CC BY
135
Batgerel D., researcher, laboratory of chemical technology, department of chemical technology, school of chemistry and chemical engineering, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia.
Sarangerel D., associate prof., PhD., laboratory of nano measurements and nano analysis, center for nanotechnology and nano science, school of chemistry and chemical engineering, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia.
Ochirkhuyag B., associate prof., PhD., laboratory of chemical technology, department of chemical technology, school of chemistry and chemical engineering, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia.
УДК 544.52
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕСТРУКЦИИ МОНОХЛОРФЕНОЛОВ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЭКСИЛАМП
Н.И. Филиппова, Г.Г. Матафонова, Э.Т. Павлова, В.Б. Батоев
Проведено сравнительное исследование прямого фотолиза и комбинированной обработки в присутствии пероксида водорода 2-хлорфенола (2-ХФ) и 4-хлорфенола (4-ХФ) в модельных водных растворах ультрафиолетовым излучением KrCl-(222 нм) и XeBr- (282 нм) эксиламп при различных исходных значениях рН.
Ключевые слова: монохлорфенолы, прямой фотолиз, деструкция, ультрафиолетовая эксилампа, пероксид водорода, водный раствор.
A COMPARATIVE STUDY OF MONOCHLOROPHENOLS DESTRUCTION IN AQUEOUS SOLUTION
BY ULTRAVIOLET EXCILAMPS N.I. Philippova, G.G. Matafonova, E.T. Pavlova, V.B. Batoev
A comparative study of 2-chlorophenol (2-CP) and 4-chlorophenol (4-CP) direct photolysis and combined treatment in presence of hydrogen peroxide in model aqueous solutions by ultraviolet radiation KrCl-(222 nm) and XeBr-(282 nm) excimer lamps at various initial pH was carried out.
Keywords: monochlorophenols, direct photolysis, destruction, ultraviolet excilamp, hydrogen peroxide, aqueous solution.
Как известно, хлорфенолы (ХФ) являются токсичными органическими загрязнителями водных экосистем, включенными Агентством по охране окружающей среды США (US EPA) в список 126 приоритетных поллютантов [1]. Водные объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования в РФ, имеющие рыбохозяйственное значение, нормируются 2-хлорфенол, 2,4-дихлорфенол, 2,4,6-трихлорфенол (4 класс опасности) и пентахлорфенол (2 класс опасности) [2, 3]. ХФ токсичны для живых организмов, обладают потенциальной канцерогенной и мутагенной активностью и очень низким концентрационным порогом, вызывающим неприятный запах и вкус воды (до
0,1 мкг/л). Комбинированные окислительные процессы (АОР - advanced oxidation processes), широко используемые для удаления ХФ из водных сред, постоянно совершенствуются, и разработка новых комбинированных методов остается актуальной и в настоящее время.
В большинстве работ по применению АОР на основе ультрафиолетового излучения (например, фото-Фентона, У Ф-облучения в присутствии пероксида водорода, диоксида титана, озона) в качестве его источников традиционно используются ртутные лампы низкого и среднего давления, имеющие широкий спектр излучения. В настоящее время одними из наиболее перспективных УФ-источников для применения в АОР являются современные эксимерные и эксиплексные лампы, излучающие в узкой полосе [4, 5]. Ранее при исходных значениях рН раствора исследована кинетика фотолиза 4-ХФ KrCl-эксилампой [6], выявлена более высокая эффективность прямого фотолиза 4-ХФ этой же лампой по сравнению с энзиматической деструкцией пероксидазой соевых бобов [7]. Проведено сравнительное исследование эффективности прямого фотолиза и комбинированной обработки 4-ХФ при исходном рН с участием Н2О2 при использовании KrCl-эксилампы в статических условиях [8]. Нами ранее выявлены закономерности прямого фотолиза XeBr-эксиламой 2-хлорфенола (2-ХФ), 4-ХФ и 2,4-дихлорфенола (2,4-ДХФ) в водном растворе при исходных значениях рН [9]. Вместе с тем анализ литературы свидетельствует о недостаточности данных по применению АОР для удаления ХФ из водных сред с использованием узкополосного УФ-излучения эксиламп в зависимости от рН среды.
Целью данной работы является сравнительное исследование прямого фотолиза и комбинированной обработки в присутствии пероксида водорода монохлорфенолов в водных растворах УФ-излучением KrCl- и XeBr-эксиламп при различных исходных значениях рН.
Материалы и методы
Для исследования были взяты 2-ХФ и 4-ХФ (Merck, чистота >98%), гексацианоферрат (II) калия и 4-аминоантипирин (Sigma-Aldrich, чистота 99%), пероксид водорода (33%). В качестве источника УФ-излучения использовали XeBr- (282 нм) или KrCl-эксилампу (222 нм) (Институт сильноточной электроники СО РАН). Облучаемый раствор исследуемого ХФ при исходной концентрации 20 мг/л и рН 2, 11 или 5,5-5,6 циркулировал со скоростью 13,8 л/ч при комнатной температуре 23-25°С через три кварцевые трубки, расположенные у выходного окна эксилампы, и подавался в резервуар, служащий для отбора проб. Эффективная освещенность, создаваемая XeBr- и KrCl-эксилампой на выходной плоскости окна в зоне расположения трубок, измерена ранее с помощью фотодетектора (Hamamatsu Photonics KK) и составила 11,2 и 4,1 мВт/см2 соответственно.
Остаточную концентрацию 2- и 4-ХФ в процессе деструкции определяли колориметрическим методом по реакции с 4-аминоантипирином [10]. Исходную величину рН раствора доводили до 2 или 11 внесением раствора H2SO4 или NaOH и контролировали с помощью иономера И-16. При комбинированной обработке Н2О2 вносился в раствор непосредственно перед облучением в стехиометрическом количестве (1:13). Концентрацию Н2О2 определяли методом перманганатометрии [11]. Электронные спектры поглощения растворов ХФ регистрировали на спектрофотометре Agilent 3843 UV-VIS (США).
Результаты и их обсуждение
Прямой фотолиз
Линейные зависимости соотношения логарифма остаточной концентрации (С) и исходной концентрации (С0) ХФ от продолжительности облучения растворов при рН 5.5-5.6 (исходная величина рН растворов), 2 и 11 свидетельствуют о том, что реакция прямого фотолиза подчиняется уравнению реакции первого порядка (рис. 1), что согласуется с результатами предыдущих работ [9, 12, 13]. Как видно из рисунка 1 и таблицы 2, максимальные константы скорости псевдопервого порядка и минимальные периоды полураспада найдены для 2-ХФ при облучении XeBr-эксилампой при рН 11, а для 4-ХФ - при рН 2 и рН 5,6.
Как известно, при рН < рКа ХФ в водном растворе находятся, преимущественно, в молекулярной форме, а при рН > рКа - в диссоциированной форме, при этом диссоциированные формы (анионы) считаются более реакционноспособными, чем молекулярные [14]. Как видно из табл. 1, при рН 11 в УФ спектрах поглощения ХФ наблюдается батохромный сдвиг максимумов полос в средне- и длинноволновой области, характерный для образования анионных форм.
Для сравнения полученных результатов с литературными данными по прямому фотолизу ХФ излучением при других длинах волн и интенсивностях были оценены квантовые выходы фотолиза (ф) по первому порядку согласно [15] (табл. 2).
Рассчитанные значения ф для анионов 2-ХФ и молекул 4-ХФ при X = 282 нм значительно выше (ф282), чем для молекул 2-ХФ и анионов 4-ХФ. Это согласуется с литературными данными по фотолизу при 296 нм 2-ХФ (ф = 0,03-0,04 для молекул и 0,20-0,30 для анионов) [16-18]. Согласно данным [16], средний квантовый выход фотолиза 4-ХФ равен 0,25 в интервале рН от 1 до 13 при облучении на X = 254 нм или 296 нм (ртутная лампа среднего и высокого давления). Как видно из табл. 2, величина ф282 для молекул 4-ХФ в два раза выше, чем приведенное выше значение. Квантовый выход при 222 нм сопоставим с найденным ранее при фотолизе молекул 4-ХФ ртутной лампой высокого давления (0,017), излучающей в широком спектре 238-579 нм с максимумами при 254, 313 и 366 нм [19]. Фотолиз же анионов 4-ХФ характеризовался наименьшим квантовым выходом.
Продолжительность облучения (мин)
0
00-
5
О
е8
0,5 -
10
8
♦ pH 2 OpH 5.5-5.6 OpH 11
-1,5
15 20 25 30
2-ХФ (KrCl)
$
-1 --2 -
-3 --4 —
О
10
15
20
25
30
2-ХФ (XeBr)
0
5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
Рис. 1. Динамика прямого фотолиза 2- и 4-хлорфенола при различных рН среды ХеВг-(282 нм) и КгС1-(222 нм)
эксилампами в проточном фотореакторе. [ХФ]0 = 20 мг/л
Таблица 1
Спектральные характеристики хлорфенолов в водных растворах
Хлорфенол Хтах, нм рНисх Форма -ж г- 1 -1 ЄХтах, М -см
2-ХФ 223 2 и 5.5 Молекулярная 3788
274 2 и 5.5 Молекулярная 1958
237 11 Анионная 8242
293 11 Анионная 3733
4-ХФ 225 2 и 5.6 Молекулярная 8599
280 2 и 5.6 Молекулярная 1609
244 11 Анионная 12056
298 11 Анионная 2599
Таблица 2
Константы скорости псевдопервого порядка k, периоды полураспада 1;1/2 и квантовые выходы фотолиза ф 2- и 4-хлорфенола ХеВг- (282 нм) и КгС1- (222 нм) эксилампами при различных рН среды
Хлорфенол рНисх X, нм ех, М'1-см'1 к, мин-1 ^д, мин Ф
2-ХФ 2 222 4288 о X .7 2. 25.7 0.020
5.5 222 4253 О X .9 2. 23.9 0.022
11 222 4860 О X .8 3. 18.2 0.025
2 282 1519 О X .4 6. 10.8 0.039
5.5 282 1498 О X .0 6. 11.6 0.037
11 282 2440 5.3 х 104 1.3 0.202
4-ХФ 2 222 7662 О X .2 7. 9.6 0.030
5.6 222 8185 О х .8 8. 7.9 0.034
11 222 4739 О х .5 2. 27.7 0.017
2 282 1436 7.6 х 104 0.9 0.484
5.6 282 1545 8.1 х 10'1 0.9 0.480
11 282 1458 1.8 х 104 3.9 0.116
Длина волны 282 нм практически соответствует длинноволновому максимуму поглощения молекул 4-ХФ (280 нм), обусловленного электронным переходом из основного состояния 80 в ^2(ло*), частично локализованного на связи С-С1 [20]. Поэтому полагаем, что при облучении на X = 282 нм в молекуле 4-ХФ легко происходит отщепление атома хлора с образованием основных интермедиатов - гидрохинона и п-бензохинона, что было подтверждено нами ранее хромато-масс-спектрометрическим анализом [9]. Молекулы 2-ХФ труднее подвергаются прямому фотолизу, чем молекулы 4-ХФ, в силу образования межмолекулярных водородных связей между атомом С1 в ортопозиции и водородным атомом ОН-группы другой молекулы. Кроме того, возможно образование внутримолекулярных водородных связей, а также связей с молекулами воды [13].
Фотолиз анионов 2-ХФ и молекул 4-ХФ излучением на X = 222 нм сопровождался значительно более низким квантовым выходом по сравнению с соответствующими величинами ф282. Несмотря на то, что излучение КгС1-эксилампы попадает в область максимумов коротковолнового поглощения молекул ХФ (табл. 2), переходы с высокоэнергетических возбужденных электронных состояний, вероят-
0 5 10 15 20 25 30
о
4-ХФ (КгСТ)
о
о
о
<>
<►
о
но, не приводят к разрыву связей, а реализуются в других эффектах, например, в безызлучательных процессах [24]. Напротив, излучение с X = 282 нм эффективно поглощается низкоэнергетическими электронно-возбужденными состояниями молекул 4-ХФ и анионов 2-ХФ и 2,4-ДХФ, приводящих к разрыву связей.
Комбинированная обработка УФ/Н2О2
Как известно, в результате прямого фотолиза Н2О2 генерируются реакционноспособные ОН радикалы:
Н2О2 —2 ОН° (1)
Кроме того, скорость фотолиза Н2О2 зависит от рН и увеличивается в щелочной среде в результате депротонирования молекул с максимальной скоростью при рН, равным рКа [21]:
Н2О2 ^ НО2- + Н+ рКа = 11.6 (2)
НО2- — ОН° + 0°- (3)
Как ожидалось, скорости прямого фотолиза Н2О2 (рН 2, 6 и 11) при 222 нм были выше, чем при 282 нм, вследствие более высокого коэффициента поглощения Н2О2 при данной длине волны. Максимальная скорость разложения наблюдалась при рН 11.
На рис. 2 представлены результаты комбинированной обработки 2- и 4-ХФ в присутствии Н2О2 при облучении КгС1-эксилампой.
Продолжительность облучения (мин)
Рис. 2. Сравнительная эффективность деструкции 2- и 4-хлорфенола при прямом фотолизе и комбинированной обработке в присутствии пероксида водорода КгС1-эксилампой. [ХФ] : [Н202] = 1:13
Установлено, что эффективность деструкции 2-ХФ увеличивалась при рН 2 и исходных рН растворов, тогда как при рН 11 эффективность комбинированной обработки была сопоставимой с прямым фотолизом. Это согласуется с результатами ранних работ по УФ/Н2О2 обработке 2-ХФ в статическом реакторе с использованием ртутной лампы низкого давления (254 нм) при рН 2,5 и 9,5 ([2-ХФ]о = 51,4 мг/л, [2-СР] : [Н202] = 1 : 10) [22] и рН 3-11 ([2-ХФ]о = 197,1 мг/л, [2-СР] : [Н202] = 1 : 5) [23]. Дальнейшее ингибирование скорости деструкции 2-ХФ в сильнокислой среде может быть обусловлено действием Ш04- ионов как «ловушки» ОН радикалов [24]:
ШО4- + 0Н° ^ 804°- + Н20 (4)
Напротив, преимущество комбинированной обработки было очевидным для анионов 4-ХФ в щелочной среде (рис. 2). Известно, что ОН-группа (активатор) и заместитель атом С1 (дезактиватор) являются орто- и пара-ориентантами в реакции электрофильного замещения. Причем орто-положение является более активным для атаки ОН-радикалами, чем пара-положение, в силу сильного +М эффекта ОН-группы (+М > -I) [13, 25]. В молекуле или анионе 4-ХФ имеется больше свободных ортоположений для потенциальной атаки ОН-радикалами: две позиции активированы ОН(О-)-группой и две - атомом С1 (+М < -I). Это позволяет предположить, что два свободных орто-положения в анионе 4-ХФ (активированных 0- группой) являются более чувствительными для замещения электро-фильными ОН-радикалами, чем в молекуле 4-ХФ (активированных ОН-группой). Это вызвано повышенной электронной плотностью в этих положениях в силу +М и +1 эффектов 0"-группы.
Тем не менее динамика УФ/Н2О2 деструкции молекул 4-ХФ (при рН 2 и 5,6) и анионов 2-ХФ (при рН 11) была сопоставимой с соответствующей при прямом фотолизе. Возможно, в этих случаях при участии ОН-радикалов утилизируются в большей степени промежуточные продукты, образующиеся
как при прямом фотолизе, так и при радикальном окислении. Полученный результат для молекул 4-ХФ согласуется с данными сравнительного исследования деструкции KrCl-эксилампой при исходном рН раствора ([4-ХФ]0=100, 250 мг/л, [4-ХФ] : [H2O2] = 1 : 25) [8] и ртутной лампой высокого давления при рН 2 в статических условиях ([4-ХФ]0 = 38,6 мг/л, [4-ХФ] : [H2O2] = 3 : 5) [26].
При использовании XeBr эксилампы (282 нм) скорости комбинированной деструкции молекулярной и анионной форм 2- и 4-ХФ были сопоставимы со скоростью прямого фотолиза. Очевидно, в результате низкого поглощения H2O2 при 282 нм вклад ОН-радикалов был незначительным и субстрат разлагался, главным образом, за счет прямого фотолиза.
Выводы
1. В условиях наших экспериментов максимальные скорости и квантовые выходы прямого фотолиза достигались при использовании XeBr-эксилампы (282 нм) для молекулярной формы 4-ХФ и анионной формы 2-ХФ.
2. Эффект комбинированной обработки по скорости разложения исходного хлорфенола наблюдался только при использовании KrCl-эксилампы (222 нм). Максимальная эффективность комбинированного окисления по сравнению с прямым фотолизом достигнута для анионов 4-ХФ.
Литература
1. U.S. Environmental Protection Agency. Priority Pollutants & 307(a) Toxic Pollutants. URL:
(http://www.epa.gov/waterscience/methods/pollutants.htm)
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ. - М.: Минздрав России, 2003. - 57 с.
3. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. - М.: Изд-во ВНИРО, 1999. - 304 с.
4. Sosnin E.A., Oppenlander T., Tarasenko V.F. Applications of capacitive and barrier discharge excilamps in photoscience // J. Photochem. Photobiol. - 2006. - №7. - Р. 145-163.
5. Oppenlander T. Mercury-free sources of VUV-UV radiation: application of modern excimer lamps (excilamps) for water and air treatment // J. Environ. Eng. Sci. - 2007. - №6. - Р. 253-264.
6. Gomez M., Murcia M.D., Gomez J.L. and oth. Testing a KrCl excilamp as new enhanced UV source for 4-chlorophenol degradation: Experimental results and kinetic model // Chem. Eng. Process. - 2010. - №49. - Р. 113-119.
7. Gomez M., Matafonova G., Gomez J.L. and oth. Comparison of alternative treatments for 4-chlorophenol removal from aqueous solutions: Use of free and immobilized soybean peroxidase and KrCl excilamp // J. Hazard. Mater. - 2009. - V.169. - P. 46-51.
8. Gomez M., Murcia M.D., Gomez E. and oth. Enhancement of 4-chlorophenol photodegradation with KrCl excimer UV lamp by adding hydrogen peroxide // Sep. Sci. Tech. - 2010. - V.45 (11). - P. 1603-1609.
9. Matafonova G., Christofi N., Batoev V., Sosnin E. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XeBr excilamp in a flow-through reactor // Chemosphere. - 2008. V.70. - P. 1124-1127.
10. Greenberg A.E., Clesceri L.S., Eaton A.D. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. - American Public Health Association, American Water Works Association, World Economic Forum, 1992. - P. 5-30.
11. Gordon G., Cooper W.J., Rice R.G., Pacey G.E. Disinfectant Residual Measurement Methods. Second Edition. - Denver, CO, American Water Works Association Research Foundation, American Water Works Association, 1992. - 889 р.
12. Pera-Titus M., Garcia-Molina V., Banos M.A. and oth. Degradation of chlorophenols by means of advanced oxidation processes: a general review // Appl. Catal. B-Environ. - 2004. - V.47. - P. 219-256.
13. Czaplicka M. Photo-degradation of chlorophenols in the aqueous solution // J. Hazard. Mater. - 2006. - V.134. - P. 45-59.
14. Rayne S., Forest K., Friesen K.J. Mechanistic aspects regarding the direct aqueous environmental photochemistry of phenol and its simple halogenated derivatives // A review, Environ. Int. - 2009. - V.35. - P. 425-437.
15. Wong C.C., Chu W. The direct photolysis and photocatalytic degradation of alachlor at different TiO2 and UV sources // Chemosphere. - 2003. - V.50. - P. 981-987.
16. Boule P., Guyon C., Lemaire J. Photochemistry and Environment. IV - Photochemical behavior of monochlorophenols in dilute aqueous solutions // Chemosphere. - 1982. - V.11 (12). - P. 1179-1188.
17. Shi Z., Sigman E.M., Ghosh M.M., Dabestani R. Photolysis of 2-chlorophenol dissolved in surfactant solutions // Environ. Sci. Technol. - 1997. - V. 31. - P. 3581-3587.
18. Czaplicka M. Photo-degradation of chlorophenols in the aqueous solution // J. Hazard. Mater. - 2006. - V.134. - P. 45-59.
19. Gimeno O., Carbajo M., Beltran F.J., Rivas F.J. Phenol and substituted phenols AOPs remediation // J. Hazard. Mater. -2005. - V.B119. - P. 99-108.
20. Svetlichnyi V.A., Chaikovskaya O.N., Bazyl’ O.K. and oth. Photolysis of phenol and para-chlorophenol by UV laser excitation // High Energy Chem. - 2001. - V.35(4). P. 258-264.
21. Litter M.I. Introduction to photochemical advanced oxidation processes for water treatment. In: Handbook of Environmental Chemistry. Part M. - 2005. - V.2. - P. 325-366.
22. Hirvonen A., Trapido M., Hentunen J., Tarhanen J. Formation of hydroxylated and dimeric intermediates during oxidation of chlorinated phenols in aqueous solution // Chemosphere. - 2000. - V.41. - P. 1211-1218.
23. Shen Y.-Sh., Ku Y., Lee K.-Ch. The effect of light absorbance on the decomposition of chlorophenols by ultraviolet radiation and U.V./H2O2 processes // Wat. Res. - 1995. - V.29(3). - P. 907-914.
А.В. Тудупов, Д.Д. Бархутова, З.Б. Намсараев, Б.Б. Намсараев. Бактериальный синтез сероводорода в азотных гидротермах Прибайкалья
24. Galindo C., Jacques P., Kalt A. Photochemical and photocatalytic degradation of an indigoid dye: a case study of acid blue 74 (AB74) // J. Photochem. Photobiol. - 2001. - V.141. - P. 47-56.
25. Mills G., Hoffmann M.R. Photocatalytic degradation of pentachlorophenol on TiO2 particles: identification of intermediates and mechanism of reaction // Environ. Sci. Technol. - 1993. - V.27. - P. 1681-1689.
26. Benitez F.J., Beltran-Heredia J., Acero J.L., Rubio F.J. Contribution of free radicals to chlorophenols decomposition by several advanced oxidation processes // Chemosphere. - 2000. - V.41. - P. 1271-1277.
УДК 550.42(571.54)
БАКТЕРИАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ СЕРОВОДОРОДА В АЗОТНЫХ ГИДРОТЕРМАХ ПРИБАЙКАЛЬЯ
А.В. Тудупов, Д.Д. Бархутова, З.Б. Намсараев, Б.Б. Намсараев
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ 10-04-93169 Монг_а и МО РФ РНП № 2.1.1/12153.
Изучена интенсивность образования сероводорода в гидротермах in situ и в накопительных культурах сульфатредук-торов. Показано, что бактериальный синтез сероводорода зависит от температуры и рН среды. Изучена способность роста сульфатредукторов на разных донорах и акцепторах электронов.
Ключевые слова: гидротермы, сероводород, сульфатредукция, сульфат-ион, сульфатредукторы.
BACTERIAL SYNTHESIS OF HYDROGEN SULFIDE IN NITRIC HYDROTERMS OF PRIBAIKALYE A.V. Tudupov, D.D. Barhutova, Z.B. Namsaraev, B.B. Namsaraev
Intensity of hydrogen sulfide forming in hydroterms in situ and in accumulative cultures of sulfate reducing bacteria is studied. It was shown that bacterial synthesis of hydrogen sulfide depends on temperature and рН environment. Growth ability of sulfate reducing bacteria was investigated on different donors and acceptors of electrons.
Keywords: hydroterms, hydrogen sulfide, sulfate reduction, sulfate-ion, sulfate reducing bacteria.
Процессы образования в биосфере сероводорода связывают в основном с деятельностью сульфат-редуцирующих бактерий, имеющих большое значение для глобального круговорота серы. Они играют важную роль в разложении органического вещества в анаэробных условиях. Сульфатредуцирую-щие бактерии (СРБ) осуществляют диссимиляционную сульфатредукцию, представляющую собой анаэробное сульфатное дыхание, при котором сульфат служит конечным акцептором электронов (вместо кислорода) при окислении органических веществ или молекулярного водорода. В сульфатсодержащих экосистемах, прежде всего в морях и минеральных сульфатных озерах, процесс сульфат-редукции не лимитирован субстратом, а потому может протекать с высокой интенсивностью. Наземные и подводные гидротермы также являются системой, отличающей высоким содержанием сульфатных ионов.
Изучение активности биогеохимических процессов в подводных и наземных гидротермах показало, что направление процесса терминальной деструкции органического вещества (сульфатредукция и метаногенез) контролируется содержанием сульфата. При содержании сульфата в среде от 11.5 до 21.1 мг/дм3 сульфатредукция не подавляет метаногенез, который развивается с высокой скоростью [1, 2]. В источнике с содержанием сульфата около 30 мг/дм3 (термофильный) сульфатредукция доминировала, а расход органического вещества через метаногенез составлял от 10 до 78% расхода через сульфатредукцию [3]. В исландском источнике Граендалса с содержанием сульфата 84 мг/дм3 и Йел-лоустоунских источниках Бэс лейк и Пейнтед пул с содержанием сульфата около 718 мг/дм3 суль-фатредукция являлась единственным терминальным процессом деструкции [4]. Высокая активность терминальных деструкционных процессов была обнаружена в подводных гидротермах. В илу вулканической воронки с глубины 40 м залива Пленти (Новая Зеландия) с температурой 85°С скорость сульфатредукции достигает 1655.2 мкгё/л сут [5]. В глубоководных гидротермах Гуаймас Калифорнийского залива с глубины 2010 м (50-70°С) скорость сульфатредукции достигает 1024 мкгё/л сут [6]. Ранее нами было показано, что в щелочных гидротермах Байкальской рифтовой зоны из терминальных процессов высокой интенсивностью обладает процесс сульфатредукции. В процессе суль-фатредукции расходуется на 2-3 порядка больше органического вещества, чем в процессе метаноге-неза [7].
