生物固錳除錳工藝中錳氧化菌群結(jié)構(gòu)功能及錳代謝機(jī)制分析.pdf

1、地下水中高濃度的鐵錳離子已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活。水體中的超標(biāo)的鐵錳離子既可使水出現(xiàn)色度，又容易導(dǎo)致各種疾病?；诖?，各國(guó)對(duì)地下水中鐵錳含量均有嚴(yán)格限定，生物固錳除錳工藝便應(yīng)運(yùn)而生。成熟穩(wěn)定的錳氧化微生物系統(tǒng)對(duì)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(dòng)均有積極意義。因此，有必要對(duì)錳氧化菌生理生態(tài)、酶學(xué)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(jìn)行深入的分析和認(rèn)識(shí)，為高效錳氧化功能菌群構(gòu)建和實(shí)際工

2、藝運(yùn)行調(diào)控提供理論參考。
　　應(yīng)用變性梯度凝膠電泳技術(shù)和單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)，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(chǔ)上，分離篩選具有較高胞外酶活性的錳氧化菌，構(gòu)建錳氧化功能菌群，對(duì)生物強(qiáng)化技術(shù)處理含鐵錳地下水效能進(jìn)行研究；并通過(guò)對(duì)微生物固錳除錳特征及酶學(xué)特性分析，對(duì)錳氧化菌的代謝機(jī)制進(jìn)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(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)也有差異。高鐵含錳工藝中20cm~60cm濾層微生物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅6個(gè)操作分類單位（OTUs），由Flavobacterium sp·， Zoogloea sp·構(gòu)成頂級(jí)群落；濾池80cm處則達(dá)21個(gè)OTUs，Crenothrix sp·，Zoogloea sp·等為優(yōu)勢(shì)菌群；Zoogloea sp·是生物濾池中的常駐菌群，生態(tài)位較寬，對(duì)整個(gè)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(méi)有明顯的演替規(guī)律；以除鐵菌Gallionella，F(xiàn)erribacterium為優(yōu)勢(shì)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(shì)功能菌群，該屬細(xì)菌生態(tài)位寬泛，可適應(yīng)不同鐵錳水質(zhì)條件，對(duì)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(yùn)行調(diào)控和固定化生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

5、　　從三座不同原水水質(zhì)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(jié)果表明，分純的菌種分屬于Pseudomonas、Exiguo-bacterium、Bacillus、Chryseobacterium、Sphingobacterium、Klebsiella、Burkholderia和Delftia八個(gè)屬。選用錳氧化菌 Chryseobacterium sp· MS601，Sphingobacterium sp

6、· MS604，Chryseobacterium sp· MSB-4三株菌構(gòu)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(gòu)建錳氧化功能菌群對(duì)錳去除率達(dá)95.96％，鐵去除率則達(dá)97.28%。固定化微生物濾柱運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，濾柱進(jìn)行生物強(qiáng)化后，反應(yīng)器出水立即達(dá)標(biāo)。錳氧化菌群接種17d后作用顯現(xiàn)，運(yùn)行44d后，300mm處出水水質(zhì)中錳已達(dá)標(biāo)。隨濾速逐級(jí)提高至

7、8m/h，濾柱900mm深處出水水質(zhì)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(yùn)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(jìn)行生物強(qiáng)化的反應(yīng)器相比，采用生物強(qiáng)化技術(shù)運(yùn)行的濾柱啟動(dòng)周期短，生化能力強(qiáng)。
　　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(duì)Mn2+的去除是細(xì)胞酶參與下的吸附-氧化過(guò)程，其中包括酶的阻遏和誘導(dǎo)。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(duì)錳氧化酶酶活力具有促進(jìn)作用，其中Fe2+促進(jìn)作用最為明顯；Cu2+和Zn2+對(duì)不同菌株酶活力的影響具有選擇性；Hg2+對(duì)多數(shù)錳氧化酶無(wú)促進(jìn)作用，明顯抑制菌株Exiguobacterium sp·MB4的酶活力。細(xì)菌對(duì)Mn2+的利用既是一