Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Địa hóa học của Sắt và Lưu Huỳnh trong Khu Vực Giảm Sulfate do Vi Khuẩn trong Xỉ Khai Thác
Tóm tắt
Sự tuần hoàn của sắt và lưu huỳnh trong xỉ mỏ phụ thuộc vào nhiều phản ứng hóa học và vi sinh vật. Nghiên cứu hiện tại được thực hiện để đánh giá vai trò của quần thể vi khuẩn khử sulfate (SRB) trong số phận của Fe và SO4 2- trong xỉ Cu-Zn và Au. Mẫu được lấy dọc theo một hồ sơ sâu 50 cm tại tất cả các địa điểm và được phân tích để xác định quần thể SRB, khoáng vật pha rắn và hóa học nước lỗ chân lông. Kết quả cho thấy xỉ Cu-Zn bị oxi hóa mạnh ở gần bề mặt, như được thể hiện bằng pH rất thấp, tiềm năng redox cao, nồng độ lớn Cu, Zn và sulfate hòa tan trong nước lỗ chân lông, cũng như sự cạn kiệt của pyrit. Ngược lại, xỉ Au có pH trung tính hơn, hơi thiếu oxy và cho thấy nồng độ thấp của Fe và SO4 2- trong nước lỗ chân lông, cùng với ít oxi hóa pyrit. Quần thể SRB trong xỉ Cu-Zn tăng theo độ sâu, ngay dưới interface oxic/anoxic và được liên kết với sự giảm nồng độ sulfate và DOC ở độ sâu tương ứng. Tuy nhiên, nồng độ lớn của Fe hòa tan cũng được quan sát ở các khoảng độ sâu tương tự. Kết quả của chúng tôi cho thấy SRB có thể tham gia vào quá trình khử sulfate trong xỉ Cu-Zn, bởi vì độ hòa tan của sulfate không bị kiểm soát bởi sự kết tủa của các khoáng chất giàu sulfate. Tuy nhiên, sự hiện diện của Fe hòa tan trong phần xỉ đã được giảm cũng chỉ ra sự có mặt của vi khuẩn khử sắt (IRB). Những vi khuẩn này không được liệt kê trong nghiên cứu hiện tại, nhưng việc đồng xuất hiện với SRB đã được báo cáo trong quá khứ ở những môi trường khai thác tương tự. Sự giảm sulfate và sự phát thải sắt hòa tan vào nước lỗ chân lông cũng đi kèm với sự gia tăng pH và sự hình thành kiềm. Trong xỉ Au, các quần thể SRB thường ổn định trong toàn bộ hồ sơ độ sâu và không thể quy thuộc cho sự khử sulfate trong nước lỗ chân lông. Độ hòa tan của sulfate và sắt trong những xỉ này được kiểm soát một phần bởi các khoáng chất jarosite và Fe-oxide. Rõ ràng là các quần thể SRB có thể được thu hồi từ các địa điểm khai thác khác nhau, nhưng hoạt động của chúng không thể được xác định dựa trên liệt kê vi sinh vật và dữ liệu hóa học địa chất.
Từ khóa
#SRB #vi khuẩn khử sulfate #xỉ khai thác #Cu-Zn #Au #địa hóa học #nước lỗ chân lông.Tài liệu tham khảo
Al, T. A., Martin, C. J. and Blowes, D. W.: 2000, ‘Carbonate-mineral/water Interactions in Sulphide-rich Mine Tailings’ Geochim. Cosmochim. Acta 64, 3933–3948.
Benner, S. G., Gould, W. D. and Blowes, D. W.: 2000, ‘Microbial Populations Associated with the Generation and Treatment of Acid Mine Drainage’, Chemical Geology 169, 435–448.
Bigham, J. M., Schwertmann, U., Traina, S. J., Winland, R. L. and Wolf, M.: 1996, ‘Schwertmannite and the Chemical Modeling of Iron in Acid Sulfate Waters’, Geochim. Cosmochim. Acta 60, 2111–2121.
Blodau, C., Hoffman, S., Peine, A. and Peiffer, S.: 1998, ‘Iron and Sulfate Reduction in the Sediments of Acidic Mine Lake 116 (Brandenburg, Germany): Rates and Geochemical Evaluation’, Water, Air, and Soil Pollut. 108, 249–270.
Blowes, D. W., Jambor, J. L., Hanton-Fong, C. J., Lortie, L. and Gould, W. D.: 1998, ‘Geochemical, Mineralogical and Microbiological Characterization of a Sulphide-bearing Carbonate-rich Goldmine Tailings Impoundment, Joutel, Québec’, Appl. Geochem. 13, 687–705.
Brysch, K., Schneider, C., Fuchs, G. and Weidel, F.: 1987, ‘Lithoautotrophic Growth of Sulfate-reducing Bacteria and Description of Desulfobacterium autotrophicum gen. No. spec. nov.’, Arch. Microbiol. 148, 264–274.
Capone, D. G. and Kiene, R. P.: 1988, ‘Comparison of Microbial Dynamics in Marine and Freshwater Sediments: Contrasts in Anaerobic Carbon Metabolism’, Limnol. Oceanogr. 33, 725–749.
Cochran, W. G.: 1950, ‘Estimation of Bacterial Densities by Means of the Most Probable number’, Biometrics 6, 105–116.
Cummings, D. E., March, A. W., Bostick, B., Spring, S., Caccavo Jr, F., Fendorf, S. and Rosenz-weig, R. F.: 2000, ‘Evidence for Microbial Fe(III) Reduction in Anoxic, Mining Impacted Lake Sediments (Lake Coeur d'Alene, Idaho)’, Appl. Environ. Microbiol. 66, 154–162.
Fortin, C. and Gauthier, J.: 1995, ‘Constantes de Formation et Différences d'Enthalpie pour Divers Complexes Métalliques: Comparaison de Différentes Base de Données’, INRS-Eau, Rapport Interne 136, 13 pp.
Fortin, D., Davis, B, Southam, G. and Beveridge, T. J.: 1995, ‘Biogeochemical Phenomena Induced by Bacteria in Sulfidic Mine Tailings’, J. Industrial Microbiol. 14, 178–185.
Fortin, D. and Beveridge, T. J.: 1997 ‘Microbial Sulfate Reduction within Mine Tailings: Formation of Diagenetic Fe-sulfides’, Geomicrobiology J. 14, 1–21.
Fortin, D., Roy, M., Rioux, J. P. and Thibault, P. J.: 2000, ‘Occurrence of Sulfate-reducing Bacteria under a Wide-range of Physico-chemical Conditions in Au and Cu-Zn Mine Tailings’, FEMS Microbiol. Ecol. 33, 197–208.
Friese, K., Wendt-Potthoff, K., Zachmann, D. W., Fauville, A., Mayer, B. and Veizer, J.: 1998, ‘Biogeochemistry of Iron and Sulfur in Sediments of an Acidic Mining Lake in Lusatia, Germany’, Water, Air, and Soil Pollut. 108, 231–247.
Gyure, R. A., Konopka, A., Brooks, A. and Doemel, W.: 1990, ‘Microbial Sulfate Reduction in Acidic (pH 3) Strip-mine Lakes, FEMS Microbiol. Ecol. 73, 193–202.
Huerta-Diaz, M. A. and Morse, J. W.: 1990, ‘A Quantitative Method for Determination of Trace Metal Concentrations in Sedimentary Pyrite’, Marine Chem. 29, 119–144.
Johnson, R. H., Blowes, D. W., Robertson, W. D. and Jambor, J. L.: 2000, ‘The Hydrogeochemistry of the Nickel RimMine Tailings Impoundment, Sudbury, Ontario’, J. Contam. Hydrol. 41, 49–80.
Jørgensen, B. B.: 1978, ‘A Comparison of Methods for the Quantification of Bacterial Sulfate Reduction in Coastal Marine Sediments’, Geomicrobiology J. 1, 11–47.
Küsel, K. and Dorsch, T.: 2000, ‘Effect of Supplemental Electron Donors on the Microbial Reduction of Fe(III), Sulfate, and CO2 in Coal Mining-impacted Freshwater Lake Sediments’, Microbial Ecol. 40, 238–249.
Lazzaretti-Ulmer, M. A. and Hanselmann, K. W.: 1999, ‘Seasonal Variation of the Microbially Reg-ulated Buffering Capacity at Sediment-water Interfaces in a Freshwater Lake’, Aquat. Sci. 61, 59–74.
Lovley, D. R. and Philips, E. J. P.: 1987, ‘Competitive Mechanisms for Inhibition of Sulfate Reduction and Methane Production in the Zone of Ferric Iron Reduction in Sediments’, Appl. Environ. Microbiol. 53, 2636–2641.
McCreadie, H., Blowes, D. W., Ptacek, C. J. and Jambor, J. L.: 2000, ‘Influence of Reduction Re-actions and Solid-phase Composition on Porewater Concentrations of Arsenic’, Environ. Sci. Technol. 34, 3159–3166.
McGregor, R. G., Blowes, D. W., Jambor, J. L. and Robertson, W. D.: 1998, ‘The Solid-phase Controls on the Mobility of Heavy Metals at the Copper Cliff Tailings Area, Sudbury, Ontario, Canada’, J. Contam. Hydrol. 33, 247–271.
Nordstrom, D. K.: 1977, ‘Thermochemical Redox Equilibria of Zobell's Solution’, Geochim. Cosmochim. Acta 41, 1835–1841.
Peine, A., Trischler, A., Küsel, K. and Peiffer, S.: 2000, ‘Electron Flow in an Iron-rich Acidic Sediment - Evidence for an Acidity-driven Iron Cycle’, Limnol. Oceanogr. 45, 1077–1087.
Postgate, J. R.: 1984, The Sulphate-reducing Bacteria, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge, 208 pp.
Sass, H., Cypionka, H. and Babenzien, H. D.: 1997, ‘Vertical Distribution of Sulfate-reducing Bacteria at the Oxic-Anoxic Interface in Sediments of the Oligotrophic Lake Stechlin’, FEMS Microbiol. Ecol. 22, 245–255.
Schecher, W. D. and McAvoy, D. C.: 1994, ‘MINEQL+: A Chemical Equilibrium Program for Personal Computers’, v. 3.1. Hallowell, ME, Environmental Research Software.
Schippers, A. M., Hallmann, R., Wentzien, S. and Sand, W.: 1995, ‘Microbial Diversity in Uranium Mine Waste Heaps’, Appl. Environ. Microbiol. 61, 2930–2935.
Teske, A. C., Wawer, G., Muyzer, J. and Ramsing, N. B.: 1996, ‘Distribution of Sulfate-reducing Bacteria in a Stratified Fjord (Maraiger Fjord, Denmark) as Evaluated by the Most-probable Number Counts and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis of PCR-amplified Ribosomal DNA Fragments’, Appl. Environ. Microbiol. 62, 1405–1415.
Trudinger, P. A., Chambers, L. A. and Smith, J. W.: 1985, ‘Low Temperature Sulphate-reduction: Biological versus Abiological’, Can. J. Earth Sci. 22, 1910–1918.
Tuttle, J. H., Dugan, P. R., Manmillan, C. B. and Randles, C. I.: 1968, ‘Microbial Dissimilatory Sulfur Cycle in Acid Mine Water’, J. Bacteriol. 100, 594–602.
Tuttle, J. H., Dugan, P. R. and Randles, C. I.: 1969, ‘Microbial Sulfate Reduction and its Potential Ability as an Acid Mine Water Pollution Abatement Procedure’, Aplp. Microbiol. 17, 297–302.
Wielinga, B., Lucy, J. K., Moore, J. N., Seastone, O. F. and Gannon, J. E.: 1999, ‘Microbiological and Geochemical Characterization of Fluvially Deposited Sulfidic Mine Tailings’, Appl. Environ. Microbiol. 65, 1548–1555.