本發(fā)明屬于微生物學領域和材料科學領域的交叉科學技術，涉及一種基于弱酸加速微生物礦化堿性廢棄物制備建材制品的微生物方法。
背景技術：
：近年來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢棄物逐年增長，如果不采取合理的方式對這些固體廢棄物進行綜合利用，必然將會對社會環(huán)境造成許多危害，諸如占用土地，污染空氣，浪費資源等。固體廢棄物資源化利用最廣泛、有效途徑之一便是用于建筑材料，固體廢棄物主要的活性礦物組成為C2S、C3S、C4AF和RO相(Mg、Fe、Mn等的氧化物所形成的固熔體)等，與水泥組分相近，但使用固體廢棄物制備建筑材料還存在水化速率慢，安定性較差等問題。堿性固體廢棄物在反應初期的溶解階段，溶出離子速率決定礦化反應的速率。堿性固體廢棄物加水后，開始溶解，形成堿性的溶液。在堿性體系中，堿性固體廢棄物溶解相對緩慢，而且隨著溶解和反應的進行，溶解度會越來越小。將反應體系中加入適量的酸，中和體系中的部分堿，降低液相的堿度，有利于冶金工業(yè)渣的溶解，提供比高堿性體系更多的水化反應物，增加了冶金工業(yè)渣的早期水化。弱酸的加入明顯提高廢棄物中鈣離子的溶出，當弱酸濃度提高后，Ca的最大浸出率也有所提高，這表明廢渣物相中堿度較高的游離CaO和MgO在較短時間內(nèi)浸出中和大量的弱酸，之后廢渣物相中鈣鎂硅酸鹽類與弱酸發(fā)生浸出反應。這表明可以通過弱酸的加入來提高廢渣中鈣、鎂等離子的浸出率。微生物礦化誘導技術是模仿了自然界中CO2的礦物吸收過程，即CO2與含有堿性或堿土金屬氧化物的礦石反應，生成永久的、更為穩(wěn)定的碳酸鹽這樣一系列過程。但在自然界中，礦石碳酸化過程是自然發(fā)生的，過程非常緩慢。為了加速這一過程，從自然界中提取出某種微生物，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應條件，加速其的酶化作用，再人為得提高CO2的濃度，其分泌的碳酸酐酶理論上可以加快水合反應速度約107倍，顯著提升CO2的吸收效率和吸收速率，并且其分泌物也具有一定的膠凝性，從而達到微生物的高效固碳。該技術一項利用廢棄物、節(jié)約資源和能源的先進技術，是處理固體廢棄物的有效方法，不僅可以解決工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出固體廢棄物的污染，也可在一定程度上緩解所引起的溫室效應具有處理時間短，并且工藝簡單，投資少，不會產(chǎn)生二次污染，具有較高的經(jīng)濟與社會效益。技術實現(xiàn)要素：技術問題：本發(fā)明提供一種基于弱酸加速微生物礦化堿性廢棄物制備建材制品的微生物方法，此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。技術方案：本發(fā)明基于弱酸加速微生物礦化堿性廢棄物制備建材制品的微生物方法，包括以下步驟：1).將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至相應的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備菌體濃度為106～107個/mL的濃縮菌液；2).將固體廢棄物倒入攪拌鍋中，向攪拌鍋內(nèi)加入所述的濃縮菌液、弱酸溶液與水，繼續(xù)攪拌至均勻，加入砂后繼續(xù)攪拌均勻，將攪拌均勻漿體倒入模具中振搗成型；3).成型后，將試件置于相對濕度為60％±3％，溫度為20℃±2℃的環(huán)境中養(yǎng)護，1天后脫模，將脫模后試樣放入養(yǎng)護裝置中，在相對濕度為70％±3％，0.3MPa壓力CO2下養(yǎng)護4-6小時。所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、2wt％弱酸溶液、菌液、水按質(zhì)量比為1∶2～3∶0.2～0.3∶0.2～0.3∶0.1～0.2制備。所述弱酸溶液為醋酸溶液。所述膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液與弱酸溶液添加入固體廢棄物體系中，醋酸會加速該體系的水化與碳化速率，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生成，碳酸鈣含量也有明顯的提高，得到碳化后固體廢棄物建材制品的強度與耐久性都有明顯的提高。醋酸的加入加速了鋼渣中離子的溶出速率，提高微生物礦化反應速率，同時弱酸的加入，降低了反應體系的堿性，提高了礦化微生物的反應活性，進一步提高了微生物礦化反應的速率。醋酸的加入明顯提高廢棄物中鈣離子的溶出，渣物相中堿度較高的游離CaO和MgO在較短時間內(nèi)浸出中和大量的弱酸，之后廢渣物相中鈣鎂硅酸鹽類與醋酸發(fā)生浸出反應。在一定二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉化CO2為碳酸根，與固廢與激發(fā)劑體系中的Ca2+成CaCO3，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升提高。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：1、醋酸的加入明顯提高廢棄物中鈣離子的溶出，渣物相中堿度較高的游離CaO和MgO在較短時間內(nèi)浸出中和大量的醋酸，之后廢渣物相中鈣鎂硅酸鹽類與醋酸發(fā)生浸出反應。在一定二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉化CO2為碳酸根，與固廢與激發(fā)劑體系中的Ca2+生成CaCO3，同時微生物礦化生成的CaCO3在含有激發(fā)劑的體系中，能促進水化硅酸鈣與水化碳鋁酸鈣的形成，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升提高。2、本發(fā)明采用的微生物方法，具有高效、簡化養(yǎng)護條件，經(jīng)濟環(huán)保等特點，形成的礦物性質(zhì)穩(wěn)定、耐久性強，過程中產(chǎn)生的二氧化碳可有效捕獲利用，減緩溫室效應。附圖說明圖1是不同濃度弱酸對鋼渣鈣離子溶出率影響，圖2是不同濃度弱酸溶液對微生物礦化鋼渣膠凝材料強度影響圖，圖3是弱酸加速微生物礦化與微生物礦化鋼渣膠凝材料TG對比圖，圖4是弱酸加速微生物礦化與微生物礦化鋼渣膠凝材料孔結構對比圖，圖5是摻加2％醋酸微生物礦化微觀形貌圖，圖6是微生物礦化微觀形貌圖。具體實施方式本發(fā)明所采用的膠質(zhì)芽孢桿菌均來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏中心(保存號：CICC23864)。本發(fā)明基于基于弱酸加速微生物礦化堿性廢棄物制備建材制品的微生物方法，方法步驟如下：1).獲取膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液：將膠質(zhì)芽孢桿菌接種于滅菌后的培養(yǎng)基溶液，每升培養(yǎng)基含有蛋白胨3～7g、牛肉浸取物4～6g，NaCl6～7g、瓊脂16～18g、MgSO40.3～0.7g，并控制pH為7～8，于32～38℃下振蕩培養(yǎng)24h，得到含有膠質(zhì)芽孢桿菌的菌液，在4℃下經(jīng)6000～8000rpm高速離心10～15min后，除去上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為106～107個/mL。2).將一定量固體廢棄物倒入攪拌鍋中，向攪拌鍋內(nèi)加入一定量的濃縮菌液、醋酸溶液與水，繼續(xù)攪拌至均勻，加入砂后繼續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型；3).成型后，將試件置于相對濕度(60％±3％)，溫度(20±2)℃的環(huán)境中養(yǎng)護，1d后脫模，將脫模后試樣放入養(yǎng)護裝置中，在濕度(70％±3％)，一定CO2壓力下養(yǎng)護4h-6h。4).所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、2％醋酸溶液、菌液、水按質(zhì)量比為1∶2～3∶0.2～0.3∶0.2～0.3∶0.1～0.2制備。5).對固體廢棄物制品的各性能進行分析檢測，結果表明，醋酸的加入明顯提高廢棄物中鈣離子的溶出，當醋酸濃度提高后，Ca離子的最大浸出率也有所提高，渣物相中堿度較高的游離CaO和MgO在較短時間內(nèi)浸出中和大量的弱酸，之后廢渣物相中鈣鎂硅酸鹽類與弱酸發(fā)生浸出反應。在一定二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉化CO2為碳酸根，與固廢體系中的Ca2+形成CaCO3固體，廢棄物建材制品的強度到明顯的提升提高。使用改技術制備的固體廢棄物制品有較高強度，無泛堿開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)，碳化后固體廢棄物制品內(nèi)部的碳酸鈣含量增加，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生產(chǎn)，制品內(nèi)部致密程度增加。6).說明書的附圖1、2、3、4分別為添加醋酸對微生物礦化膠凝材料鈣離子溶出速率及強度的影響，采用醋酸加速微生物礦化誘導技術與未添加弱酸的微生物礦化技術制備鋼渣制品形成的水化產(chǎn)物的TG、MIP、SEM圖，由試驗結果可以看出，采用本技術制備的固體廢棄物制品，鈣離子溶出速率明顯提高，材料強度在一定醋酸濃度范圍內(nèi)有明顯的提升，碳酸鈣含量明顯增加，制品內(nèi)部的密實程度明顯提高，此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。實例1：(1)獲取膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液：將膠質(zhì)芽孢桿菌接種于滅菌后的培養(yǎng)基溶液，每升培養(yǎng)基含有蛋白胨7g、牛肉浸取物6g，NaCl7g、瓊脂18g、MgSO40.7g，并控制pH為7～8，于32℃下振蕩培養(yǎng)24h，得到含有膠質(zhì)芽孢桿菌的菌液，在4℃下經(jīng)6000～8000rpm高速離心15min后，除去上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為106～107個/mL。(2)將400g鋼渣倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，向攪拌鍋內(nèi)加入100ml濃縮的菌液與50ml水、與100g的2％醋酸溶液，繼續(xù)攪拌至均勻，加入砂后繼續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型。表1.弱酸加速微生物礦化鋼渣膠凝材料配比/g鋼渣砂水2％醋酸濃縮菌液400120050100100(3)成型后，將試件置于相對濕度(60％±3％)，溫度(20±2)℃的環(huán)境中養(yǎng)護，1d后脫模，將脫模后試樣放入養(yǎng)護裝置中，在濕度(70％±3％)，CO2壓力為0.3MPa條件下養(yǎng)護4h。(4)對鋼渣磚各性能進行分析檢測，結果表明，采用本技術制備的固體廢棄物制品，鈣離子溶出速率明顯提高，材料強度在一定弱酸濃度范圍內(nèi)有明顯的提升，碳酸鈣含量明顯增加，制品內(nèi)部的密實程度明顯提高，此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。使用微生物礦化誘導技術制備的鋼渣磚有較高強度，無泛堿開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)，各項性能均符合國家規(guī)定。當前第1頁1 2 3