上世纪90年代“生物固锰除锰”理论与技术的提出和确立，翻开了地下水除锰技术的新篇章。“生物固锰除锰理论”明确了：在pH值中性条件下，锰的氧化是通过锰氧化细菌的生物氧化作用完成。因此生物除锰滤池中大量稳定生长的锰氧化细菌在地下水生物除锰工艺中起到了核心作用。　　 本课题研究内容是对生物除锰滤池成熟滤料表面的细菌进行分离、鉴定，确定除锰生物滤池中的种群分布；并对分离得到的细菌进行锰生物氧化能力测定，筛选出锰氧化优势菌株；在此基础上对锰氧化细菌的生理、氧化特性和去除能力进行研究，为除锰生物滤池的设计和稳定运行奠定基础，为建立高效纯细菌除锰生物滤池提供优势菌源，从而使生物除锰技术在应用上更加完善，使生物除锰技术在实际工程应用上更具有主动性；对锰氧化优势菌株的锰氧化活性进行定位，并建立锰氧化活性蛋白的分离方法，为锰生物氧化酶制剂的制备和研究奠定基础。　　 利用连续稀释平板涂布、划线法，对除锰生物滤池成熟滤料表面的细菌进行分离.结果表明：自养菌和异养菌在生物除锰滤池中广泛存在，构成了生物除锰滤池的生态核心。通过分离、纯化得到了284株细菌。采用MIDI Sherlock微生物鉴定系统对284株细菌进行鉴定并归类，其中涉及到节杆菌属Ar throbacter、假单胞菌属Pseudomonas、微球菌属Micrococcus、芽孢杆菌属Bacillus、红球菌属Rhodococcus等26个属，53个种。其中节杆菌属最多，约占鉴定细菌总数的1/5，其次是假单胞菌属、微球菌属、芽孢杆菌属、红球菌属，分别占鉴定细菌综述的16.5％、12.3％、10.6％和9.2％。在284株细菌中异养菌占主导，约为鉴定细菌总数的90％，分属22菌属；自养菌占少数约8％左右，分属6个菌属。　　 本文首次对LBB指示剂法对高价锰的定性和定量检测方法进行了系统的试验研究，并将试验确定的方法在锰生物氧化优势菌株筛选、锰生物氧化特性和锰氧化蛋白分离方法研究中进行了应用。结果表明：LBB指示剂对高价锰的检测具有很强的选择性和抗干扰性：高价锰含量在0.04～2mg/L之间时，按照1ml样品加入0.2ml质量百分比为0.04％的LBB溶液和3ml45mmol/L的CH3COOH溶液，显色反应2h后，在检测波长λ=620nm下，其显色样品的As值与高价锰浓度成良好的线性关系，利用LBB指示剂法可以对高价锰进行定量检测，定量限为0.04mg/L。同时LBB指示剂对细菌的生长不产生危害，可以视情况选择在细菌液体培养样品或者固体培养菌落表面滴加，来定性判断锰氧化过程的发生。　　 利用LBB指示剂法，从分离鉴定出的26个属，59种（株）细菌中定性检测出20个菌属中的34种（株）细菌具有锰氧化能力，锰氧化细菌所分布的种属和种数分别占总分离种属和种数的77％和53％。因此锰氧化细菌以绝对多的数量在除锰生物滤池中存在，是除锰生物滤池中的优势种群，构成了除锰生物滤池细菌生态系统的核心。　　 利用LBB指示剂法，对34种（株）锰氧化细菌进行锰生物氧化能力定量分析，筛选出16种（株）锰氧化优势菌株，首次指出并明确了红球菌属Rhodococcus具有锰生物氧化能力，且在16种（株）锰氧化优势菌株中以Rho.sp-1锰生物氧化能力为首：其次为Koc.sp、Hydsp、Pse.sp-1、Art.sp-1、Ar t.sp-2。　　 对Rho.sp-1、Koc.sp、Hydsp、Pse. sp-1、Art.sp-1和Art.sp-2菌株的生理特性进行试验研究，结果表明：除Hyd.sp和Pse.sp-1菌株为革兰氏阴性菌，其余4种细菌均为革兰氏阳性菌。另外，6株锰氧化优势菌株呈现出不同的生长特性，但24h内均可以完成一个基本生长周期，同时细菌的生长可以改变其生长环境的pH值，使环境pH值从中性或弱酸性变为弱碱性，从而改变环境的Eh值，有利于锰的氧化。　　 锰氧化细菌的诱导特性试验结果表明，铁元素的存在对锰氧化细菌的锰生物氧化活性表达具有诱导作用，同时铁元素的存在也有利于锰氧化细菌的生长增殖。对于Rho.sp-1菌株来说Fe3+对其锰氧化活性表达的诱导作用要强于Fe2+，其诱导速度比约为3:1～4:1：而有机Fe3+对Rho.sp-1菌株锰氧化活性表达的诱导作用又强于无机Fe3+，其诱导速度比约为1.6:1～2:1。因此铁元素的存在对于实际生产工艺运行中，稳定地下水生物除锰滤池的生物除锰效率至关重要。　　 Rho.sp-1、Koc.sp、Hydsp、Pse.sp-1、Art.sp-1和Art.sp-2菌株的锰生物去除能力试验结果表明，在接种后6株菌株都表现出了较强的锰生物去除能力。以第一个生长稳定末期的Mn2+去除量来看，其中以Rho.sp-1菌株最强，锰生物去除量在35mg/L左右，而后依次是Koc.sp、Art.sp-2、Hydsp、Art.sp-1和Pse.sp-1菌株。同时研究结果还表明6株目标菌株的锰生物去除包括生物吸附和生物氧化两种作用，此两种作用同时存在，共同实现了细菌对水中锰的生物去除。　　 Rho.sp-1菌株的锰氧化活性定位试验结果表明，该菌株的锰氧化活性主要存在于其细胞膜外，属于细胞的外周膜蛋白，可通过缓冲溶液清洗细胞离心获得，同时也肯定了具有锰氧化活性的细胞内在膜蛋白的存在。　　 在锰氧化蛋白分离方法试验研究中，确定了0.9％NaCl溶液对于Rho.sp-1菌株锰氧化活性的抑制最小，而在PBS缓冲溶液中活性蛋白几乎完全失活；首次提出了锰生物氧化诱导型差异蛋白的存在，并利用SDS-PAGE对Rho.sp-1菌株铁诱导型差异蛋白进行了分离；确定了硫酸铵盐析法不会使锰氧化活性蛋白失活，可以通过硫酸铵盐析法对锰氧化活性蛋白进行初步分离；确定了琼脂糖凝胶过滤层析对氧化活性蛋白的分离方法，并利用该方法对硫酸铵盐析法初分的锰氧化活性蛋白进行了分离，从而完成了锰氧化蛋白从粗提到硫酸铵盐析初分，再到琼脂糖凝胶层析分离以及整个分离过程中锰氧化蛋白活性检测方法的建立，为锰生物氧化酶制剂的制备和研究奠定了基础。