含砷水铁矿微生物还原和砷的环境行为

Ferrihydrite is precursor of ubiquitous iron mineral in supergene environment, its small particles and high surface activity significantly affect the migration, transformation and biological effectiveness to numerous types of environment pollutants. Microorganism reduction is one of important factor for phase transformation of ferrihydrite, and the ascenic loaded on the ferrihydrite inpluence its phase restructuring and reactivity. This project aims at simulating how the Fe(II) dissolution, As(V) /As(III) release, reduction of arsenic-ferrihydrite co-precipitation/combination and secondary mineral phase and morphological structure of ferrihydrite loaded ascenic under anaerobic environment with the particpation of iron-reducing bacteria. Illuminate the role of extracellular polymers substance(EPS) effect on the electron transfer mechinism between iron-reducing bacteria and ferrihydrite, revealing the occurring states of As(V) /As(III). A comprehensive assessment about the stability and transformation mechanism of arsenic-ferrihydrite co-precipitate / combination will be the proposed with shift of environment from aerobic to anarobic.

水铁矿是自然界中广泛存在的多种表生成因铁矿物形成的前驱体且化学结构不稳定，因颗粒细小、表面活性高的特性能够吸附固定多种重金属和有机污染物，其形成和转化过程具有不可忽视的环境地球化学效应。大量研究揭示微生物还原是水铁矿转化的重要因素之一，且砷的负载会影响其结构和反应性。本项目拟实验研究厌氧条件下铁还原菌异化还原富砷水铁矿过程中Fe(II)、As(V) /As(III)溶出对其物相转化的影响，阐明胞外聚合物EPS介导铁还原菌与铁矿物之间电子传递机制，揭示富砷水铁矿微生物还原作用元素As的赋存形式及其变化，系统研究从好氧条件转变至厌氧环境时含砷水铁矿微生物还原机制、产物和砷的地球化学行为。

铁细菌与铁矿物的相互作用深度影响铁的地球化学循环及污染物砷的迁移转化，铁细菌诱导促进As(V)从铁氧化物中释放出来并部分还原增加环境迁移性，Fe(III)被还原且形成次生铁矿物是砷在环境迁移转化的重要机制。本研究系统分析微生物驱动不同形态含砷铁矿物的铁溶解转化以及砷的释放再固定，实验室合成共沉淀和吸附态水铁矿与微生物共培养，铁细菌S. putrefaciens 200的加入，共沉淀态水铁矿 24 h内Fe(III)被还原为Fe(II)并浓度达到峰值，随着次生矿物的生成逐渐降低，部分释放出来的As(V)被还原为As(III)，水铁矿被转化为片状、纤维状等菱铁矿、蓝铁矿等吸附溶解态的As(V)和As(III)降低其环境迁移性。而对于吸附型含砷铁氧体，As(V)在第1天迅速释放并还原为As(III)，直到第20天一直保持较高浓度。溶液中As(III)的浓度与Fe(III)还原生成的Fe(II)的浓度一致。吸附态含砷水铁矿砷的快速释放抑制初期次生矿物的形成，释放及还原的砷不能够迅速被次生铁矿物再次吸附固定，因此，该结果表明不同形态含砷水铁矿的再微生物驱动下砷的环境形态不同，且砷的释放迁移与各种次生铁矿物的形成相关。. 矿物-微生物接触界面是其相互作用发生的微环境，细菌胞外代谢产物-胞外聚合物（EPS）是该微环境中的关键组分，因此，胞外代谢活动及其控制因素是揭示微生物/矿物相互作用机制的研究重点之一。 本研究聚焦EPS介导Shewanella oneidensis MR-1还原赤铁矿微界面电子传递机制，针对胞外电子转移(EET)在微生物还原/氧化矿物中的重要作用开展了系统的实验研究，结果表明EPS层特定氧化还原蛋白控制胞外电子传递，EPS层中胞外多糖利于细胞在矿物表面附着，但不利于电子转移。.