3种不同滤料生物固定化除锰效果

3种不同滤料生物固定化除锰效果
翁国永;陈建军;郑晨;朱森华;项兆邦
【摘要】[Objective] To find suitable filter material that was conductive to microbial implantation,and suitable to remove the turbidity and other impurities in the water.[Method] Microorganism was collected from the surface water supply system,then manganese bacterium was purified by se-lective medium and enrichment culture by shaker
expansion.Manganese was immobilized by adsorption by quartz
sand,ceramic,volcanic rock filter as the carrier.[Result] There was satisfied quality of removal manganese for three kinds of filter material.The manganese content of filtered water was up to standard by GB/T 5749—2006 standards for drinking water quality.In the long run,the water from quartz filtered material was best.[Conclusion] Quartz sand filter material had the characteristics of low cost,high hardness and less clearance,and is the most ideal filter material.%[目的]寻找一种合适的滤料,既有利于微生物着床,又适合去除水体中的浑浊度等杂质.[方法]从地表水供水系统中采集土著菌,利用选择性培养基对锰细菌分离纯化、摇床扩大培养富集,以石英砂、陶粒、火山岩滤料为载体,采用吸附法进行固定化.[结果]3种滤料的出水锰含量和对锰的去除率均取得较好的效果,出水锰含量符合GB/T 5749—2006生活饮用水标准.从长久的运行结果看,石英砂滤料的出水水质最佳.[结论]石英砂滤料具有成本低、硬度大、滤料之间空隙小等特点,作为除锰着床滤料最为理想.
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2017(045)003
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】滤料;除锰效果;微生物;地表水
【作者】翁国永;陈建军;郑晨;朱森华;项兆邦
【作者单位】浙江省城市供水水质监测网台州监测站,浙江台州318020;浙江黄岩
自来水公司,浙江台州318020;台州职业技术学院,浙江台州318000;浙江省城市供
水水质监测网台州监测站,浙江台州318020;浙江黄岩自来水公司,浙江台州318020;浙江省城市供水水质监测网台州监测站,浙江台州318020;浙江黄岩自来
水公司,浙江台州318020;台州市环境科学设计研究院,浙江台州318000
【正文语种】中文
【中图分类】X52
锰是人体主要的生理元素，在自然界分布广泛，属于高等动物不可缺少的10种微量元素之一，但吸入过量的锰会损害人体的中枢神经系统[1-2]。

水体中锰含量超
过饮用水标准的现象在世界各地普遍存在，锰含量超标对于人们的生活和健康、工业生产都有很大影响[3-4]。

目前大部分制水厂应用强氧化剂氧化或催化氧化来去
除水源水中的铁和锰，相对于生物氧化，不仅净化流程长、药剂消耗量大，而且操作复杂、制水成本昂贵[5-7]。

生物除锰技术以其处理效果好、投资费用少、运行
效果稳定等特点，越来越受到国内外学者的关注[8-9]。

地下水除锰一直受到学者
的关注和重视，张杰等[10-11]、张锡辉[12]利用天然锰砂采用自然接种方式，在
滤池中培养出大量的锰细菌，取得了良好的除锰效果。

地表水相对于地下水具有水质不稳定的特点,除锰难度较大。

笔者针对3种不同的滤料，利用生物固定化除锰，
出水锰含量符合国家生活饮用水标准，取得了满意的效果。

1.1 材料
1.1.1 菌种。

供试菌种来源于台州市长潭水库西洋郑集水井调节池壁泥。

1.1.2 培养基。

PYCM培养基：蛋白胨0.8 g，酵母浸膏0.2 g，MnSO4·H2O 0.2 g，K2HPO4 0.1 g，MnSO4·7H2O 0.2 g，NaNO3 0.2 g，CaCl2 0.1 g，
(NH4)2CO3 0.1 g，H2O 1 000 mL，调pH为6.8～7.2，固体培养基加琼脂15 g/L。

JFMII培养基：柠檬酸三钠 8.0 g，柠檬酸 2.0 g，柠檬酸铁铵 13.0 mg，MnSO4 4.0 g，NaNO3 0.5 g，CaCl2 0.2 g,H2O 1 000 mL，固体培养基加琼脂15 g/L。

1.1.3 滤料。

河南巩义产石英砂、陶粒和火山岩。

1.1.4 试验装置。

3根模拟滤柱均为定制玻璃柱，高度1 200 mm，内径40 mm，滤柱内壁放置2个宽度1.0 mm、厚度0.5 mm的聚乙烯环，用来减少过滤的边
壁效应，原水自顶部进入，底部出水处安置一个阀门用于反冲洗(图1)。

1.1.5 试验用水。

西洋郑集水井调节池含锰原水，原水水质见表1。

实验室用水以
黄岩自来水公司出厂水加硫酸锰配制。

1.2 方法
1.2.1 菌种的分离。

10 g菌泥加20 mL无菌水，用玻璃棒剧烈搅拌，配制成菌种
原液、10倍稀释液、100倍稀释液，JFMII平皿培养基涂布分离。

1.2.2 菌种的形态观察。

将分离后的菌种在电子显微镜下观察其形态，另取少量菌落，分别用过硫酸铵法和TMPD法测定锰含量。

过硫酸铵法结果呈红色且TMPD 法结果呈蓝色的菌落具有氧化锰能力，其他情况均表明菌落无氧化锰能力。

1.2.3 菌种的固定化。

3 m/h的低滤速培养3 d，每天反冲洗1次，再用扩大培养
后的菌种浸泡24 h。

2.1 锰氧化细菌的分离和纯化生物滤池除需要适宜的滤料外，还与细菌菌种的分
离、筛选和纯化程度有关。

从西洋郑集水井调节池池壁上采集的菌泥，菌种种类繁多，在电子显微镜下观察，革兰氏染色后的杆菌、线菌、球菌都有很好的氧化Mn2+能力，在JFMII培养基上均能很适应地繁殖。

经过一段时间培养后，平板上出现了各种菌落，菌落中心的棕色物质是高价锰氧化物。

随着培养时间的增加，棕色物质逐渐变黑，黑色物质向菌落四周扩大，说明微生物氧化能力越来越强。

典型菌落呈棕色，直径1～6 mm，边缘整齐，表面光滑，中心略凹或凸起，易于培养基分离的菌落进行划线分离纯化培养。

2.2 锰氧化细菌的扩大培养将经过JFMII平板培养基分离纯化后的菌落，挑入CYPM液体培养基进行摇床扩大培养。

培养温度25℃，转速120 r/min。

摇床培养过程菌种生长会经过滞后期、指数或对数生长期、静止期和死亡期[13]。

摇床培养后菌液的pH缓慢升高，3 d后pH达8.6。

pH与菌种的滞后期、生长期、静止期、死亡期相对应。

将菌液和陶粒、菌液和火山岩同时摇床培养，3 d后陶粒和火山岩在菌液中变得疏松，最后全部溶于菌液中。

陶粒和火山岩的菌种固定不能采用同时摇床培养的方法。

石英砂可以和菌液同时摇床培养，最后得到一个较理想的着床力。

2.3 锰氧化细菌的固定采用低滤速、弱反冲物理吸附法使微生物和3种滤料直接发生作用，将微生物固定在滤料表面。

结果表明，固定的效果可以用出水的锰含量来衡量。

30 d后3种滤料的出水锰含量均小于0.05 mg/L，说明均达到了固定要求。

2.4 3种滤料的滤后水锰含量及锰去除率
2.4.1 3种滤料对实验室配制原水锰的去除效果将石英砂、火山岩、陶粒3种滤料分别置于3支玻璃柱内，按黄岩自来水公司的出厂水添加硫酸锰作为进水，原水锰含量为0.45 mg/L，3种滤料出水锰含量逐日变化及锰去除率见图2、3。

3种滤料在无有微生物存在的情况下，对实验室配制的含锰水无去除能力。

3种滤料对
水中的锰离子仅有吸附作用，刚开始时吸附能力由大到小依次为火山岩、陶粒、石英砂。

经一段时间后出水锰浓度和进水锰浓度基本一致，出水锰浓度在进水锰浓度附近上下波动。

2.4.2 3种滤料对西洋郑调节池原水锰的去除效果。

将石英砂、火山岩、陶粒3种
滤料分别置于3支玻璃柱内，进水采用浙江省台州市长潭水库西洋郑调节池原水，出水锰含量逐日变化及去除率见图4、5。

原水中含有土著除锰微生物，经过前3 d的适应期，慢慢进入菌种生长期。

3种滤料对锰有不同程度的去除率，火山岩和陶粒的比表面积大于石英砂，前期的去除率前二者大于后者。

火山岩和陶粒比表面积较大，材质也较疏松，随着使用时间的延长，滤料脱落和分散情况严重，虽然锰去除率较高，但实际生产中不是一种很理想的滤料。

从地表水分离纯化的土著菌经过摇床的扩大培养，菌液pH达8.5左右，菌种接近对数生长期，采用低滤速弱反冲的方法，接种于3种滤料，均可达到满
意的结果，大大缩短了土著菌的适应期，此工艺对于制水厂采用微生物除锰具有指导意义。

与地表水直接驯化土著菌着床于滤料相比，通过摇床扩大培养后的菌种能够更好地吸附在滤料上，出水的锰含量低于前者，配合地表水的自然培养，滤后水的锰含量能够符合国家生活饮用水标准(图6、7)。

(1) 利用含锰原水分离纯化的土著锰氧化菌，对原水具有较强的氧化能力，进行扩增培养后接入滤池中，表现出很强的适应性，滤料会尽早成熟，大大缩短了微生物的培养期。

(2) 采用浸泡、低滤速、弱反冲固定的锰氧化细菌具有很强的除锰率，滤后水锰含量能够达到国家生活饮用水标准。

【相关文献】
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