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

1、鉻渣是鉻鹽行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排放的有毒廢物，其中六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境及人類(lèi)造成嚴(yán)重危害，已成為社會(huì)亟待解決的問(wèn)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(xì)菌，經(jīng)鑒定為無(wú)色細(xì)菌屬桿狀菌，將其命名為Ch-l菌；并成功實(shí)現(xiàn)鉻渣的細(xì)菌解毒工藝，建立了示范性工程，解毒后達(dá)到國(guó)家危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB5085-1996)。 然而，對(duì)該

2、細(xì)菌直接解毒鉻渣的有關(guān)熱力學(xué)參數(shù)、電化學(xué)行為、Cr(Ⅵ)的毒性遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制等關(guān)鍵問(wèn)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(jìn)展。因此，本研究通過(guò)測(cè)定Ch-l菌還原Cr(Ⅵ)過(guò)程不同pH值條件下菌液的電勢(shì)值，依據(jù)細(xì)菌的生長(zhǎng)特性，繪制Ch-l菌生長(zhǎng)活動(dòng)區(qū)域圖，構(gòu)建“Ch-l菌-鉻-水”系E-pH圖，以設(shè)計(jì)細(xì)菌治理鉻渣的工藝參數(shù)，將為提高Ch-l菌對(duì)鉻渣的適應(yīng)性提供理論方法；對(duì)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(guò)程的電化學(xué)行為。取得了如下創(chuàng)新性成果： (1) 溶液電勢(shì)E可以有效表征還原堿性介質(zhì)中Cr(Ⅵ)的Ch-l菌的生長(zhǎng)情況。隨著時(shí)間的增加，溶液電勢(shì)隨著細(xì)菌數(shù)的增加而降低，溶液電勢(shì)E與細(xì)菌數(shù)對(duì)數(shù)lnN呈線(xiàn)性相關(guān)性：-E=a+b·1nN，其中，a表示單位濃度細(xì)胞的電量；b表示細(xì)菌濃度對(duì)電量的影響程度；參數(shù)a、b均與細(xì)菌的種類(lèi)、批量、數(shù)量和細(xì)菌的生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)。在初始pH值為10、初始細(xì)菌數(shù)為6.55×10<'7>cells／

4、mL的Ch-l菌培養(yǎng)時(shí)，將溶液電勢(shì)E與細(xì)菌數(shù)的對(duì)數(shù)值lnN的相關(guān)曲線(xiàn)分兩段來(lái)分析，前一段的線(xiàn)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(xiàn)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(zhǎng)繁殖有適宜的電勢(shì)E、pH值，調(diào)控外加電勢(shì)可以增強(qiáng)或抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)及活性。通過(guò)外控電勢(shì)改變Ch-l菌的生長(zhǎng)環(huán)境，考察

5、了細(xì)菌生長(zhǎng)及Cr(Ⅵ)還原情況，初始pH值為10時(shí)，負(fù)電勢(shì)0mV～-900mV范圍內(nèi)Ch-l菌的生長(zhǎng)正常，而正電勢(shì)400mV以上對(duì)Ch-l菌的生長(zhǎng)有抑制作用；在-800mV～+200mV的電勢(shì)范圍內(nèi)，Ch-1菌還原六價(jià)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(shì)對(duì)Ch-1菌的生長(zhǎng)及還原堿性介質(zhì)中Cr(Ⅵ)能力的影響，首次繪制出30℃時(shí)Ch-1菌的生長(zhǎng)及活動(dòng)區(qū)域圖，且用計(jì)算機(jī)C

6、語(yǔ)言程序?qū)ζ溥M(jìn)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(xué)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(dǎo)。 (4)采用循環(huán)伏安曲線(xiàn)探明了“Ch-1菌-Cr(Ⅵ)-水”體系的電化學(xué)行為，體系中的電極反應(yīng)為不可逆過(guò)程，陰極掃描時(shí)產(chǎn)生的Cr(Ⅲ)具有較高的穩(wěn)定性，不會(huì)被重新氧化為Cr(Ⅵ)，這為Ch-1菌解毒