一种基于巴氏芽孢杆菌培养的扬尘抑制剂及使用方法与流程

所属领域

本发明涉及一种扬尘抑制剂技术，属于环境保护和工程施工技术领域。

背景技术：

工程施工现场难以避免产生浮土和灰尘，由于风力、车辆通行等因素，周边扬尘污染较为严重，危害居民及工人身体健康，影响施工区周边动植物生长，破坏生态平衡，造成极坏的社会影响，给国家和企业造成极大的经济损失。通过查阅各类道路施工的环评报告和环保竣工验收报告得知，道路施工现场的扬尘污染较为严重，其中混凝土搅拌、路基平整场地外100m处的总悬浮颗粒物(英文缩写tsp，又称总悬浮微粒，指用标准大容量颗粒采集器在滤膜上收集到的颗粒物的总质量)含量远超过环境空气质量标准二级标准。

我国是世界上大气污染状况比较严重的国家之一，根据国家环境保护总局统计显示，我国城市空气中的主要污染物也已经从二氧化硫、烟尘逐渐转变为悬浮颗粒物，悬浮颗粒物已经成为制约我国城市空气质量的主要因素，是城市大气污染治理的重点。

在空气的tsp中，扬尘的贡献率已达到或超过50％，扬尘颗粒物粒径较小，极易起动飞扬，一旦受到外力作用就可再次进入空气，极难治理。扬尘组分主要是土壤尘，即地壳中硅、钙、铝等元素为其主要组成。医学发现，长期吸入高浓度sio2尘粒，硅肺病的发病率明显增加。扬尘中粒径较大的颗粒物大部分被阻挡在上呼吸道中，而粒径小于10μm的颗粒则能穿过咽喉进入下呼吸道，尤其是粒径小于2.5μm的颗粒更能沉积于肺泡内。扬尘中的pm10、pm2.5颗粒小，比表面积大，因受到各种污染，更易富积大量有害元素如hg、cr、pb、cu、as等，且其易在大气中长期滞留，对空气质量影响和人体健康危害巨大，长期会引起慢性中毒，产生纤维肺甚至恶性肿瘤。另外，空气中的细小颗粒物不但可以降低城市大气能见度，还会造成光化学烟雾、酸雨、气候变暖等环境问题。pm2.5就是导致城市能见度下降的祸首，增加了交通隐患，极易导致交通事故。

目前在城市和工程建设现场道路主要采用洒水抑尘的传统方式，常规的洒水法对2μm扬尘的捕获率仅为1％～28％左右，水分只是润湿扬尘的表面，不能渗透到扬尘内部，导致了水分蒸发快，洒水频率高，造成大量水资源的浪费和人工及设备费用增加。因此国内外部分学者都不断地开发各类抑尘剂来控制道路扬尘污染。

近几年来国内外学者开展了抑尘剂方面的研究，并申请了一批专利，主要有润湿型抑尘剂、粘结型抑尘剂、凝聚型抑尘剂、复合型抑尘剂。但各类抑尘剂都存在一定的缺陷和不足，润湿型、粘结型抑尘剂抑尘效果有限，而且对道路的使用功能存在影响，以高分子有机物为代表的凝聚型抑尘剂，由于缺乏一定的粘结性，容易被交通工具附着带走，而影响使用效果。复合型抑尘剂的制备技术尚不成熟，研发难度较大，试验极易失败。

与此同时，现有的润湿型抑尘剂、粘结型抑尘剂、凝聚型抑尘剂、复合型抑尘剂，由于多数不能在环境中自然降解，所以容易引起环境的恶化和污染。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种反应速度快、作用持续时间长、抗冻耐温、减少二次扬尘的基于巴氏芽孢杆菌培养的环境友好型扬尘抑制剂及使用方法。

技术方案：本发明的一种基于巴氏芽孢杆菌培养的扬尘抑制剂包括以下重量百分比的原料：

所述的巴氏芽孢杆菌溶液的细菌浓度为1.0×10⁸～1.3×10⁸cell/ml，即菌液样品在紫外分光光度计600nm波长处的吸光度值od600在1.400～1.600的范围内。

本发明的基于巴氏芽孢杆菌培养的扬尘抑制剂的使用方法为：先将cacl2和co(nh2)2按照上述重量百分比溶解于水，再加入对应百分比的巴氏芽孢杆菌细菌溶液，快速混合均匀后喷洒在路面、料堆表面；该使用方法为处理1m²的市政道路，所需的用量为1～3l；处理1m²料堆，所需的用量为3～6l，根据效果需要处理喷洒次数为1～3次。

本发明利用粘结、覆盖、生物降解和生物钙化的原理，有效提高了扬尘抑制效果，具有反应速度快、作用持续时间长、抗冻耐温、减少二次扬尘、绿色环保的优点。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

化学抑尘剂一般可以分为润湿型、粘结型、凝聚型和复合型4大类。润湿型化学抑尘剂的有效期比较短，一般为5～10天，如果不重复喷洒，会出现二次扬尘；粘结型化学抑尘剂组分中的多数表面活性剂难以自然降解，固体卤化物易被雨水冲走、存在二次污染，还会腐蚀金属部件和车胎，对环境有一定的污染，且乳化性能较差；凝聚型抑尘剂中的吸湿性无机盐的腐蚀性较强，会损害金属部件以及汽车轮胎，不仅对路边的植物和土壤有危害作用，还会对水泥、石灰等材料有一定的改性甚至危害，高倍吸水树脂凝聚剂制备成本较高、制备难度极大，限制了其广泛使用；复合型抑尘剂多在恶劣、复杂多变的环境下使用，其研究起步较晚，由于乳化、增溶、配位、润湿、离子螯合、接枝共聚等耦合制备技术机理尚不成熟、发展时间较短，导致研发难度较大，试验极易失败。

目前，应用原油、沥青、渣油、卤化物、水玻璃、磺酸盐作为土路和散体堆放场的抑尘剂基料的抑尘技术已得到广泛的应用。尽管这些抑尘剂抑尘效果好，但是其中许多化学物质会对环境造成二次污染，如固体卤化物、(nh4)2so4、木质素衍生物等存在二次污染，又易被雨水冲走，若用于路面还会腐蚀车胎和金属零部件，其组分中许多表面活性剂等物质在自然状态下又难以分解除去。若使用原油、煤渣油、油废渣、生物油渣、沥青等，其润湿渗透力不强且对周围环境也有一定影响。所以，现有的化学抑尘剂都存在着各种各样的缺点，性能上还有待于完善。

本发明的扬尘抑制剂中co(nh2)2可以被生物活性酶分解成nh3和co2，co2可以与ca²⁺反应生成caco3；反应所产生的caco3具有强烈的粘结性能，可以把周边扬尘颗粒粘结到一起形成大颗粒，有效防止了扬尘的泛起，并显著提高地面(土质或水泥质)粉尘的抗辗压性；生成的caco3会形成一层硬壳，覆盖于尘土之上，显著提高了抗风性能以及抗雨淋能力。巴氏芽孢杆菌在30℃的高温环境和5℃的低温环境下的caco3生成量相近，说明抑尘效果受气温的影响很小；在50℃的超高温环境下，生成的caco3是常温下的两倍，抑尘效果更佳。原料中的巴氏芽孢杆菌喷洒后固定在扬尘颗粒中，不会渗透及流失，一段时间后能自行降解，无二次污染，而且原料中并未添加任何污染环境的交联剂、增强剂、分散剂，被生物活性酶降解的co(nh2)2被转化成了气体，使得抑尘剂不会造成对环境的污染。因此应用本发明的抑尘剂更有利于环保。巴氏芽孢杆菌可以不断扩大培养，可以降低实际应用的原料成本。

本发明只需按照加药顺序先后与水混合后喷洒，无需特殊辅助工具，操作简单，实用性强，可用于城市道路、建筑场地、广场建设以及料场等抑尘，不受场地和地点限制。

附图说明

图1为抑尘剂渗透速度测定结果；

图2为抑尘剂抗风性能测定结果；

图3为抑尘剂抑尘效率测定结果；

图4为本发明抑尘剂的使用流程示意图。

具体实施方式

巴氏芽孢杆菌可购于中国普通微生物菌种保藏中心，原料易得廉价，由于购买的菌种以冻干粉的状态真空干燥保藏于安踣瓶内，需要进行细菌活化与繁殖培养，才可用于扬尘控制。

巴氏芽孢杆菌活化：配制好若干固体培养基(固体培养基成分：15g/l酪蛋白胨、5g/l大豆蛋白胨、5g/lnacl、20g/l尿素、20g/l琼脂，ph＝7.3)，经121℃，20min条件下高温蒸汽灭菌后，放入无菌操作台冷却待用。用酒精灯加热安颈瓶上部，然后滴几滴水使之破裂，用灭菌移液枪吸取0.4ml无菌水注入内管中，使冻干粉溶解。然后用灭菌移液枪从内管中平均吸取0.2ml至两个固体培养基，斜面在30℃下静止培养72h后，可以看到有明显乳白色菌落生成，巴氏芽孢杆菌活化成功。

巴氏芽孢杆菌培养：配制好若干液体培养基(液体培养基成分：15g/l酪蛋白胨、5g/l大豆蛋白胨、5g/lnacl、20g/l尿素，ph＝7.3)，将带有菌落的斜面固体培养基向装有液体培养基的三角瓶接种。三角瓶放入30℃，200rpm培养箱内培养48h后，取出发现培养液明显浑浊，放入离心机中以4000g的转速离心20min，移除上清液后，补充新的液体培养基后，摇匀，然后再重复上述步骤一遍；培养成功后的含有巴氏芽孢杆菌的液体培养基还可以向液体培养基接种，重复上述步骤，扩大培养。最后，通过添加适量液体培养基，将菌液样品放入紫外分光光度计中，使其在600nm波长处的吸光度值od600在1.400～1.600的范围内，即细菌浓度为1.0×10⁸～1.3×10⁸cell/ml，与cacl2、co(nh2)2混匀后即可用于道路或料堆喷洒。

本发明抑尘剂的使用方法为：将cacl2、co(nh2)2按照上述重量百分比溶解于水，再加入相应的巴氏芽孢杆菌菌液，快速均匀混合后喷洒在路面、料堆表面；处理1m²的市政道路，所需的用量为1～3l；处理1m²料堆，所需的用量为3～6l，根据效果需要处理喷洒次数为1～3次。

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：

第一步：将co(nh2)2与cacl2投入比例水中进行混合均匀。

第二步：加入巴氏芽孢杆菌细菌溶液。

第三步：快速混合均匀后喷洒在路面、料堆表面。

上述配比的co(nh2)2与cacl2约123kg，加入到0.9m³的水中，搅匀后，再加入约0.1m³的巴氏芽孢杆菌溶液(细菌浓度为1.0×10⁸～1.3×10⁸cell/ml)，快速混匀后对2000m²左右的城市路面进行喷洒，实施结果表明，重量配比为9.00％的巴氏芽孢杆菌溶液、4.20％的co(nh2)2、7.90％的cacl2时，喷洒后7天内的tsp为0.30mg/m³，在环境空气质量标准三级标准以内；重量配比为11.00％的巴氏芽孢杆菌溶液、4.40％的co(nh2)2、8.05％的cacl2时，喷洒后7天内的tsp为0.27mg/m³，在环境空气质量标准三级标准以内；重量配比为10.00％的巴氏芽孢杆菌溶液、4.32％的co(nh2)2、7.99％的cacl2时，喷洒后7天内的tsp为0.26mg/m³，在环境空气质量标准三级标准以内。

为了对比市面上常见的抑尘剂与巴氏芽孢杆菌抑尘剂的效果，选取纯水、cacl2、高分子吸水树脂(sap)这三种典型的抑尘剂为参照，与巴氏芽孢杆菌抑尘剂的应用性能进行对比试验。其中，cacl2抑尘剂浓度为0.24％，sap抑尘剂为0.2％。试验包括抑尘剂的渗透速度、抗风性能、抑尘效率。

实施例2：抑尘剂的渗透速度

首先将一定量的煤粉装入φ×h为20×200mm的试管中，玻璃棒夯实煤粉，使试管中所装煤粉的高度为15cm，然后将其固定在试管架上；最后缓缓加入2ml的抑尘剂溶液，缓慢滴入装有煤粉的玻璃管中，记录溶液在20分钟时间里渗透的深度。在相同的条件下，溶液的渗透速度越快，说明溶液的渗透性越好。

从图1可以看出，sap和巴氏芽孢杆菌抑尘剂在短时间内的渗透深度最大，润湿煤粉的速度较快，说明其润湿性能较强，抑尘剂溶液撒到煤粉上以后，可以很快润湿一定深度的煤粉，更快的发挥抑尘作用。

实施例3：抑尘剂的抗风性能

先称量φ90mm培养皿的质量，将15ml抑尘剂溶液均匀淋在培养皿上，测定其重量；

对抑尘剂进行抗风性实验(用fs40-b3b型midea400mm机械落地扇3档对抑尘剂进行吹风，扇叶的转轴正对培养皿，在培养皿侧面1m处吹风8h)，测定培养皿质量，并按照下面公式求出抗风指数。抗风指数反映出抑尘剂在轻劲风的条件下自身重量损失的多少，抗风指数越大，说明抑尘剂在强风条件下保持水分的能力越强，固化层也不容易被风吹起，有效抑尘的时间更长。抗风指数的计算公式为：

式中，m——抗风指数；

m1——培养皿的质量，g；

m2——培养皿与抑尘剂质量，g；

m3——抗风性实验结束后培养皿与抑尘剂的质量，g。

从图2可以看出，抑尘剂的抗风指数从高到低依次为：巴氏芽孢杆菌＞sap＞cacl2＞纯水。纯水与cacl2几乎不具备抗风能力，在暴风天气下不但水分蒸发快，而且粉尘很容易会被吹起，再次污染大气环境；而sap与脲酶抑尘剂的抗风能力很强，能够有效抵抗强风的影响；抗风能力最强的为脲酶抑尘剂，即使在暴风天气下，仍能保持较强的抗蒸发性能。

实施例4：抑尘剂的抑尘效率

先称量φ90mm培养皿的质量，在培养皿中装入20g煤粉；将15ml抑尘剂溶液均匀地淋在煤粉表面，并测定其质量；对已经覆盖抑尘剂的煤粉进行抗风性实验(用fs40-b3b型midea400mm机械落地扇3档对煤粉表面进行吹风，在煤粉侧面1m处吹风8h)；抗风性实验结束后，对覆盖上抑尘剂的煤粉与培养皿进行称量。抑尘效率反映出抑尘剂在轻劲风的条件下抑制扬尘的能力，抗风效率越高，说明被吹起的扬尘越少，抑尘效果越好。抑尘效率计算公式：

式中，η——抑尘效率，％；

m1——培养皿的质量，g；

n1——添加抑尘剂后煤粉与培养皿的质量，g；

n2——抗风性实验结束后抑尘剂覆盖煤粉与培养皿的质量，g。

从图3可以看出，4种抑尘剂的抑尘效率从高到低依次为：巴氏芽孢杆菌＞sap＞cacl2＞纯净水。其中，巴氏芽孢杆菌抑尘剂的抑尘效率最高，长时间的抗风试验下，抑尘效率可以高达80％；sap其次，抑尘效率也较高，可以达到69％；纯净水、氯化钙的抑尘效率较低，只有60％。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。