沉积物-水界面间"微生物-IMO-重金属"相互作用的环境地球化学研究

饮用水源水库沉积物中重金属发生的二次污染问题，对水库水质构成潜在威胁。环境条件特别是微生物活动对沉积物中重金属的生态效应和环境行为有着重大影响。由于环境介质和环境条件的复杂性，微生物作用对重金属的环境地球化学行为一直没有得到清晰认识。本项目拟以西北生态脆弱地区的水源水库为研究对象，基于对沉积物-水界面特殊微环境的多角度分析，以沉积物中微生物-IMO相互作用研究为切入点，采用对不同来源和组成的IMO微观形貌和结构表征、金属还原菌分离纯化实验、理化条件和微生物调控室内模拟实验、野外在线检测等方法和手段，探讨重金属在沉积物-水界面间的迁移转化及释放的动力学规律和微观机理，揭示在微生物驱动下，氧化还原敏感性元素(铁、锰)参与的"微生物-IMO-重金属污染物"三者之间耦合的环境地球化学循环特征和规律。项目的成功实施将有助于丰富沉积物中铁锰和重金属环境地球化学认识，为水库水质安全保障提供科学理论依据。

本项目在基于对沉积物-水界面特殊环境地球化学条件的多角度分析，以沉积物中重金属研究为切入点，揭示在微生物驱动下，氧化还原敏感性元素参与的“微生物-铁氧化物-重金属污染物”三者之间耦合作用的环境地球化学循环特征和规律，并阐明重金属污染物在沉积物-水界面的迁移转化机制，主要工作内容如下：.1..对于处在一种特殊厌(缺)氧微环境体系下的沉积物-水界面，在微生物以及物理和化学因素的协同作用下，沉积物中重金属的潜在环境效应、形态分布和含量均发生一定程度的变化。以汤浴水库，黑河水库和汾河水库沉积物中重金属为研究对象，实验采用BCR连续提取法和EDTA单一提取法以及HNO3-HF-HCl消解法等前处理方法和ICP-MS以及AAS等分析测试手段，探究了经历不同环境条件下沉积物中重金属的形态赋存变化规律，以及重金属在沉积物-水界面间的迁移转化特征。.2..生物/非生物还原沉积物中高价态的铁锰氧化物不仅影响重金属的生物环境地球化学循环，同时也左右了有机物污染物、重金属污染物以及营养物质(N,P)在环境中的归宿。基于此，以典型的金属还原菌-希瓦氏金属还原菌与沉积物和土壤中广泛存在的针铁矿(α-FeOOH)和纤铁矿(γ-FeOOH)为研究对象，构建铁还原菌-针铁矿/纤铁矿相互作用体系，着重阐述了铁氧化物的生物/非生物还原动力学特征，考察了含氧化还原敏感性官能团有机质的参与，电子供体/受体浓度对其还原解离动力学的影响等因素，同时利用SEM，XRD等手段表征了铁氧化物在还原解离过程中微观形貌的变化特征。.3..以不同类型的溶解有机质（污泥中不同组分DOM，AQS和EDTA）和石英砂负载铁砷(As-IOCS）以及典型金属还原菌为研究对象，构建不同条件下的“微生物-有机质-砷”相互作用体系，着重探讨在微生物异化还原IMO过程中，采用HPLC-ICP-MS联用分析手段，揭示了砷不同形态之间的运移特征和规律及其影响因素，为“微生物-IMO-污染物”相互作用的环境地球化学循环特征和规律研究提供参考和理论支持。