劉奮武,高詩穎,王 敏,卜玉山,崔春紅,周立祥

(1.山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院,環(huán)境工程實驗室,山西 太谷 030801；2.南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院環(huán)境工程系,江蘇 南京 210095；3.湖北大學資源環(huán)境學院環(huán)境工程系,湖北 武漢 430062)

鎂離子對氧化亞鐵硫桿菌生物合成次生鐵礦物的影響

劉奮武1,2*,高詩穎1,王 敏3,卜玉山1,崔春紅2,周立祥2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院,環(huán)境工程實驗室,山西 太谷 030801；2.南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院環(huán)境工程系,江蘇 南京 210095；3.湖北大學資源環(huán)境學院環(huán)境工程系,湖北 武漢 430062)

通過搖瓶實驗,在Mg2+分別為48,4.8mg/L,其他元素組成與9K液體培養(yǎng)基一致的體系中,采用氧化亞鐵硫桿菌A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物.考察了Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物體系pH值、氧化還原電位(ORP)、Fe2+氧化率、總Fe沉淀率、次生鐵礦物礦相及礦物晶體尺寸的影響.結(jié)果表明,經(jīng)過48h培養(yǎng),Mg2+濃度為48,4.8mg/L生物成礦體系pH值分別從原來的2.50降低至2.30,2.19,ORP分別從初始259mV增加至269mV,276mV.兩體系Fe2+氧化率培養(yǎng)至第48h均達到100%,然而兩體系總Fe沉淀率及礦物形態(tài)及卻不盡相同.Mg2+濃度為48mg/L生物成礦體系,總Fe沉淀率為23.7%,次生礦物緊密粘附于三角瓶底部.而Mg2+濃度為4.8mg/L生物成礦體系,總Fe沉淀率達到32.2%,次生礦物卻均勻分散于溶液中.兩體系合成次生鐵礦物均為黃鐵礬與施氏礦物共存的混合物,Mg2+含量4.8mg/L體系合成黃鐵礬單個晶體長度(～1.60μm)約為Mg2+含量48mg/L體系的1.2倍.

鎂離子；氧化亞鐵硫桿菌；次生鐵礦物；礦相；晶體尺寸

在煤炭的開采過程中,煤層及圍巖中以硫鐵礦為主的硫化礦物與氧氣及水接觸,在嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooχidans)等微生物生物氧化作用下可形成pH 2.0～6.0,含大量Fe2+、Fe3+、SO42-及多種重(類)金屬離子的酸性煤礦廢水[1-2].酸性煤礦廢水的形成不僅會腐蝕管道、水泵等井下設備,若未經(jīng)有效處理而任意排放,將嚴重污染地表水及土地資源,進而危害農(nóng)作物生長及人體的健康[3].研究證實,在類似酸性煤礦廢水等鐵離子和硫酸鹽豐富的酸性環(huán)境中, A.ferrooχidans可促進施氏礦物或黃鐵礬類等次生鐵礦物的形成,且其對Cr、Cd、Hg、Pb、As等有毒有害元素存在顯著的吸附與共沉淀作用[4-5],常被看作為酸性礦山廢水重金屬的沉淀庫[6-7].同時,次生鐵礦物的形成過程對去除酸性礦山廢水中Fe2+、Fe3+與SO42-同樣具有積極意義[8].

由于地下水向礦井不斷匯入,及煤炭中含鎂礦物(白云石等碳酸鹽礦物等)的存在,使得煤炭所處潮濕環(huán)境中含有一定量的Mg2+.研究證實,豐富的鐵離子與硫酸鹽并存的環(huán)境中,A. ferrooχidans菌體及其胞外多聚物可以作為次生鐵礦物合成的晶種[9].在污水處理領(lǐng)域,常通過加入 Mg2+在微生物胞外多聚物形成架橋使得微生物菌體團聚,進而促進污水處理體系顆粒污泥的形成[10-11].但在次生鐵礦物合成體系,Mg2+濃度對礦物合成的影響卻鮮見報道.鑒于此,本研究在Mg2+濃度不同,其他元素組成與9K培養(yǎng)基一致的體系中,采用A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物,探討Mg2+含量對體系Fe2+氧化率、總Fe沉淀率、次生鐵礦物礦相及礦物晶體尺寸的影響.

1 材料與方法

1.1 嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooχidans)菌液的制備

[12]提供的方法,將本實驗室保藏的A. ferrooχidans LX5(CGMCC No.0727)接種于150mL改進型 9K 液態(tài)培養(yǎng)基(FeSO4·7H2O 44.24g、(NH4)2SO43.0g、KCl 0.10g、K2HPO40.50g、Ca(NO3)2·4H2O 0.01g、MgSO4·7H2O 0.50g,去離子水1L)中,用H2SO4調(diào)節(jié)pH值至2.5,后將混合液置于180r/min往復式振蕩器(ZD-85A恒溫振蕩器)中,28℃培養(yǎng) 2～3d至體系 Fe2+氧化完全.將培養(yǎng)液經(jīng)定性濾紙過濾以除去沉淀,過濾所得的液體即為嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌菌液.將所得菌液15mL接種于135mL改進型9K液態(tài)培養(yǎng)基中,重復上述過程 2次后獲得的菌液即為本研究后續(xù)次生鐵礦物合成的接種菌液,其中 A. ferrooχidans LX5密度約為107cells/mL.

1.2 A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物試驗

分別將15mL的A. ferrooχidans LX5菌液盛放于一系列250mL三角瓶中,(1)加入濃縮10倍的改進型 9K液體培養(yǎng)基(Mg2+濃度為 480mg/L,以MgSO4·7H2O形式加入)15mL,后補充去離子水至溶液總體積為 150mL,即相應體系中 A. ferrooχidans LX5密度分別約為106cells/mL,體系Mg2+濃度為48mg/L(記作“Mg2+-48mg/L”處理);(2)其他試驗設計同處理(1),而體系 Mg2+設計濃度為4.8mg/L(記作“Mg2+-4.8mg/L”處理).每個處理設置3個平行.用H2SO4將上述不同體系pH值調(diào)至2.50后,將混合液在28℃,150r/min條件下振蕩培養(yǎng),每12h動態(tài)監(jiān)測體系pH值及ORP值,且從體系均勻取樣 1mL,過 0.45μm濾膜,測定濾液 Fe2+及總Fe濃度,進而計算Fe2+氧化率及總Fe沉淀率的變化情況.培養(yǎng) 48h后將兩體系產(chǎn)生的礦物沉淀用定性濾紙收集,酸化的去離子水(pH 2.0)洗 3次,再用去離子水洗滌 2次后,在 50℃環(huán)境中烘干[13],分析礦物的礦相及單個晶體尺寸.

1.3 測定方法

溶液pH值及ORP用PHS-3C型酸度計測定,Fe2+與總Fe濃度測定采用鄰菲羅啉比色法[14],利用可見分光光度計(722-E型可見分光光度計)測定.某時刻Fe2+氧化率=(初始體系Fe2+濃度-某時刻體系Fe2+濃度/初始體系Fe2+濃度)×100%.某時刻總Fe沉淀率=(初始體系總Fe濃度-某時刻體系總Fe濃度/初始體系總Fe濃度)×100%.次生鐵礦物礦相用 X射線衍射儀(XRD,MiniFles II,日本理學)測定,測試工作條件為∶管電壓30kV,管電流 15mA,掃描區(qū)間 10～70°(2θ),步長 0.02°,Cu靶(彎晶單色器).次生鐵礦物單個晶體尺寸采用熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM,JSM-7001F)掃描礦物形貌來分析,加速電壓5.0kV,工作距離(樣品表面到物鏡的距離)9.7mm.

2 結(jié)果與討論

2.1 Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物體系pH值與ORP的影響

Fe2+生物氧化至Fe3+是一個導致體系pH值升高的過程,而Fe3+水解產(chǎn)生次生鐵礦物卻是pH值降低的過程[12],具體反應方程式如下∶

圖1 A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物體系pH值與ORP的變化Fig.1 Change of pH and ORP during secondary iron minerals catalytic synthesis by A. ferrooχidans

另外,Fe3+與Fe2+濃度的相對高低及體系pH值的變化對體系ORP有著直接的影響[15].由圖1可見,“Mg2+-48mg/L”與“Mg2+-4.8mg/L”兩處理體系 pH值均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢,相反,兩體系ORP卻呈現(xiàn)先降低后增加的變化規(guī)律,這一現(xiàn)象與劉曉燕等[16]研究結(jié)論相類似.劉曉燕等[16]研究表明,氧化亞鐵硫桿菌對 11.39g/L Fe2+氧化過程中,體系pH值首先從原始2.35逐漸增加至2.60,后逐漸降低至2.10.而體系ORP卻先由原來的 272mV降低至 258mV,后逐漸升高至288mV.

本研究發(fā)現(xiàn),在前12h內(nèi),兩體系pH值及ORP的變化規(guī)律幾乎一致.具體表現(xiàn)在,12h內(nèi)兩體系pH值均從原始的2.50升高至2.65,相應體系ORP均由初始的259mV降低至250mV.而在12～48h培養(yǎng)過程中,兩體系pH值與ORP的變化規(guī)律不盡相同.“Mg2+-48mg/L”體系中,pH值從12h的2.63逐漸降低至48h的2.30,降低速率為0.009/h.ORP從12h的250mV升高至48h的269mV,升高速率為0.528mV/h.而“Mg2+- 4.8mg/L”體系中,pH值逐漸從12h的2.65降低至48h的2.19,降低速率為0.013/h.ORP卻以約0.722mV/h的速率,從12h的 250mV 升高至 48h的 276mV.可見,“Mg2+-4.8mg/L”體系后期(12～48h)pH值的下降速率約為“Mg2+-48mg/L”體系的1.44倍,而ORP升高速率約為Mg2+含量為48mg/L體系的1.37倍.換言之,Mg2+含量降低可在一定程度上加速體系酸化及體系ORP的增加.

2.2 Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物體系Fe2+氧化率與總Fe沉淀率的影響

圖2 A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物體系Fe2+氧化率與總Fe沉淀率變化趨勢Fig.2 Fe2+oxidation rate and total Fe precipitation rate during secondary iron minerals catalytic synthesis by A. ferrooχidans

從圖2可以發(fā)現(xiàn),與pH值與ORP的變化規(guī)律相類似,在前12h內(nèi),兩體系Fe2+氧化率與總Fe沉淀率的變化規(guī)律幾乎一致,兩體系 Fe2+氧化率均達到8.4%～9.4%的水平,總Fe沉淀率約為0.7%～0.8%.

在12～48h培養(yǎng)過程中,兩體系Fe2+氧化率與總 Fe沉淀率變化差異較大.雖然兩體系 Fe2+在48h均可被A. ferrooχidans完全氧化,而“Mg2+-48mg/L”體系在24,36h,Fe2+氧化率分別為75.8%與92.5%.而“Mg2+-4.8mg/L”體系在24,36h,Fe2+氧化率分別達到86.3%與95.0%.而就總Fe 沉淀率而言,“Mg2+-48mg/L”體系在24,36,48h,總Fe沉淀率分別達到 14.8%,19.2%,23.8%.而“Mg2+-4.8mg/L”體系在24,36,48h,總Fe 沉淀率卻分別達到23.4%,26.4%,32.2%,即在體系Fe2+完全氧化時刻,“Mg2+-4.8mg/L”體系總 Fe 沉淀量較“Mg2+-48mg/L”體系提高了35.3%.

2.3 Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物形成過程的影響

從圖 3可以看出,初始 0h,體系透明,兩體系呈現(xiàn)以 Fe2+為主要驅(qū)導因素的淺綠色.培養(yǎng)至12h時,兩體系透明,顏色為微黃色,間接證實體系部分Fe2+已被氧化為Fe3+(此時兩體系系Fe2+氧化率為8.4%～9.4%),體系次生鐵礦物形成卻并不明顯.在第24h,兩體系黃色進一步加深,體系渾濁,有明顯的礦物產(chǎn)生.

然而,值得注意的是,在“Mg2+-48mg/L”中,初始形成的次生鐵礦物緊密的沉淀在三角瓶底部.相反,次生礦物卻均勻分散于“Mg2+-4.8mg/L”的培養(yǎng)體系中.在第 36～48h,次生鐵礦物在“Mg2+-48mg/L”體系黏附量越來越多,而“Mg2+-4.8mg/L”體系,培養(yǎng)過程中卻未見礦物在三角瓶底的黏附現(xiàn)象.將 2體系 48h(Fe2+完全氧化時刻)培養(yǎng)液傾斜靜置 1min后,可以觀察到在 “Mg2+-4.8mg/L”體系中礦物迅速沉降,上清液呈現(xiàn)橙紅色,與“Mg2+-48mg/L”體系上清液顏色一致.而“Mg2+-48mg/L”體系,礦物卻緊實黏附于三角瓶底,無法觀察到礦物沉降現(xiàn)象.綜上所述,前 12h A. ferrooχidans培養(yǎng)過程中,“Mg2+-48mg/L”與“Mg2+-4.8mg/L”2處理體系pH值、ORP、Fe2+氧化率及總Fe沉淀率的變化幅度幾乎一致.而在 12～48h,與 Mg2+含量相對較高(48mg/L)的體系相比較,Mg2+含量較低(4.8mg/L)的A. ferrooχidans培養(yǎng)體系,體系pH值降低幅度明顯,Fe2+氧化率加快,且體系總Fe沉淀率增加.推測產(chǎn)生這一差異的主要原因在于兩體系產(chǎn)生的次生鐵礦物形態(tài)差異較大所致(圖3).

圖3 A. ferrooχidans催化合成次生鐵礦物過程Fig.3 Picture of secondary iron minerals catalytic synthesis process by A. ferrooχidans

在 Mg2+濃度 較 高達 48mg/L 的 A. ferrooχidans培養(yǎng)體系中,由于 Mg2+可以在 A. ferrooχidan胞外多聚物間進行吸附形成架橋,使得A. ferrooχidans菌體團聚[10-11].A. ferrooχidans菌體團聚過程中,團聚體與體系初始產(chǎn)生的次生鐵礦物相互包裹,在水力剪切條件不足的情況下,而共同緊密粘附于三角瓶底部(圖3).

生物合成次生鐵礦物大致可分為Fe2+氧化為Fe3+,Fe3+水解形成初期礦物晶核及晶核長大3個過程[17].由于初期合成的次生鐵礦物可作為次生鐵礦物后期合成的晶種[18],故在 Mg2+含量較高的體系,緊密粘附于三角瓶底部的礦物不僅包裹著大量的 A. ferrooχidans菌體,使得體系游離 A. ferrooχidans菌體減少,進而使得體系 Fe2+氧化率降低,同時,由于初期形成礦物在底部的大量粘附,將顯著減少后期次生鐵礦物合成所需要的晶種,而使得后期礦物合成受阻,進而使得體系總Fe沉淀率降低,相應體系 pH值降低幅度也隨之減緩.而在Mg2+濃度僅為4.8mg/L的A. ferrooχidans培養(yǎng)體系體系中,由于A. ferrooχidans菌體團聚現(xiàn)象相對較弱,體系次生礦物可均勻分散于溶液中(圖3),A. ferrooχidans菌體與初期合成的次生鐵礦物幾乎全部游離于溶液體系,進而而加速體系 Fe2+氧化及總Fe的沉淀.

2.4 Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物礦相的影響

圖4 生物合成次生鐵礦物體系亞鐵完全氧化時(48h)礦物X射線衍射圖譜Fig.4 XRD patterns of biogenic secondary iron minerals when ferrous ions complete oxidized at 48h in systems

X射線衍射圖譜(XRD)是鑒別礦物種類最有效地手段之一[19].經(jīng) Jade5.0軟件尋峰分析,參考JCPDS[20]晶形黃鐵礬類物質(zhì)(黃鉀鐵礬∶ No.22-0827;黃銨鐵礬∶No.26-1014;草黃鐵礬∶ No.31-0650)與非晶形施氏礦物(No.47-1775)的標準衍射圖譜,可以看出,體系產(chǎn)生的次生鐵礦物衍射圖譜(圖4)中主要包含黃鐵礬的特征尖銳衍射強峰[21-22]及相對微弱的施氏礦物特征衍射弱寬峰(2θ= 35.16°)[23-24].可以判定2體系產(chǎn)生的次生鐵礦物應均為黃鐵礬與施氏礦物共存的混合物.

2.5 Mg2+含量對生物合成次生鐵礦物形貌的影響

從圖5可以看出,兩體系均存在結(jié)晶較好的“枕狀”的晶形礦物與絮狀的無定型態(tài)非晶形礦物.無定型礦物嵌套于晶形礦物之間,且相對較少.結(jié)合圖4結(jié)果推斷,“枕狀”晶形礦物為結(jié)晶度較好的黃鐵礬類物質(zhì),而絮狀無定型態(tài)非晶形礦物應為施氏礦物.Wang等[25]在NH4+濃度為 805mmol/L 體系,利用氧化亞鐵硫桿菌合成的黃鐵礬形貌亦為與本研究結(jié)果相似的“枕狀”形貌.

需要指出的是,本研究中“Mg2+-4.8mg/L”體系 Fe2+完全氧化時,黃鐵礬單個晶體長度約為1.60μm,而Mg2+為48mg/L的相應體系,所形成的黃鐵礬單個晶體長度僅為 1.30μm 左右,即前者約為后者的1.2倍.分析原因,可能由于在Mg2+濃度較高的 A. ferrooχidans培養(yǎng)體系中,由于初期形成礦物在底部的大量黏附,不能作為晶種供后續(xù)次生鐵礦物在其表面進一步合成長大.而Mg2+濃度相對較低的體系中,由于初期合成的次生鐵礦物幾乎全部游離于溶液體系,其能夠為后續(xù)次生鐵礦物合成提供良好的模板,進而促進體系礦物尺寸增大.

由此可見,A. ferrooχidans合成次生鐵礦物體系Mg2+濃度的降低,有利于體系次生鐵礦物在體系分散及礦物大量合成,同時便于后續(xù)礦物的收集.然而,由于Mg2+是A. ferrooχidans生長的營養(yǎng)元素,故Mg2+濃度對A. ferrooχidans活性影響及次生鐵礦物高效合成的平衡問題是作者后期關(guān)注的研究方向之一.

圖5 生物合成次生鐵礦物體系亞鐵完全氧化時(48h)礦物掃描電鏡照片F(xiàn)ig.5 SEM of biogenic secondary iron minerals when ferrous ions complete oxidized at 48h in systems

3 結(jié)論

3.1 Mg2+濃度對生物合成次生鐵礦物體系合成得到礦物的礦相影響不明顯,然而卻能顯著影響次生鐵礦物在體系的存在形態(tài).

3.2 在 Mg2+濃度較高的次生鐵礦物合成體系中,體系產(chǎn)生的次生礦物越易緊密粘附于反應器底部,而在Mg2+含量較低的次生鐵礦物合成體系,合成的礦物卻易均勻分散于溶液.

3.3 在 Mg2+濃度較低體系中,前期均勻分散于溶液中次生鐵礦物更易作為晶種而便于礦物后期生長,使得合成的次生礦物尺寸要大于Mg2+濃度較高體系中獲得的礦物尺寸.同時,Mg2+濃度差異所導致的礦物存在形態(tài)不同直接影響次生鐵礦物合成體系中pH值、ORP、Fe2+氧化率、總Fe沉淀率等參數(shù)的變化.

參考文獻：

[1] 楊紹章,吳 攀,張瑞雪,等.有氧垂直折流式反應池處理煤礦酸性廢水 [J]. 環(huán)境工程學報, 2011,5(4)：789-794.

[2] Nicomrat D, Dick W A, Dopson M, et al. Bacterial phylogenetic diversity in a constructed wetland system treating acid coal mine drainage [J]. Soil Biology and Biochemistry, 2008,40(2)：312-321.

[3] Lin C X, Long X X, Tong X L, et al. Guangdong Dabaoshan Mine：ecological degradation, acid drainage and possible measures for their Remediation [J]. Ecology Science, 2003,22(3)：205-208.

[4] Baron D, Palmer C D. Solid-solution aqueous-solution reactions between jarosite (KFe3(SO4)2(OH)6) and its chromate analog [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2002,66(16)：2841-2853.

[5] Drouet C, Baron D, Navrostsky A. On the thermochemistry of the solid solution between jarosite and its chromate analog [J]. American Mineralogist, 2003,88(11/12)：1949-1954.

[6] 廖岳華,周立祥.極端酸性環(huán)境下形成的施威特曼石(schwertmannite)及其環(huán)境學意義 [J]. 巖石礦物學雜志, 2007, 26(2)：177-183.

[7] Asta M P, Cama J, Martínez M, et al. Arsenic removal by goethite and jarosite in acidic conditions and its environmental implications [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009,171(1-3)：965-972.

[8] 劉奮武,王 敏,卜玉山,等.酸性硫酸鹽環(huán)境中菌密度對生物成因次生鐵礦物形成的影響 [J]. 環(huán)境科學學報, 2013,33(11)：3025-3031.

[9] Chan C S, Stasio G D, Welch S A, et al. Microbial polysaccharides template assembly of nanocrystal fibers [J]. Science, 2004,303(5664)：1659-1658.

[10] 劉倩倩,李小明,楊 麒,等.Mg2+對SBR中好氧顆粒污泥培養(yǎng)的影響研究 [J]. 中國給水排水, 2008,24(17)：31-35.

[11] Othman I, Anuar A N, Ujang Z, et al. Livestock wastewater treatment using aerobic granular sludge [J]. Bioresource Technology, 2013,133：630-634.

[12] Liu F W, Zhou L X, Zhou J, et al. 2012. Improvement of sludge dewaterability and removal of sludge-borne metals by bioleaching at optimum pH [J]. Journal of Hazardous Materials, 221-222,170-177.

[13] 李浙英,梁劍茹,柏雙友,等.生物成因與化學成因施氏礦物的合成、表征及其對As(Ⅲ)的吸附 [J]. 環(huán)境科學學報, 2011,31(3)：460-467.

[14] 劉奮武,周立祥,周 俊,等.生物瀝浸處理提高城市污泥脫水性能的中試研究：批式運行模式 [J]. 環(huán)境科學, 2011,32(7)：2023-2029.

[15] 王亞娥,馮娟娟,李 杰.不同 Fe(III)對活性污泥異化鐵還原及除磷影響研究 [J]. 中國環(huán)境科學, 2013,33(6)：993-998.

[16] 劉曉燕,王向東,蔣文舉,等.氧化亞鐵硫桿菌對亞鐵離子的氧化及其動力學研究 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2005,27(4)：244-246.

[17] Sasaki K, Konno H. Morphology of jarosite-group compounds precipitated from biologically and chemically oxidized Fe ions [J]. The Canadian Mineralogist, 2000,38(1)：45-56.

[18] 王 敏,梁劍茹,周立祥.晶種和鉀離子促進生物成因黃鐵礬形成的作用機制 [J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報, 2013,36(2)：97-102.

[19] 柏雙友,周立祥.微生物接種密度和礦物收集時間對生物瀝浸中次生礦物形成的影響 [J]. 微生物學通報, 2011,38(4)：487-492.

[20] JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards). Mineral Powder Diffraction Files [Z]. International Center for Diffraction Data, Swarthmore： Pennsyvania. 2002.

[21] 劉新鋒,張麗清,周華鋒,等.黃銨鐵礬的制備及其催化性能 [J].中南大學學報(自然科學版), 2011,42(12)：3657-3662.

[22] Wang H M, Bigham J M, Tuovinen O H. Formation of schwertmannite and its transformation to jarosite in the presence of acidophilic iron-oxidizing microorganisms [J]. Materials Science and Engineering C, 2006,26(4)：588-592.

[23] 柏雙友,梁劍茹,周立祥.一價陽離子和水溶性有機質(zhì)對生物瀝浸中次生鐵礦物形成的影響 [J]. 礦物學報, 2011,33(1)：118-125.

[24] Eskandarpour A, Onyango M S, Ochieng A, et al. Removal of fluoride ions from aqueous solution at low pH using schwertmannite [J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,152(2)：571-519.

[25] Wang H M, Bigham J M, Jones F S, et al. Synthesis and properties of ammoniojarosites prepared with iron-oxidizing acidophilic microorganisms at 22—65℃ [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2007,71(1)：155-164.

2014年或成最熱的一年 科學家預言厄爾尼諾現(xiàn)象

眼下我們還被嚴寒困擾,不少人已經(jīng)開始期盼溫暖的春天了,不過據(jù)英國《每日郵報》2014年 2月11日報道,科學家稱2014年人們或許需要早早用上太陽鏡等“裝備”,因為今年可能會成為有記錄以來最熱的一年.科學家預言今年發(fā)生厄爾尼諾現(xiàn)象的幾率高達75%,這種現(xiàn)象會向大氣中噴射大量的熱量.

厄爾尼諾現(xiàn)象主要指太平洋東部和中部的熱帶海洋海水溫度異常地持續(xù)變暖,使整個世界氣候模式發(fā)生變化,造成一些地區(qū)干旱而另一些地區(qū)又出現(xiàn)降雨量過多的情況.這種現(xiàn)象往往持續(xù)好幾個月甚至一年以上,影響范圍極廣,屬于一種準周期氣候變化.德國科學家相信他們能提前一年預測厄爾尼諾現(xiàn)象,計算出2014年發(fā)生這一現(xiàn)象的幾率為75%.他們希望這樣的預測能讓世界各國制定更好的策略,有效地應對厄爾尼諾現(xiàn)象所帶來的負面影響.

在西班牙語中,厄爾尼諾是“小男孩”的意思,科學家通常能在它發(fā)生前半年內(nèi)做出預測.目前科學家通過分析赤道附近東部太平洋的水溫,來對厄爾尼諾現(xiàn)象進行預測.但因為水溫受到赤道附近風的強烈影響,可做出預測的期限還是只有半年甚至更短.德國吉森市加斯特斯·李比希大學的阿明·邦德和同事不是分析太平洋中某一特定區(qū)域的水溫,而是勘查太平洋所有區(qū)域的大氣溫度,然后研究厄爾尼諾流域的溫度跟太平洋其他區(qū)域溫度的聯(lián)系.研究人員表示,他們使用的這一方法正確預言了過去兩年不會發(fā)生厄爾尼諾現(xiàn)象,而現(xiàn)在他們預測2014年這種現(xiàn)象發(fā)生的可能性高達約75%,稱2014年由此可能成為有記錄的最熱一年.

對此有些專家表達了不同的看法.來自加州拉霍亞美國斯克里普斯海洋研究所的氣候?qū)W家蒂姆·巴尼特評論說,這些德國科學家使用的研究方法已經(jīng)過時,“研究人員使用的技術(shù)讓我覺得好像回到了上世紀八九十年代.”也有其他專家認為,邦德等研究人員沒有考查海洋和大氣的物理學特征,而只是研究了溫度的統(tǒng)計學模式.澳大利亞氣象局氣候預測部門的負責人安德魯·沃特金斯表示,“2014年下半年厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生的風險會增加,最早或于6月份發(fā)生.”

近期,另一項研究發(fā)現(xiàn),由這種異常強烈的厄爾尼諾現(xiàn)象引發(fā)的極端天氣狀況預計可能會加劇.氣候科學家警告說,以后每十年很多國家可能就會遭受嚴重的干旱、野火和洪水災害.

摘自中國環(huán)境網(wǎng)

2014-02-14

Effect of magnesium ions on the formation of secondary iron minerals facilitated by Acidithiobacillus ferrooxidans.

LIU Fen-wu1,2*, GAO Shi-ying1, WANG Min3, BU Yu-shan1, CUI Chun-hong2, ZHOU Li-xiang2
(1.Environmental Engineering Laboratory, College of Resource and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China；2.Department of Environmental Engineering, College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China；3.Department of Environmental Engineering, Faculty of Resources and Environmental Science Hubei University, Wuhan 430062, China). China Environmental Science, 2014,34(3)：713～719

In this study, secondary iron minerals was synthesized by A. ferrooχidans in the solution with 48 or 4.8mg/L magnesium ions and other elements in consistent with 9K liquid medium. pH, oxidation reduction potential, Fe2+oxidation rate, total Fe precipitation rate, secondary iron minerals phase and mineral crystal size in two systems were investigated. pH in the treatment with 48or 4.8mg/L of magnesium ion decreased from 2.50at 0h to 2.30or 2.19at 48h, whereas ORP increased from 259mV to 269mV or 276mV, respectively. Ferrous ions could be completely oxidized by A. ferrooχidans within 48h, secondary iron minerals morphology and total Fe precipitation rate, however, were different in two systems. With 48mg/L of magnesium ion, the total Fe precipitation rate was 23.7% after 48h reaction, while it rose to 32.2% in the presence of 4.8mg/L of magnesium ion. The precipitates formed in the two treatments were a mixture of jarosite and schwertmannite. However, unlike the precipitates closely adhered to the flask bottom in the treatment with 48mg/L of magnesium ion, the precipitates formed in the presence of 4.8mg/L of magnesium ion uniformly dispersed in the solution, and the crystal length (～1.60μm) of jarosite was 1.2times larger than it in the former.

magnesium ions；A. ferrooχidans；secondary iron minerals；mineral phase；crystal size

X703

：A

：1000-6923(2014)03-0713-07

劉奮武(1984-),男,山西大同人,講師,博士,主要從事固體廢棄物處理、處置與資源化,酸性礦山廢水治理等方面的研究.發(fā)表論文20余篇.

2013-07-08

國家自然科學基金項目(40930738,21277071);山西農(nóng)業(yè)大學博士科研啟動基金項目(2012YJ06);山西農(nóng)業(yè)大學科技創(chuàng)新基金項目(201301)

* 責任作者, 講師, lfwlfw2008@sina.com