嗜酸铁氧化微生物去除砷的研究：中温和极端嗜热菌的环境修复潜力

针对采矿废水砷污染治理难题，研究人员创新性地利用中温(50°C)和极端嗜热(70°C)嗜酸铁氧化微生物开展砷去除研究。结果表明As(V)去除率更高，铁浓度正向影响As(III)/As(V)去除，温度仅影响As(III)去除。通过SEM和EDS证实了铁化合物吸附与无定形砷酸铁沉淀双重机制，为开发绿色高效的生物修复技术提供了重要依据。

　　

砷这种潜伏在地壳中的"隐形杀手"，通过采矿和工业活动不断释放到环境中，其毒性足以引发癌症和多种器官损伤。传统化学除砷方法就像"粗暴的外科手术"——虽然能切除病灶，却会留下高成本、二次污染等"术后并发症"。面对全球每年数百万吨含砷废水的治理困境，自然界中那些能在火山口等极端环境生存的"钢铁侠微生物"进入了科学家视野，它们能以铁为能量源，顺便把溶解的砷"锁"进矿物中。

智利国家铜业公司（CODELCO）与CRHIAM研究中心合作，在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究中，构建了包含Sulfobacillus thermosulfidooxidans等菌种的混合培养体系。通过控制Fe:As摩尔比（1.5-4.0）、温度梯度（50/70°C）等参数，结合能量色散谱（EDS）和扫描电镜（SEM）分析沉淀物特性，系统评估了生物除砷效能。特别创新地对比了中温(50°C)与极端嗜热(70°C)条件下的处理差异，并重新分析了前期35°C数据以建立完整温度响应模型。

【Construction of mixed cultures at 50 and 70 °C】
研究团队构建了MT50（50°C）和ET70（70°C）两套培养体系。MT50包含Sulfobacillus thermosulfidooxidans DSM 9293与含Leptospirillum等的复合菌群，ET70则采用Acidiplasma和Ferroplasma为主的嗜热古菌。通过连续传代培养实现微生物对1.0 g/L As(III)的适应性进化。

【Changes in microbial community composition in presence of arsenic】
16S rRNA测序显示：50°C体系中原占25%的Sulfobacillus在砷胁迫下升至65%，而70°C体系中Ferroplasma从30%飙升至82%。这种群落重构证实了特定菌株的砷耐受优势，且温度选择压力显著影响优势菌种类型。

【Results】
关键发现包括：①As(V)去除率比As(III)高15-20%，因微生物Fe(II)氧化能力直接影响As(V)固定；②铁浓度每增加1mM，As(III)去除率提升12%；③70°C时As(III)去除速率比50°C低30%，但对As(V)无影响；④SEM显示生物沉淀呈多孔结构，比化学沉淀比表面积大5倍；⑤EDS证实沉淀物Fe:As摩尔比为1.8:1，符合无定形砷酸铁特征。

【Conclusion】
该研究揭示了温度通过双重路径影响除砷效率：直接调控微生物活性，间接改变铁氧化动力学。70°C下古菌主导的体系虽As(III)处理较慢，但形成的生物矿物稳定性更高。最优化条件为Fe:As=3.0、50°C处理As(V)废水，此时去除率可达98%且沉淀物环境稳定性达12个月以上。

这项研究的突破性在于首次建立了温度-铁-微生物的三元作用模型，为不同气候区矿山废水处理提供了精准调控依据。通过利用极端微生物的天然代谢能力，不仅将处理成本降低40%（相较化学法），更重要的是实现了砷的永久性固定。正如通讯作者Ernesto González强调的："这些进化了数十亿年的微生物，才是解决重金属污染的最聪明化学家"。该技术已在智利铜矿中试成功，为全球矿业废水治理提供了可复制的生物解决方案。