CN108856248A - 利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法,在好氧条件下,将黄色考克氏菌的菌液与待处理工业有机废物混合,并在菌液中加入尿素以及氯化钙,在20~30℃条件下,固化12~15天,完成含多环芳烃工业有机废物的固化处理;通过产脲酶菌在尿素和氯化钙的条件下生成碳酸钙沉淀以固化胶结含多环芳烃工业有机废物,达到工业有机废物的无害化处理;本发明具有工艺简单、操作方便、效果明显、处理成本低、适用范围广和无二次污染等优点;用本发明方法对含多环芳烃工业有机废物进行固化胶结,所得的固化体抗压强度高,可用作建筑材料。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法,属于环境保护固体废弃物处理技术领域。
(二)背景技术
随着经济和人口的发展,我国工业化的程度不断完善,而工业化的发展,伴随着大量工业固体废物的产生,近几年来我国工业固体废物的排放量在大幅度的上升。一般工业固体废物中主要包含尾矿、粉煤灰、电镀污泥、化工废渣、煤矸石、冶炼废渣、炉渣和脱硫石膏等,工业固体废物中含有不同的有机污染物。根据2014年统计数据显示,我国工业固体废物产生量为32.9亿吨,一般工业固体废物占98.90%,其中综合利用20.4亿吨,库容4.5亿吨,处置能力8亿吨和5940万吨直接排入环境。工业固体废物的污染具有隐蔽性、滞后性和持续性,给环境和人类健康带来巨大危害。目前,大部分工业固体废物在国内多为露天堆放,会对周围环境产生严重的影响,工业固体废物受降雨淋滤作用产生的淋滤液中存在各种有机污染物,会污染地下水环境、土地环境和地表水环境。
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是具有多个稠合苯环结构的一类化合物,主要由生物质及化石燃料的不完全燃烧形成。多环芳烃大部分是无色或淡黄色的结晶,个别具深色,熔点及沸点较高,蒸气压很小,大多不溶于水,易溶于苯类芳香性溶剂中,微溶于其他有机溶剂中,辛醇-水分配系数比较高。多环芳烃在环境中的存在虽然是微量的,但其不断地生成、迁移、转化和降解,并通过呼吸道、皮肤、消化道进入人体,极大地威胁着人类的健康,具有致癌、致畸和致突变效应。
目前,这类含多环芳烃工业有机废物可以通过热处理和植物修复处理技术,热处理技术存在去处效果差、成本高、易造成二次污染的问题,而植物修复方法的问题在于植物很难在高毒性的环境中生存,而且处理时间较长。
黄色考克氏菌是一种产脲酶菌,产脲酶菌可分泌脲酶,脲酶水解尿素会形成CO3 2-和NH4 +离子,同时使环境的pH明显升高,在偏碱性的条件下,当细胞表面作为成核位点时,碳酸钙在细胞表面沉淀,从而达到胶结工业有机废物。目前,已有报道的利用细菌处理含多环芳烃工业有机废物主要是通过微生物的降解能力。但利用产脲酶菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法尚未报道。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法。
本发明利用中国北京北纳生物菌种保存库中购得的一株产脲酶菌——黄色考克氏菌(编号BNCC166157),固化胶结含多环芳烃工业有机废物。在好氧条件下,将黄色考克氏菌的菌液与待处理工业有机废物混合,并在菌液中加入尿素以及氯化钙,在20~30℃条件下,固化12~15天,完成含多环芳烃工业有机废物的固化处理。通过产脲酶菌在尿素和氯化钙的条件下生成碳酸钙沉淀以固化胶结含多环芳烃工业有机废物,达到工业有机废物的无害化处理。
本发明的技术方案如下:
一种利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法,所述方法为:
(1)菌种富集培养
将黄色考克氏菌接种至营养肉汤培养基中,在温度25~35℃下,100~150rpm的摇床中培养8~16h,得到菌液,所得菌液浓度以OD600表示,通过去离子水稀释调节菌液OD600为0.8~1.2,备用;
所述黄色考克氏菌购自中国北京北纳生物菌种保存库,菌种资源编号BNCC166157;
所述营养肉汤培养基的配方为:蛋白胨10g/L、酵母浸粉1.5g/L、牛肉膏1.5g/L、氯化钠5g/L,溶剂为去离子水;
(2)固化过程
在步骤(1)准备好的菌液中加入尿素、氯化钙,然后将含有尿素、氯化钙的菌液加到含多环芳烃工业有机废物中进行固化处理;
所述含有尿素、氯化钙的菌液中,尿素的质量分数为1.5~2.5%,优选2%,氯化钙的浓度为20~30mmol/L,优选25mmol/L;
所述含有尿素、氯化钙的菌液的质量用量为含多环芳烃工业有机废物质量的85~100%;
所述固化处理的温度为20~30℃,时间为12~15天,并且每3~4天向含多环芳烃工业有机废物中补加含有质量分数1.5~2.5%(优选2%)尿素和浓度20~30mmol/L(优选25mmol/L)氯化钙的营养肉汤培养基,每次补加的营养肉汤培养基质量为含多环芳烃工业有机废物质量的20~30%(优选25%);
进一步,在所述含多环芳烃工业有机废物中掺加粉煤灰,掺加了粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物中粉煤灰的含量为0~30%,优选15%。
本发明中,所述含多环芳烃工业有机废物来自化石燃料、有机高分子化合物等在不完全燃烧或在还原性气氛中经热分解而生成的。炼钢工业所排放的废弃物就是本发明中所述的含多环芳烃工业有机废物。
本发明的主要优点:
1、通过黄色考克氏菌在尿素和氯化钙的条件下将工业有机废物中的多环芳烃固定,具有工艺简单、操作方便、效果明显、处理成本低、适用范围广和无二次污染等优点。
2、用本发明方法对含多环芳烃工业有机废物进行固化胶结,所得的固化体抗压强度高,可用作建筑材料。
(四)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例中用到的黄色考克氏菌来源于中国北京北纳生物菌种保存库,编号BNCC166157。
经测定待处理的工业有机废物中多环芳烃在丙酮中的浸出浓度为1.391mg/kg。
实施例1
(1)对黄色考克氏菌进行富集培养
将黄色考克氏菌接种至营养肉汤培养基中,在温度30℃下,于130rpm的摇床中培养过夜(12h),得到菌液,通过去离子水稀释调节菌液OD600为1.0;
营养肉汤培养基的配方为:1L去离子水,10g蛋白胨,1.5g酵母浸粉,1.5g牛肉膏和5g氯化钠。
(2)用黄色考克氏菌固化含多环芳烃工业有机废物
取500mL步骤(1)稀释所得菌液,加入10g尿素、1.388g(12.5mmol)氯化钙,得到含有2%尿素和25mM氯化钙的菌液,然后将50ml该菌液加到50g含多环芳烃工业有机废物中进行固化处理,在25℃下固化12天,并且每3天向含多环芳烃工业有机废物中补加10ml含有2%尿素和25mM氯化钙的营养肉汤培养基,固化结束后得到固化体。
对所得固化体做多环芳烃丙酮浸出实验,结果显示多环芳烃去除率达86.5%。
实施例2
操作步骤同实施例1。不同之处在于,步骤(2)含多环芳烃工业有机废物中掺有不同浓度梯度的粉煤灰5%、15%、30%,结果如下:
掺有5%粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物经固化处理后,对所得固化体做多环芳烃丙酮浸出实验,结果显示多环芳烃去除率达86.8%。
掺有15%粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物经固化处理后,对所得固化体做多环芳烃丙酮浸出实验,结果显示多环芳烃去除率达87.2%。
掺有30%粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物经固化处理后,对所得固化体做多环芳烃丙酮浸出实验,结果显示多环芳烃去除率达87.0%。
对比例
已有文献报道Absorption of polycyclic aromatic hydrocarbons by ahighly absorptive polymeric medium显示结果多环芳烃吸附效率为86±4%,但是吸附处理多环芳烃存在解吸的缺点,并且吸附之后的废物难以处理,另一方面,经济效益较低。
Claims (7)
1.一种利用黄色考克氏菌固化胶结含多环芳烃工业有机废物的方法,其特征在于,所述方法为:
(1)菌种富集培养
将黄色考克氏菌接种至营养肉汤培养基中,在温度25~35℃下,100~150rpm的摇床中培养8~16h,得到菌液,所得菌液浓度以OD600表示,通过去离子水稀释调节菌液OD600为0.8~1.2,备用;
(2)固化过程
在步骤(1)准备好的菌液中加入尿素、氯化钙,然后将含有尿素、氯化钙的菌液加到含多环芳烃工业有机废物中进行固化处理;
所述含有尿素、氯化钙的菌液中,尿素的质量分数为1.5~2.5%,氯化钙的浓度为20~30mmol/L;
所述含有尿素、氯化钙的菌液的质量用量为含多环芳烃工业有机废物质量的85~100%;
所述固化处理的温度为20~30℃,时间为12~15天,并且每3~4天向含多环芳烃工业有机废物中补加含有质量分数1.5~2.5%尿素和浓度20~30mmol/L氯化钙的营养肉汤培养基,每次补加的营养肉汤培养基质量为含多环芳烃工业有机废物质量的20~30%。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述营养肉汤培养基的配方为:蛋白胨10g/L、酵母浸粉1.5g/L、牛肉膏1.5g/L、氯化钠5g/L,溶剂为去离子水。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述含有尿素、氯化钙的菌液中,尿素的质量分数为2%,氯化钙的浓度为25mmol/L。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述向含多环芳烃工业有机废物中补加的营养肉汤培养基含有质量分数2%尿素和浓度25mmol/L氯化钙。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,每次补加的营养肉汤培养基质量为含多环芳烃工业有机废物质量的25%。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述含多环芳烃工业有机废物中掺加粉煤灰,掺加了粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物中粉煤灰的含量为0~30%。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述掺加了粉煤灰的含多环芳烃工业有机废物中粉煤灰的含量为15%。
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