[发明专利]利用微生物与赤铁矿在光照条件下协同还原六价铬的方法

说明书

本发明公布了一种利用微生物与赤铁矿在光照条件下协同还原六价铬的方法，是在含六价铬的废水中添加赤铁矿和可以进行胞外电子传递的铁还原菌，在光照条件下二者协同还原六价铬。本发明利用天然环境中广泛存在的赤铁矿矿物和胞外呼吸铁还原菌，实现协同利用光能和化学能高效处理铬污染，解决现有方法处理效率较低、光催化材料合成复杂、环境兼容性差、微生物不耐受、处理成本较贵等问题，同时避免了治理过程中的二次污染问题。

技术领域

本发明涉及废水中六价铬的处理技术，具体涉及一种利用环境微生物与赤铁矿矿物协同光催化还原六价铬的方法，属于环境工程水处理领域。

背景技术

铬及其化合物在工业上有着广泛的用途，但在生产和使用过程中易产生有毒害的含铬废渣、废水。随着经济发展，工业生产中铬盐的用量越来越多，铬污染也越来越严重。铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积。六价铬对环境有持久危害性，可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。有报道，通过呼吸空气中含有不同浓度的铬酸酐时有不同程度的沙哑、鼻粘膜萎缩，严重时还可使鼻中隔穿孔和支气管扩张等；经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼；经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹；长期或短期接触或吸入时有致癌危险。水体中的三价铬主要被吸附在固体物质上面而存在于沉积物中，六价铬多溶于水中，而且是稳定的。如何将废水中的六价铬转化为容易沉淀且危害性更小的三价铬，是目前废水铬污染治理的重点。

Xu等利用海藻酸包裹的TiO₂作为光催化材料，加入三价铁离子，发现对六价铬还原具有良好的效果。但是TiO₂的吸收波段非常窄，并且材料合成较为昂贵，由于消耗海藻酸，因此不具有持续还原和维持原有形态的能力(Xu S C,Pan S S,Xu Y,et al.Efficientremoval of Cr(VI)from wastewater under sunlight by Fe(II)-doped TiO₂sphericalshell.[J].Journal of Hazardous Materials,2015,283(283):7-13.)。

Middleton等利用奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)MR-1还原六价铬，发现在低浓度铬时，可以不断添加铬酸，从而多次还原。但是在高浓度时对微生物具有一定的代谢抑制，并且生物还原六价铬速率较慢(Middleton S S,Latmani R B,Mackey M R,etal.Cometabolism of Cr(VI)by Shewanella oneidensis MR-1produces cell-associated reduced chromium and inhibits growth[J].BiotechnologyBioengineering,2003,83(6):627-37.)。

Ye等在酸性条件下，用紫外可激发Fe(III)的有机络合物，达到有机络合物降解，Fe(III)还原；生成的Fe(II)将Cr(VI)转变为Cr(III)。但是该方法需要大量的能耗，不仅需要紫外条件，还要投加很多的有机络合物来作为电子供体(Ye Y,Jiang Z,Xu Z,etal.Efficient removal of Cr(III)-organic complexes from water using UV/Fe(III)system:Negligible Cr(VI)accumulation and mechanism[J].Water Research,2017,126:172.)。

微生物辅助光催化还原反应是指半导体材料受光照激发后，一些可以进行胞外电子传递的微生物或微生物释放的胞外分泌物用来作为半导体材料的空穴捕获剂，而利用光生电子的还原性进行其它物质还原的过程，从而实现生物质能与光能转化为化学能。

发明内容