低分子有机酸钠对含砷、磷的铁细菌相关溶液中铁矿物形成的影响摘要
环境中的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)及其可溶性的胞外聚合物(EPS)可促进次生高铁矿物如施威特曼石和黄钾铁矾的形成与转化,而这些铁矿物可以通过吸附、共沉淀、结构元素的结合与配位络合等机制,有效去除污染水环境中的重金属以及一些导致水体富营养化的有害物质。在自然环境中,低分子有机酸钠广泛存在,并且在金属循环中会潜在影响环境中金属的迁移,对地球生物循环有较大影响。本文主要就低分子有机酸钠对含砷、磷的铁细菌相关溶液中铁矿物形成的影响开展了相关研究,通过测定离子浓度,利用X-ray衍射仪、红外光谱仪以及扫描电子显微镜进行矿物表征分析,主要研究结果如下:在含铁细菌的体系中,加低分子有机酸钠(草酸钠10~40mM,柠檬酸钠10~40mM,苹果酸钠6~20 mM)而不外加污染离子:加入的低分子有机酸钠浓度较低时,细菌氧化Fe2+的能力作用不明显,其浓度较高时则会产生明显的抑制作用。低分子有机酸钠浓度较低时,利于施氏矿向菱形黄钾铁矾转化;低分子有机酸钠浓度较高时,铁沉淀产物主要为施氏矿,且施氏矿的形成与黄钾铁矾的转化均会受到抑制;苹果酸钠的加入比草酸钠和柠檬酸钠的加入更易促进施氏矿向黄钾铁矾的转化。含适宜浓度低分子有机酸钠(草酸钠SO10、柠檬酸钠SC10和苹果酸钠SM10)的铁细菌或EPS溶液中,在不含、含一种或含两种污染物条件下,7d形成的铁矿物主要为黄钾铁矾;但在含苹果酸钠SM10且As/P{1.0(g/L)/0.1(g/L)}共存的铁细菌溶液中时,会抑制溶液中磷酸铁向黄钾铁矾的转化。在低分子有机酸钠浓度适宜时,这两种体系下仅含P这单一污染比含As/P共存污染对P的去除率更高;对As的去除无明显差异,不利于As的去除。在As/P{1.0(g/L)/0.1(g/L)}共存的铁细菌培养溶液中,加入低分子有机酸钠(草酸钠10~40 mM,柠檬酸钠10~40 mM,苹果酸钠6~20 mM),溶液中最终形成的矿物为黄钾铁矾或磷酸铁矿。三种低分子有机酸钠的加入均抑制铁矿物对P的去除;柠檬酸钠的加入会降低As的去除率,但草酸钠和苹果酸钠的加入会提高As去除率。在As/P{0.3(g/L)/0.1(g/L)}共存的EPS反应溶液中,加入低分子有机酸钠(草酸钠10~40 mM,柠檬酸钠10~40 mM,苹果酸钠6~20 mM),反应溶液中最终形成的少量铁矿物沉淀为黄钾铁矾。对P的去除率影响较小;草酸钠对As的去除率比柠檬酸钠和苹果酸钠略高,且其去除率随着草酸钠浓度的升高而升高。上述研究结果对含低分子有机酸钠的酸性矿山废水,治理或去除单个或共存污染提供理论依据,揭示铁矿物对有毒有害元素的钝化、吸持机理,为生物成矿去除复杂环境中的污染物提供实践意义。
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