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铬盐和金属铬广泛用于冶金、化工、电镀、制革、制药及航空工业,但金属铬和铬盐的生产过程中产生的铬渣,数量大、污染重、治理难度大,已成为一个严重的环境问题。铬渣的毒性主要来自其中所含六价铬,其具有强烈的氧化性和致癌性。本论文选育一株铬还原和矿化复合功能细菌,对铬渣进行综合稳定化处理,为铬渣生物解毒和固化处理提供“绿色环保”的新思路。本研究从实验室已有的5株菌株中筛选出兼具脲酶活性和Cr(VI)还原功能的复合功能菌Microbacterium laevaniformans GM-1,该菌环境适应性优良,在pH5~10,盐度0.5%~1%,15~40℃环境下均能较好生长。通过模拟矿化正交实验得知,Ni2+浓度、尿素浓度、环境pH和培养时间对Ca2+沉淀率(即Microbacterium laevaniformansGM-1矿化作用)影响大小排序为:尿素浓度﹥培养时间﹥pH﹥Ni2+浓度。Microbacterium laevaniformansGM-1矿化功能表现最优的培养条件为:50μM Ni2+,60g/L尿素,pH 10,培养时间96h。通过Cr(VI)还原摇瓶实验得知,Microbacterium laevaniformansGM-1可耐受Cr(VI)浓度高达160mg/L。环境初始条件分别为pH 9、尿素浓度10 g/L、Ni2+浓度100μM时,Microbacterium laevaniformansGM-1还原90mg/L Cr(VI)的速率最大,分别为1.88、1.91和1.87mg/L/h。Cr(VI)浓度相同的体系中初始接菌量对细菌生长的影响无明显规律,但总体而言,初始接菌量越大,越有利于体系中细菌初期的生长,提高接菌量可在一定程度上增强Microbacterium laevaniformans GM-1还原Cr(VI)的绝对量。利用复合功能菌Microbacterium laevaniformans GM-1对重庆某铬盐厂铬渣,进行实验室水平的生物解毒实验得知,铬渣量10%(W/V),接菌量5%时,Microbacterium laevaniformans GM-1可在120h(5d)内有效解毒铬渣,六价铬去除率可达51.08%,铬渣中可交换态六价铬含量从223mg/kg减少到14mg/kg,且在整个解毒过程中,Microbacterium laevaniformansGM-1不断还原解毒培养基中六价铬的同时也不断促进铬渣中六价铬的浸出或溶出。通过对解毒前后铬渣进行XRD分析、Cr(VI)形态分析和SEM-EDS分析,了解到Microbacterium laevaniformansGM-1解毒铬渣的过程可能包括吸附作用和溶蚀作用,也可能与矿物相和晶格有关。利用环境适应性良好的复合功能菌Microbacterium laevaniformans GM-1,制备不同配比(铬渣:河砂:高岭土)铬渣固化体,开展铬渣的固化稳定化研究。通过测试固化体的单轴抗压强度、Cr(VI)浸出毒性和长期浸出毒性(7d)可知,有菌组固化体强度普遍明显高于无菌对照组,Cr(VI)浸出浓度和连续7d浸出量远低于于无菌对照组。有菌实验组中,8:1:1实验组固化体强度最大达0.6851MPa,Cr(VI)浸出毒性最低至24.86mg/L,7d连续Cr(VI)浸出量始终维持在1.5mg以下。通过对固化体进行热重分析、NH3-N分析、X射线衍射物相分析、Cr(VI)形态分析及SEM-EDS分析了解到复合功能菌Microbacterium laevaniformansGM-1对铬渣的稳定化机理包括同时进行的生物“解毒”和生物矿化CaCO3沉积对铬渣的“介囊化”作用。通过酶定位实验可知Microbacterium laevaniformansGM-1还原Cr(VI)的作用方式主要为直接还原作用,还原酶同时存在于胞内和膜上,但主要存在于菌体胞内,胞内粗酶液Cr(VI)还原酶活性为48.19±1.30μM/h/mg protein;膜上Cr(VI)还原酶活性为12.59±3.65μM/h/mg protein;有铬培养可提高菌体六价铬还原酶活性。Cr(VI)还原酶活影响实验表明,Microbacterium laevaniformansGM-1菌体胞内六价铬还原酶最适pH为7.4,最适温度为30℃;Cu2+、Ni2+、Co2+、Pb2+、Zn2+、Ca2+、Cr3+可增强胞内粗酶六价铬还原酶活性,1mM对应离子可使酶活性分别增强9.77%、13.94%、3.90%、3.27%、4%、5.33%、6.03%。Ag+、Hg2+、Mg2+和Ba2+显著抑制胞内粗酶六价铬还原酶活性;1mM电子供体NADH、果糖、葡萄糖可使Microbacterium laevaniformans GM-1胞内六价铬还原酶活性分别增强40.21%、11.15%、4.03%;1mM蛋白变性剂2-巯基乙醇和呼吸抑制剂叠氮化钠使Microbacterium laevaniformans GM-1菌体胞内六价铬还原酶活性分别减弱81.64%和75.05%;EDTA对离子的螯合作用不影响铬还原酶的构成及其活性。