成熟的生物除锰滤层是以除锰菌为优势菌群的微生物生态系统。根据细菌的营养类型划分，除锰菌分为自养菌和异养菌。当以自养除锰菌接种，成熟滤层中可能自养除锰菌为优势菌群；当以异养菌接种，成熟滤层中可能异养除锰菌为优势菌群。由于两种除锰菌具有不同的生理代谢方式及营养条件，当原水水质不同时，除锰滤层也会表现出不同的稳定性，这也许就是导致生物除锰滤层运行不稳定的原因。本论主要文针对这一点进行了研究。首先研究了自养和异养除锰菌种的选择驯化培养方法及除锰效果；在此基础上研究了自养和异养除锰菌种的接种启动方式和除锰滤层成熟过程以及成熟机理；进而研究了成熟生物除锰滤层的影响因素，建立了生物除锰动力学模型。（1）本研究通过从易获得的除锰菌菌种来源活性污泥曝气池中取样，分别选择JFM(自养)和改良PYCM（异养）培养基以传代培养的方式获得了自养和异养两种高效除锰菌种。自养和异养除锰菌种的培养周期均为5天，经过6周的驯化培养其除锰率分别达到97.89%和88.49%。自养除锰菌为革兰氏阴性菌，类似于纤发菌属、铁单胞菌属、鞘铁菌属的某些细菌；异养除锰菌为革兰氏阳性菌与纤发菌属中的兼养菌及异养菌以及生金、生丝菌属的某些细菌类似。贫营养环境下，两种除锰菌的除锰率分别41.64%和37.25%，添加适当的营养，有利于两种除锰菌的除锰效果提高。（2）将驯化培养得到的两种除锰菌种以循环浸泡的接种方式接种到滤柱中，以低滤速1.86m/h,低反冲洗强度6.5L（s.m2）进行启动培养。本实验原水为模拟地下水，在此原水条件下添加了适量氨氮营养的2#滤柱（接种自养除锰菌）在35天内就完成了启动过程，原水中没有添加氨氮营养的1#滤柱（接种自养除锰菌种）经历了55天的时间还没有完成启动，添加适量氨氮营养有助于接种自养除锰菌生物除锰滤层的启动，缩短成熟期；原水中没有添加营养的3#（接种异养除锰菌种）滤柱和添加15mg/L的醋酸钠、0.5mg/L (NH4)2SO4的4#（接种异养除锰菌种）滤柱内均启动失败，3#滤柱完全没有除锰效果，而4#滤柱有一定的除锰效果，所以原水中的有机碳含量过低或者过高都不适合异养除锰菌的启动；扫描电镜（SEM）观察成熟石英砂表面结果表明：滤料表面覆盖了大量锰氧化物及锰细菌，除锰菌通过分泌胞外酶氧化吸附锰离子之后产生一种胞外聚合结构形态，这一物质为多孔状片层结构，类似于δ-Mn02相似，有利于对二价锰的吸附和氧化以及营养的传质。生物除锰滤层的成熟过程是以铁锰细菌为优势菌群多种微生物共同构成的微生物系统的形成及稳定的过程。(3)接种自养菌种的成熟生物除锰滤层具有一定的稳定能力。单因素影响实验表明，生物除锰滤层受众多因素影响而导致除锰效果降低。本实验条件下，滤速最大提高到12.05m/h，原水锰浓度不得超过3.48mg/L，氨氮浓度小于3mg/L，有机碳不得超过5mg/L,pH值在5.5-8.5之间，温度18-25℃，反冲洗强度控制控制在6.5-8.5L（s.m2）。动力学研究结果表明：进水锰浓度较高时，滤层内Mn2+的去除遵循零级反应动力学，动力学方程式为-dCMn2+/dt=0.203，出水锰浓度与接触时间的关系为[Mn2+]=3.189-0.203t，反应速率常数K=0.203min-1，半衰期为3.41min；进水锰浓度较低时，滤层内Mn2+的去除遵循一级反应动力学，动力学方程式为：-dCMn2+/dt=0.14CMn2+，出水锰浓度与接触时间的关系为[Mn2+]=0.544e-0.14t，反应速度常数K=0.14min-1，半衰期τ=4.95min；进水锰浓度中等时，滤层内二价锰的去除介于零级和一级反应动力学之间，动力学方程式为：-dCMn2+/dt=K1C/K3+C。