锰砂滤膜中的细菌鉴定及滤膜组分分析

当地下水中的铁和锰含量过高时，会导致水体色度大、有铁腥味，不仅给人们的生活带来极大不便，影响人体健康，还会给工业生产带来极大危害。酿造业、饮料制造业、合成染料和电解食盐等行业都对水中的铁、锰特别敏感。酿造业和饮料制造业中铁、锰超标会严重影响产品的色泽和口味；造纸工业中铁、锰会使纸张变色，影响纸张的质量；染料工业中，铁、锰会与染料结合，影响染料色调，使颜色不鲜艳；电厂冷却水中的铁和锰会产生铁锰的氢氧化物，加速管道腐蚀、堵塞管网系统[1]；电厂补给水中的铁锰会使离子交换树脂污染造成铁锰中毒，交换容量减小、效率降低。随着地下水中铁、锰超标现象的加剧，寻求去除铁、锰的方法逐渐受到国内外研究者的关注[4]，但已有的研究仍不够成熟、完善。如采用空气氧化法可去除水中的铁，但工艺流程复杂，构筑物多，占地面积大；采用折点加氯法去除水中锰的效果较好，该方法投氯量大，易致消毒副产物浓度增加，增加致癌风险[5]；碱化除锰法也可去除水中的锰，它是利用 Mn2+在pH 值达到 8.5 之上就会迅速地被溶解氧氧化成Mn4+，但由于处理后水的 pH 太高，所以需要进行酸化处理，因此运行费用又有所增加[6]；接触氧化除锰是利用长期运行的滤料上形成的锰质活性滤膜去除水中的锰，它在 pH 值较低的条件下就可去除水中的铁和锰，而且氧化的速度也有了很大的提高，但处理后的水中依然会残留 Mn2+，造成了潜在的长期危害[1]。另外，除铁锰方法还有 Fe3+浸泡活性炭吸附过滤法、生物活性碳吸附过滤法、生物石英砂和锰砂滤层滴滤法等，但这些方法都有自身的缺陷，不是运行费用太高就是实用性不强[7-9]。 研究发现，长期运行滤池的滤料表面附着有大量具有氧化锰的能力的微生物，于是在滤池中接种锰氧化细菌，经培养成熟后，对锰有极好的去除效果，从而提出生物固锰除锰技术。生物法除铁锰技术工艺简单、无需添加化学药剂、能耗低、效率高，其实际效果已得到广泛认可，并已应用于生产实 践[10-13]。但从国内外生物滤池除铁锰的研究现状来看，仍存在着生物滤池成熟期较长、处理效能相对偏低、成熟锰砂表面菌种鉴定不深入等不足[14-15]。因此，开展成熟锰砂滤膜中微生物的分离鉴定、考察其氧化铁锰能力、分析滤层表面物质形态，以期能够明晰生物滤膜微生物除铁锰的特性，为生物除铁锰滤料的快速挂膜提供高效的除铁、除锰菌株，提高电厂等用水的生物除铁锰的效率具有重要意义铁锰细菌取自内蒙古某电厂的成熟锰砂过滤器，用铁锰选择培养基[16]将从成熟锰砂表面上刮取下来的活性滤膜进行富集培养，然后用分离培养 基[17-18]对其进行涂布分离和反复画线纯化，采用16S rDNA 方法对分离纯化后的铁锰细菌进行测序鉴定，将菌种确定至属。心后的沉淀菌株加入到含铁锰的模拟地下水中以考察菌株的除铁锰能力。 实验中用去离子水、硫酸锰及硫酸亚铁来配制模拟水，菌的添加量为 25mL 高浓度菌液离心之后的沉淀菌株加入 500 mL 模拟水中，同时进行不加菌的空白对照实验，以便考察细菌对铁、锰的去除效果。模拟水样中 Fe2+、Mn2+浓度分别是 8.70、 6.43 mg/L，pH值 6.38。溶解氧的氧化作用下的去除率为 60%左右。这表明寡养单胞菌和土壤短芽胞杆菌都具有很好的除铁效果，且寡养单胞菌的除铁能力稍强于土壤短芽胞杆菌。 图 4 为细菌对模拟水中锰的去除情况。由图 4可知，随着处理时间的延长，锰的去除率不断升高，1~3 d 锰的去除率升高较快，到第 5 d时加入寡养单胞菌和土壤短芽胞杆菌的水样中 Mn2+去除率分别可达 67%和 55%，5~7 d 锰的浓度基本不再变化；而空白水样中由于只有溶解氧的氧化作用，Mn2+去除率更大也仅有 13%。寡养单胞菌和土壤短芽胞杆菌在 5 d 后丧失除锰能力，这和水环境中营养消耗殆尽、细菌代谢产物的积累使细菌的繁殖能力和活性降低有关；同时，菌株有可能被锰的氧化物包裹，阻碍了细菌与 Mn2+的接触，进而导致 Mn2+的去除效果变差。对比图 3 和图4 可知，这 2 种细菌的除锰效果要比除铁差。