硫酸鹽還原菌粘附作用對(duì)硬石膏分解的影響

朱玲

摘 要：硬石膏是一種常見的硫酸鹽礦物，其一般會(huì)呈現(xiàn)出厚板狀或者柱狀。在分解硬石膏時(shí)，可以通過還原菌來對(duì)硬石膏內(nèi)部的多種元素開展的循環(huán)活動(dòng)加以制約。對(duì)還原菌起到的多種作用進(jìn)行制約可以幫助學(xué)者在地球化學(xué)、礦物學(xué)等相關(guān)學(xué)科研究之中取得突破性的成就。本文主要借助厭氧實(shí)驗(yàn)，對(duì)硬石膏以及SRB的激勵(lì)以及基本作用過程進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：硫酸鹽還原菌；粘附作用；硬石膏；分解；影響在眾多可進(jìn)行開采的礦物之中，硫酸鹽的存在相對(duì)比較廣泛，在土壤、沉積巖以及熱液礦床之中均有存在的可能性。其內(nèi)部種類繁多，可知的硫酸鹽礦物已經(jīng)有100多種，其占據(jù)地殼的含量可達(dá)到0.1%。在厭氧的化學(xué)條件之下，這種礦物比較容易別分解和還原，其中的S、C元素可以順利地轉(zhuǎn)入其他物相之中，借助地質(zhì)流體進(jìn)行遷移。本文對(duì)能夠?qū)τ彩嗟姆纸饣顒?dòng)產(chǎn)生影響的硫酸鹽還原菌（以下簡稱為SRB）進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析其帶來的分解性影響。1 分解硬石膏實(shí)驗(yàn)完成以下實(shí)驗(yàn)步驟來達(dá)到研究SRB的基本粘附作用的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模翰捎?50mL血清瓶開展實(shí)驗(yàn)，往其中加入0.544g硬石膏，在持續(xù)通入N2/CO2（V：V=80：20）混合氣體的條件下加入180mL無硫酸鹽培養(yǎng)基，使用無菌注射器抽取20mLSRB菌液，過0.22gm孔徑有機(jī)濾膜，棄去濾液，用無菌鑷子將濾膜快速轉(zhuǎn)移至鹽水瓶中，在37℃恒溫?fù)u床中進(jìn)行為期15d的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中設(shè)立無菌對(duì)照組，有菌及無菌組均設(shè)3個(gè)重復(fù)。與SRB培養(yǎng)基相比，分解硬石膏培養(yǎng)基除不含Na2SO4與MgSO4外，其余成分保持不變。定期取樣測(cè)定溶液pH、氧化還原電位（EoRP）、蛋白質(zhì)、酸可揮發(fā)性硫（AVS）、Ca2+及SO42-。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將固體進(jìn)行乙醇梯度脫水及戊二醛固定化處理后，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE.SEM）觀察其表面形貌及成分特征。取樣時(shí)將反應(yīng)瓶搖勻，用無菌注射器取混合液5mL左右，采用MYRON LUltrameter II TM型多功能pH/Eh測(cè)定儀進(jìn)行pH、El0RP的測(cè)定；取1H兒混合液加入至25mL血清瓶中，加入濃度為20%的HC1溶液2mL，密閉反應(yīng)20min，使溶液中S2-及H2S。轉(zhuǎn)化為氣態(tài)H2S，從血清瓶頂部抽取1mL氣體，采用氣相分子吸收光譜儀測(cè)定c（AVS）。懸浮液中c（SO42-）使用離子色譜儀測(cè)定（測(cè)試前溶液過0.45p.m混合纖維素濾膜并適當(dāng)稀釋定容）。懸浮液中蛋白質(zhì)）采用福林酚法測(cè)定，取0.9mL溶液加入到含有0.1mLNaOH溶液（濃度0.5mol/L）的離心管中，100℃水浴下加熱30min，10000r/min離心3min后取上清液測(cè)定。使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定溶液中的c（Ca2+）。用帶能譜的FE-SEM觀察固體微觀形貌特征，處理后的固體經(jīng)噴金后觀測(cè)。2 基本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)束SRB研究實(shí)驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)了以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：無菌組的pH在360h內(nèi)基本穩(wěn)定，初始階段平均pH約為7.05，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)約為7.00。SRB組中溶液pH在0～170h內(nèi)變化較小，在7.1左右波動(dòng)，略高于此階段無菌組溶液的pH，170h后稍有下降，360h時(shí)降至6.78左右。在無菌體系中，c（SO42-）及c（Ca2+）持續(xù)上升，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)溶液中Ca2+和SO42-的濃度積為10-4.2，與硬石膏的溶度積（10-4.3）相當(dāng)，表明實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)體系中硬石膏的溶解達(dá)到飽和。據(jù)計(jì)算，本研究所用培養(yǎng)基中c（PO43-）為2.6×10-3mmol/L，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)無菌體系中的PH值（7.0）和c（Ca2+）（8mmol/L），按羥基磷灰石的化學(xué)式（Ca5（PO4）3（OH）），計(jì)算其濃度積為1.4×10-29，大于37℃條件下羥基磷灰石的溶度積（2.9×10-42），故此時(shí)體系中應(yīng)有磷灰石的生成。SRB實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)溶液中的c（Ca2+）和c（SO42-）均低于無菌實(shí)驗(yàn)，二者的濃度積為10-4.7，小于硬石膏的溶度積，因此相對(duì)于硬石膏的溶解度二者的濃度并未達(dá)到飽和，還會(huì)繼續(xù)溶解。SRB體系中添加的PO43-可以有兩種去處，一是被SRB生長利用，二是與Ca2+反應(yīng)生成磷灰石等鈣磷酸鹽冗淀，圖6b中球狀顆粒的形成即是明證。由此可見，與采用SO42-相比，無論是采用石膏還是硬石膏作為電子受體培養(yǎng)SRB時(shí)，降低P的生物可利用性和SRB的增殖能力。3 SRB存在的粘附作用給硬石膏帶來的主要影響在本次SRB應(yīng)用實(shí)驗(yàn)之中，這種復(fù)制會(huì)緊緊地粘附在硬石膏的表面部位，在其粘附過程中，菌體的周邊位置會(huì)形成溶蝕坑以及溶蝕微孔。在出現(xiàn)了這一類的特殊結(jié)構(gòu)之后，SRB會(huì)出現(xiàn)更為明顯的粘附作用，而粘附作用會(huì)直接影響到硬石膏材料的分解活動(dòng)，根據(jù)當(dāng)前已有的研究活動(dòng)，基本可以確定SRB物質(zhì)存在的分解機(jī)制，其具體的分解機(jī)制包括以下這幾類：由于SRB屬于還原菌，引起提其代謝物以及菌體本身都會(huì)具有負(fù)電基團(tuán)，包括氨基、羧基等。硬石膏材料之中的Ca2+可以與這些基團(tuán)有效結(jié)合，對(duì)硬石膏材料分解產(chǎn)生影響。SRB在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)逐漸形成一種菌體礦化的現(xiàn)象，形成新的有機(jī)物質(zhì)CO2，在這種物質(zhì)溶于水之后，其局部位置的CO32-物質(zhì)的含量也會(huì)升高，形成CaCO3，這種新物質(zhì)生成的過程也會(huì)給硬石膏的溶解活動(dòng)帶去影響。SRB這種還原菌本身就存在電子傳遞體，其中的細(xì)胞色素就是極為常見的電子傳遞體。對(duì)物質(zhì)的形貌進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)。SRB粘附的部分并沒有出現(xiàn)相對(duì)清晰可見的沉淀情況，因此上文分析的第二種機(jī)制并沒有出現(xiàn)自愛實(shí)驗(yàn)之中。SRB周邊存在溶蝕坑與溶蝕孔，即使硬石膏的體積比較大，其仍舊會(huì)出現(xiàn)相對(duì)明顯的溶解特征。這種溶解情況主要是在第一種作用機(jī)制的影響之下出現(xiàn)的。根據(jù)已有的關(guān)于SRB的實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)可以了解到，具有難溶特點(diǎn)的硫酸鹽物質(zhì)的分解活動(dòng)比較容易受到SRB的影響，雖然這種促進(jìn)溶解的作用是比較確定的，但是其作用的基本機(jī)制卻卻不能確定。本次關(guān)于SRB物質(zhì)的粘附作用的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)初步證實(shí)了其產(chǎn)生的粘附作用可以影響到硬石膏材料的分解活動(dòng)，及時(shí)被應(yīng)用到具有難溶性特點(diǎn)的硫酸鹽礦物之中，其產(chǎn)生的促進(jìn)分解的作用仍舊比較明顯。其出現(xiàn)這種作用機(jī)制主要是受到了陽離子的影響，如果原有材料之中存在較高的堿度，CO32-帶來的溶解促進(jìn)作用基本可以忽略不計(jì)，而其他類型的礦物，如重晶石、天青石與硬石膏相似，同樣具有溶解度比較低的化學(xué)特點(diǎn)，將SRB應(yīng)用到這類礦物物質(zhì)之中時(shí)，可以更好地將電子傳遞到礦物之中，使礦物具有更強(qiáng)的分解能力。4 結(jié)束語借助本文的分析可以比較清晰地了解到SRB物質(zhì)給硬石膏這類硫酸鹽物質(zhì)帶來的影響。在應(yīng)用SRB時(shí)，硬石膏會(huì)出現(xiàn)溶出現(xiàn)象，其會(huì)充分地將SO42-，這種內(nèi)部元素溶出，促進(jìn)電子受體進(jìn)一步生長，再借助絡(luò)合作用來增加Ca2+沉淀的速度，使這兩種內(nèi)部無毒的濃度積可以被降低，使硬石膏具有更強(qiáng)的溶解能力。SRB可以直接粘附在硬石膏表面，推動(dòng)硬石膏快速分解。其粘附作用對(duì)于硬石膏分解具有極為關(guān)鍵的影響。參考文獻(xiàn)[1]孔殿超，徐亦寒，王進(jìn)，謝巧勤，周躍飛，陳天虎.硫酸鹽還原菌粘附作用對(duì)硬石膏分解的影響[J].礦物學(xué)報(bào)，2017，37（4），411-416.[2]張?chǎng)?硫酸鹽還原菌還原分解硫酸鹽礦物的機(jī)制及環(huán)境意義[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015[3]徐亦寒.微生物還原分解硫酸鹽礦物和鐵氧化物：礦物溶解性的制約[J].合肥工業(yè)大學(xué)，2017[4]趙健，謝飛，宮克，王丹，王興發(fā)，張鳴倫等.X70管線鋼在硫酸鹽還原菌作用下的應(yīng)力腐蝕開裂行為[J].表面技術(shù)，2017（10），108-114.