1 引言

　　金屬硫化物礦山是我國重要的金屬礦山類型之一.在采、選、冶礦過程中，區(qū)域內(nèi)地下水或地表水與礦石中金屬硫化物接觸，通過微生物對金屬硫化物的氧化作用而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗岫葟?qiáng)、Fe2+、Fe3+與SO2-4含量高，以及含一定量重金屬離子(As、Ni、Cd、Cr等)的酸性礦山廢水.酸性礦山廢水的排放嚴(yán)重污染了礦區(qū)周邊和下游水土環(huán)境，其所含的重金屬等污染物亦會(huì)通過土壤-植物系統(tǒng)進(jìn)入食物鏈，進(jìn)而威脅人體健康.

　　氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooxidans)對Fe2+生物氧化與石灰中和相耦合是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ乃嵝缘V山廢水處理工藝.該工藝的Fe2+生物氧化階段不僅可以克服酸性礦山廢水中Fe2+難于自然氧化這一瓶頸，促進(jìn)體系Fe離子在后續(xù)石灰中和過程中高效沉淀;而且Fe2+生物氧化階段產(chǎn)生的次生鐵礦物(黃鐵礬等)能夠?qū)λ嵝缘V山廢水體系中重(類)金屬離子產(chǎn)生吸附與共沉淀作用，進(jìn)而降低酸性礦山廢水處理后排水中的重(類)金屬含量.鑒于此，提高體系Fe2+生物氧化速率及黃鉀鐵礬等次生鐵礦物合成效率(或總Fe沉淀效率)是利用該工藝處理酸性礦山廢水的關(guān)鍵所在.然而，不同季節(jié)溫度條件下，酸性礦山廢水處理工程運(yùn)行中Fe2+生物氧化階段速率相差較大，尤其是在冬季低溫條件下，由于A. ferrooxidan 活性降低，體系Fe2+生物氧化緩慢.前人研究表明，體系Fe2+生物氧化和總Fe沉淀與A. ferrooxidans密度存在顯著正相關(guān)關(guān)系，即體系A(chǔ). ferrooxidans密度越大，F(xiàn)e2+生物氧化速率越快，總Fe沉淀效率越高.另外，Wang等研究證實(shí)，F(xiàn)e2+的生物合成黃鐵礬體系中，合成的黃鐵礬表面會(huì)吸附有一定量的A. ferrooxidans菌體，且吸附于黃鐵礬礦物表面的A. ferrooxidans菌體對溶液中Fe2+有較強(qiáng)的生物氧化能力.同時(shí)，王敏等證實(shí)，初期引入的黃鐵礬亦可以作為“晶種”促進(jìn)后續(xù)黃鐵礬的生物合成，提高體系總Fe沉淀效率.若將酸性礦山廢水處理過程中Fe2+生物氧化階段吸附有A. ferrooxidans菌體的黃鐵礬重新回流進(jìn)入酸性礦山廢水體系，對提高不同溫度體系，尤其是低溫體系中Fe2+生物氧化效率與總Fe沉淀效率具有一定的應(yīng)用潛力.然而，目前尚有部分科學(xué)問題尚未闡明.例如，吸附有A. ferrooxidans菌體的黃鐵礬在不同溫度下對體系Fe2+生物氧化速率與總Fe沉淀效率促進(jìn)效果如何?不同溫度下所得到的黃鐵礬晶體形貌是否存在差異?形貌的改變是否會(huì)進(jìn)一步影響黃鐵礬礦物的比表面積?此類相關(guān)問題的闡明可有效揭示黃鐵礬等礦物回流對酸性礦山廢水處理工程運(yùn)行的實(shí)際意義，且利于指導(dǎo)不同季節(jié)溫度條件下工程運(yùn)行中礦物回流量等相關(guān)參數(shù)的選擇.此外，不同體系所得黃鐵礬晶體形貌及比表面積差異亦能為酸性礦山廢水體系重(類)金屬去除行為提供必要的理論及參數(shù)支持.

　　鑒于此，本研究擬通過搖瓶實(shí)驗(yàn)，在pH 約2.50的K2SO4(8 mmol · L-1)-FeSO4(160 mmol · L-1)-H2O富鐵酸性硫酸鹽體系(模擬酸性礦山廢水體系)中，在15 ℃和30 ℃兩個(gè)溫度水平下，探究附著A. ferrooxidans菌體的黃鉀鐵礬回流對體系Fe2+生物氧化與總Fe沉淀行為的影響，分析不同溫度體系所得到的黃鉀鐵礬的形貌及其比表面積，以期為酸性礦山廢水工程治理提供一定的參數(shù)支撐.

　　2 材料與方法

　　本研究所用化學(xué)藥品與試劑級別均為分析純級.試驗(yàn)所需溶液均為用去離子水配制的新鮮溶液.所用三角玻璃瓶經(jīng)過10% HNO3浸泡后，用去離子水清洗數(shù)次，55 ℃烘干備用.

　　2.1 氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooxidans LX5)來源與培養(yǎng)基

　　菌株來源：本研究所用到的氧化亞鐵硫桿菌菌株(A. ferrooxidans LX5，CGMCC No.0727)由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)固體廢物研究所提供，由中國普通微生物菌種保藏管理中心保藏.

　　培養(yǎng)基：本試驗(yàn)A. ferrooxidans LX5馴化與培養(yǎng)所用到的培養(yǎng)基為改進(jìn)型9K液體培養(yǎng)基(謝越等，2012;Liu et al., 2015).各無機(jī)鹽濃度(g · L-1)為：FeSO4 · 7H2O 44.2，K2HPO4 0.058，(NH4)2SO4 3.5，Ca(NO3)2 · 4H2O 0.0168，KCl 0.119，MgSO4 · 7H2O 0.583，用9 mol · L-1H2SO4調(diào)節(jié)pH至約2.50，4 ℃保藏備用.

　　2.2 氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooxidans LX5)接種液與附著微生物黃鐵礬的制備

　　在250 mL錐形瓶中，將A. ferrooxidans LX5菌株接種于150 mL改進(jìn)型9K液體培養(yǎng)基中，之后將體系置于30 ℃恒溫振蕩器(ZD-85A型)中在180 r · min-1條件下振蕩培養(yǎng)，至微生物指數(shù)生長階段后期(體系Fe2+完全氧化，周期約2~3 d)停止培養(yǎng)并過濾.將過濾后的A. ferrooxidans LX5菌液15 mL再次接種于135 mL改進(jìn)型9K液體培養(yǎng)基中，重復(fù)上述培養(yǎng)過程，如此循環(huán)3批.最后1批培養(yǎng)完成(第2批、第3批體系Fe2+在36 h即可完全氧化)過濾后得到的濾液為本試驗(yàn)研究過程中所用的A. ferrooxidans LX5接種液，A. ferrooxidans LX5密度約為107 cells · mL-1，4 ℃保藏備用.

　　將15 mL A. ferrooxidans LX5接種液接種于135 mL pH約2.50的K2SO4(8 mmol · L-1)-FeSO4(160 mmol · L-1)-H2O體系，在30 ℃、180 r · min-1環(huán)境下培養(yǎng)至體系Fe2+完全氧化，后將培養(yǎng)液真空(P=-0.082 MPa)抽濾至無水滴出為止，得到的赭黃色沉淀即為本試驗(yàn)所用的30 ℃環(huán)境中獲得的吸附有微生物的黃鐵礬(記為“MJ30”)，經(jīng)測定，抽濾后該黃鐵礬水分含量為11.4%.相類似，將上述體系在15 ℃、180 r · min-1環(huán)境下培養(yǎng)，得到的赭黃色沉淀為本試驗(yàn)所用的15 ℃環(huán)境中收獲的吸附有微生物的黃鐵礬(記為“MJ15”)，經(jīng)測定，抽濾后該黃鐵礬水分含量為14.9%.

　　2.3 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化及總Fe沉淀的影響

　　在系列250 mL三角瓶中分別加入4 mL A. ferrooxidans LX5接種液，然后按如下方式設(shè)置4個(gè)處理：①處理1：在上述體系加入富鐵硫酸鹽溶液146 mL，其中，K2SO4與FeSO4摩爾濃度分別為8 mmol · L-1與160 mmol · L-1，用6 mol · L-1 H2SO4與6 mol · L-1 NaOH調(diào)節(jié)體系pH至約2.50，體系A(chǔ). ferrooxidans LX5密度約為3×105 cells · mL-1，在30 ℃、180 r · min-1條件下振蕩培養(yǎng)(處理記為“CK30”);②處理2：在處理1的基礎(chǔ)上補(bǔ)充1.5 g MJ30，與處理1同條件下培養(yǎng)(處理記為“CK30+10 g · L-1 MJ30”);③處理3：體系無機(jī)鹽離子濃度與微生物接種量同處理1，15 ℃、180 r · min-1條件下培養(yǎng)(處理記為“CK15”);④處理4：在處理3的基礎(chǔ)上補(bǔ)充1.5 g MJ15(處理記為“CK15+10 g · L-1 MJ15”)，與處理3同條件下培養(yǎng).所有處理均設(shè)置3個(gè)重復(fù).在培養(yǎng)過程中，每隔12 h定期監(jiān)測各處理體系pH變化過程，且從體系均勻取樣1 mL，過0.22 μm濾膜，測定溶液中Fe2+與總Fe濃度，進(jìn)而推算體系Fe2+氧化效率與總Fe沉淀效率.各處理體系Fe2+氧化完全時(shí)，對其培養(yǎng)液進(jìn)行真空抽濾，收獲礦物.分析礦物礦相、形貌及比表面積等相關(guān)參數(shù).

　　2.4 測定方法

　　溶液pH使用數(shù)顯式酸度計(jì)(pHS-3C，上海)進(jìn)行測定.鄰菲羅啉比色法測定溶液中Fe2+、總Fe離子濃度.根據(jù)反應(yīng)至t時(shí)刻與培養(yǎng)初期(0 h)溶液中Fe2+、總Fe離子濃度差異，計(jì)算體系t時(shí)刻Fe2+氧化效率與總Fe沉淀效率.礦物礦相通過X射線衍射儀掃描礦物特征衍射峰，出峰位置和強(qiáng)度與粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)提供的JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片相匹配，分析礦物礦相.利用熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-7001F)觀察礦物形貌.礦物的比表面積采用全自動(dòng)比表面與空隙分析儀進(jìn)行測定.

　　2.5 統(tǒng)計(jì)方法

　　使用Microsoft Excel 2003軟件對本研究所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各組數(shù)據(jù)平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差.使用Origin 7.5軟件對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行制圖，并以平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差(誤差線)形式表示.

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化過程pH變化的影響

　　酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化過程中pH變化能夠間接表征體系Fe2+氧化(耗H+行為)及Fe3+水解成礦(次生鐵礦物黃鉀鐵礬合成，產(chǎn)H+行為)發(fā)生過程.本研究中，附著微生物黃鐵礬回流對酸性硫酸鹽體系Fe2+生物氧化過程中pH變化的影響如圖 1所示.

　　圖1 附著微生物黃鐵礬回流對富鐵酸性硫酸鹽體系Fe2+生物氧化過程中pH變化的影響

　　從圖 1a可以看出，15 ℃對照處理(CK15)體系在0~48 h培養(yǎng)過程中，體系pH逐漸從初始時(shí)刻的2.50升高至2.81，之后緩慢降低至144 h時(shí)的2.40.附著微生物黃鐵礬的回流可在一定程度上促進(jìn)體系pH降低.具體表現(xiàn)為，CK15+10 g · L-1 MJ15處理體系在0~24 h培養(yǎng)過程中，pH從初始時(shí)刻的2.50增加至2.74，之后逐漸降低至反應(yīng)終態(tài)的2.24.前已提及，體系Fe2+氧化及Fe3+水解成礦過程分別調(diào)控著pH升高與降低幅度.可見，與對照相比較，附著微生物黃鐵礬的回流促進(jìn)了體系Fe3+水解成礦的快速啟動(dòng).與15 ℃培養(yǎng)環(huán)境相比較，30 ℃環(huán)境中由于各反應(yīng)階段Fe3+水解成礦作用要強(qiáng)于Fe2+氧化作用，各處理體系中pH未表現(xiàn)出升高的變化趨勢，而是呈現(xiàn)出近似線性的pH降低過程(圖 1b).30 ℃對照處理(CK30)體系pH與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系為pH=2.54-0.0087t(R2=0.984).然而，當(dāng)在30 ℃對照處理體系回流10 g · L-1附著微生物黃鐵礬時(shí)，體系pH在60 h時(shí)降低至1.85，pH與時(shí)間的變化關(guān)系為pH=2.50-0.0111t(R2=0.998).比較兩擬合直線斜率可知，在30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中，10 g · L-1附著微生物黃鐵礬回流可使得體系pH降低速率提高27.6%.同時(shí)從圖 1a與圖 1b亦可以獲知，溫度的升高可大幅度降低體系pH.就不同溫度下對照體系而言，CK30對照體系在72 h時(shí)pH降低至1.89，而CK15對照體系在同一時(shí)刻pH卻為2.77.這一研究結(jié)果與他人研究結(jié)果相一致，宋永偉等(2013)研究發(fā)現(xiàn)，在pH=2~3，F(xiàn)e2+為160 mmol · L-1(與本研究相同)，溫度為10 ℃的酸性富鐵硫酸鹽培養(yǎng)體系，F(xiàn)e3+水解成礦導(dǎo)致pH降低的過程十分微弱，而當(dāng)溫度增加至28 ℃時(shí)，體系pH降低速率顯著.然而，需要指出的是，本研究15 ℃培養(yǎng)環(huán)境體系pH下降速率要顯著快于宋永偉等(2013)在10 ℃環(huán)境中培養(yǎng)A. ferrooxidans LX5得到的pH降低速率，雖然兩者體系溫度僅有5 ℃之差.

　　3.2 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化率的影響

　　氧化亞鐵硫桿菌A. ferrooxidans LX5是一種化能自養(yǎng)型微生物，其可以通過氧化Fe2+獲得生命活動(dòng)所需要的能量來維持生長.故該體系Fe2+氧化速率可以間接表征體系A(chǔ). ferrooxidans LX5生長情況及其活性.本試驗(yàn)附著微生物黃鐵礬回流對酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化率的影響見圖 2.

　　從圖 2可以得出，15 ℃對照處理(CK15)體系在0~144 h培養(yǎng)過程中，體系Fe2+氧化率呈現(xiàn)近似指數(shù)模型的增長趨勢.該體系微生物適應(yīng)環(huán)境的停滯期較長(0~60 h)，在0~60 h培養(yǎng)過程中，F(xiàn)e2+氧化率不足10%，在144 h時(shí)達(dá)到46.7%.若在該體系回流附著微生物黃鐵礬，體系微生物停滯期明顯縮短，F(xiàn)e2+氧化速率被有效促進(jìn).具體表現(xiàn)在，CK15+10 g · L-1 MJ15處理體系在132 h時(shí)體系Fe2+氧化完全，且Fe2+氧化率隨時(shí)間呈現(xiàn)近似線性的增加關(guān)系，擬合直線可表示為Fe2+氧化率E=0.7817t-2.64(R2=0.997).可見，附著微生物黃鐵礬回流可快速啟動(dòng)低溫環(huán)境中Fe2+的生物氧化進(jìn)程.筆者認(rèn)為，這與附著微生物黃鐵礬回流可在一定程度上增加體系A(chǔ). ferrooxidans LX5濃度有一定關(guān)系.王雅琴等(2010)研究表明，體系氧化亞鐵硫桿菌接種量較低時(shí)，F(xiàn)e2+氧化呈近似指數(shù)緩慢增長模式，而增加氧化亞鐵硫桿菌接種密度，F(xiàn)e2+氧化呈近似線性增加趨勢，與本研究結(jié)果相一致.30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中，CK30對照體系與CK30+10 g · L-1 MJ30處理體系Fe2+完全氧化之前，F(xiàn)e2+氧化率均隨時(shí)間呈現(xiàn)顯著線性關(guān)系.通過比較兩體系Fe2+氧化率隨時(shí)間線性擬合的斜率(圖 2b)，可以得出，30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中10 g · L-1附著微生物黃鐵礬回流能夠使得體系Fe2+氧化速率提高20.0%.綜上所述，溫度升高可促進(jìn)富鐵酸性硫酸鹽廢水體系A(chǔ). ferrooxidans LX5對Fe2+的生物氧化.例如，CK30對照體系培養(yǎng)過程中微生物適應(yīng)環(huán)境所需停滯期幾乎可以忽略，體系Fe2+氧化率在72 h即可達(dá)到100%，而在CK15對照體系，該時(shí)刻的體系Fe2+氧化率僅為9.7%.同時(shí)，附著微生物黃鐵礬回流能促進(jìn)不同溫度體系Fe2+的生物氧化過程，尤其是冬季低溫條件下進(jìn)行酸性礦山廢水處理，附著微生物黃鐵礬回流顯得尤為必要.

　　圖2 附著微生物黃鐵礬回流對富鐵酸性硫酸鹽體系Fe2+生物氧化率的影響

　　3.3 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化過程中總Fe沉淀行為的影響

　　富鐵酸性硫酸鹽環(huán)境中Fe2+氧化過程常伴隨次生鐵礦物的產(chǎn)生，其在合成過程中可吸附或共沉淀酸性礦山廢水中重金屬離子，F(xiàn)e元素是構(gòu)成次生鐵礦物的關(guān)鍵元素.同時(shí)，該環(huán)節(jié)總Fe大量沉淀，將會(huì)緩解后續(xù)石灰中和過程總Fe的去除負(fù)荷.因此，綜合考慮重金屬去除效果與后續(xù)體系Fe離子中和去除成本，總Fe沉淀率是該環(huán)節(jié)需要考慮的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)之一.本試驗(yàn)中附著微生物黃鐵礬回流對酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化過程中總Fe沉淀率的影響如圖 3所示.

　　圖3 附著微生物黃鐵礬回流對富鐵酸性硫酸鹽體系Fe2+生物氧化過程中總Fe沉淀率的影響

　　從圖 3可以看出，CK15對照處理體系前60 h培養(yǎng)過程中無Fe離子沉淀現(xiàn)象發(fā)生，96 h后，體系總Fe沉淀現(xiàn)象明顯，在培養(yǎng)過程結(jié)束時(shí)刻(144 h)，體系總Fe沉淀率達(dá)到12.2%.CK15+10 g · L-1 MJ15處理體系在0~24 h培養(yǎng)過程中幾乎無Fe離子發(fā)生沉淀，在24~132 h 培養(yǎng)過程中，總Fe沉淀隨培養(yǎng)時(shí)間呈近似指數(shù)增加趨勢.在132 h(Fe2+完全氧化)，總Fe沉淀率達(dá)到24.1%.在132~144 h培養(yǎng)過程中，體系中總Fe沉淀率小幅增加至25.3%.換言之，在15 ℃酸性富鐵硫酸鹽體系接入A. ferrooxidans LX5培養(yǎng)144 h后，10 g · L-1附著微生物黃鐵礬的回流可使得體系總Fe沉淀率提高97.5%.30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中，CK30對照體系總Fe沉淀率在72 h(Fe2+完全氧化)時(shí)為34.3%，CK30+10 g · L-1 MJ30處理體系總Fe沉淀率在60 h(Fe2+完全氧化)時(shí)即可達(dá)37.3%.從圖 2b與圖 3b可以得出，在30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中，F(xiàn)e2+氧化率隨時(shí)間的變化趨勢近似線性，而總Fe沉淀率隨時(shí)間符合指數(shù)模式的增長模型.筆者認(rèn)為，總Fe沉淀率隨時(shí)間的變化趨勢與體系Fe2+氧化速率(及Fe3+供應(yīng)速率)有一定相關(guān)關(guān)系.柏雙友等證實(shí)，酸性硫酸鹽體系中Fe2+在24 h內(nèi)氧化完全時(shí)，總Fe沉淀率與培養(yǎng)時(shí)間符合對數(shù)(前期快速-后期緩慢)增長模型.劉奮武等的研究結(jié)果表明，酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化在48 h內(nèi)完成時(shí)，體系總Fe沉淀率隨時(shí)間近似為線性增長模型.本研究體系，在30 ℃培養(yǎng)環(huán)境中，F(xiàn)e2+在60~72 h氧化完全，體系總Fe沉淀率卻隨培養(yǎng)時(shí)間近似為指數(shù)(前期緩慢-后期快速)增長模型.綜上所述，酸性硫酸鹽體系Fe2+氧化過程中，隨著Fe2+氧化越快，總Fe沉淀率隨培養(yǎng)時(shí)間易呈現(xiàn)對數(shù)增長;相反，F(xiàn)e2+氧化越慢，總Fe沉淀率隨培養(yǎng)時(shí)間易呈現(xiàn)指數(shù)增長.本研究15 ℃培養(yǎng)體系中，總Fe沉淀率變化亦為這一結(jié)論提供了較好的佐證.綜上所述，相對于30 ℃高溫條件，低溫條件(15 ℃)下，F(xiàn)e2+氧化速率緩慢，總Fe沉淀率明顯降低.附著微生物黃鐵礬的回流可以通過提高體系微生物數(shù)量，引入“晶種”等作用，來顯著提高不同溫度體系Fe2+氧化效率與總Fe沉淀效率.并且，在低溫環(huán)境下這一促進(jìn)效果尤為明顯.

　　3.4 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系合成次生鐵礦物礦相的影響

　　X射線光譜分析(XRD)是區(qū)分晶型礦物與非晶型礦物，鑒別礦物最常用的手段之一.本研究中，不同處理體系所得次生鐵礦物XRD衍射圖譜如圖 4所示.從圖 4可以看出，各處理體系所得礦物的XRD衍射圖譜幾乎一致.通過Jade5.0軟件的尋峰分析，并且將本研究礦物的XRD衍射圖譜與JCPDS(2002)所提供黃鉀鐵礬(No.22-0827)卡片的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰進(jìn)行比對，可知本試驗(yàn)不同處理體系得到的次生鐵礦物均為黃鉀鐵礬物質(zhì)，且本研究所得礦物XRD衍射圖譜與其它研究人員所得黃鉀鐵礬XRD衍射圖譜相一致富鐵酸性硫酸鹽體系Fe2+生物氧化過程中，體系首先合成的次生鐵礦物為無定型態(tài)的施氏礦物，之后施氏礦物轉(zhuǎn)化為晶型結(jié)構(gòu)明顯的黃鐵礬類物質(zhì).本研究不同處理體系所得礦物的XRD衍射圖譜并未觀察到明顯的施氏礦物衍射峰.前人的研究結(jié)論為本試驗(yàn)結(jié)果提供了較好的佐證，例如，Bai等在28 ℃、Fe2+濃度為160 mmol · L-1條件下得出，在Fe2+濃度為160 mmol · L-1、Fe/K摩爾比為10的酸性硫酸鹽體系中，15 ℃條件下合成的次生鐵礦物仍然是單一的黃鐵礬物質(zhì)，而無施氏礦物產(chǎn)生.具體參見污水寶商城資料或http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　圖4 不同處理體系所得礦物XRD衍射圖譜

　　3.5 附著微生物黃鐵礬回流對不同溫度酸性硫酸鹽體系合成次生鐵礦物形貌的影響

　　掃描電子顯微攝影技術(shù)(SEM)常用來觀察礦物的形貌特征.本研究不同體系所得礦物掃描電鏡照片及礦物比表面積見圖 5.從圖 5可以看出，CK15對照處理體系所得黃鉀鐵礬晶體表面光滑，粘附程度明顯，比表面積為1.80 m2 · g-1.當(dāng)體系中回流附著微生物的黃鐵礬后，礦物形貌差別不大，比表面積也近似一致(1.85 m2 · g-1).CK30對照體系所得黃鉀鐵礬晶體棱角明顯，且較為分散，比表面積為5.22 m2 · g-1，然而附著微生物的黃鐵礬回流卻使得礦物晶體變得光滑，晶體粘附度增加，比表面積為1.77 m2 · g-1，降低了66%.此外，對比不同溫度下對照體系可知，CK30對照體系所得黃鉀鐵礬晶體比表面積為CK15對照處理體系所得礦物比表面積的2.9倍.筆者認(rèn)為，不同體系Fe2+生物氧化速率與微生物分泌胞外多聚物差異可能是溫度調(diào)控礦物形貌及其比表面積的內(nèi)在原因，本課題組將在后續(xù)研究中予以關(guān)注.

　　圖5 不同處理體系所得礦物SEM圖片

　　4 結(jié)論

　　溫度為15~30 ℃的富酸性硫酸鹽體系中，附著微生物(A. ferrooxidans)黃鐵礬回流可以顯著提高體系Fe2+氧化率與總Fe沉淀率.在Fe2+濃度為160 mmol · L-1、Fe/K摩爾比為10的硫酸鹽體系中，15~30 ℃溫度范圍合成的次生鐵礦物均為單一的黃鉀鐵礬，無施氏礦物出現(xiàn).附著微生物黃鐵礬回流對15 ℃環(huán)境下黃鐵礬礦物形貌影響不大，為表面光滑的黃鐵礬晶體.然而，在30 ℃環(huán)境中，附著微生物黃鐵礬回流可將體系原本棱角明顯的晶體結(jié)構(gòu)變得表面光滑，比表面積降低了66%.