生物錳氧化物的合成及其在重金屬去除中的應(yīng)用.pdf

1、錳氧化菌是一類系統(tǒng)高度分化的微生物，具有氧化Mn2+，生成不溶的Mn3+/Mn4+錳氧化物的能力。目前針對純培養(yǎng)的錳氧化菌的研究較多，而對微生物群落的研究卻很少。從實際應(yīng)用出發(fā)，錳氧化群落比錳氧化純菌具有更大的研究價值。本論文從遼東灣近海底泥中馴化得到錳氧化微生物群落。對得到的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行16S rRNA基因測序，并研究了不同培養(yǎng)條件對群落的生長量和錳氧化性能的影響，最后對群落產(chǎn)生的錳氧化物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，馴化過程中，微生物群落結(jié)

2、構(gòu)發(fā)生改變。在門水平上，Proteobacteria的豐度體現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，在 PJ_1_ini中占總細(xì)菌豐度的56.72%，而在PJ_1_1mM和PJ_1_2mM的群落中分別占35.1%和76.12%。微生物群落能夠在Mn2+的濃度高達(dá)5 mM時，仍具有錳氧化活性；金屬離子對群落的錳氧化性能具有不同的影響，Zn2+、Co2+等離子，不同程度的抑制群落的錳氧化性能，而 Fe3+的加入，則能顯著提高群落的錳氧化速度；在pH為7.0

3、和鹽度低于3.5%時，對微生物的生長和錳的氧化最有利。通過X射線衍射和N2吸附脫附等溫線分析，確定了產(chǎn)物為無定型結(jié)構(gòu)，其比表面積在31-41 m2 g-1之間。
　　為了后續(xù)研究反應(yīng)器中錳氧化群落/生物錳氧化物對重金屬的去除效果，首先考察了群落產(chǎn)生的錳氧化物本身對重金屬的去除情況。根據(jù)上述的研究得出Fe3+能夠加速錳氧化微生物氧化的過程，因此，在培養(yǎng)錳氧化群落時加入了Fe3+。然后對得到的生物錳氧化物進(jìn)行表征，結(jié)果表明，生物錳氧化

4、物中含有C、O、N、Mn、Fe等元素，其比表面積為81.426 m2 g-1。隨后研究生物錳氧化物對金屬離子的吸附性能，結(jié)果表明，生物錳氧化物對Pb2+的吸附能力最強(qiáng)。紅外光譜和激發(fā)-發(fā)射熒光光譜掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物錳氧化物中的酰胺基團(tuán)、羧基基團(tuán)、類色氨酸和類芳香蛋白質(zhì)成分參與了Pb2+的結(jié)合。熱動力學(xué)結(jié)果表明，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和 Langmuir吸附等溫線模型能夠很好的解釋生物錳氧化物對Pb2+的吸附過程，最大吸附量為507.61 mg

5、 g-1，其對Pb2+的吸附是自發(fā)進(jìn)行的放熱過程，屬于單層化學(xué)吸附。
　　最后，嘗試在反應(yīng)器中富集錳氧化群落，原位產(chǎn)生生物錳氧化物，用于Mn2+的去除。構(gòu)建了曝氣生物濾池（BAF）反應(yīng)器和移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR），研究兩種反應(yīng)器對Mn2+的去除效果。研究發(fā)現(xiàn)，BAF反應(yīng)器對Mn2+的去除效果一直不穩(wěn)定，而且當(dāng)BAF反應(yīng)器發(fā)生生物膜脫落時，影響了出水水質(zhì)。MBBR反應(yīng)器在運(yùn)行過程中對 Mn2+的去除率一直維持在一個較高的水平，