【摘要】：工業(yè)化發(fā)展帶來種種環(huán)境問題,其中Cr(VI)污染備受關注。物理、化學法在處理鉻渣的實際工程中,要么需要運行大型設備,消耗大量的能量;要么需要添加多種化學試劑,增加了環(huán)境污染的風險;生物技術因具有成本低、環(huán)境友好等特點受到了關注。本論文選育微桿菌(Microbacterium sp.GM-1,簡稱GM-1),在深入了解其生長習性、礦化特性的基礎之上,將其引入鉻渣固化的過程中,探索生物礦化作用對于鉻渣無害化的效果。選育Microbacterium sp.GM-1,在脲酶活性檢驗實驗的基礎上,分析其在含尿素、含鉻環(huán)境中的適應能力。GM-1在脲酶篩選培養(yǎng)基中的生長引發(fā)了尿素氮循環(huán)反應,尿素中的N轉化至氨中,氨溶于水生成NH4+和OH-。利用“酚紅遇堿變紅”這一原理,反推尿素水解反應事實,可以充分印證Microbacterium sp.GM-1機體內(nèi)脲酶催化尿素水解的能力。Microbacterium sp.GM-1搖瓶實驗中,不同含量(20、40、60、80、100 g/L)的尿素溶液被加入到液體培養(yǎng)基中,測定Microbacterium sp.GM-1的生長曲線;在含有60 g/L尿素的環(huán)境中,Microbacterium sp.GM-1體現(xiàn)出良好的適應性。重復以上搖瓶實驗,加入不同含量的六價鉻(0、100、200 mg/L和120、140、160、180 mg/L),從Microbacterium sp.GM-1生長曲線判斷,當六價鉻Cr(VI)離子濃度高于120 mg/L時,Microbacterium sp.GM-1的生長明顯受到抑制。在靜態(tài)模擬Microbacterium sp.GM-1礦化實驗中,將不同濃度的Ni2+(0、100、200μmol/L)添加至基礎培養(yǎng)液(NB+20 g/L尿素)中,經(jīng)過搖瓶培養(yǎng)2天后,加入與尿素等摩爾濃度的CaCl2水溶液,具有不同Ni2+濃度的培養(yǎng)液中均發(fā)現(xiàn)有白色沉淀物生成。經(jīng)XRD分析,其主要成分為CaCO3。比較沉淀量可知,Ni2+可以強化Microbacterium sp.GM-1的礦化作用。設計正交實驗,選取4個影響因子,即Ni2+、尿素、pH和培養(yǎng)時間,探索Microbacterium sp.GM-1礦化作用的優(yōu)化條件;比較正交實驗極差值可知,尿素對Microbacterium sp.GM-1礦化作用影響最大,其次是培養(yǎng)時間,最后是Ni2+;比較正交實驗各組的Ca2+沉淀率可得,當Microbacterium sp.GM-1在50μmol/L Ni2+、60 g/L尿素、堿度為10的環(huán)境中培養(yǎng)96 h時,可以收獲最多的礦化產(chǎn)物(CaCO3)。將Microbacterium sp.GM-1引入鉻渣固化過程,探究Microbacterium sp.GM-1生物礦化作用對于鉻渣固化的效果。將鉻渣、河砂、高嶺土按照一定質量比(8:1:1)混合,壓模成型,制成鉻渣固化體,模具立體尺寸為2cm×2cm×2cm;在以上混合過程添加最優(yōu)條件下培養(yǎng)的Microbacterium sp.GM-1菌液,固液比為7:1(m/v),并設置無菌組,兩組實驗試件均放置在室溫中進行為期28天的養(yǎng)護,每隔7d在其表面對應噴灑營養(yǎng)液(或水)。養(yǎng)護完成后,對固化體分別進行熱重分析、六價鉻化學形態(tài)分析、強度測試、六價鉻浸出毒性實驗。熱重分析結果顯示,有菌組樣品在600~700℃溫度區(qū)間質量突減,正是碳酸鈣熱分解溫度,表明固化體中增加了碳酸鈣這一物質,側面驗證了Microbacterium sp.GM-1在鉻渣固化過程中成功發(fā)生了礦化作用,產(chǎn)生了碳酸鈣。從Cr(VI)化學形態(tài)分析數(shù)據(jù)中可得,Microbacterium sp.GM-1礦化作用改變了六價鉻的形態(tài)分布,并確定了六價鉻與CaCO3的優(yōu)先結合順序,從而形成Cr(VI)-CaCO3的穩(wěn)固結構。在壓強和浸出實驗中,Microbacterium sp.GM-1的加入使固化體表現(xiàn)出更好的力學性能,有菌組能夠承受的外界壓強可達到0.6341 MPa。在平衡浸出過程中,浸出液中Cr(VI)濃度僅為0.1269 mg/g,連續(xù)7 d Cr(VI)動態(tài)浸出質量小于2 mg,均優(yōu)于無菌組,即Microbacterium sp.GM-1的礦化作用提高了固化體的抗壓強度,降低了其中六價鉻的浸出毒性。通過調(diào)整鉻渣固化體的原料配比,探究鉻渣使用率最高的固化方案。改變鉻渣固化體中的原料(鉻渣、河砂、高嶺土)質量比(8:2:1、8:2:0.5、8:1:1、8:1:0.5),對固化體分別進行強度測試和浸出毒性實驗,綜合比對得到鉻渣固化最佳原料配比為8:1:1。
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【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X705

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本文編號：2306340