Microbacterium sp.GM-1矿化特性及其生物矿化胶结固化铬渣的实验研究

发布时间：2018-11-02 16:30

【摘要】：工业化发展带来种种环境问题,其中Cr(VI)污染备受关注。物理、化学法在处理铬渣的实际工程中,要么需要运行大型设备,消耗大量的能量;要么需要添加多种化学试剂,增加了环境污染的风险;生物技术因具有成本低、环境友好等特点受到了关注。本论文选育微杆菌(Microbacterium sp.GM-1,简称GM-1),在深入了解其生长习性、矿化特性的基础之上,将其引入铬渣固化的过程中,探索生物矿化作用对于铬渣无害化的效果。选育Microbacterium sp.GM-1,在脲酶活性检验实验的基础上,分析其在含尿素、含铬环境中的适应能力。GM-1在脲酶筛选培养基中的生长引发了尿素氮循环反应,尿素中的N转化至氨中,氨溶于水生成NH4+和OH-。利用“酚红遇碱变红”这一原理,反推尿素水解反应事实,可以充分印证Microbacterium sp.GM-1机体内脲酶催化尿素水解的能力。Microbacterium sp.GM-1摇瓶实验中,不同含量(20、40、60、80、100 g/L)的尿素溶液被加入到液体培养基中,测定Microbacterium sp.GM-1的生长曲线;在含有60 g/L尿素的环境中,Microbacterium sp.GM-1体现出良好的适应性。重复以上摇瓶实验,加入不同含量的六价铬(0、100、200 mg/L和120、140、160、180 mg/L),从Microbacterium sp.GM-1生长曲线判断,当六价铬Cr(VI)离子浓度高于120 mg/L时,Microbacterium sp.GM-1的生长明显受到抑制。在静态模拟Microbacterium sp.GM-1矿化实验中,将不同浓度的Ni2+(0、100、200μmol/L)添加至基础培养液(NB+20 g/L尿素)中,经过摇瓶培养2天后,加入与尿素等摩尔浓度的CaCl2水溶液,具有不同Ni2+浓度的培养液中均发现有白色沉淀物生成。经XRD分析,其主要成分为CaCO3。比较沉淀量可知,Ni2+可以强化Microbacterium sp.GM-1的矿化作用。设计正交实验,选取4个影响因子,即Ni2+、尿素、pH和培养时间,探索Microbacterium sp.GM-1矿化作用的优化条件;比较正交实验极差值可知,尿素对Microbacterium sp.GM-1矿化作用影响最大,其次是培养时间,最后是Ni2+;比较正交实验各组的Ca2+沉淀率可得,当Microbacterium sp.GM-1在50μmol/L Ni2+、60 g/L尿素、碱度为10的环境中培养96 h时,可以收获最多的矿化产物(CaCO3)。将Microbacterium sp.GM-1引入铬渣固化过程,探究Microbacterium sp.GM-1生物矿化作用对于铬渣固化的效果。将铬渣、河砂、高岭土按照一定质量比(8:1:1)混合,压模成型,制成铬渣固化体,模具立体尺寸为2cm×2cm×2cm;在以上混合过程添加最优条件下培养的Microbacterium sp.GM-1菌液,固液比为7:1(m/v),并设置无菌组,两组实验试件均放置在室温中进行为期28天的养护,每隔7d在其表面对应喷洒营养液(或水)。养护完成后,对固化体分别进行热重分析、六价铬化学形态分析、强度测试、六价铬浸出毒性实验。热重分析结果显示,有菌组样品在600~700℃温度区间质量突减,正是碳酸钙热分解温度,表明固化体中增加了碳酸钙这一物质,侧面验证了Microbacterium sp.GM-1在铬渣固化过程中成功发生了矿化作用,产生了碳酸钙。从Cr(VI)化学形态分析数据中可得,Microbacterium sp.GM-1矿化作用改变了六价铬的形态分布,并确定了六价铬与CaCO3的优先结合顺序,从而形成Cr(VI)-CaCO3的稳固结构。在压强和浸出实验中,Microbacterium sp.GM-1的加入使固化体表现出更好的力学性能,有菌组能够承受的外界压强可达到0.6341 MPa。在平衡浸出过程中,浸出液中Cr(VI)浓度仅为0.1269 mg/g,连续7 d Cr(VI)动态浸出质量小于2 mg,均优于无菌组,即Microbacterium sp.GM-1的矿化作用提高了固化体的抗压强度,降低了其中六价铬的浸出毒性。通过调整铬渣固化体的原料配比,探究铬渣使用率最高的固化方案。改变铬渣固化体中的原料(铬渣、河砂、高岭土)质量比(8:2:1、8:2:0.5、8:1:1、8:1:0.5),对固化体分别进行强度测试和浸出毒性实验,综合比对得到铬渣固化最佳原料配比为8:1:1。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X705

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本文编号：2306340