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天然錳砂過濾器中生物細菌氧化鐵錳的工作原理

作者來源:gysxlc       發布時間: 2018/5/29 11:05:30    標簽:錳砂 天然錳砂 錳砂濾料 錳砂過濾器
導讀:
錳砂氧化細菌在酶的作用下能直接氧化錳,主要有三種機制,其中兩種機制是有關游離Mn2+離子的氧化,另一種是關于吸附在錳氧化物上的Mn2+離子的氧化.

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天然錳砂過濾器中生物細菌氧化鐵錳的工作原理
    氧化亞鐵硫桿菌,簡稱T.f菌,是一種革蘭氏陰性菌,具有化能自養、好氣、嗜酸、適于中溫環境等特性,廣泛存在于酸性礦山水及含鐵或硫的酸性環境中。關于Fe2+的細菌氧化機理,日前研究的還不夠充分,但已知道各種細胞色素在將電子由Fe2+遞送至氧的過程中起著很重要的作用。每種細胞色素都具有特定的氧化-還原電位。在25℃時,Fe3+/Fe2+電對的標準電極電位為0.77V,而細胞色素c為0.22V,前者比后者高許多。這種情況下不應發生Fe2+遞送電子給細胞色素c,但實際上卻發生了,這可能是Fe2+與某些物質如多糖脂肪-磷脂、草酸等形成電極電位很低的絡合物所致。
    在電子由細胞色素c向分子氧遞送過程中,由于發生了氧化磷酸化作用,于是形成了三磷酸腺苷(ATP),而電子轉移所釋放出的能量便儲存在ATP中。在同化CO2的過程中,還需要還原性的煙酰胺腺嘌呤二核昔酸(NADH+H+),但該物質的電極電位低(-0.32V),由ATP向它輸送電子是反向的,需消耗能量(即消耗ATP)才能完成。這樣,Fe2+在氧化過程中所放出的電子主要是還原分子氧,但也有很少一部分還原態的NADH+H+。
    細菌氧化Mn2+的機理
    細菌對錳的氧化作用有兩種情況,即直接氧化和間接氧化,而且每一種氧化都與微生物的性質及環境因素有密切關系。
    1.直接氧化
    一些錳氧化細菌在酶的作用下能直接氧化錳,主要有三種機制,其中兩種機制是有關游離Mn2+離子的氧化,另一種是關于吸附在錳氧化物上的Mn2+離子的氧化。
    機制1:錳砂氧化酶借助于細胞色素系統把電子轉移給氧,促使游離Mn2+氧化:
              Mn2++1/2O2+H2O=MnO2+2H+
    機制2:氧化酶在反應中通過新陳代謝產生MnO2,加速游離Mn2+離子氧化:
              Mn2++H202=Mn02+2H+
    機制3:錳氧化酶通過細胞色素系統把電子轉移到氧,氧化吸附在錳氧化物上的Mn2+,這種酶是一種組分酶,與機制1的氧化酶不同,它不能氧化游離的Mn2+離子:
              Mn-Mn03+1/2O2+2H20=2H2+MnO3
    2.間接氧化
    許多微生物在其生長過程中,通過新陳代謝作用改變其環境的Eh(氧化還原電位,以下同)或pH,在錳的氧化過程中起著間接作用。一些細菌通過消耗或產生O2以及還原化合物的排泄改變著它們自己微環境的Eh,這樣引起錳的Eh-pH關系上某些錳化合物穩定性的改變。尤其是CO2的消耗和O2的增加會創造氧化環境,有利于錳的氧化.此外,細菌排泄的堿性代謝物會使環境的pH升高,也有利于錳氧化物的形成。但是,過高的pH會抑制細菌對錳的氧化。一般生物學的氧化作用發生于pH=6.5-7.5。生金菌屬、土微球菌屬、生絲微菌屬及節桿菌屬都能引起錳的間接氧化。
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