生物固錳除錳工藝中錳氧化菌群結構功能及錳代謝機制分析.pdf

1、地下水中高濃度的鐵錳離子已經(jīng)嚴重影響了人們的生產(chǎn)生活。水體中的超標的鐵錳離子既可使水出現(xiàn)色度，又容易導致各種疾病?；诖耍鲊鴮Φ叵滤需F錳含量均有嚴格限定，生物固錳除錳工藝便應運而生。成熟穩(wěn)定的錳氧化微生物系統(tǒng)對該工藝中生產(chǎn)性濾池的生物穩(wěn)定性、生化能力以及處理系統(tǒng)的抗沖擊性和快速啟動均有積極意義。因此，有必要對錳氧化菌生理生態(tài)、酶學特性，以及生物固錳除錳工藝中錳氧化微生物的功能地位進行深入的分析和認識，為高效錳氧化功能菌群構建和實際工

2、藝運行調(diào)控提供理論參考。
　　應用變性梯度凝膠電泳技術和單鏈構象多態(tài)性技術，分析了典型生物固錳除錳工藝中錳氧化微生物的功能地位；在此基礎上，分離篩選具有較高胞外酶活性的錳氧化菌，構建錳氧化功能菌群，對生物強化技術處理含鐵錳地下水效能進行研究；并通過對微生物固錳除錳特征及酶學特性分析，對錳氧化菌的代謝機制進行了初步探討。
　　生物固錳除錳工藝中錳氧化菌群的功能地位研究表明，溶解氧和鐵錳離子對微生物群落結構的形成具有選擇作用。不

3、同鐵錳含量水廠的微生物群落結構也有差異。高鐵含錳工藝中20cm~60cm濾層微生物群落結構簡單，僅6個操作分類單位（OTUs），由Flavobacterium sp·， Zoogloea sp·構成頂級群落；濾池80cm處則達21個OTUs，Crenothrix sp·，Zoogloea sp·等為優(yōu)勢菌群；Zoogloea sp·是生物濾池中的常駐菌群，生態(tài)位較寬，對整個生物濾池的穩(wěn)定起重要作用。高鐵高錳工藝中各濾層微生物群落多樣性較

4、低，沒有明顯的演替規(guī)律；以除鐵菌Gallionella，F(xiàn)erribacterium為優(yōu)勢功能菌，Zoogloea是濾池的常駐菌群，也是錳氧化的主要功能菌群。高錳微鐵濾池多樣性最豐富，演替規(guī)律明顯，Exiguobacterium sp·為表層至40cm內(nèi)的優(yōu)勢功能菌群，該屬細菌生態(tài)位寬泛，可適應不同鐵錳水質條件，對微生物系統(tǒng)的穩(wěn)定起重要作用。不同生物除錳水廠微生物功能菌的確定為工藝運行調(diào)控和固定化生物強化技術的應用提供理論指導。

5、　　從三座不同原水水質生物除錳水廠分離獲得具有錳氧化胞外酶活性菌株18株。16S rDNA鑒定結果表明，分純的菌種分屬于Pseudomonas、Exiguo-bacterium、Bacillus、Chryseobacterium、Sphingobacterium、Klebsiella、Burkholderia和Delftia八個屬。選用錳氧化菌 Chryseobacterium sp· MS601，Sphingobacterium sp

6、· MS604，Chryseobacterium sp· MSB-4三株菌構建錳氧化菌群，研究表明，三株菌的最佳組合比例為3:2:1。在典型高鐵高錳水環(huán)境中（Fe2+12mg/L，Mn2+5.6mg/L），構建錳氧化功能菌群對錳去除率達95.96％，鐵去除率則達97.28%。固定化微生物濾柱運行數(shù)據(jù)顯示，濾柱進行生物強化后，反應器出水立即達標。錳氧化菌群接種17d后作用顯現(xiàn)，運行44d后，300mm處出水水質中錳已達標。隨濾速逐級提高至

7、8m/h，濾柱900mm深處出水水質錳濃度始終為痕量，濾柱表現(xiàn)出較大的除錳潛力和抗沖擊能力。濾柱運行穩(wěn)定后形成了由Sulfuricurvum，Sphingobacterium，Exiguobacterium，F(xiàn)lavobacterium，Clonothrix，Crenothrix共同組成的微生物生態(tài)系統(tǒng)。與未進行生物強化的反應器相比，采用生物強化技術運行的濾柱啟動周期短，生化能力強。
　　微生物固錳除錳特征分析顯示，錳氧化微生物是

8、生物濾池中除錳功能主體。錳氧化還原菌對Mn2+的去除是細胞酶參與下的吸附-氧化過程，其中包括酶的阻遏和誘導。錳氧化酶最適酶活溫度為10~15℃，最適pH值環(huán)境為中性偏堿生境。Fe2+、Al3+和Mg2+對錳氧化酶酶活力具有促進作用，其中Fe2+促進作用最為明顯；Cu2+和Zn2+對不同菌株酶活力的影響具有選擇性；Hg2+對多數(shù)錳氧化酶無促進作用，明顯抑制菌株Exiguobacterium sp·MB4的酶活力。細菌對Mn2+的利用既是一