一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法技术

本发明专利技术公开了一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，属于环境工程领域的废水处理技术。在含铁硫化矿的铬还原过程中引入嗜酸铁硫氧化细菌，并在黄铁矿表面附着形成生物膜，能够有效消除黄铁矿表面的钝化层，克服了纯化学反应治理原料利用效率低下的问题，而且能够极大地加快还原反应动力学，黄铁矿基本能够达到完全利用。铬还原后能够和体系中的铁离子和硫酸根形成黄钾铁矾，施氏矿物等沉淀，过滤分离，即可去除体系中三价铬离子。此还原治理方式适应范围广，场地要求低，运行周期长，具有大规模工业化运用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法
本专利技术属于环境工程废水处理领域，具体涉及一种铁硫氧化嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化铁矿的铬还原方法。
技术介绍
铬盐是主要的无机盐产品之一，广泛应用于国民生产各部门中，包括电镀、鞣革、印染、颜料、氧化剂、医药、催化剂及金属缓蚀剂等方面，至少应用于10％的商品中。伴随铬制品相关工业的发展，含铬废水非充分处理排放对土壤、地下水和工农业生产造成了不可忽视的危害，铬是对人体危害最大的八种化学物质之一，同时也是国际公认的三种致癌金属物之一，会引起肝损伤，溃疡，呼吸过敏和呼吸道癌病变。当前的铬污染主要有两种治理思路，一是将铬从被污染土壤中直接清除，第二种是改变铬在土壤中的存在形态，即将毒性强的六价铬转化为三价铬，降低其迁移能力和生物毒害性。具体治理方法有化学清洗法、电修复法、物理固定法、离子交换法、吸附剂法和生物修复法。应用最广的是化学还原法，其原理是利用化学还原剂将六价铬还原为三价铬，形成难溶的化合物，并将其去除，常用的还原剂有硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等。但目前的传统还原药剂用量大、价格较高、处理工艺复杂，而微生物还原修复处理效率低，时间长，处理成本较高，在一定程度上也限制了其大规模工业化应用。含铁硫化矿物在铬还原治理中已经得到工业化运用，但铬还原过程中会在硫铁矿物表面形成钝化层抑制还原过程，造成还原底物利用率不高，利用时间短，还原效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统技术中的不足，提供一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，此方法可以大幅度提高底物利用效率和还原率。本专利技术的技术方案概述如下：一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，包括以下步骤：(1)嗜酸铁硫氧化细菌的驯化和培养：在添加有1wt％-10wt％的硫酸亚铁，硫粉，硫代硫酸钠，黄铁矿或磁黄铁矿的9K培养基中对嗜酸铁硫氧化细菌进行驯化培养；(2)将步骤(1)中培养的嗜酸铁硫氧化细菌接入含水的含铁硫化矿浆中，并对其进行预处理，直至体系pH降低至1.0以下，生物膜在矿物表面形成；(3)在含铁硫化矿物和嗜酸细菌共同体系中投加Cr(VI)溶液；(4)对步骤(3)过程中形成的铬沉淀物进行过滤分离，废液进行铬铁沉淀，过滤分离。所述的嗜酸铁硫氧化细菌包括具有铁或硫氧化能力的各型嗜酸常温菌，中温菌、高温菌或它们的组合。各型嗜酸常温菌，中温菌、高温菌包括：Acidithiobacillusferrooxidans,Leptospirillumferrooxidans，Leptospirillumferriphilum,Acidithiobacillusthiooxidans，Sulfobacillusthermosulfidooxidans、Acidithiobacilluscaldus或sulfolobusmetallicus。上述方法中是将所述的嗜酸铁硫氧化细菌培养至对数生长后期再加入矿浆中。上述方法步骤(2)中将细菌接入含有50-400目含铁硫化矿物的矿浆中，体系中含铁硫化矿固含率为1％-20％。上述方法步骤(2)中将细菌接入矿浆中浓度范围为1×106-1×108/mL。上述方法步骤(3)中六价铬废液的投加量需根据体系中亚铁离子和还原态硫，以及铁硫矿物表面还原位点总量决定，其投加量以不使细菌衰亡为标准进行控制，同时还原体系中通过添加硫粉或硫酸调节pH不超过2。上述方法步骤(4)中废液通过投加氧化钙调节pH值至7-9，进行铬铁沉淀。上述方法铬还原反应在小型摇瓶，搅拌反应器，气升式反应器，柱浸反应器或原位喷淋体系中进行。上述方法铬还原反应中定期向还原体系中添加9K培养基溶液促进细菌的生长。本专利技术嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，具体包括以下步骤：(1)嗜酸铁硫氧化细菌的驯化和培养：在(NH4)2SO43.0g/L、KC10.1g/L、K2HPO40.5g/L、MgSO40.5g/L、Ca(NO3)20.01g/L的9K培养基中对嗜酸铁硫氧化细菌进行培养，其培养初始能源底物为含有还原性铁和硫的矿物，如硫酸亚铁，硫粉，硫代硫酸钠，黄铁矿，磁黄铁矿等；硫酸亚铁，硫粉或黄铁矿，培养初始pH1-2.5，温度25-40℃，摇床转速170-200rpm，培养到对数生长后期，在此工艺中使用的嗜酸铁硫氧化细菌包括铁或硫氧化能力的各型嗜酸常温菌，中温菌和高温菌和以及混菌组合；(2)将步骤(1)中培养的铁硫氧化细菌固液分离进行收集，并将其接种入50-400目的含铁硫化矿物中，接种后菌种浓度为1×106-1×108/mL，体系硫铁化矿含固率为1％-20％，并对其进行预氧化处理，直至体系pH降低至1.0以下，生物膜在矿物表面基本形成，此还原工艺运行场所包括小型摇瓶，搅拌反应器，柱浸反应器，气升式反应器或原位喷淋体系；(3)在含铁硫化矿物和嗜酸细菌共同体系中分批投加Cr(VI)溶液，六价铬废液的投加量需根据体系中亚铁离子和还原态硫，以及铁硫矿物表面还原位点总量决定，其投加量以不使细菌衰亡为标准进行控制；(4)当体系pH高于2.0时即通过添加不同比例的硫粉或硫酸进行pH调节，使其降低至1.5以下，从经济的角度出发，当Cr(VI)废液投加量低于体系总体积1％时即结束还原治理进程；(5)处理过程中可定期向还原体系中添加9K培养基溶液促进细菌的生长；(6)用过滤方法对过程中形成的铬沉淀物进行分离，废液通过投加氧化钙调节pH值至7-9，进行铬铁沉淀，并进行二次过滤分离。本专利技术的优势如下：本专利技术公开的一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法具有以下优点：采用黄铁矿作为还原底物，其具有原料储存量巨大，价格低廉，同时其组成元素还原态铁和硫都具有六价铬还原能力的优势。本专利技术在还原体系中引入嗜酸铁硫氧化细菌在黄铁矿表面形成生物膜后能够高效去除黄铁矿表面铬铁硫复合体钝化层，使得还原过程高效进行，克服了纯化学反应治理原料利用效率低下的问题，而且能够极大地加快还原反应动力学，黄铁矿基本能够达到完全利用，铬还原后能够和体系中的铁离子和硫酸根形成黄钾铁矾，施氏矿物物质沉淀，易过滤分离。此还原治理适应范围极广，场地要求低，能够实现大规模工业化运用。附图说明：图1为本专利技术中铬废水处理过程中黄铁矿表面形成的生物膜；图2为本专利技术中铬废水处理过程中形成的含铬黄钾铁矾类次生矿物；图3为本专利技术实施例1中六价铬溶液投加量图；硫粉和黄铁矿比例为2.0g:0g，1.5g:0.5g，1g:1g；0.5g:1.5g，0g:2g比例下1000mg/LCr(VI)投加量示意图，前期每个处理每天投加一毫升，后期每次投加两毫升，当前一天投加反应完全后即再次投加，整个反应过程持续100多天；图4为铬还原后滤液和生石灰处理后溶液；图5为柱式还原反应器。具体实施方式以下实施例或实施方式旨在进一步说明本专利技术，而不是对本专利技术的限定。以下实施例1和2均以人工配制的1000mg/L重铬酸钾溶液进行治理。实施例1：本实例所述方法主要包括以下步骤：1)将Acidithiobacillusferrooxidans在含有10g/L硫粉的9K培养基中进行扩大培养，其初始pH值为2.0，培养温度30℃，至其进入对数培养期进行过滤固液分离，菌液通过12000rpm10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)嗜酸铁硫氧化细菌的驯化和培养：在添加有1wt％‑10wt％的硫酸亚铁，硫粉，硫代硫酸钠，黄铁矿或磁黄铁矿的9K培养基中对嗜酸铁硫氧化细菌进行驯化培养；(2)将步骤(1)中培养的嗜酸铁硫氧化细菌接入含水的含铁硫化矿浆中，并对其进行预处理，直至体系pH降低至1.0以下，生物膜在矿物表面形成；(3)在含铁硫化矿物和嗜酸细菌共同体系中投加Cr(VI)溶液；(4)对步骤(3)过程中形成的铬沉淀物进行过滤分离，废液进行铬铁沉淀，过滤分离。

【技术特征摘要】
1.一种嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)嗜酸铁硫氧化细菌的驯化和培养：在添加有1wt％-10wt％的硫酸亚铁，硫粉，硫代硫酸钠，黄铁矿或磁黄铁矿的9K培养基中对嗜酸铁硫氧化细菌进行驯化培养；(2)将步骤(1)中培养的嗜酸铁硫氧化细菌接入含水的含铁硫化矿浆中，并对其进行预处理，直至体系pH降低至1.0以下，生物膜在矿物表面形成；(3)在含铁硫化矿物和嗜酸细菌共同体系中投加Cr(VI)溶液；(4)对步骤(3)过程中形成的铬沉淀物进行过滤分离，废液进行铬铁沉淀，过滤分离。2.根据权利要求1所述的嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，其特征在于，所述的嗜酸铁硫氧化细菌包括具有铁或硫氧化能力的各型嗜酸常温菌，中温菌、高温菌或它们的组合。3.根据权利要求2所述的嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，其特征在于，各型嗜酸常温菌，中温菌、高温菌包括：嗜酸氧化亚铁硫杆菌，氧化亚铁钩端螺旋菌，嗜铁钩端螺旋菌，嗜酸氧化硫硫杆菌，嗜热硫氧化硫化杆菌，喜温嗜酸硫杆菌或金属硫化叶菌。4.根据权利要求1或2或3所述的嗜酸细菌作用下的基于含铁硫化矿的铬还原方法，其特征在于，将所述的嗜酸铁硫氧化细菌培养至对数生长后期再...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建裕，甘敏，宋子博，周双，揭诗琪，刘新星，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43