細菌解毒鉻渣過程動力學(xué)研究.pdf

1、鉻渣是鉻鹽及鐵合金等行業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的有毒廢渣，鉻渣中的Cr(VI)被列為對人體危害最大的8種化學(xué)物質(zhì)之一，是國際公認的3種致癌金屬物之一，同時也是美國EPA公認的129種重點污染物之一。我們的前期研究已經(jīng)成功分離出一株還原堿性介質(zhì)高濃度Cr(Ⅵ)的短桿狀細菌，經(jīng)鑒定為無色細菌屬桿狀菌(Achromobacter sp．)，將其命名為Ch-1菌，并研發(fā)了細菌還原Cr(Ⅵ)的新工藝，建立了擴試工程，解毒后達到國家危險廢物浸出毒性標準(

2、GB5085-1996)。 然而對于Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的反應(yīng)動力學(xué)過程，培養(yǎng)基成分之一的NaCl溶解鉻酸鈣的動力學(xué)過程，Cr(Ⅵ)在酸性環(huán)境下的選擇性溶出過程，以及細菌浸出鉻渣前后Cr(Ⅵ)擴散系數(shù)D的變化過程還缺乏深刻認識。因此，本研究通過對上述過程作以全面考察，建立了細菌解毒鉻渣各個過程的動力學(xué)方程，確定了各因素對細菌解毒鉻渣速度的影響程度，并采用電化學(xué)方法測定出細菌解毒鉻渣前后Cr(Ⅵ)在鉻渣球團中的擴散系數(shù)，從理

3、論上證明了本工藝的先進性，并為實施鉻污染治理工程提供重要的理論依據(jù)。 研究獲得了如下創(chuàng)新性成果： (1)Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的反應(yīng)為零級反應(yīng)，初始pH值為8～10時，Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的反應(yīng)速率基本相同，pH<8和pH>10時，反應(yīng)速率逐漸減小。隨細菌接種量減少，反應(yīng)速率減小，反應(yīng)表觀活化能增大。細菌接種量分別為50﹪、30﹪、20﹪、10﹪、5﹪時對應(yīng)的動力學(xué)方程式分別為：v=57.5211，1，=51.

4、6306，v=45.9764，y=24.0025，v=7.3265，其表觀活化能分別為6.89kJ/mol、14.75kJ/mol、19.24kJ/mol、33.54 kJ/mol、72.52 kJ/mol。得到了按細菌接種量劃分的Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的反應(yīng)控制區(qū)域圖，Cr(Ⅵ)的細菌還原反應(yīng)逐漸由內(nèi)擴散控制區(qū)轉(zhuǎn)入化學(xué)反應(yīng)控制區(qū)。優(yōu)化了Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的最佳工藝條件：溫度30℃，pH值10，細菌接種量20﹪。 (2

5、)鉻渣NaCl浸出的動力學(xué)方程為：v=3.38×10<'-7><,CNaCl><'0.26>。pH值增大，K不斷增大，CaCrO<,4>溶解率增加，溶解速率加快。振蕩速度增大，K不斷增大，CaCrO<,4>溶解速率增大。鉻渣NaCl浸出反應(yīng)表觀活化能為34.24kJ/mol，Cr(Ⅵ)浸出速率受溫度影響較大，K與溫度關(guān)系式為：K(T)=exp(13.71-4117.9/T)。 (3)鉻渣HCl浸出過程的數(shù)學(xué)模型為：v=1.86

6、76t<'-0.54>。浸出速率v，隨時間t呈=0.54級指數(shù)衰減，即隨浸出時間增加，浸出速度逐漸減小；浸出過程數(shù)學(xué)模型表明：要提高浸出率及浸出速率，流速和溫度應(yīng)盡量大，鉻渣粒度應(yīng)小。HCl選擇性浸出鉻渣所確定的最佳實驗條件為：pH=3，液固比5：1，流速180mL/min，溫度40℃。在最佳條件下，浸出率較大，HCl消耗量較小。 (4)六價鉻在鉛電極上還原為三價鉻的電位約為-0.5V(vs.SCE)。細菌解毒鉻渣后Cr(VI