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砷(As)是一种具有氧化还原活性的有毒类金属,其毒性、移动性与其化学形态有关。在土壤环境中,As(Ⅲ)可在微生物作用下被氧化,并可在土壤矿物质作用下被吸附。明确砷氧化菌和土壤矿物相互作用下,砷的形态转化,将有助于深入理解土壤砷的迁移转化过程。在本研究中,首先从砷污染土壤中分离得到了两株异养型兼具As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)还原能力的菌株— Pseudomonas sp.HN-1和Pseudomonas sp.HN-2,并分别合成了三种铁(氢)氧化物一针铁矿、赤铁矿、磁铁矿。 本论文进行了如下研究:(1)从采自湖南省株洲市的砷污染土壤中,进行了砷氧化菌的分离,并对其进行了鉴定及功能研究;(2)通过振荡平衡吸附实验、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR),研究了菌株Pseudomonas sp.HN-1在三种铁(氢)氧化物上的吸附(粘附);(3)通过进行微生物存在条件下,矿物对砷的吸附实验,研究了砷氧化菌对铁(氢)氧化物砷吸附的影响;(4)通过构建微生物-铁(氢)氧化物-As(Ⅲ)反应体系,探讨了铁(氢)氧化物对微生物砷氧化的影响;(5)探讨了砷氧化菌对矿物表面As(Ⅲ)氧化及机制。主要研究结果如下: (1)本研究从砷污染土壤中分离了两株菌:Pseudomonas sp.HN-1和Pseudomonas sp.HN-2。其最佳生长pH为6~9。菌株HN-1、HN-2可分别使97.3%(64.9μM)的As(Ⅲ)和92.0%(61.4μM)的As(Ⅲ)发生氧化。在缺氧条件下,会发生As(Ⅴ)还原。微生物可以兼具As(Ⅲ)氧化和As(Ⅴ)还原功能。菌株HN-1和HN-2有潜力应用于环境中砷的修复。 (2)铁(氢)氧化物与微生物的吸附(粘附)受pH影响。铁(氢)氧化物与微生物的吸附(粘附)作用由静电作用力主导,并且还有氢键等非静电作用力。针铁矿、赤铁矿与菌株HN-1之间的吸附(粘附)与氢键形成有关;而磁铁矿与菌株HN-1之间的吸附(粘附)过程不涉及价键变化。 (3)微生物的存在会减少铁(氢)氧化物对砷的吸附量,且抑制程度随微生物量的增大而增大。 (4)菌株HN-1可以使固相As(Ⅲ)发生氧化,且其氧化速率(1.283μmol/h)远低于液相中(96.2μmol/h)。因此,吸附态的As氧化速率远低于游离态As。在好氧条件下,As(Ⅴ)是固相和液相中无机砷的主要存在形态。 (5)固相表面砷的氧化受pH影响明显,受离子强度影响较小。不同矿物表面,砷氧化速率不同:磁铁矿表面氧化速率>针铁矿表面氧化速率>赤铁矿表面氧化速率。EXAFS分析结果表明,赤铁矿、针铁矿、磁铁矿与砷形成不同类型的内层络合物,因此会对三种铁(氢)氧化物表面砷氧化速率造成影响。故土壤中固相无机砷的价态与土壤矿物组成有关。