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强化Achromobacter sp.CH-1解毒铬渣的研究

陈丽鹃  
【摘要】: 铬渣是铬化合物生产过程中排出的含有剧毒物质的废渣,其毒性主要来源于其中的六价铬。铬渣解毒主要包括利用还原性物质(如硫酸亚铁等)的湿法化学还原和在高温下与煤粉等反应的干法还原。近年来,利用微生物还原六价铬的生物还原法也得到了长足的发展。但是铬渣是高温烧结的产物,其中的六价铬可分为水溶性Cr(Ⅵ)和酸溶性Cr(Ⅵ)。在硅酸钙—铬酸钙、铁铝酸钙—铬酸钙固溶体中,铬酸钙(CaCrO_4)存在于硅酸钙和铁铝酸钙晶格内,即为酸溶性Cr(Ⅵ)。酸溶性Cr(Ⅵ)不易溶出,且因其钙镁含量高,极易水泥化板结,Cr(Ⅵ)的浸出过程缓慢持久,成为还原解毒过程的限速步骤。因此,在细菌解毒铬渣过程中,强化酸溶性Cr(Ⅵ)的浸出对提高解毒效率非常关键。 本文在前期已经成功分离出一株能有效还原碱性介质中高浓度Cr(Ⅵ)的无色细菌属杆状菌(Achromobacter sp.),命名为CH-1菌,并研发了细菌还原Cr(Ⅵ)、解毒铬渣的新工艺的基础上,拟通过添加表面活性剂来促进铬渣中酸溶性Cr(Ⅵ)的浸出从而强化A.sp.CH-1对铬渣的解毒效果。本文研究了不同表面活性剂对A.sp.CH-1的生长及其解毒铬渣效果的影响,通过表面活性剂的复配优化了浸出体系并对表面活性剂对铬渣解毒过程的影响进行了研究,获得了如下创新性成果: (1)在Cr(Ⅵ)的A.sp.CH-1还原体系中,加入低浓度的表面活性剂,A.sp.CH-1的生长曲线及Cr(Ⅵ)的还原不受影响。表面活性剂存在一个对A.sp.CH-1还原Cr(Ⅵ)的最小抑制浓度,不同表面活性剂的最小抑制浓度不同。阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)毒性较大,对A.sp.CH-1还原Cr(Ⅵ)的最小抑制浓度较小,仅为20mg/L。非离子型表面活性剂吐温类性质较温和,最小抑制浓度可达250mg/L。阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对A.sp.CH-1还原Cr(Ⅵ)的最小抑制浓度介于阳离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂之间,SDS和SDBS的最小抑制浓度分别为100mg/L和200mg/L。 (2)在最小抑制浓度范围内,阴离子表面活性剂SDS,非离子型表面活性剂吐温60、吐温80的加入都能明显地提高A.sp.CH-1解毒铬渣的效果,并使浸出体系的pH值有所降低。在A.sp.CH-1解毒铬渣过程中,SDS、吐温60、吐温80的最佳作用浓度分别为75、200和250mg/L;当其为最佳用量时,铬渣中Cr(Ⅵ)的浸出率分别比原来提高约为8%、9%和11%。表面活性剂的作用在较小的液固比时更加显著,铬渣经细菌解毒后达到了国家危险废物浸出毒性标准(GB5085.3-2007)。但阴离子表面活性剂SDBS、非离子型表面活性剂吐温20以及阳离子表面活性剂DTAB对铬渣的解毒效果提高不明显。 (3)表面活性剂的复配能进一步强化铬渣中Cr(Ⅵ)的浸出,同时复配后加入的表面活性剂总量较单一表面活性剂的用量更少。其中,阴离子型-非离子型复配体系中SDS与吐温80的复配效果最佳,其最佳复配比1:1,在此条件下,铬渣中Cr(Ⅵ)的浸出率在解毒5d后达到61.3%,较不加表面活性剂解毒时Cr(Ⅵ)的浸出率(49.25%)提高了约12%。复配体系中NaCl浓度的增加有利于Cr(Ⅵ)的浸出,但NaCl浓度过高时抑制细菌的生长,浸出率反而下降。 (4)A.sp.CH-1还原Cr(Ⅵ)的反应能用零级反应动力学方程式较好拟合,表面活性剂吐温80的加入能加快Cr(Ⅵ)的还原速率。经细菌解毒后,铬渣中六价铬的扩散系数增大,表面活性剂的加入能使解毒后铬渣中六价铬的扩散系数进一步增大,更利于铬渣内部六价铬的溶出。如加入吐温80解毒后的铬渣中Cr(Ⅵ)扩散系数为7.75×10~(-8)m~2/s,分别高于未加表面活性剂的细菌解毒渣(2.19×10~(-8)m~2/s)以及原渣中Cr(Ⅵ)的扩散系数(1.0×10~(-8)m~2/s)。表面活性剂的加入能提高溶液对铬渣的润湿性;对铬渣的表面形貌及物相组成没有明显影响,但更有利于铬渣中方镁石的浸出。


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