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上世纪90年代“生物固锰除锰”理论与技术的提出和确立,翻开了地下水除锰技术的新篇章。生物除锰技术中锰的氧化是通过锰氧化细菌的生物氧化作用完成的。因此生物除锰滤池中大量稳定生长的锰氧化细菌在地下水生物除锰工艺中起到至关重要的作用。
本课题研究内容是对生物除锰滤池成熟滤料表面的细菌进行分离、鉴定,并对鉴定出的菌株进行锰生物氧化能力的定性及定量测定,筛选出锰氧化优势菌株;在此基础上选取一株锰生物氧化能力最强的菌株Mn-103进行生长特性和锰生物氧化活性的优化研究。
首先,通过对除锰生物滤池成熟滤料表面的细菌进行分离、纯化,得到284株细菌,利用MIDI Sherlock微生物鉴定系统对这些菌株细菌进行鉴定及分类,菌株分属于26个属共53个种。
接着对细菌锰氧化能力的定性及定量检测方法进行了研究,利用LBB指示剂法对高价锰的定性检测具有良好的选择性及抗干扰性,可以准确的对高价锰进行定性检测,显色反应时间取2h,显色反应的最低检测限为0.04mg/L。对锰细菌生物氧化能力定量检测的研究结果表明:通过CuSO4溶液沈细胞可实现对吸附Mn2+和氧化生成MnO2的分离,接着用硫酸羟胺溶液还原MnO2为Mn2+,联合原子吸收法,可实现对MnO2的定量检测,从而实现在锰细菌生长过程对锰生物氧化能力的定量检测。
利用上述细菌锰氧化能力的定性及定量检测方法对菌株进行筛选,共有7个属、16个种的菌株具有锰生物氧化能力,确定为锰细菌。继而对这16株锰细菌进行锰氧化能力的定量检测,筛选出6株氧化能力较强的菌株为优势菌株,其中假单胞菌3株,气单胞菌2株,芽孢杆菌1株。
选取锰生物氧化能力最强的菌株Mn-103作为试验对象,进行生长特性研究。该菌株的最大锰抗性为50mmol/L,菌株生长可引起菌液pH值的变化,随着培养时间的增加,菌液pH值不断升高,直至细菌生长衰亡期,pH值达到稳定;此外,菌株在不同生长阶段的锰生物氧化能力不同,对数期氧化速率最高,随着培养时间的延长,氧化锰量缓慢增长。
最后对菌株Mn-103锰生物氧化活性表达进行优化研究,培养基中Mn2+的浓度约为0.5mmol/L即27mg/L左右时,菌株的锰生物去除效率最高;最适宜菌株Mn-103锰氧化活性表达的培养条件是培养基初始pH值为6.5-7.0,最佳接种量为1%。锰氧化活性表达的最佳碳源为葡萄糖;最佳氮源为蛋白胨和酵母膏共同作用,与原PYCM培养基中的氮源相同;对Mn-103锰氧化活性影响最大的无机盐为MgSO4·7 H2O和K2HPO4,其中最佳MgSO4·7H2O添加浓度为0.30g/L,最佳K2HPO4添加浓度为0.15g/L。