細(xì)菌解毒鉻渣過(guò)程動(dòng)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(guò)程中排放的有毒廢渣，鉻渣中的Cr(VI)被列為對(duì)人體危害最大的8種化學(xué)物質(zhì)之一，是國(guó)際公認(rèn)的3種致癌金屬物之一，同時(shí)也是美國(guó)EPA公認(rèn)的129種重點(diǎn)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(xì)菌，經(jīng)鑒定為無(wú)色細(xì)菌屬桿狀菌(Achromobacter sp．)，將其命名為Ch-1菌，并研發(fā)了細(xì)菌還原Cr(Ⅵ)的新工藝，建立了擴(kuò)試工程，解毒后達(dá)到國(guó)家危險(xiǎn)廢物浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)(

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

3、論上證明了本工藝的先進(jìn)性，并為實(shí)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(jí)反應(yīng)，初始pH值為8～10時(shí)，Ch-1菌還原Cr(Ⅵ)的反應(yīng)速率基本相同，pH<8和pH>10時(shí)，反應(yīng)速率逐漸減小。隨細(xì)菌接種量減少，反應(yīng)速率減小，反應(yīng)表觀活化能增大。細(xì)菌接種量分別為50﹪、30﹪、20﹪、10﹪、5﹪時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)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(xì)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(xì)菌還原反應(yīng)逐漸由內(nèi)擴(kuò)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(xì)菌接種量20﹪。 (2

5、)鉻渣NaCl浸出的動(dòng)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(guò)程的數(shù)學(xué)模型為：v=1.86

6、76t<'-0.54>。浸出速率v，隨時(shí)間t呈=0.54級(jí)指數(shù)衰減，即隨浸出時(shí)間增加，浸出速度逐漸減??；浸出過(guò)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(shí)驗(yàn)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(jià)鉻在鉛電極上還原為三價(jià)鉻的電位約為-0.5V(vs.SCE)。細(xì)菌解毒鉻渣后Cr(VI