天然錳砂過濾器中生物細(xì)菌氧化鐵錳的工作原理
作者來源:gysxlc 發(fā)布時(shí)間： 2018/5/29 11:05:30 標(biāo)簽：錳砂 天然錳砂 錳砂濾料 錳砂過濾器
導(dǎo)讀：錳砂氧化細(xì)菌在酶的作用下能直接氧化錳,主要有三種機(jī)制,其中兩種機(jī)制是有關(guān)游離Mn2+離子的氧化,另一種是關(guān)于吸附在錳氧化物上的Mn2+離子的氧化.
天然錳砂過濾器中生物細(xì)菌氧化鐵錳的工作原理
氧化亞鐵硫桿菌，簡(jiǎn)稱T.f菌，是一種革蘭氏陰性菌，具有化能自養(yǎng)、好氣、嗜酸、適于中溫環(huán)境等特性，廣泛存在于酸性礦山水及含鐵或硫的酸性環(huán)境中。關(guān)于Fe2+的細(xì)菌氧化機(jī)理，日前研究的還不夠充分，但已知道各種細(xì)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(xì)胞色素都具有特定的氧化-還原電位。在25℃時(shí)，F(xiàn)e3+/Fe2+電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0.77V，而細(xì)胞色素c為0.22V,前者比后者高許多。這種情況下不應(yīng)發(fā)生Fe2+遞送電子給細(xì)胞色素c，但實(shí)際上卻發(fā)生了，這可能是Fe2+與某些物質(zhì)如多糖脂肪-磷脂、草酸等形成電極電位很低的絡(luò)合物所致。
在電子由細(xì)胞色素c向分子氧遞送過程中，由于發(fā)生了氧化磷酸化作用，于是形成了三磷酸腺苷(ATP),而電子轉(zhuǎn)移所釋放出的能量便儲(chǔ)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(zhì)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，F(xiàn)e2+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(tài)的NADH+H+。
細(xì)菌氧化Mn2+的機(jī)理
細(xì)菌對(duì)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(zhì)及環(huán)境因素有密切關(guān)系。
1.直接氧化
一些錳氧化細(xì)菌在酶的作用下能直接氧化錳，主要有三種機(jī)制，其中兩種機(jī)制是有關(guān)游離Mn2+離子的氧化，另一種是關(guān)于吸附在錳氧化物上的Mn2+離子的氧化。
機(jī)制1:錳砂氧化酶借助于細(xì)胞色素系統(tǒng)把電子轉(zhuǎn)移給氧，促使游離Mn2+氧化:
Mn2++1/2O2+H2O=MnO2+2H+
機(jī)制2:氧化酶在反應(yīng)中通過新陳代謝產(chǎn)生MnO2,加速游離Mn2+離子氧化:
Mn2++H202=Mn02+2H+
機(jī)制3:錳氧化酶通過細(xì)胞色素系統(tǒng)把電子轉(zhuǎn)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(jī)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(zhǎng)過程中，通過新陳代謝作用改變其環(huán)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(xì)菌通過消耗或產(chǎn)生O2以及還原化合物的排泄改變著它們自己微環(huán)境的Eh，這樣引起錳的Eh-pH關(guān)系上某些錳化合物穩(wěn)定性的改變。尤其是CO2的消耗和O2的增加會(huì)創(chuàng)造氧化環(huán)境，有利于錳的氧化.此外，細(xì)菌排泄的堿性代謝物會(huì)使環(huán)境的pH升高，也有利于錳氧化物的形成。但是，過高的pH會(huì)抑制細(xì)菌對(duì)錳的氧化。一般生物學(xué)的氧化作用發(fā)生于pH=6.5-7.5。生金菌屬、土微球菌屬、生絲微菌屬及節(jié)桿菌屬都能引起錳的間接氧化。
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