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.     

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.     

粤北大宝山AMD水-表层沉积物的重金属分布特征及其影响因素

粤北大宝山铁铜多金属矿床的尾矿富含硫化物矿物,在化学和生物氧化作用下,产生pH5的酸性矿山废水(AMD).本文对大宝山槽对坑、铁龙AMD的10个采样点的表层沉积物进行物相和微观形貌分析,测定水样和表层沉积物中Pb、Cu、Mn、Cr等重金属离子的含量,讨论pH与次生矿物对重金属元素在水-表层沉积物分布差异的影响.结果表明:AMD的表层沉积物的次生矿物主要由铁、锰的氢氧化物、铁矾类矿物、羟氧硫铅矿和偏砷酸氢铁矿组成,其中含铁次生矿物具有一定的空间演化特征.水-表层沉积物的重金属浓度空间分布差异主要受pH和次生矿物组合控制.水的重金属含量总体是随着pH的降低而增大,且Pb、Cu、Mn具有显著相关性.羟氧硫铅矿是Pb的主要沉淀方式;水钠锰矿的析出沉淀影响Mn、Pb、Cu的沉降率;水铁矿、针铁矿、施威特曼石控制低pH环境中Cu的沉降行为;针铁矿、黄钾铁矾、施威特曼石是水溶液中Cr的强力清除剂.     

草酸盐介导下含As(V)黄钾铁矾的相转化过程与As(V)的再分配行为

黄钾铁矾能够通过吸附和共沉淀作用固定酸性矿山废水（AMD）中的重（类）金属（如砷）,降低其迁移性和生物可利用性.草酸盐广泛存在于天然水环境中,其具有的羧酸官能团能改变铁矿物的稳定性,进而影响吸持的重（类）金属的再分配行为.利用水热法合成含As（V）黄钾铁矾,探究其在不同草酸盐浓度与pH条件下的溶解、重结晶和共沉淀As（V）的行为.研究结果表明,草酸盐与含As（V）黄钾铁矾表面Fe（III）活性位点配位形成的可溶性强络合物是促进矿物溶解的第一步和关键;在pH 2.5时,含As（V）黄钾铁矾的溶解速率随草酸盐浓度增加而增加,伴随大量As（V）释放到溶液,反应过程中只有少量As（V）重新吸附到固相上,这是由于草酸盐与As（V）竞争矿物表面的同一活性位点;在pH 6.5条件下,草酸盐促进含As（V）黄钾铁矾的重结晶,经X射线衍射分析表明针铁矿和纤铁矿为主要产物,能有效地吸附释放的As（V）.研究结果有助于揭示在AMD环境下黄钾铁矾沉积物与含羧酸官能团有机酸共存时对As（V）的释放和固定机理,对AMD环境中As（V）污染控制有重要意义.     

生物沥浸去除污泥重金属及改善脱水性能研究

从天然矿山酸性废水中富集制备了3种嗜酸性细菌混培物,开展了污泥生物沥浸实验,研究了沥浸去除污泥重金属(Cu、Zn、Cd)同时改善脱水性能的效果.结果表明,3种嗜酸性细菌混培物均可有效去除污泥中的重金属(P<0.01).沥浸12d后,改进型Starkey培养基富集的嗜酸性细菌混培物对Cu和Cd的去除率分别达到82.0%和82.9%,9K培养基富集的嗜酸性细菌混培物进行生物沥浸处理对Zn的去除率可达到87.5%.同时,生物沥浸还可以显著改善污泥的脱水性能(P<0.01).经过12d沥浸,污泥的离心脱水率可由73.1%上升到90.0%.显微观察和能谱分析结果显示,污泥脱水性能的改善是因为生物沥浸能使污泥结构由絮体状变成明显的颗粒状,并可形成以铁、氧和硫为主要元素组成的次生矿物规则晶体.     

温度和pH对生物成因羟基硫酸铁矿物的综合影响研究

在酸性矿山废水中,氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)氧化Fe~(2+)过程中常常伴随着次生矿物的生成.为研究温度和pH对A.ferrooxidans氧化Fe~(2+)及Fe3+水解成矿的综合影响,考察了初始pH为1.5、2.0、2.5、3.0,温度为8、18、28、38℃时体系中Fe~(2+)、总Fe、次生矿物的变化情况.结果表明,在改良9K培养基中,温度和pH均影响Fe~(2+)生物氧化和Fe~(3+)水解成矿.A.ferrooxidans最佳适宜生长环境为温度28℃,pH=2.0~3.0,其它条件均不利于其生长繁殖,导致Fe~(2+)氧化速度明显变慢.起始pH=1.5时,不同温度处理均未发现有矿物生成,pH越高,收集矿物量越多.次生铁矿物XRD图谱表明,反应温度为28℃时,pH=2.0~2.5条件下次生铁矿物主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物,而pH=3.0时则更有利于施氏矿物的形成.该现象对有效调控次生矿物的形成具有潜在意义.     

生物沥浸的酸化效应对城市污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5对供试污泥进行生物沥浸处理,并通过与化学酸化试验对比,从Zeta电位、溶胞作用及污泥絮体的形态结构等方面研究了污泥生物沥浸的酸化效应对其脱水性能的影响.结果表明,生物酸化过程中,随着pH的下降,污泥比阻由1.81×1012m.kg-1降到0.59×1012m.kg-1,污泥沉降率不断提高,在pH 2.90时达到48%,污泥Zeta电位逐渐升高,从-25.2 mV升至9.6 mV.化学酸化试验中,随着pH的下降,污泥比阻先降低再升高,并在pH 3.35时取得最小值2.6×1012m.kg-1,Zeta电位逐渐上升,于pH 2.90时趋于0.污泥中可溶性磷浓度随着pH下降不断升高,pH调至1.86时,污泥液相中总磷(TP)浓度超过600 mg.L-1,进一步通过显微镜对污泥絮体的观察发现,强酸会导致污泥中微生物细胞分解.在pH 3.35左右,化学酸化污泥和生物酸化污泥的颗粒结构都没有发生明显变化,但生物酸化污泥中存在一些可能是次生矿物的晶体.污泥Zeta电位趋近于0、次生矿物的形成是生物沥浸的酸化效应使城市污泥脱水性能提高的内因.     

Citrobacter sp.EBS8对施氏矿物和黄钾铁矾的还原溶解及相转化行为的影响

铁硫酸盐次生矿物广泛存在于酸性矿山废水（AMD）污染流域沉积物中,是多种有毒有害重金属的沉淀库.硫酸盐还原菌对矿物的还原作用可破坏矿物的稳定性从而引起共沉淀重金属的释放.在前期研究中发现柠檬酸杆菌Citrobacter sp.存在于AMD流域沉积物中,且在还原条件下具有较强的硫酸盐还原能力.因此,探究其对铁硫次生矿物的还原溶解及矿物晶相转化行为的影响尤为重要.本研究选取矿区沉积物中典型的铁硫次生矿物施氏矿物和黄钾铁矾为研究对象,在实验室条件下考察了从AMD污染沉积物中筛选到的菌株Citrobacter sp.EBS8对矿物的还原溶解及相转化的影响.结果表明,在缺氧、中性pH及电子供体足量时,在EBS8的作用下施氏矿物和黄钾铁矾均出现了明显的还原溶解现象.菌株EBS8可利用乳酸盐作为电子供体还原SO₄^2-和Fe（III）.SEM结果显示,施氏矿物在反应初期出现表面毛刺不平现象,黄钾铁矾发生由外向内的逐层溶解,矿物转化过程中都出现空壳形貌.XRD检测到施氏矿物组的主要转化产物为菱铁矿和蓝铁矿,黄钾铁矾体系中主要是蓝铁矿和马基诺矿.这些结果有助于了解AMD污染沉积物中铁硫酸盐矿物的转化行为及为AMD污染治理提供理论支撑.     

粤北大宝山槽对坑酸性矿山废水中不同沉积层次生矿物研究

矿山尾矿渣中硫化物的氧化作用易形成酸性矿山废水(AMD)和重金属污染,而氧化过程中形成的次生矿物对控制重金属污染起重要的作用。本文利用XRD和SEM等主要手段,对粤北大宝山多金属矿槽对坑酸性矿山废水四种不同颜色沉积层的次生矿物种类及其形貌进行了研究,发现不同沉积层均有丰富的次生矿物。从上到下,次生矿物种类从简单变复杂多样。尾矿砂层(S1)次生矿物种类主要为叶绿矾、针绿矾、黄钾铁矾;赭色层(S2)主要次生矿物有磷铝矾、七水铁矾,四水白铁矾、黄钾铁矾等;灰绿色沉积层(S3)主要有水砷铁矿,镁叶绿矾、赤铁矾及较丰富的李时珍石;S4层主要有黄钾铁矾、施威特曼石、铁明矾、水绿矾、镁叶绿矾等。其中黄钾铁矾是最常见的次生矿物,主要呈片状、菱面体状,与施威特曼石共生;施威特曼石也相对较富集,呈海胆状、放射状、鳞片状、球状等集合体产出;石膏较富集,呈完整晶体出现。酸性矿山废水中重金属元素的活动性受到次生矿物的影响;次生矿物在一定程度上能净化酸性矿山废水中有害元素,减少酸性矿山废水对周围环境的污染。