Кіріспе
Ерітілген темірден энергия алатын бактериялар. Темірді тотықтыратын бактериялар (немесе темір бактериялары) – ерітілген темірді тотықтыру арқылы энергия алатын химиотрофты бактериялар. Олар темір концентрациясы 0,1 мг/л-ға дейін төмен суларда өсіп, көбейе алады. Дегенмен, тотығу процесін жүзеге асыру үшін кемінде 0,3 ppm еріген оттек қажет. Оттегісіз су оттек көзіне жеткенде, темір бактериялары еріген темірді ерімейтін, қызғылт қоңыр түсті, желе тәрізді шырышқа айналдырады, ол өзендердің төсеніштерін бояйды және осы сумен жуылған сантехникалық құралдарды, киім-кешектерді немесе ыдыстарды дақтай алады. Суда еріген органикалық заттар көбінесе темірді тотықтыратын бактериялардың көбеюіне себеп болады. Жер асты сулары батпақтардағы шіріген өсімдіктердің әсерінен табиғи түрде оттегінен айырылуы мүмкін. Тарихи тұрғыдан, жер асты сулары шығып, атмосфералық оттекке ұшыраған жерлерде пайда болатын, құрамында темір кені бар пайдалы қазбалар қалыптасқан. Қоқыс полигонының сұйығы, септикалық дренаждар немесе бензин сияқты жеңіл мұнай отындарының ағуы сияқты антропогендік факторлар да топырақ микроорганизмдеріне жер асты суларын оттегінен айыруға мүмкіндік беретін органикалық материалдардың басқа да мүмкін көздері болып табылады. Осыған ұқсас реакция еріген марганецтен марганец диоксидінің қара шөгінділерін де түзе алады, бірақ орташа топырақта темірдің (5,4%) марганецке (0,1%) қарағанда көп болуына байланысты, бұл сирек кездеседі. Темірді тотықтыратын бактериялармен байланысты, шіріген немесе иіссізденген күкірттің иісі, анаэробты судағы оттектің баламалы көзі ретінде топырақтағы сульфаттардың ферменттік түрленуі нәтижесінде пайда болатын ұшқыш сульфидке байланысты. Темір – тірі организмдердің биохимиялық реакцияларға қатысатын белоктардың түзілуі сияқты көптеген метаболикалық реакцияларды жүзеге асыру үшін қажетті өте маңызды химиялық элемент. Мұндай белоктарға темір-күкірт ақуыздары, гемоглобин және координациялық кешендер жатады. Темір бүкіл әлемде кең таралған және Жер қыртысы, топырақ және шөгінділердегі ең көп таралған элементтердің бірі болып саналады. Темір теңіз ортасындағы іздік элемент болып табылады.
Iron oxidizing bacteria (or iron bacteria) are chemotrophic bacteria that derive energy by oxidizing dissolved iron. They are known to grow and proliferate in waters containing iron concentrations as low as 0.1 mg/L. However, at least 0.3 ppm of dissolved oxygen is needed to carry out the oxidation. When de oxygenated water reaches a source of oxygen, iron bacteria convert dissolved iron into an insoluble reddish brown gelatinous slime that discolors stream beds and can stain plumbing fixtures, clothing, or utensils washed with the water carrying it. Organic material dissolved in water is often the underlying cause of an iron oxidizing bacteria population. Groundwater may be naturally de oxygenated by decaying vegetation in swamps. Useful mineral deposits of bog iron ore have formed where groundwater has historically emerged and been exposed to atmospheric oxygen. Anthropogenic hazards like landfill leachate, septic drain fields, or leakage of light petroleum fuels like gasoline are other possible sources of organic materials allowing soil microbes to de oxygenate groundwater. A similar reaction may form black deposits of manganese dioxide from dissolved manganese but is less common because of the relative abundance of iron (5.4%) in comparison to manganese (0.1%) in average soils. The sulfurous smell of rot or decay sometimes associated with iron oxidizing bacteria results from the enzymatic conversion of soil sulfates to volatile hydrogen sulfide as an alternative source of oxygen in anaerobic water. Iron is a very important chemical element required by living organisms to carry out numerous metabolic reactions such as the formation of proteins involved in biochemical reactions. Examples of these proteins include iron–sulfur proteins, hemoglobin, and coordination complexes. Iron has a widespread distribution globally and is considered one of the most abundant elements in the Earth's crust, soil, and sediments. Iron is a trace element in marine environments.
Тіршілік ету ортасы
Темірді тотықтырғыш бактериялар оттегісіз судың анаэробтық ортадан аэробтық ортаға ағып жатқан ауысу аймағын қоныстандырады. Ерітілген органикалық заттарды қамтитын жер асты сулары, осы ерітілген органикалық заттармен қоректенетін микроорганизмдердің әсерінен оттегісізденуі мүмкін. Аэробтық жағдайда, pH-тың өзгеруі Fe2+/Fe3+ тотығу реакциясын іске қосуда маңызды рөл атқарады. Сондықтан, микробтық қауымдастықтар микроаэрофильді аймақтарда тіршілік етуі керек, онда төмен оттегі концентрациясы жасушаға Fe(II) тотықтыруға және өсу үшін энергия өндіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, қышқыл жағдайда, мұнда еківалентті темір одан да ерігіш және тұрақты болады, тіпті оттегі болған жағдайда да, темірдің тотығу процесіне жауапты тек биологиялық процестер ғана болады, осылайша темірге бай қышқыл ортада темірдің тотығуы негізгі метаболизм стратегиясы болып табылады. Олар теңіз экожүйелерінің маңызды құрамдас бөліктері. Әдетте микроаэрофильді болғандықтан, олар оксидті және аноксидті сулар араласатын ауысу аймақтарында тіршілік етуге бейімделген. Темірді тотықтырғыш бактериялардың қосалқы өнімі (темір оксигидроксидінің түсуі) ретінде пайда болатын, желатин тәрізді текстурасы бар үлкен, тығыз қабатталған кілемдер, мұндай жерлердегі тетіктердің айналасында кездесуі мүмкін. Камаэхуаканолао тауларындағы жер асты шығару орындары ағынының концентрациясы мен температурасына қарай екі түрге бөлінеді. Жоғары температуралы және шоғырланған ағыны барлардың (50°C-тан жоғары) ағын жылдамдығы жоғары болуы күтіледі. Бұл жер асты шығару орындарының ерекшелігі – жер асты шығару орындарының айналасында жиналған, ұсақ түйіршікті кілемдер. Шоғырланған, жоғары температуралы жер асты шығару орындарындағы кілемдердің тереңдігі ондаған сантиметрді құрайды, бірақ өзгеріп отыруы мүмкін. Ал салқындау (10-30°C) және тараған ағыны бар жер асты шығару орындары бір метрге дейін қалыңдығы бар кілемдерді құрай алады. Бұл кілемдер жүздеген шаршы метр теңіз түбін жабуы мүмкін.
Су инфрақұрылымына әсер ету
Темірді тотықтырғыш бактериялар сумен жабдықтау ұңғымаларын басқаруда қиындық тудыруы мүмкін, себебі олар ерімейтін темір оксидін өндіреді, ол қоңыр, желатин тәрізді шырыш түрінде көрінеді және сумен жуылған сантехникалық жабдықтарды, киімдерді немесе ыдыстарды бояуы мүмкін. Темір бактерияларының зиянды әсері су бетінде өзендер мен көлдердің жағалауларында қоңыр, шырышты массалар немесе суда майлы жылтыр ретінде көрінеді. Егер бактериялар ұңғымаларда көбейсе, одан да ауыр проблемалар туындауы мүмкін. Ұңғымалардағы темір бактериялары денсаулыққа қауіп келтірмейді, бірақ экрандар мен құбырларды бітеп тастау арқылы ұңғыманың су беру мүмкіндігін азайтуы мүмкін. Темір бактерияларын жою немесе азайту үшін физикалық жолмен алып тастау, пастеризация және химиялық өңдеу сияқты әдістер қолданылуы мүмкін. Ауыр жұққан ұңғымаларды емдеу қиын, қымбатқа соғуы және толыққанды нәтиже бермеуі мүмкін. Жақында ғана ұңғымалардағы биопленканың қалыптасуын жоятын және алдын алатын ультрадыбыстық құрылғыларды қолдану, темір бактерияларының жұқпасын және оның салдарынан туындайтын бітелуді тиімді түрде болдырмайтыны дәлелденді. Физикалық жолмен алып тастау әдетте бірінші қадам болып табылады. Кішкентай диаметрлі құбырлар кейде сым щеткамен тазартады, ал үлкен құбырларды кәріз тазартқышпен шайып, тазалауға болады. Ұңғымадағы сорғы жабдықтарын да алып тастап, тазалау қажет. Темір сүзгілері темір бактерияларын жою үшін қолданылады. Темір сүзгілері сыртқы түрі мен мөлшері бойынша дәстүрлі су жұмсартқыштарға ұқсас, бірақ тотықтыру қабілетіне ие ортамен толтырылған. Темірлі су сүзгі арқылы өткен кезде, еріген темір темірдің ерімейтін күйіне айналады және судан сүзгіленеді. Бұрын шөгіндірген темір қарапайым механикалық сүзгілеу арқылы алынады. Осы темір сүзгілерінде марганец жасыл құм, Бирм, MTM, көп компонентті орта, құм және басқа синтетикалық материалдар сияқты әртүрлі сүзгі материалдары қолданылуы мүмкін. Көп жағдайда марганецтің жоғары оксидтері қажетті тотықтыру әрекетін жасайды. Темір сүзгілерінің шектеулері бар; тотықтыру әрекеті салыстырмалы түрде әлсіз болғандықтан, суда темірмен байланысқан немесе толығымен бөлек органикалық заттар болғанда тиімді жұмыс істемейді. Нәтижесінде, темір бактериялары өлтірілмейді. Темірдің өте жоғары концентрациясы жиі кері шаю және/немесе жаңарту қажеттілігіне әкелуі мүмкін. Соңында, темір сүзгілері дұрыс кері шаю үшін жоғары ағын қажет етеді, бірақ мұндай су ағындары әрқашан қол жетімді болмайды. Орман өрттері топырақтан темір қосылыстарын босатып, оларды шағын ормандық өзендерге жіберіп, темірді тотықтырғыш бактериялардың жылдам, бірақ әдетте уақытша көбеюіне себеп болуы мүмкін, олар қызыл түсті, желатин тәрізді қабаттармен және күкірт иісімен толық. Бактерияларды, иісті жою және судың мөлдірлігін қалпына келтіру үшін жоғары сапалы жеке сүзгілерді қолдануға болады.