microbacterium sp.gm-1矿化特性及其生物矿化胶结固化铬渣的实验研究

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1、Microbacteriumsp.GM-1矿化特性及其生物矿化胶结固化铬渣的实验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：伦莉妹指导教师：李东伟教授指导教师：焦斌权教授专业：安全科学与工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一五年十月ResearchontheBio-mineralizationofMicrobacteriumsp.GM-1anditsBio-cementationinChromiumWasteFormAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartia

2、lFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLunLimeiSupervisedbyProf.LiDongweiProf.JiaoBinquanSpecialty:SafetyScienceandEngineeringCollegeofResourcesandEnvironmentalScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要工业化发展带来

3、种种环境问题，其中Cr(VI)污染备受关注。物理、化学法在处理铬渣的实际工程中，要么需要运行大型设备，消耗大量的能量；要么需要添加多种化学试剂，增加了环境污染的风险；生物技术因具有成本低、环境友好等特点受到了关注。本论文选育微杆菌（Microbacteriumsp.GM-1，简称GM-1），在深入了解其生长习性、矿化特性的基础之上，将其引入铬渣固化的过程中，探索生物矿化作用对于铬渣无害化的效果。选育Microbacteriumsp.GM-1，在脲酶活性检验实验的基础上，分析其在含尿素、含铬环境中的适应能力。GM-1在脲

4、酶筛选培养基中的生长引发了尿素氮循环反应，尿素中的N转化至氨中，氨溶于水生成NH+-4和OH。利用“酚红遇碱变红”这一原理，反推尿素水解反应事实，可以充分印证Microbacteriumsp.GM-1机体内脲酶催化尿素水解的能力。Microbacteriumsp.GM-1摇瓶实验中，不同含量（20、40、60、80、100g/L）的尿素溶液被加入到液体培养基中，测定Microbacteriumsp.GM-1的生长曲线；在含有60g/L尿素的环境中，Microbacteriumsp.GM-1体现出良好的适应性。重复以上摇

5、瓶实验，加入不同含量的六价铬（0、100、200mg/L和120、140、160、180mg/L），从Microbacteriumsp.GM-1生长曲线判断，当六价铬Cr(VI)离子浓度高于120mg/L时，Microbacteriumsp.GM-1的生长明显受到抑制。在静态模拟Microbacteriumsp.GM-1矿化实验中，将不同浓度的Ni2+（0、100、200μmol/L）添加至基础培养液（NB+20g/L尿素）中，经过摇瓶培养2天后，加入与尿素等摩尔浓度的CaCl2+2水溶液，具有不同Ni浓度的培养液中均

6、发现有白色沉淀物生成。经XRD分析，其主要成分为CaCO2+3。比较沉淀量可知，Ni可以强化Microbacteriumsp.GM-1的矿化作用。设计正交实验，选取4个影响因子，即Ni2+、尿素、pH和培养时间，探索Microbacteriumsp.GM-1矿化作用的优化条件；比较正交实验极差值可知，尿素对Microbacteriumsp.GM-1矿化作用影响最大，其次是培养时间，最后是Ni2+；比较正交实验各组的Ca2+沉淀率可得，当Microbacteriumsp.GM-1在50μmol/LNi2+、60g/L尿素

7、、碱度为10的环境中培养96h时，可以收获最多的矿化产物（CaCO3）。将Microbacteriumsp.GM-1引入铬渣固化过程，探究Microbacteriumsp.GM-1生物矿化作用对于铬渣固化的效果。将铬渣、河砂、高岭土按照一定质量比（8:1:1）混合，压模成型，制成铬渣固化体，模具立体尺寸为2cm×2cm×2cm；在以上混合过程添加最优条件下培养的Microbacteriumsp.GM-1菌液，固液比为7:1（m/v），I重庆大学硕士学位论文中文摘要并设置无菌组，两组实验试件均放置在室温中进行为期28天的

8、养护，每隔7d在其表面对应喷洒营养液（或水）。养护完成后，对固化体分别进行热重分析、六价铬化学形态分析、强度测试、六价铬浸出毒性实验。热重分析结果显示，有菌组样品在600～700℃温度区间质量突减，正是碳酸钙热分解温度，表明固化体中增加了碳酸钙这一物质，侧面验证了Microbacteriumsp.GM-1在铬渣固化过程中成功发生了