鉻渣的微生物“解毒-介囊化”穩(wěn)定化機制研究.pdf

1、鉻鹽和金屬鉻廣泛用于冶金、化工、電鍍、制革、制藥及航空工業(yè)，但金屬鉻和鉻鹽的生產過程中產生的鉻渣，數量大、污染重、治理難度大，已成為一個嚴重的環(huán)境問題。鉻渣的毒性主要來自其中所含六價鉻，其具有強烈的氧化性和致癌性。本論文選育一株鉻還原和礦化復合功能細菌，對鉻渣進行綜合穩(wěn)定化處理，為鉻渣生物解毒和固化處理提供“綠色環(huán)?！钡男滤悸?。
　　本研究從實驗室已有的5株菌株中篩選出兼具脲酶活性和 Cr(VI)還原功能的復合功能菌 Microb

2、acterium laevaniformans GM-1，該菌環(huán)境適應性優(yōu)良，在 pH5~10，鹽度0.5%~1%，15~40℃環(huán)境下均能較好生長。
　　通過模擬礦化正交實驗得知，Ni2+濃度、尿素濃度、環(huán)境pH和培養(yǎng)時間對Ca2+沉淀率（即Microbacterium laevaniformansGM-1礦化作用）影響大小排序為：尿素濃度﹥培養(yǎng)時間﹥pH﹥Ni2+濃度。Microbacterium laevaniformansG

3、M-1礦化功能表現最優(yōu)的培養(yǎng)條件為：50μM Ni2+，60g/L尿素，pH10，培養(yǎng)時間96h。
　　通過Cr(VI)還原搖瓶實驗得知，Microbacterium laevaniformansGM-1可耐受Cr(VI)濃度高達160mg/L。環(huán)境初始條件分別為pH9、尿素濃度10 g/L、Ni2+濃度100μM時，Microbacterium laevaniformansGM-1還原90mg/L Cr(VI)的速率最大，分別為

4、1.88、1.91和1.87mg/L/h。Cr(VI)濃度相同的體系中初始接菌量對細菌生長的影響無明顯規(guī)律，但總體而言，初始接菌量越大，越有利于體系中細菌初期的生長，提高接菌量可在一定程度上增強Microbacterium laevaniformans GM-1還原Cr(VI)的絕對量。
　　利用復合功能菌Microbacterium laevaniformans GM-1對重慶某鉻鹽廠鉻渣，進行實驗室水平的生物解毒實驗得知，鉻渣

5、量10%（W/V），接菌量5%時， Microbacterium laevaniformans GM-1可在120h（5d）內有效解毒鉻渣，六價鉻去除率可達51.08%，鉻渣中可交換態(tài)六價鉻含量從223mg/kg減少到14mg/kg，且在整個解毒過程中，Microbacterium laevaniformansGM-1不斷還原解毒培養(yǎng)基中六價鉻的同時也不斷促進鉻渣中六價鉻的浸出或溶出。通過對解毒前后鉻渣進行XRD分析、 Cr(VI)形態(tài)

6、分析和 SEM-EDS分析，了解到 Microbacterium laevaniformansGM-1解毒鉻渣的過程可能包括吸附作用和溶蝕作用，也可能與礦物相和晶格有關。
　　利用環(huán)境適應性良好的復合功能菌Microbacterium laevaniformans GM-1，制備不同配比（鉻渣：河砂：高嶺土）鉻渣固化體，開展鉻渣的固化穩(wěn)定化研究。通過測試固化體的單軸抗壓強度、Cr(VI)浸出毒性和長期浸出毒性（7d）可知，有菌組固

7、化體強度普遍明顯高于無菌對照組，Cr(VI)浸出濃度和連續(xù)7d浸出量遠低于于無菌對照組。有菌實驗組中，8:1:1實驗組固化體強度最大達0.6851MPa，Cr(VI)浸出毒性最低至24.86mg/L，7d連續(xù)Cr(VI)浸出量始終維持在1.5mg以下。通過對固化體進行熱重分析、NH3-N分析、X射線衍射物相分析、Cr(VI)形態(tài)分析及SEM-EDS分析了解到復合功能菌Microbacterium laevaniformansGM-1對鉻

8、渣的穩(wěn)定化機理包括同時進行的生物“解毒”和生物礦化 CaCO3沉積對鉻渣的“介囊化”作用。
　　通過酶定位實驗可知Microbacterium laevaniformansGM-1還原Cr(VI)的作用方式主要為直接還原作用，還原酶同時存在于胞內和膜上，但主要存在于菌體胞內，胞內粗酶液Cr(VI)還原酶活性為48.19±1.30μM/h/mg protein；膜上Cr(VI)還原酶活性為12.59±3.65μM/h/mg prot

9、ein；有鉻培養(yǎng)可提高菌體六價鉻還原酶活性。Cr(VI)還原酶活影響實驗表明，Microbacterium laevaniformansGM-1菌體胞內六價鉻還原酶最適pH為7.4，最適溫度為30℃；Cu2+、Ni2+、Co2+、Pb2+、Zn2+、Ca2+、Cr3+可增強胞內粗酶六價鉻還原酶活性，1mM對應離子可使酶活性分別增強9.77%、13.94%、3.90%、3.27%、4%、5.33%、6.03%。 Ag+、Hg2+、Mg2+

10、和Ba2+顯著抑制胞內粗酶六價鉻還原酶活性；1mM電子供體NADH、果糖、葡萄糖可使Microbacterium laevaniformans GM-1胞內六價鉻還原酶活性分別增強40.21%、11.15%、4.03%；1mM蛋白變性劑2-巰基乙醇和呼吸抑制劑疊氮化鈉使Microbacterium laevaniformans GM-1菌體胞內六價鉻還原酶活性分別減弱81.64%和75.05%；EDTA對離子的螯合作用不影響鉻還原酶的構