一种加速微生物矿化碱性固体废弃物的方法与流程

本发明属于微生物学领域和材料科学领域的交叉科学技术，涉及一种加速微生物矿化碱性固体废弃物的微生物方法。
背景技术：
：近年来，随着国家经济的快速发展，工业生产过程产生的固体废弃物逐年增长，如果不采取合理的方式对这些固体废弃物进行综合利用，必然将会对社会环境造成许多危害，诸如占用土地，污染空气，浪费资源等。固体废弃物资源化利用最广泛、有效途径之一便是用于建筑材料，碱性固体废弃物主要的活性矿物组成为c2s、c3s、c4af和ro相(mg、fe、mn等的氧化物所形成的固熔体)等，与水泥组分相近，但使用固体废弃物制备建筑材料还存在水化速率慢，安定性较差等问题。微生物矿化诱导技术是模仿了自然界中co2的矿物吸收过程，即co2与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程。但在自然界中，矿石碳酸化过程是自然发生的，过程非常缓慢。为了加速这一过程，从自然界中提取出某种微生物，提供其充分适宜的生存、繁殖和活化反应条件，加速其的酶化作用，再人为得提高co2的浓度，其分泌的碳酸酐酶理论上可以加快水合反应速度约107倍，显著提升co2的吸收效率和吸收速率，并且其分泌物也具有一定的胶凝性，从而达到微生物的高效固碳。锌离子是微生物生成碳酸酐酶的必须离子，锌离子的加入可明显提升微生物生成碳酸酐酶的代谢速率，提升微生物矿化速度。该技术一项利用废弃物、节约资源和能源的先进技术，是处理碱性固体废弃物的有效方法，不仅可以解决工业生产产出固体废弃物的污染，也可在一定程度上缓解所引起的温室效应具有处理时间短，并且工艺简单，投资少，不会产生二次污染，具有较高的经济与社会效益。技术实现要素：技术问题：本发明提供一种加速微生物矿化碱性固体废弃物的方法，此方法具有成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染的优点。技术方案：本发明基于使用锌离子加速微生物矿化碱性固体废弃物的方法，包括以下步骤：步骤1.将碳酸酐酶菌接种至相应的培养基中培养，制备菌体浓度为106～107个/ml的碳酸酐酶菌浓缩菌液；步骤2.将碱性固体废弃物倒入搅拌锅中，向搅拌锅内加入上述的浓缩菌液、锌盐与水，继续搅拌至均匀，加入砂后继续搅拌均匀成浆体，将该浆体倒入模具中振捣成型；步骤3.成型后，将成型的试件置于相对湿度60％±3％，温度20±2℃的环境中养护，1天后脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在相对湿度70％±3％，co2压力为0.2-0.4mpa下养护3-5小时，得到固体废弃物矿化制品强度可达40mpa以上。所述固体废弃物矿化制品，其中碱性固废、砂、菌液、水、锌盐按质量比为1﹕2～3﹕0.2～0.3：0.1～0.2：0.01～0.02制备。所述的锌盐，能加速碳酸酐酶菌的代谢速率，加速微生物矿化过程，提升矿化制品的强度及耐久性能。有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、在二氧化碳压力养护条件下，碳酸酐酶菌吸收、转化co2为碳酸根，与碱性固废反应体系中的ca2+、mg2+等离子反应，同时微生物矿化生成的caco3在含有激发剂的体系中，能促进水化硅酸钙与水化碳铝酸钙的形成。锌离子是微生物生成碳酸酐酶的必须离子，锌离子的加入可明显提升微生物生成碳酸酐酶的代谢速率，提升微生物矿化速度，固体废弃物建材制品的强度到明显的提升提高。2、本发明采用的微生物方法，具有高效、简化养护条件，经济环保等特点，形成的矿物性质稳定、耐久性强，过程中产生的二氧化碳可有效捕获利用，减缓温室效应。附图说明图1使用x射线断层照相获得的灰度信息计算微生物矿化与碳化钢渣胶凝材料碳酸钙的量对比，图2微生物矿化与碳化钢渣胶凝材料孔结构对比图，图3微生物矿化与碳化钢渣胶凝材料tg对比图，图4微生物矿化与碳化钢渣胶凝材料微观形貌对比图。具体实施方式本发明所采用的碳酸酐酶菌均来源于中国工业微生物菌种保藏中心。本发明基于微生物加速矿化碱性固体废弃物的方法，方法步骤如下：(1)获取碳酸酐酶菌浓缩菌液：将碳酸酐酶菌接种于灭菌后的培养基溶液，每升培养基含有蛋白胨3～7g、牛肉浸取物4～6g，nacl6～7g、琼脂16～18g、mgso40.3～0.7g，并控制ph为7～8，于32～38℃下振荡培养24h，得到含有碳酸酐酶菌的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除去上层培养基营养物质后加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为106～107个/ml。(2)将一定量固体废弃物倒入搅拌锅中，向搅拌锅内加入一定量的浓缩菌液、硝酸锌与水，继续搅拌至均匀，加入砂后继续搅拌均匀，将浆体倒入模具中振捣成型；(3)成型后，将试件置于相对湿度(60％±3％)，温度(20±2)℃的环境中养护，1d后脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在湿度(70％±3％)，一定co2压力下养护4h-6h。(4)所述固体废弃物建材制品中固废、砂、菌液、水按质量比为1﹕2～3﹕0.2～0.3：0.1～0.2制备。(5)在一定二氧化碳压力养护条件下，碳酸酐酶菌吸收、转化co2为碳酸根，与碱性固废反应体系中的ca2+、mg2+等离子反应，同时微生物矿化生成的caco3在含有激发剂的体系中，能促进水化硅酸钙与水化碳铝酸钙的形成，固体废弃物建材制品的强度到明显的提升提高。锌离子是微生物生成碳酸酐酶的必须离子，锌离子的加入可明显提升微生物生成碳酸酐酶的代谢速率，提升微生物矿化速度。使用x射线断层照相获得的灰度信息计算锌离子加速微生物矿化与微生物矿化钢渣胶凝材料碳酸钙的量对比可以发现，反应体系中，附图1、2、3、4分别为使用x射线断层照相获得的灰度信息计算锌离子加速微生物矿化与微生物矿化钢渣胶凝材料碳酸钙的量对比、锌离子加速微生物矿化与微生物矿化钢渣胶凝材料孔结构对比、锌离子加速微生物矿化与微生物矿化钢渣胶凝材料tg对比、锌离子加速微生物矿化与微生物矿化钢渣胶凝材料微观形貌对比图由试验结果可以看出，采用锌离子加速微生物矿化技术制备的碱性固体废弃物胶凝材料，碳酸钙含量明显增加，制品内部的密实程度明显提高，对于材料的强度与耐久性有明显的提升。此方法具有成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染的优点。实例：(1)获取碳酸酐酶菌浓缩菌液：将碳酸酐酶菌接种于灭菌后的培养基溶液，每升培养基含有蛋白胨7g、牛肉浸取物6g，nacl7g、琼脂18g、mgso40.7g，并控制ph为7～8，于32℃下振荡培养24h，得到含有碳酸酐酶菌的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心15min后，除去上层培养基营养物质后加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为106～107个/ml。(2)将400g钢渣倒入搅拌锅中搅拌均匀后，向搅拌锅内加入100ml浓缩的菌液与50ml水、5g硝酸锌、继续搅拌至均匀，加入砂后继续搅拌均匀，将浆体倒入模具中振捣成型。表1.锌离子加速微生物矿化钢渣胶凝材料配比/g钢渣砂水浓缩菌液硝酸锌4001200501005(3)成型后，将试件置于相对湿度(60％±3％)，温度(20±2)℃的环境中养护，1d后脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在湿度(70％±3％)，co2压力为0.3mpa条件下养护4h。(4)使用锌离子加速微生物法制备的钢渣胶凝材料有较高强度，无泛碱开裂的现象出现微生物矿化诱导作用后，碳化后砖体内部的碳酸钙含量增加，水化产物中有水化碳铝酸钙的生产，砖内部致密程度增加。此方法具有成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染的优点。当前第1页12