（0.2644 h-1）的7.42倍.加入AQS后,体系中电流升高,说明AQS加快了降解过程中电子传递速率.研究显示,AQS的加入实现了电极-远离电极的微生物-染料之间多相反应界面远程电子传递过程,使整个体系的微生物都可以快速发挥作用,达到强化降解偶氮染料.