铁还原菌介导载砷混合铁氧化物矿物还原—砷释放动力学特征研究
发布时间：2021-01-24 09:09
高砷地下水一直以来都是国际水文地质界持续关注的重大环境地质问题。载砷铁氧化物矿物的还原性溶解目前被公认为是高砷地下水的主要成因。高砷地下水含水层载砷铁氧化物通常是多种铁氧化物矿物的混合体,探究载砷混合铁氧化物矿物的还原及其砷释放特征对刻画原位环境地下水砷富集机理具有重要意义。因此,本研究利用不同种类的铁还原菌（只有铁还原能力的Shewanella oneidensis MR-1和内蒙古高砷地下水沉积物中分离的具有砷铁还原能力的Clostridium sp.anHT01）还原不同比例的混合载砷铁氧化物矿物,探究微生物-载砷铁氧化物相互作用体系对砷的迁移转化行为的影响。获得以下认识:（1）铁还原菌MR-1介导下的还原过程,磷酸根反应体系水铁矿最大还原速率为291μg·L-1·h-1,还原量3501μM,砷最大释放量276μg/L,碳酸根体系水铁矿最大还原速率为366μM/h,还原3023μM水铁矿,砷的最大释放量为25μg/L。碳酸根体系水铁矿的还原速率大于磷酸根体系,但总还原量低于磷酸根培养基。在磷酸根体系,砷先释放再发生铁氧化物的还原,碳酸根...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物作用下异化铁还原的可能机制
绪论6吸附的Fe(II)一旦达到了饱和的状态，生成的次生矿物主要是磁铁矿，如果水铁矿还原速率很高，磁铁矿生成会直接受到抑制，此时主要产物则为菱铁矿(图1-2)。不仅如此，次生矿物可以同过共沉淀和吸附作用影响铁矿物结合态的砷的释放。比如，铁还原形成的Fe(II)会与硫化物形成黄铁矿沉淀，并固定体系中的砷（Omoregieetal.,2013）。图1-2异化铁还原的次生矿物的形成过程（罗海林，2018）1.2.4铁氧化物矿物的还原微生物值得注意的是，介于铁还原机制的多样性，铁还原微生物同样也具有多样性。截止到目前为止，众多学者已经从海洋沉积物、淡水沉积物、蓄水层等不同环境中以各种方法分离出不同的铁还原菌，如图1-3所示，主要包括有希瓦氏菌(Shewanellaputrefaciens)、土杆菌属(Geobactermetallireducens)、地杆菌属(Geobacter)等。
中国地质大学（北京）硕士学位论文7图1-3铁还原微生物分类SchewanellaoneidensisMR-1是一种常见的铁还原模式菌，附砷针铁矿、水铁矿在被MR-1还原后，铁氧化物上的As(Ⅴ)随Fe(Ⅱ)进入液相释放，最后形成次生Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)矿物如蓝铁矿、磁铁矿，重新将As(Ⅴ)吸附到固相中，或者砷与Fe(Ⅱ)共同沉淀形成稳定的As(Ⅴ)-Fe(Ⅱ)复合物Fe3(AsO4)2（Jiangetal.,2013）。作为典型的铁还原菌，将SchewanellaoneidensisMR-1、MR-4应用于臭葱石及砷黄铁矿进行实验，发生Fe(III)还原后矿物首先被溶解，接着As从该含砷矿物中释放出来，此为后续砷甲基化或砷氧化反应发生的前提（YinWangetal.,2016）。研究表明，砷由水铁矿向孔隙水中释放的过程随反应时间而改变，总的来说主要由三个进程交迭构成：水流中化学不平衡引起的As解吸、铁的相态转变过程中As被固定、Fe(II)固体还原溶解时As的释放，各进程都对固相和液相中的砷含量有直接影响（TufanoandFendorf,2008）。在室内实验的基础上，学者们对世界各地的多种环境样品进行了铁还原菌与砷迁移转化关系的研究。铁还原菌MR-1作用于含砷的固体废渣还原了Fe(Ⅲ)，显著地增加了体系中As的释放，且As的释放与Fe的释放呈线性关系（Tianetal.,2015）。美国科达伦湖被尾矿库排泄造成了砷污染，在铁还原菌ShewanellaalgastrainBrY与臭葱石或含砷湖相沉积物的反应体系中，该菌可以将三价铁氧化物转化成Fe(II)，促进了吸附态及结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]油藏嗜热菌与膨润土的相互作用及其对储层防膨的意义[J]. 胡小丽,张蔚,刘邓,邱轩,王红梅. 微生物学报. 2019(06)
[2]两种典型炭材料对微生物还原含砷水铁矿的影响及其机制研究[J]. 吴松,袁贝嘉,闫慧珺,方国东,张俊,王玉军,周东美. 农业环境科学学报. 2018(07)
[3]不同电子受体下铁还原细菌异化还原Fe（Ⅲ）性质及菌群特征[J]. 覃海华,忻宏蔚,刘洪艳. 生态学杂志. 2018(06)
[4]异化铁还原诱导次生铁矿对土壤重金属形态转化的影响[J]. 罗海林,汤佳,周普雄,余震,符桂华,周顺桂. 生态学杂志. 2018(06)
[5]江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响[J]. 高杰,郑天亮,邓娅敏,蒋宏忱. 地球科学. 2017(05)
[6]“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验改进[J]. 马会放,荆林海. 生物学通报. 2016(12)
[7]江汉平原高砷含水层沉积物地球化学特征[J]. 李红梅,邓娅敏,罗莉威,王焰新,段艳华,董创举,甘义群. 地质科技情报. 2015(03)
[8]小分子有机酸对铁(氢)氧化物表面吸附的砷酸盐的解吸作用研究[J]. 杨凯光,邓芊,毛丹,花修艺,梁大鹏,郭志勇,董德明. 科学技术与工程. 2014(20)
[9]原生高砷地下水的类型、化学特征及成因[J]. 郭华明,倪萍,贾永锋,郭琦,姜玉肖. 地学前缘. 2014(04)
[10]干旱、半干旱地区高砷地下水形成机理研究:以中国内蒙古河套平原为例[J]. 高存荣,刘文波,冯翠娥,陈有鑑,张国,宋建新. 地学前缘. 2014(04)
博士论文
[1]原位高砷地下水环境下铁氧化物矿物吸附态砷的释放特征及机理[D]. 张迪.中国地质大学(北京) 2018
[2]内蒙古河套盆地高砷含水系统的微生物特征及生物地球化学效应[D]. 李媛.中国地质大学(北京) 2016
[3]砷在铁氧化物表面吸附转化及砷微生物再释放机制研究[D]. 王寅.安徽农业大学 2015
硕士论文
[1]河套盆地西北部高砷地下水水化学特征及适宜除砷方法初探[D]. 陈广宇.中国地质大学(北京) 2018
[2]河套盆地山前平原沉积物地球化学特征及其对地下水砷的控制意义[D]. 李晓峰.中国地质大学(北京) 2018
[3]磷酸盐对异化铁还原诱导的次生铁矿形成与镉转化过程的影响[D]. 罗海林.福建农林大学 2018
[4]高砷地下水中土著微生物多样性及控制因素[D]. 沈甲星.中国地质大学(北京) 2017
[5]厌氧土著砷还原菌的特性及其对砷和铁迁移转化的影响[D]. 丁苏苏.中国地质大学(北京) 2016
[6]内蒙古河套盆地土著砷还原菌对砷的生物地球化学作用[D]. 刘泽云.中国地质大学（北京） 2014
本文编号：2996985
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物作用下异化铁还原的可能机制
绪论6吸附的Fe(II)一旦达到了饱和的状态，生成的次生矿物主要是磁铁矿，如果水铁矿还原速率很高，磁铁矿生成会直接受到抑制，此时主要产物则为菱铁矿(图1-2)。不仅如此，次生矿物可以同过共沉淀和吸附作用影响铁矿物结合态的砷的释放。比如，铁还原形成的Fe(II)会与硫化物形成黄铁矿沉淀，并固定体系中的砷（Omoregieetal.,2013）。图1-2异化铁还原的次生矿物的形成过程（罗海林，2018）1.2.4铁氧化物矿物的还原微生物值得注意的是，介于铁还原机制的多样性，铁还原微生物同样也具有多样性。截止到目前为止，众多学者已经从海洋沉积物、淡水沉积物、蓄水层等不同环境中以各种方法分离出不同的铁还原菌，如图1-3所示，主要包括有希瓦氏菌(Shewanellaputrefaciens)、土杆菌属(Geobactermetallireducens)、地杆菌属(Geobacter)等。
中国地质大学（北京）硕士学位论文7图1-3铁还原微生物分类SchewanellaoneidensisMR-1是一种常见的铁还原模式菌，附砷针铁矿、水铁矿在被MR-1还原后，铁氧化物上的As(Ⅴ)随Fe(Ⅱ)进入液相释放，最后形成次生Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)矿物如蓝铁矿、磁铁矿，重新将As(Ⅴ)吸附到固相中，或者砷与Fe(Ⅱ)共同沉淀形成稳定的As(Ⅴ)-Fe(Ⅱ)复合物Fe3(AsO4)2（Jiangetal.,2013）。作为典型的铁还原菌，将SchewanellaoneidensisMR-1、MR-4应用于臭葱石及砷黄铁矿进行实验，发生Fe(III)还原后矿物首先被溶解，接着As从该含砷矿物中释放出来，此为后续砷甲基化或砷氧化反应发生的前提（YinWangetal.,2016）。研究表明，砷由水铁矿向孔隙水中释放的过程随反应时间而改变，总的来说主要由三个进程交迭构成：水流中化学不平衡引起的As解吸、铁的相态转变过程中As被固定、Fe(II)固体还原溶解时As的释放，各进程都对固相和液相中的砷含量有直接影响（TufanoandFendorf,2008）。在室内实验的基础上，学者们对世界各地的多种环境样品进行了铁还原菌与砷迁移转化关系的研究。铁还原菌MR-1作用于含砷的固体废渣还原了Fe(Ⅲ)，显著地增加了体系中As的释放，且As的释放与Fe的释放呈线性关系（Tianetal.,2015）。美国科达伦湖被尾矿库排泄造成了砷污染，在铁还原菌ShewanellaalgastrainBrY与臭葱石或含砷湖相沉积物的反应体系中，该菌可以将三价铁氧化物转化成Fe(II)，促进了吸附态及结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]油藏嗜热菌与膨润土的相互作用及其对储层防膨的意义[J]. 胡小丽,张蔚,刘邓,邱轩,王红梅. 微生物学报. 2019(06)
[2]两种典型炭材料对微生物还原含砷水铁矿的影响及其机制研究[J]. 吴松,袁贝嘉,闫慧珺,方国东,张俊,王玉军,周东美. 农业环境科学学报. 2018(07)
[3]不同电子受体下铁还原细菌异化还原Fe（Ⅲ）性质及菌群特征[J]. 覃海华,忻宏蔚,刘洪艳. 生态学杂志. 2018(06)
[4]异化铁还原诱导次生铁矿对土壤重金属形态转化的影响[J]. 罗海林,汤佳,周普雄,余震,符桂华,周顺桂. 生态学杂志. 2018(06)
[5]江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响[J]. 高杰,郑天亮,邓娅敏,蒋宏忱. 地球科学. 2017(05)
[6]“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验改进[J]. 马会放,荆林海. 生物学通报. 2016(12)
[7]江汉平原高砷含水层沉积物地球化学特征[J]. 李红梅,邓娅敏,罗莉威,王焰新,段艳华,董创举,甘义群. 地质科技情报. 2015(03)
[8]小分子有机酸对铁(氢)氧化物表面吸附的砷酸盐的解吸作用研究[J]. 杨凯光,邓芊,毛丹,花修艺,梁大鹏,郭志勇,董德明. 科学技术与工程. 2014(20)
[9]原生高砷地下水的类型、化学特征及成因[J]. 郭华明,倪萍,贾永锋,郭琦,姜玉肖. 地学前缘. 2014(04)
[10]干旱、半干旱地区高砷地下水形成机理研究:以中国内蒙古河套平原为例[J]. 高存荣,刘文波,冯翠娥,陈有鑑,张国,宋建新. 地学前缘. 2014(04)
博士论文
[1]原位高砷地下水环境下铁氧化物矿物吸附态砷的释放特征及机理[D]. 张迪.中国地质大学(北京) 2018
[2]内蒙古河套盆地高砷含水系统的微生物特征及生物地球化学效应[D]. 李媛.中国地质大学(北京) 2016
[3]砷在铁氧化物表面吸附转化及砷微生物再释放机制研究[D]. 王寅.安徽农业大学 2015
硕士论文
[1]河套盆地西北部高砷地下水水化学特征及适宜除砷方法初探[D]. 陈广宇.中国地质大学(北京) 2018
[2]河套盆地山前平原沉积物地球化学特征及其对地下水砷的控制意义[D]. 李晓峰.中国地质大学(北京) 2018
[3]磷酸盐对异化铁还原诱导的次生铁矿形成与镉转化过程的影响[D]. 罗海林.福建农林大学 2018
[4]高砷地下水中土著微生物多样性及控制因素[D]. 沈甲星.中国地质大学(北京) 2017
[5]厌氧土著砷还原菌的特性及其对砷和铁迁移转化的影响[D]. 丁苏苏.中国地质大学(北京) 2016
[6]内蒙古河套盆地土著砷还原菌对砷的生物地球化学作用[D]. 刘泽云.中国地质大学（北京） 2014
本文编号：2996985
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