砷作为一种有毒的类金属,具有毒性强,危害大、三致性等特点,且对生态环境和人类健康有着极大危害,并已引起了人们的广泛关注,另外,农业生产中使用污水灌溉及含砷农药、肥料,也造成砷在环境中的污染日益加剧,各地的砷中毒事件也频频爆发,并且在该方面已取得很大的进展。纵观已有成果,大都聚集在从水文地球化学角度探讨高砷地下水的分布、赋存环境、砷的来源及形成机制,对微生物参与下砷的迁移与转化机理方面的研究相对薄弱。无机地球化学作用仅仅是砷在地下水环境中复杂地球化学行为的一部分,而微生物同样也在地下水中砷的迁移和转化中扮演着重要的角色,且目前已有部分研究偏向于微生物作用于含砷地下水或土壤,并取得初步成果,但大都聚集在好氧菌方面的研究。地下水中砷的迁移转化机制既离不开无机地球化学作用,也离不开微生物的重要作用,而前人的研究已在这两个方向上均作出了巨大贡献,并取得很多成果,但结合二者共同作用的研究目前还很欠缺,需要进一步加深。因此,结合矿物存在的实际情况,研究厌氧环境中土著耐砷菌对砷的迁移转化作用具有重要意义,为更全面地理解微生物对高砷地下水中砷迁移转化机理提供依据和支撑。本研究以实验室已筛选的耐砷细菌X6400-2为生物材料,实验室自制针铁矿为化学材料,采用厌氧培养的方法,通过监测培养体系中Fe(II)、Fe(III)和As(III)、As(V)含量变化,及微生物的形态特征变化,研究在厌氧条件下,针铁矿对地下水中砷的生物迁移转化的影响。主要研究成果如下: 1. 从大同盆地浅层高砷地下水沉积物中筛选的土著耐砷细菌X6400-2,细胞形态为长杆状,具有较强的耐砷性,在5mg?L-1的As(V) 溶液中微生物的砷还原率最高达到75%,高于微生物在100μg?L-1的As(V)溶液中的砷还原率65%。 2. As(V)对该菌的细胞个体形态没有显著影响,但菌体的团聚结构由原来的球状聚集变为带状排列,更有利于微生物对砷的代谢,在厌氧条件下,该土著菌对砷的还原为细胞内还原,微生物作用于As(V)时,溶液中砷的总含量As(T)降低,在100μg?L-1的As(V)溶液中降至50μg?L-1,在5mg?L-1的As(V) 溶液中降至4.5 mg?L-1,低浓度As(V)更有利于微生物的代谢。3. 针铁矿对该菌的生长具有胁迫性,通过透射电镜观察,投加针铁矿后,菌株的细胞由原来的长杆状变短并趋于球状,且球状菌体吸附于针铁矿表面,此外,该菌也促进了针铁矿在溶液中的还原性溶解,相比较于针铁矿自然条件向下的还原性溶解,接种微生物后,溶液中Fe含量升高,尤其是Fe(II)含量显著升高,溶液中的最高值由1.3μg?mL-1增加到6.38μg?mL-1。4. 针铁矿对100μg?L-1 和5mg?L-1的As(V)都具有还原作用和吸附作用。不同的是,在100μg?L-1的砷溶液中,针铁矿对砷的吸附以As(V)为主,随着针铁矿的增加,溶液中As(III)含量基本保持在20μg?L-1附近,但溶液中As(V)含量则逐渐降低。相比较于针铁矿自然条件下的还原性溶解,溶液中Fe(II)含量在前7天内均高于自然条件下,还原性溶解受到促进作用;而在5mg?L-1的As(V)溶液中,针铁矿以As(III)的吸附为主,随着针铁矿的增加,溶液中As(III)含量基本保持在2mg?L-1附近,但溶液中As(III)含量则逐渐降低。针铁矿在5mg?L-1的As(V)溶液中,前24h内还原性溶解增强,溶液中Fe(II)含量波动较大,最高值可达2.0μg?mL-1,高于针铁矿自然条件下还原性溶解的值。5. 在100μg?L-1 As(V)溶液中,反应第1天内,As(V)含量下降率到达40%-62%,此后下降速率趋于平缓。当针铁矿投加量为0.1g?L-1时,会促进微生物对As(V)的还原作用,溶液中As(III)含量升高至30μg?L-1,高于无针铁矿投加组的10μg?L-1;当针铁矿投加量大于或等于0.25g?L-1时,微生物对As(V)的还原作用会受到抑制,溶液中As(III)含量均低于无针铁矿投加组的10μg?L-1;在反应前7天,针铁矿的还原性溶解受到促进作用,溶液中Fe(II)含量普遍升高,最高可达1.1μg?mL-1;在7天后,溶液中Fe(II)含量波动与自然条件下还原性溶解中相接近,峰值到达1.2μg?mL-1,略低于自然条件下峰值1.3μg?mL-1,此时针铁矿的还原性溶解过程未受到明显影响。6. 在5mg?L-1As(V)溶液中,当针铁矿投加量小于或等于0.25g?L-1时,微生物对As(V)的还原作用显著加强,溶液中As(V)的下降速率和As(III)的增长速率显著加快,第一天内As(V)的下降速率可达44%,之后略有降低,但溶液中As(III)增长速率大于无针铁矿投加组,As(III)含量可达3mg?L-1远高于无针铁矿组的1.2 mg?L-1;当针铁矿投加量大于或等于0.5g?L-1时,溶液中As(III)含量与未投加针铁矿组接近,均呈缓慢上升趋势,平衡后到达1.2 mg?L-1左右,溶液中微生物对砷的还原作用未受到显著影响,但溶液中Fe(II)含量均高于针铁矿自然条件下的还原性溶解,针铁矿的还原性溶解起到促进作用。该研究成果有助于我们更深入的理解微生物对砷的新陈代谢作用,及微生物在复杂地下水环境中砷的迁移转化中发挥的作用,对完善高砷地下水的生物成因机理也有重要的理论意义。