【摘要】： 鉻渣污染是我國重大的環(huán)境問題,歷年的堆存量已經(jīng)達到600萬噸,其中以六價形念存在的鉻是對人體危害最大的八種化學物質(zhì)之一,是國際公認的三種致癌金屬物之一,因此鉻渣六價鉻污染的治理一直是環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。本研究分離到一株高效鉻還原菌命名為CRB1菌,可以將高濃度的六價鉻還原為三價鉻,實現(xiàn)六價鉻的解毒處理,在生物法治理鉻污染方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 基于微生物在極端環(huán)境下生存的脅迫機制,從長沙鉻鹽廠鉻渣堆放場的重度鉻污染環(huán)境中分離到高效六價鉻還原菌株。菌株CRB1生長的最佳溫度為35℃,最佳pH為8.0,最適鹽濃度在0.1～0.5 mol/L之間,是一種中溫、耐堿的輕度嗜鹽菌。在最適條件下,該菌的世代時間為117 min:六價鉻濃度小于1000mg/L時對細菌生長的影響較小;外控電勢在-900～300 mv時可以促進細菌的生長。細菌生理生化特性的檢測及16S rDNA的測序比對均證明該菌為白色桿菌屬(Leucobacter.sp)的一個新種,其DNA序列已經(jīng)提交至Genbank數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)研究了鉻還原菌Leucobacter sp.CRB1還原六價鉻的行為特性,發(fā)現(xiàn)細菌在生長的過程中還原六價鉻,其最適合的環(huán)境條件為pH 9.0,溫度30℃,反應(yīng)需要氧氣的存在。培養(yǎng)液中乳酸鈉的加入可以提高還原速率,最適濃度為4g/L。還原過程中較高的接種量可以減少還原所需時間,而較高六價鉻濃度則會延長還原的過程。在休眠細胞反應(yīng)體系中,六價鉻的還原絕對需要細菌細胞的存在,細菌的代謝產(chǎn)物無任何還原能力,體系所需最佳還原條件與生長細胞基本相同。在此基礎(chǔ)上首次建立了細菌還原六價鉻能力的評價體系,提出了鉻還原容量的概念。在最適條件下,六價鉻對CRB1菌的最小抑菌濃度為1180 mg/L,生長細胞最大還原量為1820 mg/L,休眠細胞的最大還原量為2180 mg/L,還原速率為5.45 mg/L·min,體系的鉻還原容量為2490 mg/L。 為探究Leucobacter sp.CRB1菌還原六價鉻的作用機制,采用掃描電鏡、透射電鏡以及EDXA、EPR等分析手段對還原反應(yīng)前后細菌細胞形貌進行了直觀的觀察,并對還原反應(yīng)沉淀產(chǎn)物的元素組成進行定性分析。結(jié)果表明,Leucobacter sp.CRB1對Cr(Ⅵ)的還原,是由鉻還原酶催化的直接還原反應(yīng),還原反應(yīng)在細菌體外發(fā)生,反應(yīng)產(chǎn)物的主要組成元素為三價鉻,反應(yīng)產(chǎn)物成分為Cr(OH)_3,六價鉻還原活性物質(zhì)主要位于細胞膜上。乳酸鈉在CRB1菌催化還原六價鉻的反應(yīng)中起電子供體的作用,HPLC分析表明反應(yīng)生成了醋酸鈉以及少量丙酮酸鈉,其中丙酮酸鈉屬反應(yīng)的中間產(chǎn)物。在反應(yīng)中每個乳酸鈉分子可為Cr(Ⅵ)的還原提供4個電子,本身被氧化成醋酸鈉。 分別從化學動力學和酶促動力學的角度建立了CRB1菌在生長狀態(tài)和休眠狀態(tài)下還原六價鉻的動力學模型。在最適條件下,當體系中初始六價鉻的濃度小于2000 mg/L時,休眠細胞催化還原六價鉻的反應(yīng)是零級反應(yīng);當六價鉻濃度大于2000 mg/L時,反應(yīng)呈現(xiàn)一級反應(yīng)的特征。生長細菌還原六價鉻也符合零級反應(yīng)的動力學特征。運用底物抑制的Monod方程建立六價鉻還原的數(shù)學模型,亦可模擬反應(yīng)的過程,但不如化學反應(yīng)動力學方程準確。酶促動力學研究的結(jié)果說明該氧化還原反應(yīng)由乳酸鈉的氧化和六價鉻的還原兩個基元反應(yīng)構(gòu)成,每個基元反應(yīng)均為單底物的酶促反應(yīng)。 針對原長沙鉻鹽廠鉻渣污染的現(xiàn)狀及鉻渣的性質(zhì),依據(jù)CRB1菌還原Cr(Ⅵ)的有關(guān)機理,提出并研究了細菌柱浸解毒鉻渣的工藝。在最佳條件下,解毒后的鉻渣浸出液達到國家污水綜合排放標準(GB 8978-1996);解毒后廢渣的浸出毒性低于國家固體廢物浸出毒性鑒別標準(GB 5085-1996)。解毒過程中細菌對鉻渣表面具有溶蝕作用,鉻渣中的某些物相在細菌作用下發(fā)生分解。解毒后渣中的Ca_(12)Al_(14)O_(33)和Ca_4Al_2SO_(10)·16H_2O消失,方鎂石(MgO)的含量也有較大降低,包裹于這些復(fù)雜化合物中的難浸Cr(Ⅵ)被釋放,從而提高了鉻渣中六價鉻的浸出率和解毒效果。
【圖文】：

2.2.12柱浸解毒實驗為了考察鉻渣的滲濾浸出性能并優(yōu)化細菌解毒鉻渣工藝參數(shù)，可將鉻渣裝在滲濾柱中進行細菌浸出。本研究所采用滲濾柱為PVC材料制成，結(jié)構(gòu)如圖2一1所示:高位槽和低位槽是玻璃瓶，主干柱由PVC塑料焊接而成，在滲濾柱底部裝有一個多孔塑料板，然后在板上裝入有代表性的鉻渣。渣樣經(jīng)真空120℃干熱2h滅菌后，裝入滲濾柱中。蟋動泵___尸儀 儀 器器 器 ...‘一 一 ，， lll翻液圖2一1柱浸裝置示意圖 F19.2一 1Sehematiediagramofeolumleaehingreaetor裝渣樣時力求均勻，盡量避免各種粒度的鉻渣自然分級，影響渣層滲濾性或產(chǎn)生溝流。渣樣裝好后，在渣層上再鋪一層粗砂，使表面平整。在加入培養(yǎng)基和細菌之前

當CRBI菌在固體LB培養(yǎng)基上生長時，，所得單菌落為圓形，直徑約為 1.0礴 .0mm，顏色為淺黃色，中間突起，邊緣整齊，表面微顯濕潤。如事先向培養(yǎng)基中加入一定濃度的六價鉻，則得到的單菌落為藍灰色(如圖3一2)，此為鉻還原菌獨有的特征，且顏色會隨培養(yǎng)基中鉻濃度的增加而加深。圖3一2鉻還原菌CRBI的菌落形態(tài)Fig3一 2TheeolonyshaPeofChromatereduetionbaeteriaCRB
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X705

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王競,周集體,宮小燕,陶穎,徐斌,張勁松,楊鳳林;細菌胞外高聚物對水溶性染料和Cr(Ⅵ)生物吸附研究[J];大連理工大學學報;2000年06期

2 李福德;微生物治理電鍍廢水方法[J];電鍍與精飾;2002年02期

3 陳濱宇;解毒鉻渣堆放場周圍環(huán)境鉻污染規(guī)律的研究[J];環(huán)境科學與技術(shù);1989年04期

4 張建民,宗剛,朱寶瑜,溫碧芳;生物處理電鍍鉻廢水的研究[J];工業(yè)水處理;1999年05期

5 紀柱;;鉻渣的物相組成及其對鉻渣解毒和綜合利用的影響[J];化工環(huán)保;1984年01期

6 顧宗勤;淺議我國鉻鹽行業(yè)的規(guī)劃發(fā)展[J];化工技術(shù)經(jīng)濟;1999年03期

7 官月平,劉會洲,安振濤,柯家駿;高梯度磁分離鉻鹽浸出漿液中的鉻渣──Ⅰ.理論分析[J];化工冶金;2000年03期

8 齊濤,張懿,郭躍華,李佐虎,王志寬;鉻渣零排放綠色化工新過程[J];化工冶金;1999年01期

9 韓潤平,蔣海濤,陸雍森;酵母菌對Cr(Ⅵ)的生物吸附作用[J];環(huán)境保護科學;2001年02期

10 常文越,陳曉東,馮曉斌,趙光暉,邵春巖;含鉻(Ⅵ)廢物堆放場所土壤/地下水的污染特點及土著微生物的初步生物解毒實驗研究[J];環(huán)境保護科學;2002年06期

本文編號：2659342