生物矿化在重金属污染治理领域的研究进展

生物矿化通过生物代谢影响金属及类金属物质的形态分布,进而改变金属及类金属物质的生物有效性及毒性,在环境污染治理领域成为研究热点.文献计量学结果显示,2007—2017年生物矿化研究以微生物为主要对象,在纳米颗粒物和矿区修复等方面形成热点,并在环境学、生物学、化学和工程学等领域形成交叉学科.结合典型矿化菌与重金属间的矿化关联规律和微界面反应对微生物矿化中重金属的钝化机制进行归纳:①依据矿化菌与矿化产物的关联性对矿化菌进行分类,从碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和磷酸盐4类矿化产物角度汇总了碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌的代表微生物;②矿化菌通过诱导矿化的方式固定重金属离子,其中碳酸盐矿化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌可以直接促进金属矿物的形成,铁锰氧化菌生成的矿物间接吸附金属离子;③微生物矿化是由外及内的过程,细胞壁及胞外多聚物具有丰富基团,在矿化初期提供吸附和成核位点,原生质体也可以提供矿化场所,在矿化中后期继续固定游离离子.但是,由于微生物复杂的细胞结构及独特的生理习性,矿化过程的微界面反应机制研究尚显不足,需要利用生物学、矿物学、环境科学等领域的先进技术进一步的探索;同时也应开展宏观生态水平的生物矿化研究,并结合实际问题完善生物矿化在环境污染治理中的理论,为重金属污染地区的治理提供新的思路和技术.      

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。     

溶藻菌H6对铜绿微囊藻的溶藻特性研究

全球水华现象日益严重，微生物控藻由于具有成本低、高效、环境友好等优点被广泛关注。以筛自河道的一株溶藻菌H6为对象，开展其对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的溶藻特性研究。实验结果表明，H6最佳投加量(体积分数)为5%,最佳投加时机为蓝藻水华暴发初期(680 nm波长处的光密度(OD₆₈₀)为0.3),pH控制在5～11,7 d溶藻率超过70%。H6以间接溶藻为主，直接溶藻为辅，通过分泌耐高温的溶藻物质进行除藻且溶藻产物为腐殖酸类物质。H6属于肠杆菌属(Enterobacteriaceae),在宽pH范围内有较好溶藻效果，丰富了水体蓝藻水华治理方面的菌种资源；分泌的溶藻物质的耐高温特性为后续菌粉制备及生产应用提供了便利。     

可吸入性超细石英粉尘在模拟人体体液中溶解特性

为研究石英颗粒被吸入人体后在体内的溶解行为,以Gamble溶液模拟人体体液环境,研究了粒径中值d50为2.8μm的石英粉尘在3个酸度的Gamble溶液中溶解特性.结果表明,石英颗粒中Si的溶出量随溶解时间的延长,不断增大,但在较强的酸性环境下,存在一定程度的溶解抑制.SEM观察发现,超细石英颗粒在Gamble溶液中表面被溶蚀,表面和边壁均出现了不同程度的凹蚀、脱皮现象,但颗粒内部溶蚀现象不明显.FTIR结果表明,超细石英颗粒表面经Gamble溶液溶蚀后其Si-O-Si反对称伸缩振动发生一定程度的改变.XRD物相表征显示超细石英颗粒溶蚀前后物相特征无明显变化,但Rietveld结构精修结果表明溶解后超细石英颗粒晶胞参数和晶胞体积均有压缩,可见颗粒表面硅可能由结晶的有序结构转化为无定形结构,后溶解于体液中.超细石英颗粒在模拟人体体液中溶蚀现象显著,但未引起整个颗粒晶体结构的崩塌,颗粒表面溶解于体液中,引起pH值增大并趋于稳定于偏碱性环境,可吸入性超细石英颗粒溶蚀后暴露出的新鲜表面以及溶解于体液中的硅对人体健康造成潜在的严重威胁.