锰氧化菌及其生物锰氧化物在环境污染修复中的应用研究进展

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1、第32卷第5期华中农业大学学报Vol．32No．52013年9月JournalofHuazhongAgriculturalUniversitySep．2013，9～14锰氧化菌及其生物锰氧化物在环境污染修复中的应用研究进展12廖水姣王革娇1．华中农业大学理学院，武汉430070;2．华中农业大学生命科学技术学院/农业微生物学国家重点实验室，武汉430070摘要目前，重金属和有毒有机污染物的环境污染受到社会广泛的关注。已有的研究表明，环境中广泛存在的锰氧化菌能修复环境中的Mn(Ⅱ)污染及生产锰氧化物(简称生物

2、锰氧化物);生物锰氧化物较化学合成氧化锰矿物结晶弱，粒径小，Mn价态高，结构中八面体空穴多，比表面积大，具有比化学合成锰氧化物更强的吸附、氧化和光还原溶解特性;生物锰氧化物能吸附Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)等多种重金属，氧化Co(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)、U(Ⅳ)、Ce(Ⅲ)等低价重金属离子，降解乙炔基雌二醇等有机污染物，是具有广泛应用前景的环境材料。关键词锰氧化菌;生物锰氧化物;锰;重金属;有毒有机污染物中图分类号X172;Q939．9文献标识码A文章编号10

3、00-2421(2013)05-0009-06在自然状态下，微生物的锰氧化速度可达非生L，吉林和襄阳高达4．0和2．4mg/L，超过国家标准［1］［5］物过程的10万倍。许多种细菌、酵母、藻类和真允许的几倍到几十倍。在重庆秀山、湖南花垣、2+菌，都能氧化可溶的Mn成不溶的锰氧化物(简称贵州松桃，由于锰矿开采导致的锰污染最严重，对当生物锰氧化物)。因此，Mn(Ⅱ)的微生物氧化被认地的生态环境、水质造成了严重影响。在国外，地下［2］为是控制环境中锰氧化物形成的主导因素。生水含锰也较普遍，在芬兰Bedrock，地

4、下水含锰最高［6］物锰氧化物能吸附多种重金属和微量元素，控制着达7．6mg/L。我国含锰地下水分布和使用都很它们在环境中的迁移和转化，可修复环境中的重金广泛。地下水中含锰量高，过量摄入对人体可能有［3-4］属污染，能氧化降解有机污染物，在有机污染的慢性毒害;锰被氧化后增加水的浊度及色度，污染卫修复中也具有重要的意义和广阔的发展前景。本文生洁具，使一些织物和某些工业品着色，严重影响水主要综述锰氧化细菌及生物锰氧化物在污染修复中的使用价值;在水输送过程中，锰可逐渐附着在管壁的应用。上，促进锰细菌在输配水管网中的

5、生长，水流阻力增［7-8］大，增加了输水的动力消耗，降低饮用水水质。1锰氧化菌在环境修复中的作用因此，对地下水进行除锰处理非常有必要。1．1Mn(Ⅱ)污染现状及危害1．2微生物介导下Mn(Ⅱ)的氧化锰是动植物必需的微量营养元素，锰作为人体许多种微生物都能快速氧化Mn(Ⅱ)成锰氧化必需微量元素以离子形式存在于体内，过量的锰会物。目前研究的锰氧化细菌主要有Leptothrixdisco-［9］［10］导致锰中毒。世界各国对于饮用水中锰含量都进行phoraSS-1和SP-6、Pseudomonasputida［1

6、1］［12］了严格的限制，如我国的《生活饮用水卫生标准》MnB1和PseudomonasfluorescensGB-1、Bacil-［2］(GB5749－1985)中规定锰的含量最高不超过0．1lussp．SG-1，均可在细胞表面形成生物锰氧化物;［13-14］mg/L。在我国的长江中、下游地区和松花江流域等此外，一些真菌也能产生生物锰氧化物。细菌地地下水的锰含量分别为0．5～2．0、0．4～1．0mg/氧化Mn(Ⅱ)的效率跟细菌的培养环境有关，如Ba-收稿日期:2013-06-19基金项目:国家自然科学基

7、金项目(31010103903)和中央高校基本科研业务费专项(2013PY122)廖水姣，博士，副教授．研究方向:生态环境材料．E-mail:liaosj@mail．hzau．edu．cn通讯作者:王革娇，博士，教授．研究方向:环境微生物．E-mail:gejiao@mail．hzau．edu．cn10华中农业大学学报第32卷2+［24-26］cillusspSG-1生产的锰氧化物的量在Ca浓度为10用。在我国，张杰院士带领其课题组经过数年2+［15］μmol/L时为无Ca时的4～5倍。共存离子类来在锰氧化

8、菌的分离、鉴定、复配、不同条件下锰氧型影响生物锰氧化物的结晶度、MnO6八面体层堆积化菌去除锰的效果等方面的深入研究，提出了生物2++2+混乱度和空穴的量，如Ca和Na的存在有利于形固锰除锰理论，指出在pH中性范围内，Mn的氧化+2+2+成晶型的锰氧化物，H和Ni的存在增加了MnO6不是锰氧化物的自催化作用，而是以Mn氧化菌为［16］主的生物氧化作用。Mn2+首先吸附于细菌表面，然八面体空穴的量。笔者所在课题组分