鐵礦石-微生物協(xié)同去除水中Cr(Ⅵ)的研究.pdf

1、采用PRB(Permeable Reactive Barrier，可滲透反應(yīng)墻)技術(shù)修復(fù)受污染地下水或土壤的過(guò)程中，零價(jià)鐵或納米級(jí)零價(jià)鐵會(huì)被逐漸氧化為Fe2O3等含鐵氧化物(類(lèi)似于含鐵礦物)，同時(shí)各種含鐵礦物也在土壤中廣泛存在。本文考察了自然界中常見(jiàn)的鐵礦石----黃鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦和磁黃鐵礦，以及微生物對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除效果，并將鐵礦石和微生物有機(jī)結(jié)合，初步研究了鐵礦石-微生物協(xié)同體系對(duì)水中Cn(Ⅵ)的去除效果及機(jī)理，

2、探討了在納米級(jí)零價(jià)鐵的制備中加入穩(wěn)定劑CMC(羧甲基纖維素)，使制備的納米級(jí)零價(jià)鐵或反應(yīng)后形成的含鐵氧化物高度分散，有效提高對(duì)Cr(Ⅵ)去除能力的情況，同時(shí)CMC可為后續(xù)的微生物處理提供碳源。結(jié)果表明：
　　 ⑴黃鐵礦可以有效去除水中的Cr(Ⅵ)，去除效率主要受顆粒大小、投加量、初始pH值和反應(yīng)溫度等影響，水中Cr和SO42-等離子對(duì)Cr((Ⅵ)去除效率影響不大，而H2PO4-的添加會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行。在Cr(Ⅵ)初始濃度為10

3、mg1-1、10～200目黃鐵礦投加量為20 g1-1、室溫的條件下，當(dāng)pH=3.0時(shí)，30 min即反應(yīng)完全；pH=5.5時(shí)，120 min后Cr(Ⅵ)去除率可達(dá)到91.82％，而在pH=9.0時(shí)，反應(yīng)120 min后Cr(VI)的去除率僅為52.73％。在與前述相同的反應(yīng)條件下，當(dāng)pH=5.5時(shí)，黃鐵礦對(duì)Cr(Ⅵ)的去除能力約為1.53 mg Cr(Ⅵ)g-1。在反應(yīng)過(guò)程中，水中的Cr(Ⅵ)主要與黃鐵礦表面的FeS2進(jìn)行反應(yīng)，Cr(

4、Ⅵ)被還原成Cr(Ⅲ)，形成了類(lèi)似Fe3O4結(jié)構(gòu)的Cr2S3和CrS的混合物Cr3S4，及少量的CrO2，并在黃鐵礦表面形成覆蓋層，使黃鐵礦的表面逐漸鈍化而失去反應(yīng)能力。同時(shí)，F(xiàn)eS2中的Fe(Ⅱ)也被氧化為Fe(Ⅲ)，從而失去還原去除Cr(Ⅵ)的能力。
　　 ⑵褐鐵礦也可有效去除水中的Cr(Ⅵ)。褐鐵礦的顆粒大小，投加量和初始pH值對(duì)Cr(Ⅵ)去除效率也有顯著的影響，而溫度對(duì)反應(yīng)的影響不大。水中Cl-和NO3-對(duì)Cr(Ⅵ)去除

5、的影響不大，而MgO的添加在反應(yīng)初期對(duì)反應(yīng)有抑制作用。在反應(yīng)過(guò)程中，水中的Cr(Ⅵ)與褐鐵礦表面的FeS2等反應(yīng)，Cr(Ⅵ)被還原成Cr2S3和CrS的混合物Cr3S4，并產(chǎn)生了部分Cr5Si3，主要沉積在褐鐵礦的表面，使褐鐵礦表面逐漸鈍化并失去反應(yīng)能力.室溫下，當(dāng)pH=5.5時(shí)，100～200目的褐鐵礦對(duì)Cn(Ⅵ)的去除能力約為10.03 mg Cr(Ⅵ)g-1。
　　 ⑶在中性條件下，磁鐵礦去除水中Cr(Ⅵ)的能力較差，赤鐵

6、礦則具有一定的去除能力。在酸性條件下，兩者對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除能力均有提高，磁鐵礦的去除能力提高較為明顯。而磁黃鐵礦在酸性和中性條件下對(duì)Cr(Ⅵ)均具有較好的去除效果，Cr(Ⅵ)還原產(chǎn)物Cr(Ⅲ)主要以FeCr2O4的形式存在于磁黃鐵礦的表面。在堿性條件下，三種鐵礦石的去除能力均較差。
　　 ⑷利用城市污水處理廠厭氧消化池中的污泥接種，加入低濃度含Cr(Ⅵ)廢水進(jìn)行馴化，篩選出對(duì)Cr(Ⅵ)具有較強(qiáng)還原去除能力的微生物，微生物對(duì)

7、Cr(Ⅵ)的去除反應(yīng)為酶促反應(yīng)。乙酸鈉是較為合適的碳源，pH值是影響反應(yīng)的重要因素，在中性條件下，反應(yīng)效果最佳。在短暫的饑餓狀態(tài)下，微生物仍具有還原Cr(Ⅵ)的能力。經(jīng)11 h反應(yīng)后，5 mg l-1的Cr(Ⅵ)廢水濃度印降至0。
　　 ⑸利用鐵礦石-微生物聯(lián)合體系去除水中的Cr(Ⅵ)時(shí)，發(fā)現(xiàn)鐵礦石與微生物之間存在一定的協(xié)同效果，去除能力明顯優(yōu)于兩者單獨(dú)反應(yīng).在使用0.2 g褐鐵礦和2.0 g離心后污泥分別及聯(lián)合去除30 mg

8、l-1 Cr(Ⅵ)時(shí)，78 h后褐鐵礦僅將Cn(Ⅵ)濃度降至29.6 mg l-1，單獨(dú)微生物作用可將Cr(Ⅵ)濃度降至5.07 mg l-1，而兩者聯(lián)合作用下，Cr(Ⅵ)濃度可降至3.68 mg l-1。協(xié)同體系還原去除Cr(Ⅵ)的反應(yīng)主要有三條途徑：一是鐵礦石對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附與還原，二是微生物對(duì)Cr(Ⅵ)的還原降解，三是微生物將鐵礦石表面和液相中的Fe(Ⅲ)還原為Fe(Ⅱ)，并通過(guò)Fe(Ⅱ)間接還原Cr(Ⅵ)。
　　 ⑹利