CN104446329B - 一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种细菌固化尾矿及控制重金属淋溶方法
技术领域：
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
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，是一个亟待深入研究尽快解决的问题。
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CaCO3、Ca(OH)2和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
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。
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：
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℃下震荡培养至菌液浓度为5×107CFU/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℃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。
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。
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。
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：Bacillus 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究院，购买时间：2013年11月16日。
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
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：
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℃下震荡培养至菌液浓度为5×107CFU/毫升以上，震荡速度为100-150转/分，时间24-72小时；
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℃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；
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。
实施例(以固定Cr为例，采用列表方式)：
本发明不限于这些实施例，本发明不限于对尾矿中重金属Cr的固定。

Claims (1)

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35℃下震荡培养至菌液浓度为5×107 CFU /mL，震荡速度为100-150 转/分，培养时间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℃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为单一重金属或多种重金属，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。
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