【摘 要】
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突发性水体镉(Cadmium,Cd)污染事件时有发生,对当地水体生态环境及下游城市居民的饮水安全造成了严重的威胁。投加聚合硫酸铁((Polyferric sulphate,PFS)是应对突发性水体镉
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突发性水体镉(Cadmium,Cd)污染事件时有发生,对当地水体生态环境及下游城市居民的饮水安全造成了严重的威胁。投加聚合硫酸铁((Polyferric sulphate,PFS)是应对突发性水体镉污染事故常用的应急措施。PFS可以快速絮凝水体中的Cd2+形成含Cd聚铁絮体Cd-PFS沉降到底泥中,从而降低水中镉浓度。异化铁还原菌(Dissimilatory iron-reducing bacteria,DIRB)在底泥等厌氧环境中普遍存在。我们前期研究发现,含 Cd 聚铁絮体可以被DIRB还原溶解,再次将Cd释放出来。胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)是决定细胞体表微环境理化性质的关键组分,对金属迁移转化及矿物形成具有重要影响。本研究以含Cd聚铁絮体为研究对象,探讨了胞外聚合物对异化铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1(MR-1)异化铁还原过程中次生矿物形成及Cd迁移转化的影响。主要研究结论如下:(1)EPS可以促进MR-1还原絮体中的Fe(Ⅲ)。其机制可能为EPS中的蛋白质易吸附于絮体表面,造成絮体表面电荷不均一而加强颗粒的分散,增加界面电子传递活性表面位点,进而加快颗粒和微生物间的电子传递效率;EPS含有MtrB、MtrC等氧化还原蛋白,这些蛋白可能通过参与电子传递,促进絮体中的Fe(Ⅲ)还原;EPS中的黄素在MR-1还原絮体过程中可能作为电子穿梭体,加快电子传递速度。EPS不仅可以促进微生物介导的Fe(Ⅲ)还原,而且还可以直接还原絮体。(2)首次发现EPS可提供磷酸根诱导蓝铁矿形成。EPS中的蛋白质、DNA可作为磷源被微生物分泌的磷酸酶、核苷酸酶降解为磷酸根,磷酸根与还原产生的Fe2+反应形成了蓝铁矿。异化铁还原过程中,微生物自己分泌的EPS在扩散条件差时可保持足够高的浓度诱导蓝铁矿生成。在底泥等天然厌氧环境中可能存在EPS诱导蓝铁矿形成这一过程。(3)EPS可提供成核位点促进纤铁矿、磁铁矿等三价铁矿物形成。EPS核酸及磷酸化蛋白质中的磷酸基可作为成核位点,通过与铁原子形成P-O-Fe键固定和聚集溶液中的Fe3+、Fe2+,加速铁沉淀,促进纤铁矿、磁铁矿等铁矿物形成。(4)EPS促进铁还原的同时会促进矿物负载的镉释放到溶液中,但是随着反应进行,EPS会促进蓝铁矿、纤铁矿、磁铁矿等次生矿物形成,这些次生矿物由于含有丰富的羟基官能团,对Cd2+有很强的吸附能力,通过化学吸附重新固定了释放到溶液中的Cd2+,最终降低了 Cd2+的可迁移性及可生化性。
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