氧化亚铁硫杆菌密度与营养供给对硫铁矿生物氧化的影响

探究硫铁矿生物氧化过程的影响因素有利于揭示酸性矿山废水形成规律.本研究采用摇瓶试验,探究了氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5(A.ferrooxidans LX5)密度对硫铁矿生物氧化的影响.同时,在菌密度为1.40×107cells·m L-1的环境中,研究了微生物营养(无铁改进型9K液体培养基)供给对硫铁矿生物氧化的影响.结果表明,A.ferrooxidans LX5及其营养成分的引入显著加速了硫铁矿生物氧化体系H+的释放,0.70×107~2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入,可使得H+释放量较无菌对照提高1.51~3.31倍.半量浓度和全量浓度无铁改进型9K液体培养基的加入,可使菌密度为1.40×107cells·m L-1硫铁矿氧化体系的H+释放量提高3.24与2.75倍.相对于A.ferrooxidans LX5密度为0.70×107cells·m L-1的体系,1.40×107cells·m L-1或2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入明显提高硫铁矿氧化体系总Fe离子与SO2-4的释放效率,且71.9%~88.3%的总Fe离子主要以Fe2+存在.微生物营养供给使得总Fe离子与SO2-4的释放效率加速显著,而总Fe离子几乎全部以Fe3+存在.当菌密度大于1.40×107cells·m L-1时,体系生物氧化后所得硫铁矿表面存在明显的侵蚀坑.相对于半量浓度改进型9K培养基养分供给,全量改进型9K液体培养基的引入由于体系次生铁矿物覆盖硫铁矿明显而抑制了总Fe离子与SO2-4的释放.硫铁矿氧化所得酸性废水经Ca O中和至pH约为7.00,总Fe近乎全部去除,而SO2-4去除率相对较低(26.7%~73.9%).本研究所得结果对明晰酸性矿山废水形成规律具有一定的指导意义.     

阴离子对Acidithiobacillus ferrooxidans氧化活性及次生铁矿物形成影响

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,采用生物矿化方法促使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.通过模拟酸性矿山废水,考察了Cl^-、NO₃^-、PO₄^3-3种阴离子对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）体系中pH值、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度阴离子对A.ferrooxidans氧化Fe²⁺能力具有抑制作用.A.ferrooxidans对阴离子的耐受性依次为PO₄^3- > NO₃^- > Cl^-.阴离子浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其对Fe²⁺的生物氧化速率基本没有影响.但高浓度阴离子会通过抑制A.ferrooxidans的氧化活性,从而间接影响Fe³⁺的水解成矿过程,导致培养终点时总Fe沉淀率降低和次生铁矿物产量减少.受Fe³⁺供应速率降低的影响,次生铁矿物的合成途径易向施氏矿物转变.     

氧化亚铁硫杆菌对方铅矿的生物氧化作用初步研究

利用从大宝山尾矿库酸性矿山废水培养得到的氧化亚铁硫杆菌（A．f．菌）和方铅矿进行初始pH2．00和3．。O条件下的无菌氧化、含茵含铁氧化和含菌不含铁氧化实验。通过测定实验过程溶液的阳离子、硫酸根离子含量和pH值,实验固体产物的XRD分析和反应前后方铅矿表面的电镜扫描（SEM）对比分析,获得如下结论：（1）方铅矿在初始p...     

KOH对富铁富硫酸盐酸性环境中生物成因次生铁矿物合成的影响

生物成因次生铁矿物的高效合成对处理以富铁富硫酸盐为典型环境特征的酸性矿山废水具有重要的工程指导意义.本研究通过细菌培养实验,在富铁富硫酸盐环境(改进型9K液体培养基)中,考察了KOH对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)催化合成次生铁矿物过程中体系p H、Fe2+氧化率、总Fe沉淀率及次生铁矿物矿相的影响.结果表明,A.ferrooxidans在改进型9K培养基(对照处理)中培养72 h后,p H从原始的2.50下降至2.34,而在对照处理分别加入3.3、6.7与13.4 mmol·L-1KOH的处理体系中培养72 h后,p H却分别降低至2.27、2.15与2.10.同时,KOH的加入能够在一定程度上加速Fe2+的氧化速率及总Fe的沉淀效率.例如,培养至24 h,加入3.3、6.7和13.4 mmol·L-1KOH的处理体系较对照体系Fe2+氧化率分别提高了12.1%、20.3%和23.2%.培养至72 h,加入3.3、6.7和13.4 mmol·L-1KOH的处理体系较对照体系总Fe沉淀率分别增加了26.0%、60.4%和71.8%.通过分析加入6.7 mmol·L-1KOH或3.3 mmol·L-1K2SO4处理体系上述参数的变化情况,可以得出,KOH加速体系酸化、提高Fe2+氧化率及总Fe沉淀率是K+与OH-联合作用所致.本研究不同体系所得次生铁矿物均为黄铁矾与施氏矿物共存的混合物,然而,KOH引入的K+或OH-均有利于体系无定型施氏矿物向晶型黄铁矾类矿物转化.研究结果可为次生铁矿物生物合成及其在酸性矿山废水治理领域的应用提供必要的参数支撑.     

附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系亚铁氧化及总铁沉淀的强化效果

氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)生物氧化Fe2+与石灰中和相耦合是一种具有发展潜力的酸性矿山废水处理工艺.在Fe2+生物氧化段提高Fe2+氧化与总Fe沉淀效率是调控此类废水高效处理的关键步骤,且该阶段常伴有黄铁矾等次生铁矿物的合成.本研究通过摇瓶实验,在p H约2.50的K2SO4(8 mmol·L-1)-Fe SO4(160 mmol·L-1)-H2O酸性硫酸盐体系中按约3×105cells·m L-1的浓度接入A.ferrooxidans,在15℃和30℃两个温度水平下,探究附着微生物的黄钾铁矾回流对体系Fe2+生物氧化与总Fe沉淀行为的影响.结果表明,15℃条件下培养至144h,体系p H变化至2.40,Fe2+氧化率和总Fe沉淀率分别仅为46.7%和12.2%.当体系接入附着微生物黄钾铁矾10 g·L-1时,体系Fe2+在132h即可完全氧化.144 h时,体系p H降低至2.24,总铁沉淀率为25.3%.30℃条件下体系Fe2+在72 h完全氧化,p H变化至1.89,总Fe沉淀率为34.3%.当体系接入回流的黄钾铁矾10 g·L-1时,体系Fe2+完全氧化时间缩短至60 h,p H降低至1.85,总Fe沉淀率为37.3%.本研究不同处理体系所得次生铁矿物均为黄钾铁矾,附着微生物黄铁矾回流对15℃环境所得黄钾铁矾形貌影响不大,均为粘附紧密、表面光滑的晶体形貌.而30℃环境中,附着微生物黄铁矾回流却使得原本较为分散、晶型棱角明显的黄铁矾晶体结构变得紧密而光滑.本研究结果可为酸性矿山废水处理提供一定的参数支撑.     

黄铜矿在含铁酸性介质中氧化过程的电化学研究

以天然黄铜矿为研究对象,运用开路电位,循环伏安曲线,Tafel极化曲线和交流阻抗(EIS)等电化学手段,对在硫酸介质中三价铁离子对黄铜矿的氧化过程的电化学行为进行了研究.结果表明,黄铜矿在酸性介质中的氧化可能通过两步反应完成,第一步中电极表面形成了一层主要成分是含硫中间产物的钝化膜,第二步则是黄铜矿主体的氧化.Fe3+离子有助于黄铁矿的直接氧化,在黄铜矿的溶解过程中起到了重要作用.极化曲线测量的结果显示随着溶液中Fe3+离子浓度的增加,黄铜矿的极化电流也在增加,黄铜矿也更容易进入钝化阶段.同时,交流阻抗对Fe3+离子浓度改变的响应也很敏感.     

高盐条件下染料酸性橙7的生物降解特性

对偶氮染料废水厌氧-好氧生物处理中的高盐度抑制生物活性和芳香胺自氧化问题,通过多种强化策略,考察了NaCl为100g/L时酸性橙7(AO7)的生物降解特性.结果表明,加入葡萄糖(0.5g/L)、蛋白胨(1g/L)和酵母粉(0.5g/L)有利于高盐条件下AO7的生物降解.进水中加入酸性红B对AO7的脱色有加速作用.耐盐污泥中加入蒽醌形成的蒽醌-污泥自固定化体系可以促进AO7脱色,当蒽醌浓度为100mg/L时,AO7最大脱色率约为92%.以活性炭毡作为生物载体,厌氧和好氧体系均可实现稳定运行,且体系污泥沉降性良好,脱色速率达26.67mg/(L×h),且可有效抑制脱色中间产物1-氨基-2-萘酚的好氧自氧化,使COD去除率始终保持在90%以上.     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响

以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为受体材料,通过分析培养过程中培养液pH、Fe2+氧化率和总铁(TFe)沉淀率研究不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响。结果表明:As(Ⅲ)胁迫显著降低反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率;低浓度As(Ⅴ)的加入对反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率没有明显影响;随着初始浓度的增大,pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率也逐渐降低。As(Ⅲ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响较As(V)更明显。同一胁迫水平下,该菌对As(Ⅲ)的响应更强烈。     

贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统中细菌群落结构及功能分析

煤矿酸性废水引起的水环境污染问题在贵州日益突出.以贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统（碳酸盐岩反应介质）为研究对象,采用高通量测序MiSeq技术,分析该系统中细菌群落结构的沿程变化特征及其功能.结果表明:①变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝细菌门（Cyanobacteria）等广泛分布于反应系统,其中变形菌门和绿弯菌门为主要优势菌门,而蓝细菌门大多（90.95%）存在于反应池悬浮物中.②细菌群落结构受沉积物中重金属浓度影响,尤其Fe、Ni、As和Pb浓度的影响较为显著.细菌群落在系统前端（进水沟渠和反应池）和后端（沉淀池和人工湿地）存在明显差异,随反应系统处理进程,细菌α-多样性指数在沉积物中沿程增加.③废水中85%以上的Fe在多级复氧反应池中被去除,同时具备铁氧化能力的细菌〔披毛菌属（Gallionella）和Sideroxydans等〕和铁还原细菌〔地杆菌属（Geobacter）和红育菌属（Rhodoferax）等〕大多存在于多级复氧反应池沉积物中.④人工湿地对废水中Mn有很好的去除作用,湿地沉积物和植物根际土壤中铁锰氧化物富集生物土微菌属（Pedomicrobium）（8.38%±1.51%）和硝化螺旋菌属（Nitrospira）（14.75%±0.46%）丰度明显高于多级复氧反应池.研究显示,在以碳酸盐岩为主要反应介质的“多级复氧反应池+垂直流人工湿地”联合处理酸性矿山废水过程中,污染物去除机理除碳酸盐岩中和沉淀作用外,生物氧化和生物还原作用也值得关注.      

氧化亚铁硫杆菌的分离及生长特性研究

从酸性矿坑水中分离得到3株细菌S1、S2和S3,经16S rRNA序列分析,S3为氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)。对S3菌,选取初始Fe2+浓度和初始pH值为影响因子,设计正交试验,通过测定培养过程中pH值、氧化还原电位Eh、Fe2+浓度和总Fe浓度的变化,并计算Fe2+氧化速率,研究初始Fe2+浓度和初始pH值对细菌生长的影响。     

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.     

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.     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

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.     

富铁酸性硫酸盐体系施氏矿物附着包裹硫杆菌的Fe2+氧化能力研究

探究富铁酸性硫酸盐体系次生铁矿物附着包裹硫杆菌的Fe~(2+)氧化活性,对揭示次生铁矿物调控酸性矿山废水形成过程具有指导意义.本研究首先采用摇瓶实验合成次生铁矿物—施氏矿物,然后将脱水后的0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接或溶解后加入到pH为2.50的富铁酸性硫酸盐体系(改进型9K液体培养基)中进行Fe~(2+)氧化,分析体系pH、Fe~(2+)氧化率、次生铁矿物产生量等相关指标.研究表明,氧化亚铁硫杆菌在脱水施氏矿物的附着包裹量为2×10~8cells·g~(-1).0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接加入体系经过108 h培养,pH分别下降至2.28、2.25、2.24及2.22;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物加入量的增加而增加,且各体系Fe~(2+)氧化率在108 h均达到100%,此时次生铁矿物产生量分别是3.05、3.30、3.61与3.70 g·L~(-1).然而,0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物溶解后进入的相应体系经过108 h培养后,pH分别下降至2.19、2.18、2.10及2.02;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物溶解量的增加而增加,各体系Fe~(2+)氧化率在96 h均达到100%,各体系次生铁矿物在108 h时的产生量分别是6.16、6.44、6.76与7.89 g·L~(-1).可见,施氏矿物对硫杆菌的吸附包裹作用致使体系Fe~(2+)氧化效率降低,次生铁矿物合成量减少,酸化程度减弱.     

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.     

酸性硫酸盐环境中菌密度对生物成因次生铁矿物形成的影响

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)促进次生铁矿物形成的现象在酸性煤矿废水(ACMD)的治理领域具有重要意义.本研究探索了A. ferrooxidans接种密度在酸性硫酸盐环境(9K培养基)中对Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率及矿物产生量的影响,同时考察了矿物合成体系矿相的变化情况.结果表明,当体系A. ferrooxidans接种密度为0.27×10⁶~5.40×10⁷ cells·mL^-1时,溶液中Fe²⁺需60~12 h氧化完全.培养至60 h,上述体系总Fe沉淀率分别达到10.7%~35.9%.不同接种体系Fe²⁺同时氧化完全时,沉淀单位质量Fe而转化的次生铁矿物量随着接种密度的增加而增大.例如,A. ferrooxidans接种密度分别为1.35×10⁶、2.70×10⁶、8.10×10⁶和1.62×10⁷ cells·mL^-1的处理在Fe²⁺同时完全氧化时刻,Fe沉淀率分别为17.6%、20.0%、24.1% 和26.5%,且沉淀1 g Fe转化的次生铁矿物量分别为2.04、2.10、2.17与2.27 g.结晶度较差的施氏矿物是次生铁矿物合成初期产生的唯一矿相,Fe²⁺完全氧化时,矿物相为施氏矿物与结晶度好的黄铁矾矿物的混合物.