一种基于微生物制备的煤炭运输用抑尘剂及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微生物学领域和环境保护领域的交叉科学技术，涉及一种新型煤炭运 输用微生物抑尘剂的制备及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 中国是产煤大国，煤炭运输总量的70%需要靠铁路运输。其中2005年仅大秦铁路 一条线路就运送超过2亿吨煤炭，而2014年这个数字已经为4亿吨，为当年设计能力的4 倍。而煤炭进行长距离运输时，为了装卸方便通常使用无盖车厢。根据我国现有散装货运 列车时速一般为70km/h推算，煤矿粉需要在经受19. 4m/s(无风条件下）的风速侵蚀，不仅 损耗巨大（平均一节C70型号车厢损失It煤炭）也严重污染了运输路线及其周边的环境。
[0003] 目前，煤炭铁路运输主要采用洒水与有机抑尘剂喷洒两种方式抑尘。仅洒水抑尘 的时间有限同时效果并不明显，当水分蒸发后再承受高速风蚀，会导致煤炭再次处于无限 制状态，被吹出车厢造成损失和污染。使用有机抑尘剂喷洒对煤炭进行抑尘时，其抑尘时间 不可调，且抑尘成本相对较贵，有部分抑尘剂的生产过程会污染环境，且使用到多种组分增 加使用难度，同时带来自动化上的不便利性，实际得到推广应用的并不多见。
[0004] 本发明为一种基于微生物制备的新型煤炭运输用抑尘剂，具有抑尘时间可调、经 济性良好和环境友好等特性。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明的目的是提供一种基于微生物制备的煤炭运输用抑尘剂及其使 用方法。达到减低煤炭运输过程中损失的作用，煤炭风蚀率降低效果好，处理过程中仅有微 生物产生的碳酸酐酶吸收大气中的C02，同时通过调节钙离子浓度来改变抑尘时间。
[0006] 技术方案：本发明的基于微生物制备的煤炭运输用抑尘剂由浓缩菌液和钙离子溶 液两组分组成，所述浓缩菌液的菌种为胶质芽孢杆菌，该浓缩液浓度在lO^lOUcells/mL 之间，所述钙离子溶液为可溶性钙盐溶液，钙离子浓度为〇.lmol/L~2mol/L，胶质芽孢杆 菌浓缩菌液与可溶性钙盐溶液的体积配比为1:10~1. 5:10。
[0007] 本发明的基于微生物制备的煤炭运输用抑尘剂的使用方法为：将胶质芽孢杆菌与 可溶性钙盐溶液按配比均匀混合后向煤炭的上表面均匀喷洒，处理表面积为lm2的煤炭，所 需的抑尘剂用量为2. 5~4L，根据运输所需时间可通过增加钙离子溶液浓度以适应抑尘时 间。
[0008] 为反应运输环境下处理煤炭后受温度和风速的影响，将经微生物抑尘剂处理后的 煤炭放置于大气条件下4h，处理温度40°C~50°C进行烘干，然后进行抗风蚀和耐久性试 验。试验结果表明，经抑尘剂处理后的煤炭表面有明显的固结层，固结层光滑平整，抗风蚀 性强，并具有良好的耐久性。
[0009] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0010] 1、胶质芽孢杆菌生长繁殖过程中产出胞外多糖组分，随菌液一起浓缩，在与钙盐 混合后喷洒会形成具有胶结能力的物质，达到固结煤炭表层飞尘的作用，固结效果好，且无 有任何有毒有害气体产生，具有优异的环境友好性。
[0011] 2、与传统的抑尘技术相比，本发明的抑尘剂中的胶质芽孢杆菌代谢产生的碳酸酐 酶，碳酸酐酶能捕获空气中C02，促进C02的水合作用，在Ca2+存在的条件下，与胞外多糖共 同形成具有胶结能力的物质，提供更优良的抗风蚀性能与耐久性，且抑尘时间可调，从而获 得较好的经济性。
[0012] 3、抑尘效果明显，与洒水抑尘相比，抗风蚀性能大大提高，从试验结果来看，在 20m/s风洞测试下的损失率在0. 5%左右，多种温度环境下抗老化性能较好，分析其较好的 耐久性源于抑尘剂的两种固结机理共同作用，适用范围更加广阔。
[0013] 4、微生物抑尘耐水性较好，模拟雨水冲蚀循环，经过3次冲蚀循环后，质量损失率 在1 %以下，煤炭表层仍能够保持固结状态，有效阻碍了煤尘的迀移，而仅洒水处理的煤炭 表层经过1次循环后即被完全冲蚀。
【附图说明】
[0014] 图1为洒水处理和基准钙离子浓度（0. 5mol/L)下微生物抑尘剂处理后的煤炭不 同时间（〇~8h)后的风蚀率（风速30m/s时间5min)变化曲线；
[0015] 图2为洒水处理和微生物抑尘剂处理后的煤炭冲蚀循环次数与质量损失率的关 系；
[0016] 图3为不同钙离子用量（0. 1~1.Omol/L)微生物抑尘剂处理后的煤炭不同时间 后的风蚀率变化曲线。
【具体实施方式】
[0017] 本发明所用细菌为胶质芽孢杆菌（Bacillusmucilaginous)，能代谢产生胞外多 糖与碳酸酐酶。
[0018] 本发明基于微生物制备的新型抑尘剂及其使用方法，方法步骤如下：
[0019] (1)获取胶质芽孢杆菌（Bacillusmucilaginous)菌液：将胶质芽孢杆菌 (Bacillusmucilaginous)菌株湿细胞接种于灭菌后的培养基溶液，每升培养基含有鹿糖 7 ~13g、Na2HP04 · 12H201 ~4g、MgS040 . 3 ~0· 7g、CaC030. 5 ~1. 5g、KC1 0· 1 ~0· 3g、 (NH4)2S040 . 2~0· 6g、酵母提取物0· 1~1. 0g，并控制pH为7~8,于30~37°C下振荡培 养，待达到细菌生长稳定期且具有一定剪切粘度（〇.〇l〇Pa*s附近）时停止培养，胶质芽孢 杆菌（Bacillusmucilaginous)的菌液浓度为109~10Wcells/mL，最后进行浓缩，浓缩至 菌液浓度为101°~10ncells/mL，；
[0020] (2)钙源选取：钙源选用可溶性钙盐溶液，如：CaCl2、0&~03等，保证钙离子浓度为 0· 1 ~2. 0mol/L;
[0021] (3)将胶质芽孢杆菌浓缩菌液与可溶性钙盐溶液均匀混合制成微生物抑尘剂，胶 质芽孢杆菌菌液和可溶性钙盐溶液的配比为1:10~1. 5:10 ;
[0022] (4)选取10目~30目的煤样，在烘箱中50°C的条件下烘300min，除去水分。取适 当量的煤盛放于（300mmX210_X30mm)搪瓷托盘，使煤层表面与托盘平齐，并分别进行称 重，其中煤的质量为％。将托盘中按比例喷洒抑尘剂，在烘箱中50°C的条件下烘120min之 后放入风洞中，煤层表面风速为30m/s的条件下进行5min的吹蚀，然后进行称重，剩余煤的 质量为w2。然后按下列公式计算样品风蚀率：
[0023]
[0024] 式中：
[0025] E--样品风蚀率；
[0026] Wl--吹蚀前煤的质量；
[0027] w2--吹蚀后煤的质量。
[0028] (5)实验需要做两组样品的风蚀率并取其平均值。
[0029] 图1显示洒水处理和微生物抑尘剂处理后的煤炭风蚀量随时间变化的情况，可 看出：洒水处理的风蚀量已较微生物抑尘大，4h后两组别差距进一步拉大，8h后洒水抑尘 组风蚀量总量为412. 7g，微生物抑尘组风蚀总量为7. 6g，相比于洒水处理（8h总风蚀率 21. 80% )，采用微生物抑尘剂的抑尘效果更好（8h总风蚀率0. 41 % )，分析其较好的抗风蚀 性能源于微生物抑尘剂的胞外多糖胶粘作用以及碳酸酐酶诱导碳酸钙沉积固结的双重作 用。
[0030] (6)为反应实际环境下处理后的煤炭受雨水蚀的影响：微生物抑尘剂处理后耐久 性主要为雨水循环冲蚀后是否还能保持固结状态，模拟雨水冲刷，流量为3L/min，冲入角 度为30°，每次循环