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近年来我国畜禽养殖业发展迅速,畜禽养殖污染物排放总量大、污染份额高导致畜禽养殖污染成为环境污染的重要来源。处理畜禽废弃物的主要方法为厌氧发酵法,处理后残存的沼液因含有丰富的有机质、N、P、K等营养成份使得它是很好的有机肥料。直接施用沼液,其中含有的重金属进入农田会带来生态环境风险。由微生物催化合成的生物锰氧化物(BioMnO_x)由于其特殊的结构和性质而对很多金属离子具有较高的吸附和氧化能力。本文通过筛选锰氧化活性高的菌株,研究Mn(II)对菌株生长的影响、Mn(II)浓度和培养时间对菌株锰氧化率的影响,在此基础上培养锰氧化菌,制备生物锰氧化物,同时培养外源实验室提供的另外两株锰氧化菌,制备生物锰氧化物及作为对照的化学合成的锰氧化物(Chem-MnO_x)。利用4种锰氧化物分别进行重金属的吸附动力学和等温吸附实验,研究pH、离子强度和温度对吸附的影响,分析重金属吸附后锰氧化物结构性质的变化及含氧官能团对吸附能力的贡献,通过比较Chem-MnO_x和BioMnO_x对重金属的吸附差异,评价生物锰氧化物去除重金属的能力,最终选择综合表现较好的锰氧化物用于实际沼液重金属的去除。主要结论如下:(1)筛选出的一株具有较高的锰氧化活性的锰氧化细菌Bacillus sp.ZM-1,其最适生长pH为7,对锰的抗性为12 mmol/L。该菌株在含6 mmol/L锰的培养基中的生长与在无锰培养基中生长比较,在前者中受到少许抑制,但总体影响不大,故其培养液中最佳初始锰添加浓度为6 mmol/L,此时生成的锰氧化物量及锰的氧化率均能达到最大,分别为1.92 mmol/L和32%。(2)XRD分析表明,由锰氧化菌菌株Bacillus sp.ZM-1、Sphingopyxis sp.4-15和Lysinibacillus sp.M14介导生成的3种生物锰氧化物中均含有不同类型的晶体锰氧化物,但有的衍射峰不明显并有宽化现象,说明生物锰氧化物为弱晶质结构,化学合成的锰氧化物衍射峰与水钠锰矿特征峰对应;FITR分析表明4种锰氧化物结构中均存在典型的Mn-O键;SEM-EDX分析显示,几种锰氧化物表面均为多孔结构,生物锰氧化物主要含有C、O、N、Mn元素而化学合成锰氧化物主要含有Mn和O元素;ZM-1、4-15、M14型生物锰氧化物和化学合成锰氧化物的比表面积依次为43.27、41.49、15.34和233.55 m~2/g;XPS分析表明4种锰氧化物中的锰元素大多数为四价锰。(3)在pH 2-6范围内,锰氧化物对Cu和Zn的吸附能力随着pH升高而升高,pH为5时,生物锰氧化物对Cr的吸附能力最强,pH对生物锰氧化物吸附As影响不大,化学合成锰氧化物对As的吸附能力随着pH升高有所减弱;随着离子强度的增加,4种锰氧化物对Cu、Zn和Cr的吸附能力均有小幅度减弱,对As的吸附不受离子强度干扰;随着温度的升高,对Cu和Zn的吸附能力增强,说明Cu和Zn的吸附反应为吸热反应,对Cr的吸附能力随温度起伏性变化,对As的吸附能力则随温度的升高而略有降低,表明As在锰氧化物上的吸附为放热反应。ZM-1型生物锰氧化物与化学合成锰氧化物对4种重金属的吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学过程基本符合准二级动力学模型,表明吸附作用主要受化学吸附作用控制。(4)吸附重金属后锰氧化物表面均有相应的重金属元素存在,且XPS分析结果显示,锰氧化物中低价锰(Mn(II)和Mn(III))相对含量有所降低,高价锰(Mn(IV))相对含量及平均锰氧化度有所增加;FTIR分析结果显示,吸附后锰氧化物中主要官能团峰位无明显变化,但表示Mn-O振动谱带的峰变宽,说明结构中Mn-O键参与了吸附反应。掩蔽ZM-1型生物锰氧化物中的羟基官能团后,其对Cu、Zn、Cr、As 4种重金属的吸附量分别减少5.07%、31.76%、4.79%、50.89%,表明羟基对吸附作用有一定的贡献。(5)生物锰氧化物与化学合成锰氧化物1:1混合添加到沼液对重金属的去除效果优于两种锰氧化物单独添加时的去除效果,最佳投加剂量为2 g/L,此时沼液中Cu、Zn、Cr和As的剩余总浓度分别为2.05、1.38、0.45和0.37 mg/L,相应的去除率依次为80.79%、92.27%、69.44%和83.25%,最佳反应时间为7 h,最佳反应温度为25-35~°C。在最佳反应条件下,锰氧化物在能有效去除沼液重金属的同时还能较好地保留沼液中的营养成分。