“Ch-1菌-Cr-H-,2-O”體系的E-pH圖構(gòu)建及其電化學行為研究.pdf

1、鉻渣是鉻鹽行業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的有毒廢物，其中六價鉻對環(huán)境及人類造成嚴重危害，已成為社會亟待解決的問題。本課題組前期研究采用生物技術(shù)從堆放鉻渣的淤泥中經(jīng)采集、培養(yǎng)、馴化，已經(jīng)分離出一株還原堿性介質(zhì)高濃度Cr(Ⅵ)(大于2000mg／L)的短桿狀細菌，經(jīng)鑒定為無色細菌屬桿狀菌，將其命名為Ch-l菌；并成功實現(xiàn)鉻渣的細菌解毒工藝，建立了示范性工程，解毒后達到國家危險廢物浸出毒性鑒別標準(GB5085-1996)。 然而，對該

2、細菌直接解毒鉻渣的有關(guān)熱力學參數(shù)、電化學行為、Cr(Ⅵ)的毒性遷移轉(zhuǎn)化機制等關(guān)鍵問題了解較少，在某種程度上影響了微生物治理鉻渣新技術(shù)的進展。因此，本研究通過測定Ch-l菌還原Cr(Ⅵ)過程不同pH值條件下菌液的電勢值，依據(jù)細菌的生長特性，繪制Ch-l菌生長活動區(qū)域圖，構(gòu)建“Ch-l菌-鉻-水”系E-pH圖，以設(shè)計細菌治理鉻渣的工藝參數(shù)，將為提高Ch-l菌對鉻渣的適應性提供理論方法；對于這一新體系，采用循環(huán)伏安法研究了Ch-l菌還原Cr(

3、Ⅵ)過程的電化學行為。取得了如下創(chuàng)新性成果： (1) 溶液電勢E可以有效表征還原堿性介質(zhì)中Cr(Ⅵ)的Ch-l菌的生長情況。隨著時間的增加，溶液電勢隨著細菌數(shù)的增加而降低，溶液電勢E與細菌數(shù)對數(shù)lnN呈線性相關(guān)性：-E=a+b·1nN，其中，a表示單位濃度細胞的電量；b表示細菌濃度對電量的影響程度；參數(shù)a、b均與細菌的種類、批量、數(shù)量和細菌的生長環(huán)境有關(guān)。在初始pH值為10、初始細菌數(shù)為6.55×10<'7>cells／

4、mL的Ch-l菌培養(yǎng)時，將溶液電勢E與細菌數(shù)的對數(shù)值lnN的相關(guān)曲線分兩段來分析，前一段的線性方程為-E=-267.04434+18.83938×lnN，其相關(guān)系數(shù)R為0.99833；后一段的線性方程為-E=-761.03493+43.49322×lnN，其相關(guān)系數(shù)R為0.99715。 (2)Ch-l菌的生長繁殖有適宜的電勢E、pH值，調(diào)控外加電勢可以增強或抑制細菌的生長及活性。通過外控電勢改變Ch-l菌的生長環(huán)境，考察

5、了細菌生長及Cr(Ⅵ)還原情況，初始pH值為10時，負電勢0mV～-900mV范圍內(nèi)Ch-l菌的生長正常，而正電勢400mV以上對Ch-l菌的生長有抑制作用；在-800mV～+200mV的電勢范圍內(nèi)，Ch-1菌還原六價鉻的能力得到提高，在此范圍外其能力受到抑制。 (3)考察了不同初始pH值條件下不同外控電勢對Ch-1菌的生長及還原堿性介質(zhì)中Cr(Ⅵ)能力的影響，首次繪制出30℃時Ch-1菌的生長及活動區(qū)域圖，且用計算機C

6、語言程序?qū)ζ溥M行定量描述，并與“鉻—水”系E—pH圖相結(jié)合，構(gòu)建了“Ch-1菌-Cr-水”系E-pH圖，從熱力學角度分析了Ch-1菌將堿性介質(zhì)中Cr(Ⅵ)還原成Cr(OH)<,3>的可能性，為Ch-1菌治理鉻渣提供了理論指導。 (4)采用循環(huán)伏安曲線探明了“Ch-1菌-Cr(Ⅵ)-水”體系的電化學行為，體系中的電極反應為不可逆過程，陰極掃描時產(chǎn)生的Cr(Ⅲ)具有較高的穩(wěn)定性，不會被重新氧化為Cr(Ⅵ)，這為Ch-1菌解毒