浮游球衣菌对零价铁去除地表水中Sb(V)的影响及机制研究

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锑矿区地表水锑污染严重,研究表明廉价铁屑对水体中的锑去除效果不错,但是关于微生物对铁屑去除水体中Sb(Ⅴ)的影响及相关机理研究较少。铁氧化细菌的是影响铁锈腐蚀的主要微生物之一,天然存在于污染水域中。本研究以易在贫营养条件下生长丰富的浮游球衣菌(Sphaerotilus natans)菌株为代表微生物;研究浮游球衣菌对Sb(Ⅴ)耐受能力或者去除能力;通过批实验研究浮游球衣菌-铁屑共存体系对贫营养溶液中Sb(Ⅴ)的去除效果和反应过程,对比铁屑-水体系,确定浮游球衣菌(Sphaerotilus natans)对微米级零价铁(mZVI)去除Sb(Ⅴ)的影响;监测反应过程中溶液pH、氧化还原电位的变化,采用XRD、SEM、FTIR、TEM等手段对生物矿化作用,及反应后的固体产物进行组成、形态分析,探明浮游球衣菌对铁屑去除Sb(Ⅴ)的影响机制。主要研究结果和结论归纳如下:在0.1 g·L-1的初始Fe0剂量下,40 mg·L-1 Sb(Ⅴ)在非生物系统中可被零价铁完全去除,溶液中的溶解氧有利于mZVI去除Sb(Ⅴ),溶液pH为5.08.0时,对去除效果影响不大,零价铁去除Sb(Ⅴ)的主要机理为铁腐蚀生成铁的氧化物/氢氧化物,然后Sb(Ⅴ)被吸收到氧化物中。浮游球衣菌对Sb(Ⅴ)表现出较强的耐受性,但其吸附Sb(Ⅴ)的能力较弱。最重要的是,浮游球衣菌的存在降低了mZVI对含水Sb(Ⅴ)的去除率,随着微生物接种量的提高,抑制效果越明显,抑制率可高达39%。与非生物体系除锑相比,浮游球衣菌-铁屑共存体系除Sb(Ⅴ)过程中,氧化还原电位的值显著降低,表明浮游球衣菌的生长消耗了大量的溶解氧,这将抑制铁氧化物生成;同时大量悬浊菌体的存在可能会抑制Sb(Ⅴ)与零价铁之间的电子传递。浮游球衣菌-铁屑共存体系除Sb(Ⅴ)反应后的固体产物的主要成分是FeOOH和FeSb2O6,然而单纯零价铁除Sb(Ⅴ)的产物主要为Fe2O3。反应过程中发生了浮游球衣菌对Fe3+离子的生物矿化作用,并在菌体周围生成沉淀,但该生物成因铁氧矿物在Sb(Ⅴ)去除中并没有发挥重要作用。结论:mZVI可以有效地用于从水中去除Sb(Ⅴ)。然而,由于微生物的影响了铁氧矿物生成与反应电子传递,浮游球衣菌的存在能抑制零价铁去除Sb(Ⅴ)能力。
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