溶解有机质对铁锰异化还原过程的调控机制及其环境地球化学意义

溶解有机质(DOM)调控下的铁锰异化还原过程是污染物和生源要素地球化学行为的重要驱动力。由于环境介质中DOM组分、来源和结构的复杂性和差异性，DOM调控下的铁锰异化还原反应机制一直没有得到清晰认识。基于对环境中铁锰和DOM理化性质的剖析，本项目采用色谱-质谱联用仪、光谱学、色谱学以及电化学等分析方法并结合TEM和SEM等微观形貌表征手段，精确辨析和厘清组份、来源和结构不同的DOM环境地球化学信息，重点开展DOM参与下的铁锰异化还原反应机制的实验研究；同时关注铁锰异化还原反应过程中，典型污染物赋存形态以及迁移转化等动力学特征。以期阐明不同组份、来源以及含特定官能团结构的DOM对铁锰异化还原过程的调控机制，揭示"DOM-铁锰氧化物-污染物"耦合作用条件下典型有机/无机污染物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和深入对DOM调控下的铁锰异化还原过程的环境地球化学认识。

环境中DOM具有较高的生物可利用性和活跃的化学反应活性，积极参与了重金属/有机污染物与营养物质的生物环境地球化学循环。因而，本项目研究对阐明不同组分来源DOM对铁异化还原过程的调控机制以及铁异化还原主导下的污染物原位生态修复具有一定的理论价值和实践意义。相应的内容摘要如下：.1．对于同一来源的不同组分下的不同分子量的DOM来说， E250/E365值、SUVA254、DOM的荧光峰类型和强度均有所差异; 同一组分的DOM，荧光强度随着分子量的减小而减小； 同一来源的DOM， XAD-8组分DOM的荧光强度最大，XAD-4组分DOM的荧光强度次之，洗脱液的荧光强度最小。.2．XAD-8 树脂分离的疏水物质中，YB-8-0.45和WN-8-0.45对纤铁矿还原过程影响最明显；用XAD-4 树脂分离的DOM组分中，YB-4-50k和WN-4-50k对纤铁矿的还原过程影响最明显；而最洗脱液中，各分子量的DOM对纤铁矿还原过程基本没有影响。.3.微生物异化还原过程中产生的吸附态铁是纤铁矿向磁铁矿转变过程中的最直接制约因素。此矿物相转变过程的快慢与程度与吸附态解离铁含量有着密切的关系，吸附态含量不低于高于2.0mM的条件下，上述转变才能有效发生。实验还考察了不同种类有机质在此过程中的影响特征，结果表明含氧化还原敏感性官能团的醌类有机质和含有络合官能团的EDTA均能加速纤铁矿向磁铁矿的转变。.4. AQS作为电子运移载体，使得微生物还原产生的解离态铁总量和可溶态铁含量均快速增加； AQS加入后，针铁矿还原平均速率得到显著上升，速率提升2.4~4.0倍，且该比值和AQS含量呈显著的线性关系。不同形态铁含量比值随AQS含量变化而变化。AQS参与下的铁异化还原过程实际上是由两个独立的子过程组成，即微生物呼吸作用驱动了AQS的还原态和氧化态之间的循环转变过程以及还原态AQS进一步还原解离针铁矿的非生物过程。.5. 在含针铁矿的微生物多相界面反应体系中，4-硝基苯乙酮的还原速率显著高于单纯的生物相反应体系。针铁矿介导下的多相界面反应体系中，4-硝基苯乙酮的微生物还原过程由耦合的两个子过程组成，即针铁矿的微生物还原解离过程及吸附态Fe()调控下的对污染物的非生物还原过程。不同反应体系中，4-硝基苯乙酮微生物还原降解产物浓度的对数值和反应时间之间均呈典型的指数衰减模式(ExpDec)。