CN115010396A - 利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，利用微生物矿化沉积技术来对骨料进行强化，同时利用真空环境以及交替通入二氧化碳的再生工艺，避免外界的干扰，既不会有大量能量的消耗，也不会造成二次污染问题，属于一种低能耗、无污染的技术手段，实现建筑废弃物再生利用环境保护的目的。
Description
技术领域
本发明涉及利于环境保护的建筑垃圾处理方法，特别涉及利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法
背景技术
建筑垃圾为建筑物拆除遗留的废料，较为常见的为混凝土废料、废砖块等等，通常通过填埋或者堆积的方式处理。随着基础建设的逐步争夺，老旧建筑的拆除，建筑垃圾特别是混凝土则不断增多，传统的填埋和堆积已经对环境造成不可逆转的污染。堆积最终结果会导致建筑塌方等安全事故，且由建筑垃圾携带的重金属及经土壤沉淀后的有毒物质会对环境安全和人身健康造成不利影响，对生态环境的正常新陈代谢功能造成了无形的影响。同时，建筑物的新建则需要大量的附属材料，比如混凝土骨料，在获取过程中也会对生态环境造成不利影响。由此可见，传统建筑垃圾资源化方法的效率已无法满足我国目前建筑垃圾的产量，研发出低成本、高效、经济、绿色、环保的建筑垃圾资源化方案迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，通过对建筑垃圾进行处理得到微生物改性再生骨料，提高建筑垃圾的资源化利用率，同时，利于对环境的保护。
本发明的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，包括以下步骤：
a.将建筑垃圾去筋破碎成合格粒径的骨料原料；
b.配制微生物改性再生骨料菌液，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间；
c.制备矿化营养液，将矿化营养液以雾化状态输送至步骤b的真空环境；
d.与雾化状态的矿化营养液呈交替的方式通入二氧化碳气体至步骤b的真空环境；
e.在设定时间内循环重复步骤d，形成合格的再生骨料。
进一步，步骤b中的微生物改性再生骨料菌液利用嗜碱芽孢杆菌H4制备而成；
所述嗜碱芽孢杆菌H4是由牛肉膏蛋白胨培养基和3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基得到，所述牛肉膏蛋白胨培养基包括离子水为溶剂，包括2～4g/L的牛肉膏和9～11g/L的蛋白胨；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸。
进一步，步骤b中，矿化营养液包括9～11g/L的乳酸钠、2～4g/L的硝酸钠、3～5g/L氯化钙、0.1～0.4g/L的硫酸镁、0.1～0.4g/L的磷酸氢二钾、20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值为10.4～10.6。
进一步，步骤b中的微生物改性再生骨料菌液由嗜碱芽孢杆菌H4和矿化营养液混合而成，嗜碱芽孢杆菌H4的菌落形成单位为1×106～110cfu/L；
步骤b中，微生物改性再生骨料菌液循环使用3～5次，且每升微生物改性再生骨料菌液处理的骨料原料为20～45kg。
进一步，步骤a中的骨料原料的粒径为5-10mm；
步骤b中，骨料原料放置于真空环境中的设定时间为24h以上，真空环境的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa。
进一步，步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料20～30ml/min，连续通入时间为30-40min，真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
步骤d中，通入二氧化碳应在雾化状态的矿化营养液停止通入后进行，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料50～65ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，连续通入二氧化碳气体5-7h后继续通入雾化状态的矿化营养液，以此方式交替进行。
进一步，步骤a中，合格粒径的骨料原料由建筑垃圾通过破碎以及筛分形成。
进一步，步骤b中，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间后放干微生物改性再生骨料菌液。
本发明的有益效果：本发明的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，利用微生物矿化沉积技术来对骨料进行强化，同时利用真空环境以及交替通入二氧化碳的再生工艺，避免外界的干扰，既不会有大量能量的消耗，也不会造成二次污染问题，属于一种低能耗、无污染的技术手段，实现建筑废弃物再生利用环境保护的目的，本发明相较于未处理过的再生骨料所制备的混凝土全生命周期温室效应排放要低，更加环保；且本发明的再生骨料综合性能有较大的提升，使得采用微生物改性再生骨料制备后的混凝土较未处理的再生骨料制备后的混凝土综合性能有较为良好的提升，有着非常广阔的应用前景。
具体实施方式
本实施例的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，包括以下步骤：
a.将建筑垃圾去筋破碎成合格粒径的骨料原料；
b.配制微生物改性再生骨料菌液，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间，在真空条件下，通过负压将浸渗材料浸渍到其他固体物质中，以达到改善再生骨料性能的目的；
c.制备矿化营养液，将矿化营养液以雾化状态输送至步骤b的真空环境；
d.与雾化状态的矿化营养液呈交替的方式通入二氧化碳气体至步骤b的真空环境；其中二氧化碳作为催化剂参与微生物矿化沉积反应，公式为
形成碳酸盐，在此不再赘述；呈交替的方式指的是通入雾化状态的矿化营养液和通入二氧化碳气体按照设定的参数交替进行，在此不再赘述；
e.在设定时间内循环重复步骤d，形成合格的再生骨料。
本实施例中，步骤b中的微生物改性再生骨料菌液由嗜碱芽孢杆菌H4制备而成；
所述嗜碱芽孢杆菌H4是由牛肉膏蛋白胨培养基和3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基得到，所述牛肉膏蛋白胨培养基以去离子水为溶剂，包括2～4g/L的牛肉膏和9～11g/L的蛋白胨，均指的在溶液中的浓度；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸，同样指的是在溶液中的浓度。
所述嗜碱芽孢杆菌H4经牛肉膏蛋白胨培养基和3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基后，一般利用离心的方式获得菌体沉淀；用所述矿化培养液洗涤所述菌体沉淀1～2次后得到嗜碱芽孢杆菌H4；所述离心的转速为6500～6800rpm，所述离心的时间为7～9分钟。
本实施例中，步骤b中，矿化营养液包括9～11g/L的乳酸钠、2～4g/L的硝酸钠、3～5g/L氯化钙、0.1～0.4g/L的硫酸镁、0.1～0.4g/L的磷酸氢二钾、20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值为10.4～10.6。
本实施例中，步骤b中的微生物改性再生骨料菌液由嗜碱芽孢杆菌H4和矿化营养液混合而成，嗜碱芽孢杆菌H4的菌落形成单位为1×106～110cfu/L；
步骤b中，微生物改性再生骨料菌液循环使用3～5次，且每升微生物改性再生骨料菌液处理的骨料原料为20～45kg，指的是循环使用最终的处理量，在此不再赘述。
本实施例中，步骤a中合格粒径为小于4.75mm的骨料原料；一般经过破碎、除杂以及筛分得到，在此不再赘述；
步骤b中，骨料原料放置于真空环境中的设定时间为24h以上，一般为24h，真空环境的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa。
本实施例中，步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料20～30ml/min，连续通入时间为30-40min，真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
步骤d中，通入二氧化碳应在雾化状态的矿化营养液停止通入后进行，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料50～65ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，连续通入二氧化碳气体5-7h后继续通入雾化状态的矿化营养液，当然，此时真空釜的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa，以此方式交替进行，直至再生骨料合格。
本实施例中，步骤a中，合格粒径的骨料原料由建筑垃圾通过破碎以及筛分形成；步骤a中，首先需要对建筑垃圾分拣除杂，将建筑垃圾进行分类处理，由破碎机对废混凝土块进行初步的破碎和将钢筋分离；将初步破碎的建筑垃圾进行下列破碎及筛分处理：
1、一级破碎，利用颚式破碎机进行一级破碎，筛分出10～20mm和小于10mm的骨料；
2、二级破碎，利用复合破碎机进行二级破碎和筛分出粒径5-10mm的骨料原料。
本实施例中，步骤b中，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间后放干微生物改性再生骨料菌液，以保证后续供需的正常进行。
所述嗜碱芽孢杆菌H4是由牛肉膏蛋白胨培养基和3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基得到，所述牛肉膏蛋白胨培养基以去离子水为溶剂，包括2～4g/L的牛肉膏和9～11g/L的蛋白胨，均指的在溶液中的浓度；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸，同样指的是在溶液中的浓度。
本实施例中，步骤b中，矿化营养液包括9～11g/L的乳酸钠、2～4g/L的硝酸钠、3～5g/L氯化钙、0.1～0.4g/L的硫酸镁、0.1～0.4g/L的磷酸氢二钾、20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值为10.4～10.6。
本实施例中，步骤b中的微生物改性再生骨料菌液由嗜碱芽孢杆菌H4和矿化营养液混合而成，嗜碱芽孢杆菌H4的菌落形成单位为1×106～110cfu/L；
步骤b中，微生物改性再生骨料菌液循环使用3～5次，且每升微生物改性再生骨料菌液处理的骨料原料为20～45kg，指的是循环使用最终的处理量。
本实施例中，步骤a中的骨料原料的粒径为5-10mm；一般经过破碎、除杂以及筛分得到，在此不再赘述；
下列利用具体的实验举例对本发明进行说明，由于步骤已经说明，以下仅对不同的参数具体实施例说明：
实验一：
步骤a中，骨料原料的粒径范围为5～10mm；
牛肉膏蛋白胨培养基以去离子水为溶剂，包括4g/L的牛肉膏和9g/L的蛋白胨；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括20kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；
矿化营养液包括9g/L的乳酸钠、4g/L的硝酸钠、3g/L氯化钙、0.4g/L的硫酸镁、0.4g/L的磷酸氢二钾、20kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值大于10.4；
步骤b中，骨料原料尽量散开放置于一盛装微生物改性再生骨料菌液的容器中，放置于真空度为-0.1Mpa的真空釜(形成真空环境)中，静止时间为24h；
步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料20ml/min，连续通入时间为40min，真空度保持在-0.1--0.2Mpa；
在雾化状态的矿化营养液通入停止后通入二氧化碳气体，二氧化碳通入真空釜时，真空釜的真空度需要保持为0.2Mpa，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料50ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，通入二氧化碳6h后停止通入并循环通入雾化状态的矿化营养液，当然，此时将真空釜的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
按上述方式交替通入雾化状态的矿化营养液和二氧化碳气体，持续时间为7d，得到再生骨料产品。
实验二：
步骤a中，骨料原料的粒径范围为5～10mm；
牛肉膏蛋白胨培养基以去离子水为溶剂，包括2g/L的牛肉膏和11g/L的蛋白胨；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括25kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；
矿化营养液包括10g/L的乳酸钠、2g/L的硝酸钠、5g/L氯化钙、0.1g/L的硫酸镁、0.1g/L的磷酸氢二钾、30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值大于10.4；
步骤b中，骨料原料尽量散开放置于一盛装微生物改性再生骨料菌液的容器中，放置于真空度为-0.2Mpa的真空釜(形成真空环境)中，静止时间为24h；
步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料30ml/min，连续通入时间为30min，真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
在雾化状态的矿化营养液通入停止后通入二氧化碳气体，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料60ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，通入二氧化碳6.5h后停止通入并循环通入雾化状态的矿化营养液，并将真空釜的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
按上述方式交替通入雾化状态的矿化营养液和二氧化碳气体，持续时间为10d，得到再生骨料产品。
实验三：
步骤a中，骨料原料的粒径范围为5～10mm；
牛肉膏蛋白胨培养基以去离子水为溶剂，包括3g/L的牛肉膏和10g/L的蛋白胨；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；
矿化营养液包括11g/L的乳酸钠、3g/L的硝酸钠、3g/L氯化钙、0.3g/L的硫酸镁、0.2g/L的磷酸氢二钾、25kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值大于10.4；
步骤b中，骨料原料尽量散开放置于一盛装微生物改性再生骨料菌液的容器中，放置于真空度为-0.15Mpa的真空釜(形成真空环境)中，静止时间为24h；
步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料25ml/min，连续通入时间为35min，真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
在雾化状态的矿化营养液通入停止后通入二氧化碳气体，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料65ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，通入二氧化碳7h后停止通入并循环通入雾化状态的矿化营养液，并将真空釜的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
按上述方式交替通入雾化状态的矿化营养液和二氧化碳气体，持续时间为14d，得到再生骨料产品。
本发明的上述实验与现有技术的再生料对比表：
| 对比参数 | 实验一 | 实验二 | 实验三 | 现有技术 |
| 吸水率(％) | 7.5 | 6.9 | 6.4 | 8.6 |
| 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) | 2549 | 2563 | 2614 | 2520 |
| 压碎指标(％) | 17.27 | 15.86 | 14.28 | 19.36 |
由上表可以看出，按照本发明制备的再生骨料，性能指标符合要求，且强度明显高于现有技术的再生骨料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将建筑垃圾去筋破碎成骨料原料；
b.配制微生物改性再生骨料菌液，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间；
c.制备矿化营养液，将矿化营养液以雾化状态输送至步骤b的真空环境；
d.与雾化状态的矿化营养液呈交替的方式通入二氧化碳气体至步骤b的真空环境；
e.在设定时间内循环重复步骤d，形成合格的再生骨料。
2.根据权利要求1所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤b中的微生物改性再生骨料菌液利用嗜碱芽孢杆菌H4制备而成；
所述嗜碱芽孢杆菌H4是由牛肉膏蛋白胨培养基和3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基得到，所述牛肉膏蛋白胨培养基包括离子水为溶剂，包括2～4g/L的牛肉膏和9～11g/L的蛋白胨；3-(环己胺)-1-丙磺酸培养基以去离子水为溶剂，包括20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸。
3.根据权利要求2所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤b中，矿化营养液包括9～11g/L的乳酸钠、2～4g/L的硝酸钠、3～5g/L氯化钙、0.1～0.4g/L的硫酸镁、0.1～0.4g/L的磷酸氢二钾、20～30kg/L的3-(环己胺)-1-丙磺酸；矿化营养液的PH值为10.4～10.6。
4.根据权利要求1所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤b中的微生物改性再生骨料菌液由嗜碱芽孢杆菌H4和矿化营养液混合而成，嗜碱芽孢杆菌H4的菌落形成单位为1×106～110cfu/L；
步骤b中，微生物改性再生骨料菌液循环使用3～5次，且每升微生物改性再生骨料菌液处理的骨料原料为20～45kg。
5.根据权利要求4所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤a中的骨料原料的粒径为5-10mm；
步骤b中，骨料原料放置于真空环境中的设定时间为24h以上，真空环境的真空度保持在-0.1～-0.2Mpa。
6.根据权利要求1所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤c和步骤d中，雾化状态的矿化营养液的通入量为每公斤的骨料原料20～30ml/min，连续通入时间为30-40min，真空度保持在-0.1～-0.2Mpa；
步骤d中，通入二氧化碳应在雾化状态的矿化营养液停止通入后进行，二氧化碳的通入量为每公斤的骨料原料50～65ml/min，通入二氧化碳时，真空釜的真空度需要保持为0.2～0.4Mpa，连续通入二氧化碳气体5-7h后继续通入雾化状态的矿化营养液，以此方式交替进行。
7.根据权利要求1所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤a中，合格粒径的骨料原料由建筑垃圾通过破碎以及筛分形成。
8.根据权利要求7所述的利用建筑垃圾制备微生物改性再生骨料的方法，其特征在于：步骤b中，将骨料原料浸没于微生物改性再生骨料菌液，置于真空环境中设定时间后放干微生物改性再生骨料菌液。
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