锰氧化物在自然界广泛存在，具有很强的吸附能力和氧化能力，影响着元素的环境行为和归趋。砷是一种常见的类金属元素，具有很强的生物毒性及致畸、致突变作用。在环境修复中，可以利用锰氧化物的吸附和氧化能力，实现砷的氧化与吸附等连续反应，达到高效除砷的目的。因此，二者交互作用的研究对砷污染的环境修复及其机理具有重要的意义。本研究基于土壤中分离的锰氧化菌，制备生物氧化锰，考察其与砷的交互作用，研究作用机理，同时以化学氧化锰水羟锰矿做对照。研究结果如下：1)以湖北武汉和广东雷州等地的铁锰结核及附近土壤为供试材料，采用富含Mn(II)的改进的K培养基驯化结合平板稀释法对锰氧化细菌进行分离。经多氯联苯胺显色定性和LBB法定量检测后确定为3株具有较高锰氧化能力的细菌(WHS26、LZ1-2和LZ4)，同时以实验室之前分离的菌株(WH4、GY16)为对照，采用LBB法定量测定，研究了不同pH值、Mn2+初始浓度以及不同培养时间对菌体生长和其锰氧化活性的影响。结果表明，培养基的pH、底物Mn2+初始浓度和培养时间都会影响到锰氧化细菌的生长及其合成锰氧化物的活性。WH4和GY16菌株产生氧化锰的最佳pH范围为6-8和最佳初始Mn2+浓度为10-40mM；WHS26、LZ1-2和LZ4菌株产生氧化锰的最佳pH范围为5-8和最佳初始Mn2+浓度为60mM。2)扫描和透射电镜的观察结果显示，生物氧化锰和化学氧化锰的结构存在很大的差异，化学氧化锰是细颗粒、弱晶质的氧化锰矿物在SEM下呈纤维状或弯曲的叶片状，而生物氧化锰附着在菌体周围呈不规则状态的颗粒状。四种锰氧化菌形成的生物氧化锰的扫描电镜和元素分析的结果显示，在加入MnCl2的培养基中，四种锰氧化菌都形成了大量氧化锰沉淀。但是形成的锰氧化物扫描电镜图都有所不同，LZ1-2菌株形成的生物氧化锰附着在菌体表面，并形成块状结核；GY16的菌体表面形成了大量胶膜状物质；WH4菌体表面比较光滑，形成的生物氧化锰主要以块状结核存在于培养基中；WHS26菌体表面不光滑，形成的生物氧化锰附着在菌体周围。3)以筛选的高效锰氧化菌WH4为对象，以模式菌株MnB1为参照，考察两株菌在产生生物氧化锰过程中反应体系的变化。在WH4反应体系中，溶液在5d后产生棕色沉淀，pH值稳定在7.5左右，Eh处于下降趋势，在5d后达到稳定，维持在400mv左右，处于偏氧化环境；MnB1的反应体系中，溶液在1d后就有棕色沉淀产生，pH处于上升趋势，并在1d后维持在6.5到7之间，Eh处于下降趋势，在1d后达到稳定，维持在450mv以上，同样处于偏氧化环境。相关分析显示，WH4、MnB1产生的生物氧化锰的量与Eh、pH相关性都显著；可见，锰氧化物的生成是一个Eh、pH相关的过程。4)不同锰氧化菌对As的耐受性差别较大。随着As(III)浓度的升高，不同锰氧化菌的生长都出现了下降趋势，但并未出现明显抑制其生长的现象，可见这几株锰氧化细菌对As(III)都具有一定的耐受性。WH4、LZ1-2、LZ4、GY16、和WHS26对As(III)溶液都有很大的耐受性，但是MnB1对As(III)溶液的耐受性不强。同时对反应体系中As形态的监测表明，锰氧化菌不能直接氧化As(III)，即锰氧化菌不会与As发生直接作用。5) WH4产生的生物氧化锰与水羟锰矿为代表的化学氧化锰的对比实验表明，无论是生物氧化锰还是化学氧化锰，对As(III)的作用都是先氧化为As(V)，然后发生吸附作用。相比于对As(III)的氧化和As(V)的吸附，对As(III)的吸附很小。二者的差别主要在于吸附能力和氧化能力：在As(III)浓度为40μM时，WH4生物氧化锰把As(III)氧化后吸附的As(V)与二氧化锰的比值为86.71，而化学氧化锰水羟锰矿只有7.29。6)不同初始pH，WH4产生的生物氧化锰和水羟锰矿对As(III)氧化的影响，实验证明WH4产生的生物氧化锰在初始pH值为6-9时，会把As(III)大量氧化成As(V)，并将As(V)吸附，最高吸附量为90.5%。化学氧化锰水羟锰矿在pH值为3-4时把As(III)氧化成As(V)并将其吸附的能力最强，最高吸附量为47.5%。此外，在反应体系中，pH也是影响Mn-As交互作用的重要因素。7) WH4产生的生物氧化锰和化学氧化锰水羟锰矿与As(III)(浓度为10μM)的对比反应动力学实验中，对As(III)的氧化在6h基本达到了平衡，溶液当中的As(III)所剩无几，在6h以后大量被氧化成的As(V)开始被吸附，水羟锰矿和As(III)的反应中，在很短的时间内，As(III)被水羟锰矿氧化成了As(V)，但是对As(V)的吸附量很少。可见，水羟锰矿和As(III)的反应机理与WH4产生的生物氧化锰和As(III)的反应机理有很大的不同，WH4产生的生物氧化锰对As(III)的氧化和对被氧化成As(V)的吸附是同时进行的，对As(V)的吸附效率远远高于化学氧化锰水羟锰矿，化学氧化锰水羟锰矿是先将As(III)氧化，然后在对被氧化成的As(V)吸附。8) WH4产生的生物氧化锰和化学氧化锰水羟锰矿吸附As(V)的对照实验表明，WH4产生的生物氧化锰和化学氧化锰水羟锰矿都随着底物As(V)浓度的增加，对As(V)的吸附能力在上升，WH4产生的生物氧化锰在底物As(V)浓度为40μM时，对As(V)的吸附值与二氧化锰的比值为243.59μM/mM，水羟锰矿只有为28.27μM/mM；不同初始底物pH，WH4产生的生物氧化锰和水羟锰矿对As(V)吸附的影响，WH4产生的生物氧化锰随着初始pH值升高，反应体系中被吸附的As(V)浓度不断上升，最高吸附效率达到99.1%，最佳反应pH值为6-9；化学氧化锰水羟锰矿被吸附的As(V)浓度不断下降，最高吸附效率只有14.2%，最佳反应pH值为3-4；WH4产生的生物氧化锰和化学氧化锰水羟锰矿对As(V)的吸附动力学对比实验中，随着反应时间的进行，对As(V)的吸附值在不断增大，WH4产生的生物氧化锰对As(V)的吸附能力在6h左右基本达到稳定，被吸附的As(V)浓度与二氧化锰的比值在24h时最大，其值为82.23μmol/mmol，化学氧化锰水羟锰矿对As(V)的吸附值变化不大，被吸附的As(V)浓度与二氧化锰的比值在24h时最大，其值为4.79μmol/mmol，WH4产生的生物氧化锰对As(V)的吸附效率远远高于化学氧化锰水羟锰矿对As(V)的吸附。