锰氧化物在自然界中广泛存在,能够与多种重金属元素发生吸附、氧化反应。As是一种毒性较强的重金属元素,氧化锰能够将毒性较强的As(Ⅲ)氧化为毒性较弱的As(Ⅴ),并将其吸附固定,从而达到去除砷的目的,具有良好的环境修复应用前景。本文研究了从土壤中分离得到的四株锰氧化菌在不同pH、Mn(Ⅱ)浓度下的锰氧化活性,并利用GY16形成的生物氧化锰(以化学氧化锰水羟锰矿为对照),分析了锰氧化物与砷的交互作用,以及生物氧化锰对溶液中砷的去除能力,以期为生物氧化锰应用于砷污染环境修复提供科学依据,具体研究结果如下:
1.利用平板稀释法从土壤中分离得到WHS26、GY16、LZ2、LZ4等具有较强锰氧化活性的菌株。pH为7-8时这些菌株具有最高的锰氧化活性。但不同菌株的最适pH有所不同。同时,在最佳pH下,WHS26、LZ2、LZ4在Mn(Ⅱ)浓度为10mM时,具有最佳锰氧化效率,而GY16在Mn(Ⅱ)浓度为20mM时,锰氧化量最大。
2.通过生物氧化锰与化学氧化锰的对比研究发现,由GY16形成的生物氧化锰对As的氧化吸附量(换算为单位摩尔数氧化锰的吸附量)明显高于化学氧化锰水钠锰矿;而水钠锰矿对As(Ⅲ)的氧化速率则要明显高于生物氧化锰。随着pH的升高,生物氧化锰对As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的氧化/吸附量均逐渐降低,而水钠锰矿对As(Ⅴ)的吸附量逐渐增加。
3.研究多种离子下锰氧化物与砷的反应,结果显示:当反应体系中有阳离子存在时,生物氧化锰对As(Ⅲ)的氧化量降低,对As(Ⅴ)的吸附量有所增加。此外,在含有H2PO4-的体系中,随着时间的推移,As(Ⅴ)逐渐从生物氧化锰表面解吸。
4.生物氧化锰对模拟土壤溶液中As的去除能力要低于其对水溶液中As的去除能力,这主要是由于土壤环境中具有更为复杂的离子环境。
5.与新生成的生物氧化锰相比,钝化的生物氧化锰对As的氧化吸附能力较低,且随着钝化时间的增加,其对As的氧化吸附能力逐渐减弱。