生物滤池中铁—锰生物氧化物的生成及其对地下水中砷锑的吸附、氧化作用

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文西安建筑科技大学硕士学位论文西安建筑科技大学硕士学位论文生物滤池中铁-锰生物氧化物的生成及其对地下水中砷锑的吸附、氧化作用专业：环境科学与工程硕士生：陈晨指导教师：袁林江教授柏耀辉副研究员摘要与地球化学作用生成铁锰矿物相比，生物产生的铁锰氧化物结晶程度弱、粒径小、4+沿c轴堆积无序、较多的Mn空缺、带负电和表面积较大，因而具有更强的吸附和氧化活性。近年来生物源氧化锰对一些重金属污染物的作用受到极大关注。地下水中常常含有铁、锰、砷、锑，相伴而生，常规技术难以同时去除，但生物锰氧化过

2、程形成的铁锰氧化物却可以作用于砷、锑。本文研究了锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1生成的铁锰氧化物对砷、锑离子的竞争氧化吸附，同时研究了生物滤池中附着有锰氧化菌的滤料所生成的铁锰氧化物对砷锑的氧化吸附，为开发地下水同时去除砷锑工艺奠定基础。通过研究，得到以下结果：（1）经过48h培养，锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1可通过氧化吸附作用将水中3+3+As浓度从0.6mg/L降至0.1mg/L；同时，Sb浓度从1.5mg/L降至0.0mg/L。此现象表明锰氧化菌生成的生物铁锰氧化物可同

3、时氧化吸附水体中的砷、锑。运用实时荧光定量2+3+3+PCR对比得出Mn的存在增大了锰氧化基因CumA的活性，As、Sb的存在减小了锰氧化基因CumA的活性。（2）运用生物滤池对含有铁、锰、砷、锑的地下水进行处理，试验结果表明生物滤池对含砷锑废水具有良好的去除效果，并且发现滤池中加入锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1（附着有生物铁锰氧化物的滤池）与不加时（未附着有生物铁锰氧化物的滤池）对铁锰去除效果相差不大，但发现附着有生物铁锰氧化物的滤池对砷锑的去除效果较好；另外发现锰氧化菌所生成的生物铁锰氧

4、化物能够加快生物滤池的成熟，并可增强生物滤池的去除效果。西安建筑科技大学硕士学位论文（3）利用umu对滤池进、出水的遗传毒性进行评价，发现砷锑的存在增大了原水体的遗传毒性，但是加入锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1的滤柱中出水的毒性明显小于未加菌滤柱的出水。此结果表明高效锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1生成的生物铁锰氧化物可相对降低水体的遗传毒性。（4）生物滤池运行稳定后，对滤料进行研究，发现锰氧化菌Pseudomonassp.QJX-1是在生物滤池中可优势生长。运用荧光定量PCR

5、技术对生物滤池中锰氧化基因的活性大小进行分析，结果表明加入锰氧化菌的滤柱锰氧化基因的活性明显大于未加锰氧化菌的。（5）试验探索了一种新技术，即将原位荧光杂交技术和纳米离子二次探针技术结合（FISH-NanoSIMS）对纯培养体系（锰氧化菌以及加锰后的锰氧化菌）、复杂环境体系（活性污泥和表层土壤）进行研究。结果表明该技术能够运用于将纯菌培养体系及复杂环境样品体系中微生物的分布与其结构功能分析，但相比之下，该技术用于纯菌体系检测结果更精确。关键词：生物铁锰氧化物；氧化吸附；生物滤池；砷锑；NanoSIMS基金项

6、目：环境保护公益性行业科研专项（201409029）、环境水质学国家重点实验室基金项目（13Z03ESPCR）西安建筑科技大学硕士学位论文Thebiologicalformationofiron-manganeseoxidesinbiofilterandtheiradsorption/oxidationforarsenicandantimonyingroundwaterSpecialty:EnvironmentalScienceandEngineeringMaster:ChenChenSupervisor:

7、Prof.YuanLinjiangAProf.BaiYaohuiABSTRACTComparedwiththeiron-manganesecontentgeneratedbyearthchemistry,iron-manganeseoxidesgeneratedbymicroorgonismisnotwell-crystallized,smallparticleinsize,disorder4+accumulationalongthecaxis,moreMnvacancyexiting,negatively

8、charged,andwithlargespecificsurfacearea,sothatithadbetteradsorptionandoxidationactivity.Inrecentyears,theremovelofheavymetalbybiologicalsourceofmanganeseoxideshascausedagreatattention.Groundwateroftencontains