CN109047269A

CN109047269A - 利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法

Info

Publication number: CN109047269A
Application number: CN201810630196.0A
Authority: CN
Inventors: 潘响亮; 张世杰; 赵瑶瑶; 祝鹏烽; 李玉
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-12-21

Abstract

本发明提供了一种利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法，在好氧条件下，将科氏葡萄球菌解脲亚种的菌液与待处理工业废渣混合，在菌液中加入尿素以及氯化钙，在20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属钴的工业废渣的固化处理；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定胶结工业废渣中的重金属，达到工业废渣的无害化处理；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；用本发明方法对含重金属钴工业废渣进行固化胶结，所得的固化体抗压强度高，可用作建筑材料。

Description

利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法，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各种重金属：镉、铬、砷、铅、锌、铜、钴、镍等，部分还存在着放射性金属以及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重金属，会污染地下水环境、土地环境和地表水环境。

重金属指比重大于4或5的金属，约有45种。钴是其中一种重金属，在周期表中位于第4周期第VIII族。钴是动物的一种必需的微量金属元素，但它具有潜在毒性，钴过量对人体表现出毒性作用，钴可诱致心肌病。无机钴盐可致骨髓增生过盛，产生红细胞增多症，其机制认为是钴抑制骨髓中的氧化酶并产生组织缺氧而刺激红细胞生成。钴接触还可以发生过敏性皮炎，即使微量也可引起，皮炎很类似于镍皮炎。常见类型为伴有红色丘疹的荨麻疹。钴是硬金属疾病的致病因素，可导致呼吸困难和无痰咳嗽的变态反应性哮喘，偶尔导致有肺水肿的化学性肺炎。

目前，这类含重金属钴的工业固体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重金属毒性的环境中生存，而且处理时间较长。

科氏葡萄球菌解脲亚种是一种产脲酶菌，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，重金属离子一部分与碳酸根离子形成沉淀，另一部分重金属会以共沉淀的形式沉淀。目前，已有报道的利用产脲酶菌处理重金属工艺主要是微生物固化土壤中的重金属。但利用产脲酶菌固化胶结含重金属钴的工业固体废物尚未报道。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法，本发明方法处理得到的固化体稳定性高，重金属浸出量低。

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——科氏葡萄球菌解脲亚种(编号BNCC337537)，固化胶结含重金属钴工业废渣。在好氧条件下，将科氏葡萄球菌解脲亚种的菌液与待处理工业废渣混合，在菌液中加入尿素以及氯化钙，在20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属钴的工业废渣的固化处理。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定胶结工业废渣中的重金属，达到工业废渣的无害化处理。

本发明的技术方案如下：

一种利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法，所述方法为：

(1)菌种富集培养

将科氏葡萄球菌解脲亚种接种至营养肉汤培养基中，在温度25～35℃下，于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；

所述科氏葡萄球菌解脲亚种购自中国北京北纳生物菌种保存库，菌种资源编号BNCC337537；

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重金属钴工业废渣中进行固化处理；

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重金属钴工业废渣质量的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天向含重金属钴工业废渣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重金属钴工业废渣质量的20～30％(优选25％)；

进一步，在所述含重金属钴工业废渣中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的含重金属钴工业废渣中粉煤灰的含量为0～30％，优选15％。

本发明中，所述含重金属钴工业废渣来自金属冶炼过程，所述金属冶炼过程是通过焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来，在这些过程中产生的冶炼废渣就是本发明中所述的含重金属钴工业废渣。

本发明的主要优点：

1、通过科氏葡萄球菌解脲亚种在尿素和氯化钙的条件下将工业废渣中的重金属钴固定沉淀，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、用本发明方法对含重金属钴工业废渣进行固化胶结，所得的固化体抗压强度高，可用作建筑材料。

(四)附图说明

图1：科氏葡萄球菌解脲亚种固化含重金属钴工业废渣效果图。

(五)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。

实施例中用到的科氏葡萄球菌解脲亚种来源于中国北京北纳生物菌种保存库，编号BNCC337537。

含重金属钴工业废渣来自金属冶炼过程中所产生的工业固体废物，经测定含重金属钴工业废渣中初始钴浓度为3047.793mg/kg。

实施例1

(1)菌种富集培养

将科氏葡萄球菌解脲亚种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1.2；

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)固化

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含重金属钴工业废渣中进行固化处理，在25℃下固化12天，并且每3天向含重金属钴工业废渣中补加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。

对所得固化体做重金属钴纯水浸出实验，结果见表1。

实施例2

操作步骤同实施例1。不同之处在于，步骤(2)含重金属钴工业废渣中掺有不同浓度梯度的粉煤灰5％、15％、30％，分别对所得固化体做重金属钴纯水浸出实验，结果见表1。

表1 实施例1～2科氏葡萄球菌解脲亚种固化含重金属钴工业废渣的结果

对比例

已有文献报道Phytoremediation of contaminated soil with cobalt andchromium利用植物修复土壤中的钴，最终植物根系中钴的累积量为56.9-69.3％，但是植物修复存在耗时长，需要控制的环境条件大的缺点。

Claims

1.一种利用科氏葡萄球菌解脲亚种固化胶结含重金属钴工业废渣的方法，其特征在于，所述方法为：

(1)菌种富集培养

(2)固化过程

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；

所述固化处理的温度为20～30℃，时间为12～15天，并且每3～4天向含重金属钴工业废渣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重金属钴工业废渣质量的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，所述向含重金属钴工业废渣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重金属钴工业废渣质量的25％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述含重金属钴工业废渣中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的含重金属钴工业废渣中粉煤灰的含量为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重金属钴工业废渣中粉煤灰的含量为15％。