一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法
【专利摘要】本发明涉及一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，该方法利用细菌为阿氏芽孢杆菌（ Bacillus asahii ），菌株购买自中国微生物菌种网CCTCC AB 207736，采用NBU液体培养基对菌株进行富集培养，通过菌液分解尿素过程中释放的CO2在碱性环境中诱导环境中的Ca2+形成沉淀，CaCO3形成过程中将重金属镶嵌在其晶格中，从而达到固定尾矿中重金属的目的。同时固化后形成的矿渣砖具有与免烧砖相当的强度，实现资源再利用。该方法处理成本低，环境效益好，无二次污染，固化后形成的矿渣砖有一定的再利用价值，可以对多种重金属进行固定。
【专利说明】一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法
【技术领域】：
[0001] 本发明具体涉及一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，是一种尿素分解菌， 通过它诱导碳酸钙沉淀的作用固定尾矿中重金属的方法，属于环境保护领域。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的迅速发展，市场对各种矿石的需求量越来越大，而选矿之后的矿 渣也越来越多。除极少数矿区将矿渣处理和治理得较合理之外，其余大多数随处堆放。堆积 矿渣的场所，因缺乏有效的污染控制方法和防渗措施，每逢刮风天气，沙尘四起，遇到暴雨， 泥沙倾泻而下，侵占农田，污染水源，给当地的生态环境造成了严重的危害。尤其矿渣中的 各类重金属随着雨水的淋溶作用不断溶出，严重污染周边土壤和地下水。如何治理矿渣，有 效控制矿渣中重金属的溶出，是一个亟待深入研宄尽快解决的问题。
[0003] 矿渣中的重金属污染作为环境污染的一个重要类型，它具有许多比其他污染更严 重的问题，如元素毒性大，在环境中不易被代谢，易被生物富集并有生物放大效应等等。针 对矿渣中的重金属污染的溶出原理，国内外学者已经提出了几种从源头控制尾矿重金属污 染的方法，主要包括中和法，杀菌剂法，覆盖隔离法，钝化包膜法等。中和法主要是用CaC0 3、 Ca(OH)JP CaO等碱性物质或碱性矿石废渣来处理；杀菌法的目的是阻止微生物的生物氧 化作用，达到降低Fe3+对硫化矿的氧化，从而减轻重金属污染；覆盖隔离法包括水罩法和 覆盖法，两种方法都是为了阻止硫化矿尾矿不与空气和地面水或地下水接触，从而阻止其 氧化，减轻重金属污染；钝化法是利用化学反应在尾矿颗粒表面形成一层不溶的、惰性的和 致密的膜，从而使氧气和其他氧化剂无法侵袭尾矿。以上控制方法均有一定的局限，存在 因环境PH的改变而再次释放、对环境条件有所限制、不能大规模使用、处理成本高、预处理 困难、存在二次污染等问题。重金属的固定和释放与环境的pH值密切相关，酸性环境促使 重金属从尾矿中溶出，为此通过添加碱性物质提高环境的PH值，达到控制重金属污染的目 的，收到了一定的效果。但如果遇到合适的环境条件，重金属将再次溶出污染环境。因此从 尾矿重金属溶出的机理出发，综合利用物理、化学和生物学手段，寻求高效、廉价、环境友好 的重金属固定技术是从源头上控制尾矿重金属污染的途径。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，该方法利用细 菌为阿氏芽孢杆菌（Bacillus asahii)，菌株购买自中国微生物菌种网CCTCC AB 207736， 采用NBU液体培养基对菌株进行富集培养，通过菌液分解尿素过程中释放的0)2在碱性环 境中诱导环境中的Ca 2+形成沉淀，CaCO 3形成过程中将重金属镶嵌在其晶格中，从而达到固 定尾矿中重金属的目的。同时固化后形成的矿渣砖具有与免烧砖相当的强度，实现资源再 利用。该方法处理成本低，环境效益好，无二次污染，固化后形成的矿渣砖有一定的再利用 价值，可以对多种重金属进行固定。
[0005] 本发明所述的一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，按下列步骤进行：
[0006] a、细菌来源及培养：选取的细菌为阿氏芽孢杆菌（Bacillus asahii)，采用NBU液 体培养基对菌株进行富集培养，其中NBU液体培养基是在NB培养基中添加质量2% -6%的 尿素和20-30mmol/L的CaCl2，在温度25-35°C下震荡培养至菌液浓度为5X 107CFU/ml，震 荡速度为100-150转/分，培养时间24-72小时；
[0007] b、固化处理：将铬渣、沙子和土壤按质量比7-8:1. 5-2. 0:0. 8-1. 2混合，加入 8 % -13 % V/W步骤a中富集培养好的菌液，温度25-35°C下固化3-5周，菌液在利用尿素代 谢过程中，释放二氧化碳同时使环境PH值升高呈碱性，碱性条件下促使二氧化碳与Ca 2+结 合形成碳酸钙沉淀，碳酸钙沉淀过程中将重金属镶嵌在其晶格中，以达到固定尾矿中重金 属。
[0008] 步骤b菌液诱导碳酸钙固定重金属过程中，固化后形成的矿渣砖的强度达到 0· 34-0. 38 兆帕。
[0009] 所述方法中固化尾矿中重金属为单一重金属或多种重金属。
[0010] 本发明所述的一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，该方法中涉及的细菌信 息：分类命名：阿氏芽孢杆菌，拉丁名：BaciIlus asahii，保藏单位和保藏号：中国微生物 菌种网；保藏号：CCTCC AB 207736,地址：北京市朝阳区北三环东路北京北纳创联生物技 术研宄院，购买时间：2013年11月16日。
[0011] 本发明所述的一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，该方法主要优点：综合 利用化学和生物学手段，通过细菌为阿氏芽孢杆菌（Bacillus asahii)在纯培养条件下富 集24-72小时后，在好氧条件下按照8%-13% (V/W)的比例添加至尾矿、沙子和土壤的混 合物，25-35?下固化3-5周的代谢方式，诱导形成碳酸钙沉淀的过程中将重金属镶嵌在其 晶格中，从而起到控制尾矿中重金属污染的目的。该方法处理成本低，环境效益好，无二次 污染，固化后形成的矿渣砖有一定的再利用价值，可以对多种重金属进行固定。
【具体实施方式】
[0012] 本发明方法中所选用的尾矿渣为河南义马市千秋乡梁沟村铬矿渣：
[0013] 细菌来源及培养：选取的细菌为阿氏芽孢杆菌（Bacillus asahii)，菌株来自中国 微生物菌种网（CCTCC AB 207736)，采用NBU培养基对菌株进行富集培养，NBU培养基是在 NB培养基中添加2 % -6 %的尿素和20-30毫摩尔的CaCl2，温度25-35 °C下震荡培养至菌液 浓度为5 X IO7CFU/毫升以上，震荡速度为100-150转/分，时间24-72小时；
[0014] 固化处理：将铬渣、沙子和土壤按质量比7-8:1. 5-2. 0:0. 8-1. 2混合，加入 8% -13% (V/W)富集培养好的菌液，温度25-35°C下固化3-5周，菌液在利用尿素代谢过程 中，释放二氧化碳同时使环境PH值升高呈碱性，碱性条件下促使二氧化碳与Ca 2+结合形成 沉淀，碳酸钙沉淀过程中将重金属镶嵌在其晶格中，以达到固定尾矿中重金属；
[0015] 固化效果分析：通过淋溶实验分析添加菌液的样品中Cr的溶出，结果表明 90% -98%可交换态的Cr可以转化为不易溶出的其他形态，其中以碳酸盐结合态为主，还 有少量的Fe-Mn氧化物结合态，对固化后形成的铬渣砖的强度进行分析，表明其具有与普 通泥砖和免烧砖同样甚至更高的强度，固化后形成的矿渣砖的强度达到0. 34-0. 38兆帕， 具有一定的再利用价值。
[0016] 实施例（以固定Cr为例，采用列表方式）：
【权利要求】
1. 一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，其特征在于按下列步骤进行： a、 细菌来源及培养：选取的细菌为阿氏芽孢杆菌amAii，采用NBU液体培养 基对菌株进行富集培养，其中NBU液体培养基是在NB培养基中添加质量2%-6%的尿素和 20-30mmol/L的CaCl2，在温度25-35°C下震荡培养至菌液浓度为5X107 CFU /mL，震荡速度 为100-150转/分，培养时间24-72小时； b、 固化处理：将铬渣、沙子和土壤按质量比7-8:1. 5-2. 0:0. 8-1. 2混合，加入8%-13% V/W步骤a中富集培养好的菌液，温度25-35°C下固化3-5周，菌液在利用尿素代谢过程中， 释放二氧化碳同时使环境pH值升高呈碱性，碱性条件下促使二氧化碳与Ca2+结合形成碳 酸钙沉淀，碳酸钙沉淀过程中将重金属镶嵌在其晶格中，以达到固定尾矿中重金属。
2. 根据权利要求1所述的细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，其特征在于步骤b菌 液诱导碳酸钙固定重金属过程中，固化后形成的矿渣砖的强度达到〇. 34-0. 38兆帕。
3. 根据权利要求1所述的细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法，其特征在于所述方法 中固化尾矿中重金属为单一重金属或多种重金属。
【文档编号】C04B18/12GK104446329SQ201410650845
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】潘响亮, 李保华, 宋文娟, 张道勇 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所