微生物介导的铁氧化还原过程是地壳中铁循环的重要方式和途径,特别在厌氧的水环境或者沉积物中的硝酸盐还原亚铁氧化过程中,微生物参与起到极为重要的作用。在硝酸盐还原亚铁氧化过程中,同时存在着两个过程对亚铁进行氧化,一是微生物的直接氧化,二是硝酸盐还原的产物亚硝酸盐的间接化学氧化。该过程中的亚铁氧化成矿会导致三价铁(氢)氧化物纤铁矿、针铁矿等的生成,随后沉积在细胞表面和周质中,导致细胞结壳发生。这些次生铁矿物的存在对于环境中其它的污染物迁移转化有着极为重要的影响和意义,而环境中的酸、还原条件和铁还原性微生物都会影响到次生矿物的稳定性。在微生物介导的硝酸盐还原亚铁氧化过程中自然环境中的众多因素,都可能会影响到次生矿物的形成和矿物学特征,但其过程以及次生矿物的溶解性尚不清楚。所以本论文的研究目的是(1)研究在硝酸盐还原亚铁氧化过程中菌浓度变化以及亚铁浓度变化对次生矿物的影响;(2)探索硝酸盐/亚硝酸盐体系下微生物介导的亚铁氧化成矿过程的矿物相转化;(3)探索铁还原菌、还原剂、盐酸等对次生矿物稳定性的影响。本次论文的结论如下:(1)对于硝酸盐体系,高菌浓度促进硝酸盐还原和亚铁氧化,而低菌浓度条件下,亚铁浓度越高,亚铁氧化速率和程度降低,但次生矿物结晶度也越高,对硝酸盐还原具有一定抑制作用。菌浓度和亚铁浓度都会促进亚硝酸盐还原,但亚铁氧化的次生矿物会对微生物的还原产生较强的抑制作用,次生矿物的种类和结晶度仍然主要受亚铁浓度影响。(2)硝酸盐还原主要是生物反硝化作用,亚硝酸盐还原包含生物反硝化和化学反硝化两部分,在硝酸盐体系下亚铁氧化与次生矿物生成主要是受生物和化学反硝化作用共同影响,但亚硝酸盐体系下主要是化学反硝化作用。(3)在硝酸盐还原亚铁氧化成矿过程中,硝酸盐体系主要都是以针铁矿为主,亚硝酸盐体系主要以纤铁矿为主。在成矿早期,亚硝酸盐体系亚铁氧化速率明显快于硝酸盐体系,这导致矿物相的显著不同,反应速率越快更容易生成纤铁矿,越慢则越容易生成针铁矿。(4)利用不同浓度盐酸对次生矿物进行溶解结果显示,生物作用下生成的针铁矿对低浓度盐酸具有较强的耐受性,对高浓度盐酸耐受性有限,而以化学反硝化为主生成的纤铁矿对不同浓度盐酸的耐受力都很弱。酸性条件下硝酸盐体系生物作用生成的次生矿物稳定性更好,在重金属治理中更具有潜力。(5)铁还原菌MR-1对生物作用生成的铁矿物具有一定的还原作用,而化学作用生成的铁矿物的还原作用很弱,这主要是由于亚硝酸盐的存在与铁还原形成竞争关系,减缓了铁矿物的还原。强还原剂连二亚硫酸钠对两种矿物都具有显著的溶解作用,并且随着连二亚硫酸钠浓度的升高溶解作用增强,生物作用生成的铁矿物具有更加稳定的矿物结构,所以溶解较慢。