利用坚强芽孢杆菌降低垃圾焚烧飞灰浸出毒性的方法与流程

本发明涉及了一种降低垃圾焚烧飞灰浸出毒性的方法，尤其是涉及一种利用坚强芽孢杆菌降低垃圾焚烧飞灰浸出毒性的方法。
背景技术：
：我国生活垃圾焚烧量呈快速增长趋势，截止2015年底，日产量接近1万吨。垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧的产物，含有多种重金属及二噁英等毒物且浸出毒性较大，属于危险废物，被列入《国家危险废物名录》(编号HW18)。《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)规定：焚烧飞灰安全填埋处置前必须进行无害化处理。目前焚烧飞灰无害化处理的方法主要有固化处理、热处理、化学处理法等。固化处理是通过水泥等固化材料的胶凝作用降低飞灰渗透性和重金属迁移率，达到无害化处理的目的。固化处理工艺简单，成本较低，但增容大，并易受酸性介质浸蚀。热处理法是将飞灰加热到1400℃左右熔融后，再通过冷却程序使熔渣固化，实现重金属的稳定化。热处理法不增容，其缺点是处理成本高。化学处理法是在飞灰中添加化学螯合药剂，通过化学反应使重金属以沉淀或絮凝形式存在，从而达到降低浸出毒性的目的。化学处理法不增容，重金属鳌合后稳定性高，其缺点是螯合剂的普遍适用性差。国内外研究者采用产脲酶微生物对含有某种重金属污染的土壤进行修复研究。FujitaY等利用巴氏芽孢杆菌修复被Sr污染的土壤；王瑞兴利用巴氏生孢八叠球菌修复被Cu污染的土壤。而采用微生物处理生活垃圾焚烧飞灰重金属的研究未见报道。由于焚烧飞灰中含有多种重金属及有机毒物、浸出毒性强、浸出液呈强碱性，而微生物的生存、繁殖及产脲酶等生理活动依赖于外部生存环境，因此寻找一种能够在飞灰环境中具有良好的生存和繁殖能力、良好的产酶能力、且脲酶具有良好活性能力的微生物是解决该技术的关键。坚强芽孢杆菌(Bacillusfirmus)是一种产脲酶单细胞微生物，呈球状或卵圆形，直径为1～2μm，长为2～3μm，具有少数鞭毛运动，能在15～37℃、有氧/厌氧等环境中生长，无毒性，分布于各类土壤和岩石溶洞中。我们研究发现坚强芽孢杆菌在飞灰环境中(多种重金属及有机毒物、浸出毒性强、浸出液呈强碱性)仍具有良好的生存、繁殖和产脲酶特点，当其作用于垃圾焚烧飞灰时，通过矿化作用可使垃圾焚烧飞灰中的重金属转化成不溶盐，通过沉淀、包裹等作用降低重金属的浸出毒性。技术实现要素：为了解决我国现有垃圾焚烧飞灰重金属浸出毒性高及处理处置方面的技术难题，本发明目的在于提供一种利用坚强芽孢杆菌降低垃圾焚烧飞灰浸出毒性的方法，利用坚强芽孢杆菌产脲酶、无毒性和能够耐受飞灰环境的特点及垃圾焚烧飞灰富含钙离子和浸出液呈碱性的特点，只需向垃圾焚烧飞灰中添加坚强芽孢杆菌菌液和尿素溶液，即可降低垃圾焚烧飞灰的重金属浸出毒性。本发明采用的技术方案包括如下步骤：步骤1)配制培养基：将蛋白胨、酵母膏、氯化钠以3～7：1～5：15～30的质量比置于相比蛋白胨200质量倍量的蒸馏水中配制培养基，在121℃高温，0.15MPa高压下，灭菌15～20min后，将坚强芽孢杆菌接种至培养基中，然后在20～35℃和180～240r/min摇床上进行振荡培养24～48h，至菌液完全浑浊，培养基中菌种的OD600值为1.00～2.00；步骤2)将步骤1)中配制得到的菌液和垃圾焚烧飞灰按液固比为200～400mL：1000g比例混合搅拌均匀，平铺于耐腐蚀性平面上，静置8～16h；步骤3)将步骤2)中得到的垃圾焚烧飞灰平铺层上喷淋0.5～1.5mol/L尿素溶液，尿素溶液与垃圾焚烧飞灰液固比为200～400mL：1kg，3～7d后，即得到垃圾焚烧飞灰重金属浸出毒性明显降低。步骤1)中所述坚强芽孢杆菌由自然界土壤中分离得到或市售得到。步骤2)中所述垃圾焚烧飞灰，为炉排炉焚烧工艺产生的垃圾焚烧飞灰或硫化床焚烧工艺产生的垃圾焚烧飞灰。步骤2)中所述垃圾焚烧飞灰平铺于耐腐蚀性平面上的层厚度为1～3cm。步骤3)中所述喷淋速率为40～120mL/min。步骤3)中作业温度为15℃～35℃。本发明利用坚强芽孢杆菌酶解介质中的尿素(NH2-CO-NH2)产生碳酸根离子(CO32-)与飞灰中Ca、Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Ni等重金属离子结合生成不溶的碳酸盐沉淀，沉淀物包裹吸附在垃圾焚烧飞灰颗粒表面，起到降低垃圾焚烧飞灰中重金属浸出毒性的效果。本发明具有的有益效果是：1、利用坚强芽孢杆菌的矿化作用可有效降低垃圾焚烧飞灰重金属的浸出毒性，重金属浸出降低率的平均值达50％～72％。2、利用垃圾焚烧飞灰中富含内源钙及呈碱性的特性，只需向垃圾焚烧飞灰中添加一定浓度的坚强芽孢杆菌菌液和尿素溶液即可较大幅度降低重金属浸出毒性，处理费用低，工艺简单。3、采用坚强芽孢杆菌处理垃圾焚烧飞灰技术与水泥固化和化学药剂螯合相比，具有环境友好性。4、所用坚强芽孢杆菌具有良好的环境适应性，对炉排炉和流化床两种焚烧飞灰均具有较好的重金属稳定效果。附图说明图1是本发明实施例1处理后垃圾焚烧飞灰(炉排炉)重金属浸出降低率。图2是本发明实施例2处理后垃圾焚烧飞灰(流化床)重金属浸出降低率。图3是本发明实施例3处理后垃圾焚烧飞灰(炉排炉)重金属浸出降低率。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。实施例1步骤1)于中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)购置坚强芽孢杆菌菌种；步骤2)配制培养基培养基成分如表1所示，在121℃高温，0.15MPa高压，灭菌20min，静置至常温。表1培养基成分组成质量/g作用蛋白胨5.0生长因子肉浸膏3.0营养物质氯化钠20.0无机盐蒸馏水1000.0提供水分、生长环境步骤3)细菌培养及菌液浓度测量在超净台上将步骤1)菌种按1％(v/v)接种量接种至装有培养基的三角瓶中，在30℃温度和220r/min摇床上振荡培养46h。菌液浓度用OD600值来表示，其值采用紫外分光光度计来测量。取步骤2)1mL经摇床经摇床培养好的菌液，并立即注射到培养管中。每次取样2μL至紫外分光光度计测量其OD600值，本实施例菌种的OD600值具体是1.82，然后进行下一步骤。步骤4)将步骤3)配制得到的菌液取525mL和1500g炉排炉焚烧工艺产生的垃圾焚烧飞灰混合搅拌均匀，铺于PVC平底容器中，平铺层厚度为1.0cm，静置16h后进行下一步骤。步骤5)在步骤4)中得到的垃圾焚烧飞灰平铺层上均匀喷淋1.5mol/L尿素溶液，喷淋采用压力喷壶(2L)，喷淋速率为40mL/min，作业温度为32℃～35℃，5d后即获得重金属浸出率降低的的垃圾焚烧飞灰。步骤6)浸出毒性测试分别取处理前后的垃圾焚烧飞灰，自然风干，按《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJT299-2007)进行浸出液的制取，按《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)对浸出液做重金属含量测试。重金属浸出降低率如图1所示。实施例2步骤1)于中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)购置坚强芽孢杆菌菌种；步骤2)配制培养基培养基成分如表2所示，在121℃高温，0.15MPa高压，灭菌15min，静置至常温。表2培养基成分组成质量/g作用蛋白胨3.0生长因子肉浸膏1.0营养物质氯化钠15.0无机盐蒸馏水600.0提供水分、生长环境步骤3)细菌培养及菌液浓度测量在超净台上将步骤1)菌种按1％(v/v)接种量接种至装有培养基的三角瓶中，在20℃温度和240r/min摇床上振荡培养24h。菌液浓度用OD600值来表示，其值采用紫外分光光度计来测量。取步骤2)1mL经摇床经摇床培养好的菌液，并立即注射到培养管中。每次取样2μL至紫外分光光度计测量其OD600值，本实施例菌种的OD600值具体是1.19，然后进行下一步骤。步骤4)将步骤2)配制得到的菌液取300mL和1500g流化床焚烧工艺产生的垃圾焚烧飞灰混合搅拌均匀，铺于PVC平底容器中，平铺层厚度为3.0cm，静置8h后进行下一步骤。步骤5)在步骤4)中得到的垃圾焚烧飞灰平铺层上均匀喷淋1.0mol/L尿素溶液，喷淋采用压力喷壶(2L)，喷淋速率为120mL/min，作业温度为15℃～17℃，3d后即获得重金属浸出率降低的的垃圾焚烧飞灰。步骤6)浸出毒性测试分别取处理前后的垃圾焚烧飞灰，自然风干，按《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJT299-2007)进行浸出液的制取，按《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)对浸出液做重金属含量测试。重金属浸出降低率如图2所示(Cr和Cd含量属于痕量级)。实施例3步骤1)于中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)购置坚强芽孢杆菌样品；步骤2)配制培养基培养基成分如表3所示，在121℃高温，0.15MPa高压，灭菌20min，静置至常温。表3培养基成分组成质量/g作用蛋白胨7.0生长因子肉浸膏5.0营养物质氯化钠30.0无机盐蒸馏水1400.0提供水分、生长环境步骤3)细菌培养及菌液浓度测量在超净台上将步骤1)菌种按1％(v/v)接种量接种至装有培养基的三角瓶中，在35℃温度和180r/min摇床上振荡培养48h。菌液浓度用OD600值来表示，其值采用紫外分光光度计来测量。取步骤2)1mL经摇床经摇床培养好的菌液，并立即注射到培养管中。每次取样2μL至紫外分光光度计测量其OD600值，本实施例菌种的OD600值具体是1.68，然后进行下一步骤。步骤4)将步骤2)配制得到的菌液取600mL和1500g炉排炉焚烧工艺产生的垃圾焚烧飞灰混合搅拌均匀，铺于PVC平底容器中，平铺层厚度为1.0cm，静置12h后进行下一步骤。步骤5)在步骤4)中得到的垃圾焚烧飞灰平铺层上均匀喷淋0.5mol/L尿素溶液，喷淋采用压力喷壶(2L)，喷淋速率为80mL/min，作业温度为26℃～28℃，7d后即获得重金属浸出率降低的的垃圾焚烧飞灰。步骤6)浸出毒性测试分别取处理前后的垃圾焚烧飞灰，自然风干，按《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJT299-2007)进行浸出液的制取，按《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)对浸出液做重金属含量测试。重金属浸出降低率如图3所示。当前第1页1 2 3