人工湿地中生物氧化锰的生成与调控机制研究

生物氧化锰由微生物催化氧化形成，具有巨大的比表面积和高反应活性，作为自然界强氧化剂之一，广泛地参与环境中有机和无机物的氧化还原反应。本项目主要以长江三角洲平原河网地区为研究区域，利用人工湿地中微生物、基质、植物三者的协同关系，以生物氧化锰生成为核心，以人工湿地中多介质界面过程为主线，筛选环境中适用的锰氧化细菌，开展生物氧化锰的生成与表征研究，明确生物氧化锰生成的主要影响因素和优化途径，建立锰氧化细菌、铁锰氧化物、植物根系三者的耦合作用关系，构建生物氧化锰强化人工湿地复合多介质界面系统，提升人工湿地去除污染物的效率，为推动生物氧化锰在环境保护中的应用，促进人工湿地理论和技术发展提供科学依据。

生物锰氧化在自然界及水处理系统中广泛存在.原位生成的锰氧化物具有高比表面积，对金属离子有较强的吸附能力；并且具有较高的氧化能力，对有机物及具有较强的氧化作用。本研究采集了含锰水体和土壤样品，从中富集分离纯化到41株具有锰氧化活性的菌株，从中选取一株假单胞菌及一个复合菌株，针对锰氧化产生机理、生物锰氧化物的特征及对重金属As的吸附进行了深入研究。结果表明双菌产生的锰氧化物的速率高于单菌株，生成的生物氧化锰都是无定形态和短程有序的物质；单菌及双菌生成的锰氧化物对As都具有较好的氧化作用，但单菌产生的生物氧化锰对As的吸附效果不明显，而双菌生成的生物氧化锰对As先吸附后解吸；在单菌培养体系中加入Fe(II)和Mn(II)，考察此体系中生成的生物铁锰氧化物对原位As的作用，结果显示与化学合成铁锰氧化物类似，生物铁锰氧化物中锰氧化物部分负责氧化As（III），铁氧化物部分负责吸附As，水体中As毒性及As总量得以降低。在此研究基础上，我们进一步在滤池反应器中研究了生物强化作用强化生成生物铁锰氧化物对水体污染物的净化作用，长时间运行试验结果表明生物强化作用能同时有效去除水中的Fe(II)、Mn(II)、As(III)及其它金属离子，并能降低出水的遗传毒性（与未生物强化相比较），从而达到了深度净化铁锰污染水体的目的。本项目的实施将不仅有助于认识自然界中锰的形态转化和迁移，同时为含锰水体的治理提供理论基础与技术支持。