锰是我国重要的矿产资源,近来锰矿区锰污染所带来的人体健康问题和环境问题引起了人们的关注。我国锰矿资源有着成分复杂的特点,除了含锰外,矿石还会伴生其他重金属元素,如锑镁锰矿、高铅锰矿等伴生有锑和铅的重金属,部分矿区也会有分布不同重金属矿床,伴生多种重金属,在采矿冶炼锰产生废水中也会伴生有部分的有害重金属,这也要考虑在重金属污染治理范围内。对比化学法等其他方法除锰成本高、工艺处理能力有限等问题,微生物方法生物除锰工艺有着速率高、抗冲击能力强、出水条件好和效果稳定等诸多优点,是当今热点研究之一。但是,关于锰氧化菌去除矿山废水研究不多,尤其是废水锰浓度高、酸性,伴生其他重金属。本文主要研究锰氧化菌氧化去除水体Mn(Ⅱ)特性及成矿过程中对Sb(Ⅲ)的吸附。主要研究内容及结论如下:(1)以污水处理厂活性污泥为来源,通过梯度稀释法和平板划线法筛选出锰氧化细菌;然后,通过菌落形态鉴定出主要的锰氧化菌菌株,选取氧化性能相对较强的锰氧化菌并研究其对Mn(Ⅱ)的去除能力、耐受能力。筛选出的锰氧化菌对Mn(Ⅱ)氧化能力很好,将2%接种量的锰氧化菌菌液接种至500m L初始浓度10mg/L的Mn(Ⅱ)溶液中,反应5d左右去除率能达到98.26%。0~20h为菌株生长缓慢期,20~40h为菌株的对数增长期,在该时间段内菌株生长旺盛,后续稳定期时间能持续20h左右。通过提取DNA和PCR扩增等技术对锰氧化菌菌株进行基因测序,种属鉴定得知该锰氧化菌为克雷伯氏菌(Klebsiella sp.Strain M3)。菌株在p H值5.0~10.0范围生长状况较好,最适生长p H是7.0。温度30℃条件下,液体培养基培养后的含菌量达到最多,生长状况最好。液体培养基培养后的锰氧化菌干重在转速150r/min时达到最高,转速过快会抑制其生长繁殖。(2)研究锰氧化菌对Mn(Ⅱ)的去除能力,利用单因素实验考察菌液接种量、Mn²⁺初始浓度、p H值、温度、光照、转速及阳离子等营养和环境影响因素对锰氧化菌活性和除锰能力的影响,获取最优的处理条件。综合来讲,对于初始浓度为10mg/L的含Mn(Ⅱ)模拟水样,当锰氧化菌菌液投加量为10m L、温度30℃、p H=7.0、培养箱转速150r/min、有氧光照条件时,锰氧化菌即可充分发挥其除锰性能。K⁺、NO^3-、Na⁺、Mg²⁺等共存离子对锰氧化菌的生长及Mn(Ⅱ)的去除影响很小,只有Ca²⁺对Mn(Ⅱ)的去除有促进效果,该生物材料表现出良好的抗干扰,能力这对于其在实际工程中的应用具有很大的潜力。收集产物,表征分析,锰氧化菌氧化锰后生成产物有块状菌体生成,表面有纳米级别球状的锰氧化物,Mn含量为17.03%(质量分数)。FTIR图谱结果表明产物中包含含氧官能团,这有利于与Mn进行离子交换以及形成氧化物。XPS分峰拟合表明产物中Mn存在不止一种化学价态和状态,包括有Mn(IV)和Mn(Ⅲ)两种价态。氮气吸附脱附等温测试得知产物比表面积和孔容积为329.335m~2/g,0.162cm~3/g,可提供以及暴露更多的吸附位点,推测其对于重金属应该拥有优良的吸附性能。(3)研究Mn(Ⅱ)生物成矿过程中对Sb(Ⅲ)的吸附去除能力,考察p H值、菌液接种量和Mn(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附去除能力影响。将生物成矿锰氧化物、锰氧化菌以及化学氧化锰(Mn O₂)对Sb(Ⅲ)的去除能力进行对比。相较于单独菌的投加和单独二氧化锰的投加,同时存在锰氧化菌和Mn(Ⅱ)对锑有着明显更好的去除效果。Sb(Ⅲ)去除率随着菌液投加量的增加逐渐上升,最终去除率达到80.95%;Sb(Ⅲ)去除率随Mn(Ⅱ)浓度的上升而山上升,但Mn(Ⅱ)浓度太高,去除率有所下降;菌株最适生长p H是7.0,随着p H上升或下降,Sb(Ⅲ)的去除率会下降。细菌氧化Mn(Ⅱ)生成锰氧化物后,将其覆盖在表面以提升对恶劣环境抵抗能力,同时生物生成的锰氧化物,颗粒小、具有较大的比表面,对锑具有更好好的吸附效果。表征分析表明产物中有矿化物质生成,对Fe、Sb、Mn元素的精细图谱分峰拟合并结合FTIR结果分析得知确有铁锰氧化物存在,同时可能存在有Mn OOH和Fe OOH,Mn-O、Fe-O键与溶液中的Sb(Ⅲ)配位,达到吸附去除效果。