环境中生物氧化锰的形成机制及其与重金属离子的相互作用

微生物参与形成的锰氧化物是环境中一种高活性的锰氧化物.研究表明,锰氧化菌主要通过分泌多铜氧化酶来氧化Mn(Ⅱ)而形成锰氧化物.微生物形成锰氧化物过程的主要初级产物是与δ-MnO₂或与酸性钠水锰矿类似的层状锰酸盐.生物氧化锰是环境中重要的吸附剂、氧化剂和催化剂.通过吸附、氧化作用,生物氧化锰影响着重金属离子在环境中的迁移转化,在重金属元素生物地球化学循环中起重要作用.研究锰氧化物的生物形成过程、生物氧化锰的结构特征及其与重金属离子之间的相互作用,对于了解生物氧化锰在重金属元素生物地球化学循环过程中的作用以及在重金属污染修复中的应用有着重要意义.本文综述了环境中生物氧化锰的形成机制、性质、结构特点及其吸附、氧化重金属离子的机制.     

软锰矿与细菌催化氧化二氧化硫

研究了软锰矿与锰氧化细菌、氧化亚铁硫杆菌催化氧化二氧化硫的过程,探讨了细菌在软锰矿脱硫体系中所起的作用。结果表明:锰氧化细菌粘附于软锰矿上,氧化Mn(Ⅱ)为Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ),强化软锰矿催化氧化二氧化硫效果;锰氧化细菌促进脱硫存在一个适应期,其后的强化作用随细菌浓度增加而增加;锰细菌与铁细菌存在协同效应,并与菌液组成的比例有关。     

锰氧化菌Arthrobacter sp.HW-16的锰氧化特性和氧化机制

锰作为一种常见的无机污染物,难以从环境中除去.本研究采用选择性培养基从锰矿土壤中分离到1株高效锰氧化细菌Arthrobacter sp.HW-16.此外,高通量测序发现,不同驯化条件下微生物群落结构有明显差异,且Arthrobacter在含Mn(Ⅱ)培养基里为优势菌属.本文对Arthrobacter sp.HW-16的微生物特性和锰氧化机制进行了初步的研究.结果表明,菌株HW-16的Mn(Ⅱ)耐受质量浓度高达5 000 mg·L~(-1),菌株HW-16在3 000 mg·L~(-1)Mn(Ⅱ)培养基里取得最大Mn(Ⅱ)氧化率为66.28%.单因素变量实验表明环境因子影响菌株HW-16的生长和Mn(Ⅱ)氧化率.菌株HW-16在30℃,pH 7.0,1%或3%盐度,200 r·min-1下生长得最好.高温(≥40℃),高pH(≥7),高转速和低盐度条件下Mn(Ⅱ)氧化率高.菌株HW-16通过合成锰氧化活性因子促使Mn(Ⅱ)氧化和产生碱性代谢产物促使Mn(Ⅱ)转化为沉淀.     

废旧锌锰电池锌锰元素的分析表征

为了解废旧锌锰电池的锌锰元素特征,以废旧碱性(A-A)和酸性(Zn-C)电池为研究对象,采用化学分析、BCR连续萃取技术、SEM-EDS和XRD等手段对拆分的电池正、负电极材料中的锌锰元素进行了分析表征.实验表明:废旧碱性(A-A)电池中Mn、Zn分别占到正极材料质量的49.2%、10.3%,以Zn Mn2O4四方体锌锰矿结构晶体存在;Zn占负极材料的52.5%,以Zn O晶体存在;废旧酸性(Zn-C)电池混合电解质中,Mn、Zn各占41.8%和25.2%,分别以Zn Mn2O4、Mn O2、Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn(NH3)2Cl2等晶体存在.BCR处理结果显示,A-A电池正极和Zn-C电池混合电解质中,Mn主要为残渣态较难酸释,而A-A电池负极中的Zn易于回收.     

锰氧化菌Aminobacter sp.H1的分离鉴定及其锰氧化机制研究

从某水厂的生物除锰滤池中分离出1株新的高效锰氧化菌,命名为H1.通过生理生化及16S rDNA序列对比分析鉴定为氨基杆菌(Aminobacter sp.),国内外未曾有对该菌株具有锰氧化能力的相关报道.本文对Aminobacter sp.H1的微生物特性、锰氧化机制及生成的生物氧化锰的性质进行了研究.结果表明,Aminobacter sp.H1的锰耐受浓度高达50 mmol·L-1,可完全去除浓度低于10 mmol·L-1的Mn(Ⅱ).菌株H1对Mn(Ⅱ)的氧化主要是通过产生锰氧化活性因子和碱性代谢产物提高pH两个因素共同作用的结果,活性因子细胞内合成后分泌到细胞外起作用.氧化过程中发现有Mn(Ⅲ)中间体出现,XRD、XPS、SEM-EDX等分析菌株H1介导生成的生物氧化锰发现,生物氧化锰与菌体结合紧密,弱结晶、无固定形态,成分主要为MnCO3、MnOOH、Mn3O4和MnO2等.     

土壤中耐受Mn(Ⅱ)真菌菌株的分离及氧化Mn(Ⅱ)特性研究

采用分离纯化的方法从锰矿企业含锰土壤中筛选分离能够耐受并氧化二价锰离子(Mn(Ⅱ))的真菌,并研究分离菌株的生长特性及对Mn(Ⅱ)的氧化能力。共分离得到4株具有耐受Mn(Ⅱ)的真菌菌株,分别为XS2-1,XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5。其中XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5能够将Mn(Ⅱ)氧化生成锰氧化物(Mn(Ⅲ,Ⅳ))。根据ITS(Internal Transcribed Spacer)rRNA基因测序结果,这4株真菌菌株分别属于Cladosporium、Plectosphaerella、Epicuccum和Phaeosphaeriopsis属。考察了pH值以及Mn(Ⅱ)浓度对菌株生长和氧化Mn(Ⅱ)能力的影响。发现这4株真菌菌株的生长受pH值影响较小,但受Mn(Ⅱ)浓度影响较大;菌株的Mn(Ⅱ)氧化能力受pH值和Mn(Ⅱ)浓度的影响均较为显著。菌株XS3-2-5的Mn(Ⅱ)氧化能力最为突出,随着Mn(Ⅱ)浓度的增加(最高至15 000μmol/L),其Mn(Ⅱ)氧化能力不断升高,并未出现不耐受的情况。能够氧化Mn(Ⅱ)的真菌菌种的发现对于治理受锰污染的水及土壤具有潜在的实际意义。     

环境修复中锰氧化物与变价重金属交互作用的研究进展

氧化-还原过程是影响重金属环境行为的重要过程.锰氧化物作为重要的天然氧化剂,通过对变价重金属的氧化还原和吸附作用,影响着其在环境中的形态、生物有效性乃至归趋,具有很高的环境修复潜力和应用价值.近年来对锰氧化物和变价重金属元素的研究主要集中在以下几个方面:生物氧化锰的形成与多铜氧化酶体系的关系;锰氧化物与变价重金属的交互作用的机制及其影响因素,尤其锰氧化物的空间结构和作用位点的影响.目前,锰氧化物在环境修复中的应用主要集中在水环境修复方面,土壤体系及土壤微界面还很鲜见.同时土壤体系中影响锰氧化物与重金属交互作用的因素更多,其过程也更为复杂.本文通过总结锰氧化物与变价重金属交互作用的研究进展,对比不同重金属种类之间反应机制的差别,为更好的理解锰氧化物的环境作用提供基础,也期望能够进一步拓展其在污染环境的修复中的应用范围.     

电解锰废渣的浸出毒性及生石灰固化技术

我国电解锰废渣产量大,污染物的浸出毒性较强。锰渣堆放方式粗放,渣库管理落后,且长期暴露在自然环境中,导致大量污染物迁移到周边的土壤及水体中。为了解决锰渣的无害化处理问题,在分析其浸出毒性的基础上,研究了生石灰固化技术对锰渣的浸出毒性的影响。结果表明:锰渣中的主要污染物为可溶性Mn~(2+)和NH_4~+-N,含量极高,严重超标;利用生石灰的吸附、包裹及化学反应作用,能有效将可溶性Mn~(2+)固化为难溶Mn O_2,同时将NH_4~+-N转化为气态NH_3,浸出液中污染物浓度均符合相关标准要求;当生石灰添加量为10%,锰渣含水率为27%,预搅拌时间40 min,预静置时间3 d,锰渣浸出液中可溶性Mn~(2+)浓度降为2.60 mg/L,固化率达99.8%,低于5.0 mg/L的标准限值;NH_4~+-N浓度降为21.23 mg/L,脱除率为96.73%,低于25 mg/L的标准限值。     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

外源Mn(Ⅱ)对菹草(Potamogeton crispus L.)生长及其铁锰含量的影响

菹草(Potamogeton crispus L.)对于富营养化水体具有良好的修复作用,而锰可能是沉水植物菹草恢复过程中的营养限制性因子之一. 采用浅水湖泊(武汉汤逊湖和南湖)沉积物培养菹草,研究外源Mn(Ⅱ)对菹草生物量,w(总叶绿素)及铁、锰吸收量〔m(Mn)和m(Fe)〕的影响. 结果表明:Mn(Ⅱ)对菹草生长具有促进作用;添加Mn(Ⅱ)和不添加Mn(Ⅱ)的菹草上述各项指标值差异显著;无论是否添加Mn(Ⅱ),菹草茎叶m(Mn)与m(Fe)均呈高度正相关,菹草对Fe和Mn的吸收未表现出拮抗作用,且在菹草生长周期内,其茎叶锰铁比〔w(Mn)/w(Fe)〕保持在0.03～0.07的较低水平,与陆生植物对Fe和Mn的吸收机制存在明显差异.      

生物质炭的土壤环境行为研究进展

生物质炭广泛存在于土壤环境中,其环境行为对土壤中的污染物有重要影响。生物质炭施用到土壤后,在改变土壤养分动态、土壤污染物以及微生物活动等方面都发挥了重要作用。该文主要讨论了生物质炭在土壤环境中的行为,以及生物质炭改良对土壤理化性质(pH、容重、孔隙率、养分等)和农作物生长的影响,另外,进一步探讨了生物质炭对土壤微生物的影响机制和对土壤中有机污染物归趋的影响,并总结了生物质炭在土壤环境中长期效应方面的研究和应用中存在的不足,为生物质炭的进一步研究提供了理论依据。     

锰氧化物催化氧化挥发性有机物(VOCs)研究进展

锰氧化物具有多种价态、晶型、形貌,且催化氧化活性高,在催化氧化VOCs的领域中研究广泛。对锰氧化物催化剂在VOCs催化氧化中的性质进行综述。首先,讨论了单一锰氧化物催化剂对VOCs的催化研究进展,分析了材料晶型、氧化还原性等性质与催化活性的关系。之后,介绍了锰与其他过渡金属掺杂形成的复合氧化物催化剂对VOCs的催化性质,包括特定结构的复合氧化物催化剂,如钙钛矿和尖晶石。最后,探究了锰氧化物催化剂对于含氯VOCs催化过程中的失活现象,并分析了提高其抗氯中毒能力的方法。     

地下水水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌失活的影响

溶解态Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)常共存于还原性地下水中,受O2扰动Fe(Ⅲ)会快速发生氧化.为了解地下水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1失活的影响,利用平板计数和邻菲咯啉显色法研究了 pH值、天然有机质和阴阳离子对Fe(Ⅱ)氧化过程中MnB1菌株活菌数量和Fe(Ⅱ)浓度变...     

重庆秀山锰矿区土壤和植物锰污染调查与评价

文章通过现场取样对重庆秀山锰矿区锰污染状况进行了调查分析。应用地积累指数法对锰矿区矿渣堆以及农田土壤Mn污染进行评价,结果表明矿区土壤及部分农田土壤Mn污染极其严重。矿区植物对Mn的吸收表现为富集型植物(如垂序商陆Phytolacca americana Linn.)、根部囤积型植物(如紫花香薷Elsholfizia argyi Levl.)、规避型植物(如长波叶山蚂蝗Desmodium sequax Wall.),可根据其特点通过制定合理的植被恢复措施修复Mn污染土壤。采用单项污染指数法对矿区种植蔬菜的Mn污染水平进行评价,发现辣椒、萝卜的食用部分受Mn污染极严重,长期食用这些蔬菜对人体健康存在很大风险。     

东北地区城市污水处理厂污泥中重金属的形态分布及其潜在生态风险评价

分析了东北地区7个城市污水处理厂脱水污泥中Cu、Zn、Cr、Ni、Mn的含量,利用修正的BCR法研究了污泥中重金属的形态分布特征,并使用地累积指数(Igeo)法和内梅罗指数法(PI)评估了污泥在土地利用过程中重金属的潜在生态风险.结果表明,污水厂污泥中Zn含量超过了国家标准(GB4284—1984)限值,且污泥中Cu、Zn和Mn的含量远远超过东北耕地黑土中的背景含量.污泥中Cu和Cr的有机物结合态(即可氧化态)所占比例较大,可迁移形态含量最高的重金属是Zn,Ni广泛分布于可交换态、酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态中,Mn的残渣态在5种形态中所占比例最高.5种金属中迁移性最强的是Zn,其次为Mn,Cr的迁移性最差.内梅罗单项污染指数法和地累积指数法的评价结果表明,Cu、Zn和Mn是污泥土地利用过程中潜在的污染元素.内梅罗综合指数法的评价结果显示,种脱水污泥均对耕地黑土环境存在严重的潜7在生态风险.     

广东大宝山矿区锰污染的分布规律和季节影响

以广东大宝山矿区及周边地区为研究区域,对其周边地区的河水、井水中的ρ(Mn2+),土壤和河流(溪)沉积物的w(Mn)进行分析,从水质类型和物理化学风化及季节变化等方面研究了该地区环境中的锰污染分布及季节性变化规律. 结果表明:大宝山及其周边地区存在Ca-SO₄,Mg-SO₄,Ca-Mg-SO₄和Ca-HCO₃ 4种水质类型,其中Ca-SO₄型水质的ρ(Mn2+)最高,达339.003 mg/L,且当水中ρ(Mn2+)大于21.300 mg/L时,ρ(SO₄2－)均超过了2 000 mg/L;水中ρ(Mn2+)与水体酸度相关,同一地点的水样,其酸度越大ρ(Mn2+)就越大.对于不同区域土样的w(Mn)分布变化规律,表现为尾矿库内土壤剖面的w(Mn)在旱、雨季均呈U型分布;旱季库区内溪泥w(Mn)的大小顺序为上游>中游>下游,雨季则完全相反; 此外,库区外的稻田土样中也发现了Mn累积现象.      

水源水库暴雨径流过程水体锰的迁移及其影响

针对西安金盆水库2017年汛期出现的锰浓度超标问题,对水库上游至主库区沿程多个监测点垂向锰浓度及其赋存形态进行监测,研究暴雨径流对水中锰含量的影响以及径流中锰的形态,估算单次典型暴雨径流过程水库水体锰的汇入、输出与沉积量,根据实测数据与计算结果,从运行调度角度提出了暴雨时期高浊、高负荷径流入库的规避方案.结果表明,强降雨过程引起的高浊径流汇入显著增加了西安金盆水库水体总锰浓度,导致水库水质严重恶化,2017年10月12日至2017年10月14日单次降雨径流总锰的输入负荷为9. 11 t,泄洪和出水输出的总锰为6. 22 t,净沉积量(锰)为1. 47 t.水库上游沿程水体锰含量及形态变化表明,连续降雨过程对土壤的冲刷和侵蚀作用导致大量颗粒态污染物随径流汇入水体,占水体中总锰的质量分数大于70%,铁锰氧化物结合态为其主要形态.通过与不同粒径范围的颗粒进行相关性分析,颗粒态锰粒径约为2～20μm.暴雨径流入库时期采取泄洪排浊的措施可以有效减小锰的污染负荷,降低供水安全风险.     

我国硒污染分析与电解锰行业控制对策

硒是生命活动中的重要元素,世界卫生组织(WHO)1973年确认硒是人类生命必须14种微量元素中的第一线微量元素。硒的营养与中毒的界限是所有元素中最小的一个,若不足,则生物效应为"存活,缺乏",若过量,则"毒性,致死"。为了有效提高电解锰生产过程中的电流效率,国内企业广泛使用二氧化硒(SeO2)作为添加剂,导致操作工人长期暴露在硒污染作业环境中,同时锰渣中挟带大量的硒污染物进入到外环境中,存在着严重而明显的环境和生态隐患。因此,研究分析电解锰行业硒污染及其控制技术具有其必要性及重要性。     

稳定剂对电解锰废渣中高浓度可溶性锰稳定效果的影响

为满足大宗废渣经济性处理的需要,从碱性物质、磷酸盐、碳酸盐类药剂筛选出“物美价廉”稳定剂,考察了CaO、MgO和Ca10(PO4)6(OH)2及其与NaHCO3和Na3PO4的组合对电解锰废渣中的可溶性锰的稳定化效果,并采用矿物组成分析、锰价态分析和形态变化探讨可溶性锰固定机理.结果表明:投加10%MgO锰渣中可溶性锰固定率达到100%,9%CaO+5%NaHCO3和9%CaO+5%Na3PO4的组合实现可溶性锰固定率95%以上.上述3组稳定剂将可溶性Mn2+先转变为沉淀态锰进一步转变为高价态含锰物相.后两组中NaHCO3或Na3PO4的加入促进了Mn2+向Mn3+、Mn4+的转化.     

三江平原土地利用方式变化对土壤锰形态影响

在充分调查三江平原不同土地利用方式下土壤中锰含量及其形态分布特征的基础上,探讨了环境因子与土壤中不同锰形态的关系,以揭示锰形态变化对土地利用变化改变的响应.湿地土壤中总锰(Mntot)含量处于较低水平.不同土地利用方式下,林地土壤中Mntot要高于湿地和农田.湿地垦殖为旱田,土壤Mntot有增加趋势;湿地垦殖为水田,土壤Mntot有减少趋势.三江平原土壤中锰主要以残渣态(Mnres)和可还原态(Mnred)为主,可交换态(Mnext)与可氧化态锰(Mnoxi)含量次之.湿地、旱田及水稻田这3种土地利用方式下,土壤中可氧化态锰含量占总锰比例差异显著.湿地垦殖方向不同,对土壤中可氧化态锰影响最大.三江平原土壤中Mntot及不同锰形态含量主要受到土壤中S、pH、DOC这3种环境因子影响.