The Examination of Biogenic and Non-Biogenic Iron Precipitates Created by Hydrogen Sulphide

Metabolism of sulphate-reducing bacteria (SRB) generally consists of organic substrates or molecular H2 oxidation and sulphates reduction under anaerobic conditions. By oxidizing low molecular weight organic compounds (e.g. lactate, acetate) they obtain energy and nutrients. Biological-chemical process based on the ability and activity of these bacteria to reduce sulphates results in hydrogen sulphide creation which binds with metal cations in solutions to insoluble precipitate forms. In anoxic sedimentary environment with iron redundancy the amorphous iron sulphide is often the initial sulphide phase to be formed and exhibits poor crystallinity in the form of small crystal sizes and short-range crystal order. Although many studies have focused on the mineralogy and surface chemistry of the more crystalline and more thermodynamically stable sulphides such as pyrite and pyrrhotite, an understanding of the crystal habit and surface chemistry of the more poorly crystalline Fe sulphides is critical in assessing their reactivity and the potential for transformation to more stable phases. The aim of this work was to study the properties and composition of biogenic precipitated materials synthesized in reagent bottles with SRB culture under specific laboratory conditions and modified growth media. The modification consists of iron ions addition in form of sulphates and organic substrate dose. In two cultivation modes were by bacterially produced hydrogen sulphide precipitated 4 biogenic samples. The realisation of abiotic control experiments without SRB results in 4 non-biogenic samples production. All created materials were examined by EDX, SEM and XRD. The composition of samples varies according to cultivation and growth media composition. The biogenic precipitates contain greigite, mackinawite and sulphur, non-biogenic samples consist of vivianite.

Metabolizm bakterii redukujących siarczany (SRB) składa się generalnie z utleniania organicznych substratów lub molekularnego H2 oraz redukcji siarczanów w warunkach beztlenowych. Poprzez utlenianie molekularnych składników organicznych (np. mleczan, octan) zyskują one energię oraz pożywki. Proces biologiczno-chemiczny oparty na zdolności i aktywności tych bakterii do redukcji siarczanów daje efekt w postaci utworzenia siarczku wodoru, który wiąże się z kationami metalu w roztworach do nierozpuszczalnych form wytrąceniowych. W sedymentacyjnym środowisku beztlenowym z redukcją żelaza, amorficzny siarczek żelaza często wstępną fazą siarczkową, która zostaje utworzona i wykazuje słabą krystaliczność o małych rozmiarach cząstek i słabym uporządkowaniu. Chociaż wiele badań było poświęconych mineralogii i chemii powierzchni bardziej ukrystalizowanych i bardziej stabilnych termodynamicznie siarczkom, takim jak piryt czy pirotyn, zrozumienie zachowań kryształu i chemii powierzchni słabiej ukrystalizowanych siarczków żelaza jest bardzo małe, zwłaszcza w kwestii oceny ich reaktywności i potencjału do transformacji w bardziej stabilne fazy. Celem tej pracy było zbadanie właściwości i składu biogenicznego wytrącanych materiałów wiązanych następnie w butelkach reakcyjnych z kulturą SRB w specyficznych warunkach laboratoryjnych i przy modyfikowanych warunkach rozwoju. Modyfikacja polegała na dodawaniu jonów żelaza w formie siarczków oraz dawki substratu organicznego. W dwóch trybach kultywacji 4 próbki biogeniczne były wytrącane dla siarczku wodoru utworzonego przy udziale bakterii. Realizacja kontroli abiotycznej eksperymentów bez udziału SRB dało efekt w postaci czterech nie-biogenicznych próbek. Cały utworzony materiał był następnie badany przy użyciu metod EDX, SEM oraz XRD. Skład próbek różnił się w zależności od kultywacji i składu ośrodka rozwoju. Wytrącenia biogeniczne zawierały greigit, makinawit oraz siarkę, nie-biogeniczne próbki zawierały wiwianit.