【摘要】： 鉻渣污染是我國(guó)重大的環(huán)境問題,歷年的堆存量已經(jīng)達(dá)到600萬噸,其中以六價(jià)形念存在的鉻是對(duì)人體危害最大的八種化學(xué)物質(zhì)之一,是國(guó)際公認(rèn)的三種致癌金屬物之一,因此鉻渣六價(jià)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(jià)鉻還原為三價(jià)鉻,實(shí)現(xiàn)六價(jià)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(jī)制,從長(zhǎng)沙鉻鹽廠鉻渣堆放場(chǎng)的重度鉻污染環(huán)境中分離到高效六價(jià)鉻還原菌株。菌株CRB1生長(zhǎng)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(shí)間為117 min:六價(jià)鉻濃度小于1000mg/L時(shí)對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響較小;外控電勢(shì)在-900～300 mv時(shí)可以促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)。細(xì)菌生理生化特性的檢測(cè)及16S rDNA的測(cè)序比對(duì)均證明該菌為白色桿菌屬(Leucobacter.sp)的一個(gè)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(jià)鉻的行為特性,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在生長(zhǎng)的過程中還原六價(jià)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(shí)間,而較高六價(jià)鉻濃度則會(huì)延長(zhǎng)還原的過程。在休眠細(xì)胞反應(yīng)體系中,六價(jià)鉻的還原絕對(duì)需要細(xì)菌細(xì)胞的存在,細(xì)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(zhǎng)細(xì)胞基本相同。在此基礎(chǔ)上首次建立了細(xì)菌還原六價(jià)鉻能力的評(píng)價(jià)體系,提出了鉻還原容量的概念。在最適條件下,六價(jià)鉻對(duì)CRB1菌的最小抑菌濃度為1180 mg/L,生長(zhǎng)細(xì)胞最大還原量為1820 mg/L,休眠細(xì)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(jià)鉻的作用機(jī)制,采用掃描電鏡、透射電鏡以及EDXA、EPR等分析手段對(duì)還原反應(yīng)前后細(xì)菌細(xì)胞形貌進(jìn)行了直觀的觀察,并對(duì)還原反應(yīng)沉淀產(chǎn)物的元素組成進(jìn)行定性分析。結(jié)果表明,Leucobacter sp.CRB1對(duì)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(xì)菌體外發(fā)生,反應(yīng)產(chǎn)物的主要組成元素為三價(jià)鉻,反應(yīng)產(chǎn)物成分為Cr(OH)_3,六價(jià)鉻還原活性物質(zhì)主要位于細(xì)胞膜上。乳酸鈉在CRB1菌催化還原六價(jià)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(gè)乳酸鈉分子可為Cr(Ⅵ)的還原提供4個(gè)電子,本身被氧化成醋酸鈉。 分別從化學(xué)動(dòng)力學(xué)和酶促動(dòng)力學(xué)的角度建立了CRB1菌在生長(zhǎng)狀態(tài)和休眠狀態(tài)下還原六價(jià)鉻的動(dòng)力學(xué)模型。在最適條件下,當(dāng)體系中初始六價(jià)鉻的濃度小于2000 mg/L時(shí),休眠細(xì)胞催化還原六價(jià)鉻的反應(yīng)是零級(jí)反應(yīng);當(dāng)六價(jià)鉻濃度大于2000 mg/L時(shí),反應(yīng)呈現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)的特征。生長(zhǎng)細(xì)菌還原六價(jià)鉻也符合零級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征。運(yùn)用底物抑制的Monod方程建立六價(jià)鉻還原的數(shù)學(xué)模型,亦可模擬反應(yīng)的過程,但不如化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程準(zhǔn)確。酶促動(dòng)力學(xué)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(jià)鉻的還原兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成,每個(gè)基元反應(yīng)均為單底物的酶促反應(yīng)。 針對(duì)原長(zhǎng)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(jī)理,提出并研究了細(xì)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(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996);解毒后廢渣的浸出毒性低于國(guó)家固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB 5085-1996)。解毒過程中細(xì)菌對(duì)鉻渣表面具有溶蝕作用,鉻渣中的某些物相在細(xì)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(jià)鉻的浸出率和解毒效果。
【圖文】：

2.2.12柱浸解毒實(shí)驗(yàn)為了考察鉻渣的滲濾浸出性能并優(yōu)化細(xì)菌解毒鉻渣工藝參數(shù)，可將鉻渣裝在滲濾柱中進(jìn)行細(xì)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(gè)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(dòng)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(shí)力求均勻，盡量避免各種粒度的鉻渣自然分級(jí)，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(xì)菌之前

當(dāng)CRBI菌在固體LB培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，，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(rùn)。如事先向培養(yǎng)基中加入一定濃度的六價(jià)鉻，則得到的單菌落為藍(lán)灰色(如圖3一2)，此為鉻還原菌獨(dú)有的特征，且顏色會(huì)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(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X705

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2659342