一种利用嗜盐芽孢杆菌固化尾矿重金属的方法

本发明涉及环境工程固体废弃物处理领域，具体涉及一种利用嗜盐芽孢杆菌固化尾矿重金属的方法。

背景技术：

随着我国经济的发展，矿产资源的消耗量与日俱增，矿山开采的进度也在逐渐加快，随之而来的是大量的尾矿得不到充分的利用，在降雨、降雪天气，露天的尾矿堆在地表径流的作用下，尾矿中的重金属会淋滤扩散，产生大量的含有毒有害重金属的矿山废水，从而造成严重的二次污染，危害下游的生态安全。

目前主要的尾矿修复方法有分级回填、化学氧化还原、高温煅烧等，这些物理化学方法存在着修复成本高和存在二次污染等问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种利用嗜盐芽孢杆菌固化尾矿重金属的方法，具体的技术方案如下：

一种利用嗜盐芽孢杆菌固化尾矿重金属的方法，所述方法为：将嗜盐芽孢杆菌菌液、胶结液和尾矿按照液固比为0.2-0.4ml/g进行均匀混合，装填进模具中，在20-30℃的条件下养护，待混合物固化成块后，完成对尾矿中重金属的固化过程；

所述嗜盐芽孢杆菌为耐受6‰以上盐度的芽孢杆菌；且所述嗜盐芽孢杆菌菌液、胶结液的比例为1:1。

进一步地，所述胶结液包括尿素和无水氯化钙，两者的浓度均为0.5-1.5mol/l。

进一步地，所述嗜盐芽孢杆菌在固化使用前先进行富集培养，再用灭菌的工业发酵培养基来进行稀释，至od600为0.6-1.0；所述富集培养方法为：将芽孢杆菌接种到灭菌的工业发酵培养基中，在30-40℃、150-200rpm的摇床中培养12小时，得到菌液；所述工业发酵培养基的成分为：糖蜜5g/l、硫酸铵2.5g/l、氯化钠5g/l、碳酸氢钠3g/l、磷酸二氢钾0.25g/l，溶剂为去离子水，ph为6.0-8.0。

进一步地，所述芽孢杆菌优选购自海洋微生物菌种保藏管理中心，菌种资源编号mccc1a02146。

本发明的有益效果如下：

本发明的方法能够完成尾矿中重金属的固化稳定化，最终能对尾矿中的铅、镉和砷的削减率可分别达到97.7％、98.0％和100％。

本发明通过芽孢杆菌在尿素和无水氯化钙同时存在的条件下修复尾矿中的重金属，具有耐高盐、强度提升明显、重金属固化率高、成本低、适用范围广和无二次污染等优点。

附图说明

图1为芽孢杆菌在初始ph为7的培养基中的生长曲线图；

图2为芽孢杆菌在初始ph为6的培养基中的生长曲线图；

图3为芽孢杆菌在初始ph为8的培养基中的生长曲线图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

芽孢杆菌是一种产脲酶菌，产脲酶菌可以分泌脲酶，脲酶水解尿素会形成co3^2-和nh4⁺离子，同时使溶液环境的ph明显升高，在偏碱性的条件下，重金属离子一部分与碳酸根离子结合形成沉淀，另一部分重金属会以共沉淀的形式沉淀。本发明通过将芽孢杆菌菌液与尿素和无水氯化钙组合成的胶结液与尾矿按照一定比例混合，能够完成尾矿中重金属的稳定固化。

实施例1

芽孢杆菌采购自海洋微生物菌种保藏管理中心，菌种资源编号mccc1a02146。将芽孢杆菌接种至工业发酵培养基中。工业发酵培养基组成为：糖蜜5g/l、硫酸铵2.5g/l、氯化钠5g/l、碳酸氢钠3g/l、磷酸二氢钾0.25g/l，溶剂为去离子水，ph为7.0。并在工业发酵培养基中添加不同体积的氯化钠母液，将培养基的盐度调节为6‰，接种芽孢杆菌，在30℃、150rpm的摇床中培养96小时，每隔一定时间进行取样，测量芽孢杆菌的生物量，绘制芽孢杆菌的生长曲线如图1所示。从曲线中可以看出，该芽孢杆菌在8-16h期间呈现对数生长。因此，该实施例取12h的芽孢杆菌的菌液进行后续的步骤。

取芽孢杆菌的菌液45ml，菌液的生物量为1.0，浓度为1mol/l的胶结液45ml和尾矿300g，胶结液中尿素和无水氯化钙的比例为1:1，在500ml的烧杯中搅拌均匀，然后将混匀后的尾矿浆装填到40×40㎜的圆柱形模具中，在30℃的条件下养护21天，然后进行脱模，得到固化体。

将得到的固化体放置在万能试验机测试位置，利用配套电脑进行测压实验，所得的压力与固化体的受力面积之比为固化体的无侧限抗压强度，经过计算，得到芽孢杆菌固化后的尾矿试块的无侧限抗压强度为0.31mpa。

将得到的固化体研磨成粒径一致的颗粒，按照epa的tclp方法，将其中的浸提剂换成1.2g/l的硫酸钠溶液，其他相同，进行重金属的浸提，结果显示铅、镉和砷的含量分别为0.4320mg/kg、0.0091mg/kg、0mg/kg。

对原始尾矿用tessier的五步连续提取法进行提取，得到可交换态的铅、镉和砷的含量分别为：19.18mg/kg、0.4555mg/kg、9.401mg/kg。

用1与tclp中的重金属浸提含量与原始尾矿五步提取法中可交换态含量的比值作差，表征重金属的固化效率，计算得到铅、镉、砷的固化效率分别为97.8％、98.1％、100％。

实施例2

芽孢杆菌采购自海洋微生物菌种保藏管理中心，菌种资源编号mccc1a02146。将芽孢杆菌接种至工业发酵培养基中。工业发酵培养基组成为：糖蜜5g/l、硫酸铵2.5g/l、氯化钠5g/l、碳酸氢钠3g/l、磷酸二氢钾0.25g/l，溶剂为去离子水，ph为6.0。并在工业发酵培养基中添加不同体积的氯化钠母液，将培养基的盐度调节为6‰，接种芽孢杆菌，在40℃、150rpm的摇床中培养96小时，每隔一定时间进行取样，测量芽孢杆菌的生物量，绘制芽孢杆菌的生长曲线如图2所示。从曲线中可以看出，该芽孢杆菌在8-16h期间呈现对数生长。因此，该实施例取12h的芽孢杆菌的菌液进行后续的步骤。

取芽孢杆菌的菌液30ml，菌液的生物量为0.8，浓度为0.5mol/l的胶结液30ml，300g尾矿，胶结液中尿素和无水氯化钙的比例为1:1，在500ml的烧杯中搅拌均匀，然后将混匀后的尾矿浆装填到40×40㎜的圆柱形模具中，在20℃的条件下养护21天，然后进行脱模，得到固化体。

将得到的固化体放置在万能试验机测试位置，操纵配套电脑进行测压实验，所得的压力与固化体的受力面积之比为固化体的无侧限抗压强度，经过计算，得到芽孢杆菌固化后的尾矿试块的无侧限抗压强度为0.29mpa。

将得到的固化体研磨成粒径一致的颗粒，按照epa的tclp方法，将其中的浸提剂换成1.2g/l的硫酸钠盐溶液，其他相同，进行重金属的浸提，结果显示铅、镉和砷的含量分别为0.5427mg/kg、0.0137mg/kg、0.0152mg/kg。

对原始尾矿用tessier的五步连续提取法进行提取，得到可交换态的铅、镉和砷的含量分别为：19.18mg/kg、0.4555mg/kg、9.401mg/kg。

用1与tclp中的重金属浸提含量与原始尾矿五步提取法中可交换态含量的比值作差，表征重金属的固化效率，计算得到铅、镉、砷的固化效率分别为97.2％、97.1％、99.8％。

实施例3

芽孢杆菌采购自海洋微生物菌种保藏管理中心，菌种资源编号mccc1a02146。将芽孢杆菌接种至工业发酵培养基中。工业发酵培养基组成为：糖蜜5g/l、硫酸铵2.5g/l、氯化钠5g/l、碳酸氢钠3g/l、磷酸二氢钾0.25g/l，溶剂为去离子水，ph为8.0。并在工业发酵培养基中添加不同体积的氯化钠母液，将培养基的盐度调节为6‰，接种芽孢杆菌，在35℃、150rpm的摇床中培养96小时，每隔一定时间进行取样，测量芽孢杆菌的生物量，绘制芽孢杆菌的生长曲线如图3所示。从曲线中可以看出，该芽孢杆菌在8-16h期间呈现对数生长。因此，该实施例取12h的芽孢杆菌的菌液进行后续的步骤。

取芽孢杆菌的菌液60ml，菌液的生物量为0.6，浓度为1.5mol/l的胶结液60ml，300g尾矿，胶结液中尿素和无水氯化钙的比例为1:1，在500ml的烧杯中混合均匀，然后将混匀后的尾矿浆装填到40×40㎜的圆柱形模具中，在25℃的条件下养护21天，然后进行脱模，得到固化体。

将得到的固化体放置在万能试验机测试位置，操纵配套电脑进行测压实验，所得的压力与固化体的受力面积之比为固化体的无侧限抗压强度，经过计算，得到芽孢杆菌固化后的尾矿试块的无侧限抗压强度为0.26mpa。

将得到的固化体研磨成粒径一致的颗粒，按照epa的tclp方法，将其中的浸提剂换成1.2g/l的硫酸钠盐溶液，其他相同，进行重金属的浸提，结果显示铅、镉和砷的含量分别为0.7923mg/kg、0.0253mg/kg、0.0366mg/kg。

对原始尾矿用tessier的五步连续提取法进行提取，得到可交换态的铅、镉和砷的含量分别为：19.18mg/kg、0.4555mg/kg、9.401mg/kg。

用1与tclp中的重金属浸提含量与原始尾矿五步提取法中可交换态含量的比值作差，表征重金属的固化效率，计算得到铅、镉、砷的固化效率分别为97.8％、98.1％、100％。

对比例1

将实施例1中芽孢杆菌菌液去除，其他操作同实施例1，利用万能试验机测定固化体，结果显示固化体的无侧限抗压强度为0.18mpa。

对比例2

将实施例1中胶结液和芽孢杆菌菌液去除，其他操作同实施例1，利用万能试验机测定固化体，结果显示固化体的无侧限抗压强度为0.15mpa。

通过实施例1和对比例1的对比，可以看出，芽孢杆菌的菌液对固化体的无侧限抗压强度的增强具有决定作用；通过实施例1和对比例2的对比，可以看出，胶结液的存在对固化体无侧限抗压强度的增强具有促进作用。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。