CN109456770A - 耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物固化尾矿技术领域,是一种耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用。本发明首次公开内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,通过内氏放线菌的生物固化作用固化铅锌尾矿颗粒,使其固化成块,同时将铅锌尾矿中铅离子、锌离子等重金属离子也固定在其块中,经过固化处理后,由于铅锌尾矿呈块状,因此,其耐受风力能力和耐压强度大大提高,使其在遭遇大风天气时,不会被刮散,也就避免引起大范围的环境污染,同时,大大降低铅锌尾矿中的重金属离子和放射性物质流入附近河流和渗入地下的量,即显著降低其对河流和地下水造成的污染和放射性损害,另外,可以明显减少铅锌尾矿对土地资源的占用和破坏。

Description

耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用
技术领域
本发明涉及微生物固化尾矿技术领域,是一种耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用。
背景技术
矿产资源自从其被发现利用之日起,就成为人们生存和社会发展的重要物质资源之一。中国是有色金属的生产大国,改革开放后,我国虽然在经济上有了飞速发展,取得了举世瞩目的成就。可由于粗放型的发展模式,也造成了很多难以治理的环境问题,其中以尾矿造成的环境问题尤其突出。我国目前已探明的矿产资源可开采量巨大,但是它们大多是低品位的并且80%左右都是以共伴生矿石形式存在的矿产资源。矿产资源的开发和利用是我国发展经济和建设国家的根本,但是它又属于耗竭性的资源,以不可再生性和隐含性为其特点,是一种非常重要的自然资源。矿产资源的开发利用惠及到人们生活的各个方面,对社会的进步和发展起着至关重要的作用,是最重要的社会生产资料之一。由于过去对有限的矿产资源进行掠夺式的开采,以及开采过程中过分关注主矿产品的价值而忽略了其伴生组分的经济价值,使得如今尾矿已经成为我国乃至世界堆存量最多、综合利用率最低的固体废物。据2011年的统计数据显示,目前我国尾矿的堆存量在百亿吨以上,而且还在以每年12亿吨左右的产出速度增长,由于用量巨大且利用率低,使得我国目前尾矿的年产出量占全世界尾矿产出量的50%以上。
尾矿处理或处置措施不当时,会对周边环境造成的危害主要表现在以下几个方面:一是目前大量的尾矿都是以堆存的方式进行处置的,这会占用和破坏我国大量的土地资源,随着尾矿堆存量的增加,会日益加剧我国人多地少的矛盾,约束我国农业、林业的发展。统计数据显示,改革开放以来的四十多年,我国因尾矿及水土流失等原因减少的耕地面积达到了4×107亩左右,每年造成的经济损失在百亿人民币以上;二是大部分的尾矿中都含有Pb、Cu、Cr等重金属离子以及As等有毒有害的化学物质,并且尾矿中一定含有在选矿或冶炼过程中加入的各种会造成环境污染的化学药剂,这些有毒有害物质都会或多或少地随着雪融、雨淋或尾矿水流入附近河流和渗入地下,造成河流和地下水的污染,而当地被污染的生态环境需要上百年才能恢复,有的甚至暂时无法恢复;三是自然风干的尾矿,粒径很小且质量轻,当遇到大风会被吹到周边地区,进而造成更大范围的环境污染。例如二十世纪九十年代,位于我国金川的镍矿矿区,就因为大风刮起的镍尾矿引起漫天狂砂暴发了砂尘暴,对当地的生态环境造成了严重的污染;四是由于某些原生矿石中含有铀、镭等放射性物质,使得企业在冶炼或选矿过程中排出的尾矿也具有一定的放射性,这种含有铀、镭等放射性物质的尾矿大量堆放后会对周边的环境及其生物体造成不可逆的放射性污染,当人接触到这些放射性物质时也会受到损伤。因此,由于上述尾矿引起的众多危险与危害以及社会发展和进步对矿产资源的依赖,使得对尾矿的妥善处理与处置已经成为我国乃至世界亟待解决的重大环境难题之一。
新疆拥有大量的矿产资源,在矿产开发过程中同样产生了大量的尾矿,由于地理等因素,其衍生的尾矿不能有效的加以利用,其通常堆放于矿厂附近,例如,新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿遭遇大风天气时,该尾矿矿砂被大风刮起,对当地的生态环境造成了严重的污染。
发明内容
本发明提供了一种耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决铅锌尾矿不能妥善处理而造成环境污染的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述耐盐的尿素水解细菌为内氏放线菌Actinomyces naeslundii
上述耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,按下述方法进行:第一步,将驯化后的内氏放线菌置于尿素的质量百分比为2%至10%、钙离子的浓度为0.02摩尔/升至0.1摩尔/升的营养肉汤培养液中培养1天至3天后得到具有诱导固化作用的菌液,其中,营养肉汤培养液和菌液的pH均为5至10,菌液中,内氏放线菌的密度为104 CFU/mL至108 CFU/mL;第二步,按每100克铅锌尾矿加入10mL至50mL菌液的比例,将菌液喷洒在铅锌尾矿中,将喷洒菌液后的铅锌尾矿置于自然干燥环境下培养10天至15天,再自然风干后,得到固化铅锌尾矿。
上述驯化后的内氏放线菌按下述方法得到:将内氏放线菌在营养肉汤培养基中复苏,再将复苏后的内氏放线菌在温度为30℃、转速为120 RPM至130 RPM的条件下培养24小时后得到驯化后的内氏放线菌,营养肉汤培养基中,尿素质量百分比为2%至10%,钙离子质量百分比为0.2%至1.5%,pH为5至10。
本发明首次公开内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,通过内氏放线菌的生物固化作用固化铅锌尾矿颗粒,使其固化成块,同时将铅锌尾矿中铅离子、锌离子等重金属离子也固定在其块中,经过固化处理后,由于铅锌尾矿呈块状,因此,其耐受风力能力和耐压强度大大提高,使其在遭遇大风天气时,不会被刮散,也就避免引起大范围的环境污染,同时,大大降低铅锌尾矿中的重金属离子和放射性物质流入附近河流和渗入地下的量,即显著降低其对河流和地下水造成的污染和放射性损害,另外,可以明显减少铅锌尾矿对土地资源的占用和破坏,基于以上所述,内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,具有生态保护意义。
附图说明
附图1为铅锌尾矿未经过固化处理的状态图。
附图2为铅锌尾矿采用本发明处理后得到的固化铅锌尾矿的状态图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明,均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品;本发明中的百分数如没有特殊说明,均为质量百分数;本发明中的溶液若没有特殊说明,均为溶剂为水的水溶液,例如,盐酸溶液即为盐酸水溶液;本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度,一般定义为25℃。
下面结合实施例对本发明作进一步描述:
实施例1:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用。
本发明所述的铅锌尾矿为新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿。
实施例2:作为上述实施例的优化,耐盐的尿素水解细菌为内氏放线菌Actinomyces naeslundii。
本发明中,使用的细菌信息:分类命名:内氏放线菌;拉丁名:Actinomyces naeslundii;保藏单位:美国模式菌种收集中心;保藏号:ATCC 12104;中国代理商地址:北京市朝阳区东方东路11 号北京中原公司;购买时间:2013 年9 月8 日。
实施例3:作为上述实施例的优化,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,按下述方法进行:第一步,将驯化后的内氏放线菌置于尿素的质量百分比为2%至10%、钙离子的浓度为0.02摩尔/升至0.1摩尔/升的营养肉汤培养液中培养1天至3天后得到具有诱导固化作用的菌液,其中,营养肉汤培养液和菌液的pH均为5至10,菌液中,内氏放线菌的密度为104 CFU/mL至108 CFU/mL;第二步,按每100克铅锌尾矿加入10mL至50mL菌液的比例,将菌液喷洒在铅锌尾矿中,将喷洒菌液后的铅锌尾矿置于自然干燥环境下培养10天至15天,再自然风干后,得到固化铅锌尾矿。铅锌尾矿中加入过低或过高比例的菌液,均不利于铅锌尾矿的固定。
本实施例中,通过内氏放线菌的生物固化作用固化铅锌尾矿颗粒,使其固化成块,同时将铅锌尾矿中铅离子、锌离子等重金属离子也固定在其块中,经过固化处理后,由于铅锌尾矿呈块状,因此,其耐受风力能力和耐压强度大大提高,使其在遭遇大风天气时,不会被刮散,也就避免引起大范围的环境污染,同时,大大降低铅锌尾矿中的重金属离子和放射性物质流入附近河流和渗入地下的量,即显著降低其对河流和地下水造成的污染和放射性损害,另外,可以明显减少铅锌尾矿对土地资源的占用和破坏,由此可知,该内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,具有生态保护意义。
采用内氏放线菌对新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿进行处理后,铅锌尾矿的表层形成一层坚硬的外壳,得到的铅锌尾矿可耐风速达到30米/秒以上,同时还可以固定铅锌尾矿中的重金属离子,对铅锌尾矿中铅的固定量达到了1.45μg/g,固定率在25.1%,此外对锌的固定率也达到了13%,固定量在0.11μg/g左右。
新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿未经过固化处理的状态如附图1所示。附图1中,铅锌尾矿呈散沙状。
采用本实施例所述的方法对新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿进行处理后得到的固化铅锌尾矿如附图2所示。
附图2中,固化铅锌尾矿呈块状。
实施例4:作为上述实施例的优化,驯化后的内氏放线菌按下述方法得到:将内氏放线菌在营养肉汤培养基中复苏,再将复苏后的内氏放线菌在温度为30℃、转速为120 RPM至130 RPM的条件下培养24小时后得到驯化后的内氏放线菌,营养肉汤培养基中,尿素质量百分比为2%至10%,钙离子质量百分比为0.2%至1.5%,pH为5至10。
新疆维吾尔自治区阿勒泰富蕴县喀拉通克铅锌矿厂的铅锌尾矿采用实施例5至实施例13所述的方法固化处理后,耐受风力、耐压强度、镍离子的固定率和铜离子的固定率如表1所示。
实施例5:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为3天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为6,菌液中的内氏放线菌的密度为107CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为13天。
实施例6:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为1天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为5,菌液中的内氏放线菌的密度为104 CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为10天。
实施例7:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为2天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为7,菌液中的内氏放线菌的密度为104 CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为12天。
实施例8:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为3天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为9,菌液中的内氏放线菌的密度为106 CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为14天。
实施例9:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为3天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为9,菌液中的内氏放线菌的密度为108 CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为12天。
实施例10:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为2天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为8,菌液中的内氏放线菌的密度为105CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为12天。
实施例11:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为1天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为10,菌液中的内氏放线菌的密度为108 CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为13天。
实施例12:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为2天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为5,菌液中的内氏放线菌的密度为107CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为11天。
实施例13:耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,所用营养肉汤培养液中的尿素的质量百分比、钙离子浓度、菌液添加量如表1所示,驯化后的内氏放线菌在营养肉汤培养液中的培养时间为3天,营养肉汤培养液和菌液的pH均为9,菌液中的内氏放线菌的密度为107CFU/mL,喷洒菌液后的铅锌尾矿培养时间为14天。
通过表1可知,实施例5至实施例13所述的方法对铅锌尾矿处理得到的固化铅锌尾矿的耐受风力达到30米/秒以上、耐压强度达到37.1kPa以上,铅离子的固定率达到10.2%以上,锌离子的固定率达到5.5%以上。
综上所述,本发明首次公开内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,通过内氏放线菌的生物固化作用固化铅锌尾矿颗粒,使其固化成块,同时将铅锌尾矿中铅离子、锌离子等重金属离子也固定在其块中,经过固化处理后,由于铅锌尾矿呈块状,因此,其耐受风力能力和耐压强度大大提高,使其在遭遇大风天气时,不会被刮散,也就避免引起大范围的环境污染,同时,大大降低铅锌尾矿中的重金属离子和放射性物质流入附近河流和渗入地下的量,即显著降低其对河流和地下水造成的污染和放射性损害,另外,可以明显减少铅锌尾矿对土地资源的占用和破坏,基于以上所述,内氏放线菌在铅锌尾矿固化中的应用,具有生态保护意义。
以上技术特征构成了本发明的实施例,其具有较强的适应性和实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。

Claims (4)

1.一种耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用。
2.根据权利要求1所述的耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,其特征在于耐盐的尿素水解细菌为内氏放线菌Actinomyces naeslundii
3.根据权利要求2所述的耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,其特征在于按下述方法进行:第一步,将驯化后的内氏放线菌置于尿素的质量百分比为2%至10%、钙离子的浓度为0.02摩尔/升至0.1摩尔/升的营养肉汤培养液中培养1天至3天后得到具有诱导固化作用的菌液,其中,营养肉汤培养液和菌液的pH均为5至10,菌液中,内氏放线菌的密度为104 CFU/mL至108 CFU/mL;第二步,按每100克铅锌尾矿加入10mL至50mL菌液的比例,将菌液喷洒在铅锌尾矿中,将喷洒菌液后的铅锌尾矿置于自然干燥环境下培养10天至15天,再自然风干后,得到固化铅锌尾矿。
4.根据权利要求3所述的耐盐的尿素水解细菌在铅锌尾矿固化中的应用,其特征在于驯化后的内氏放线菌按下述方法得到:将内氏放线菌在营养肉汤培养基中复苏,再将复苏后的内氏放线菌在温度为30℃、转速为120 RPM至130 RPM的条件下培养24小时后得到驯化后的内氏放线菌,营养肉汤培养基中,尿素质量百分比为2%至10%,钙离子质量百分比为0.2%至1.5%,pH为5至10。
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