CN115093167A - 一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，以利用微生物自身脱硫、固化重金属、矿化等功能，利用工业固体废料代替现有水稳材料新型绿色路基设计的一种制备方法。主要表现在满足当前水稳强度的前提下，利用工业固体废料如炉渣、煤矸石等，结合工业细集料如粉煤灰等，掺加具有特殊功能的微生物菌液，用来消除工业废料中的硫化物和固定重金属，同时通过矿化作用粘接多种集料，在满足强度情况下，以提高环境效益，遵循可持续发展战略所提出的一种新型的路基技术。

Description

一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法
技术领域
本发明属于工业固体废料利用技术领域，涉及利用工业固体废料制备建筑材料的方法，具体涉及一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法。
背景技术
工业固体废料中不仅包含许多的金属元素，同时也含有很多的非金属元素。这决定了它的危害性是多方面的且不容忽视。如果长期堆放不治理，会对生态环境造成很大的影响。比如土地资源的浪费、大气污染、水生态环境的破坏。煤矸石自燃会产生大量的有害气体。同时，这些固体废料自然倾角的特殊，使其它在大量长期堆积的情况下容易发生滑坡等危害。若想再利用这些工业固体废料，必须要考虑环境问题以及能源消耗问题。包括如何固结其中的重金属和硫化物等。
传统胶结材料水泥的生产碳排放量大，新型胶凝材料的研发被提上了日程。国内外对绿色建筑新型可持续发展材料取得了广泛的关注，新型微生物水泥的研发也已经取得了巨大的进展。大量的实验研究表明，微生物诱导碳酸钙沉积物可以成功应用在修复混凝土裂缝、粘接散状沙砾上。除此之外，选用具有特殊功能的微生物，不仅可以解决对环境的影响，还可以产生特殊的作用，以完成设计目的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，实现工业固体废料的绿色环保再利用，同时减少混凝土水稳材料的需求，节约能源。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，包括以下步骤：
步骤一：按质量份数取工业固体废料20～40份、砂子20～40份和粉体材料1～5 份置于搅拌机中，加入水拌合，控制含水量为3％～10％；
步骤二、按质量比为1:1:2:2，依次将具有脱硫功能、固定重金属作用、以及具有矿化功能的微生物菌液和钙源溶液分别加入到混合料中；
其中，菌液的浓度为1～10×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；混合菌液的占拌合物的质量百分比为3.0％；
步骤三、将0.1份憎水剂、0.05份超细高吸水树脂、0.1份保水剂、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
步骤四、拌合4～6h至其有明显的胶接特性，得到微生物矿化胶结微生物矿化胶结工业固体废料的路基混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为3～10MPa。
本发明还具有以下技术特征：
优选的，步骤一中所述的工业固体废料包括煤矸石、炉渣、气化渣、粉煤灰和钢渣中的任一种或多种的混合物。
进一步的，所述的工业固体废料的最大粒径不超过30mm。
优选的，步骤一中所述的粉体材料包括：粉煤灰、石灰、大理石粉、气化渣、钢渣、水泥和硅灰中的任一种或多种的混合物。
优选的，步骤一中所述的拌合采用连续拌合或间隔拌合。
优选的，步骤二中所述的具有脱硫功能的微生物包括玫鸿球菌、变形杆菌、排硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌中的任一种或几种的混合菌。
优选的，步骤二中所述的具有固定重金属功能的微生物包括褐腐菌、黄青霉菌和根霉菌中的任一种或几种的混合菌。
优选的，步骤二中所述的具有矿化功能的微生物为能诱导碳酸盐沉积的微生物，具体包括：产脲酶微生物、科氏芽孢杆菌、巴氏芽孢杆菌和捕碳碳酸酐酶菌中的任一种或几种的混合菌。
优选的，步骤二中所述的钙源包括乙酸钙、氯化钙、硝酸钙或乳酸钙中的任一种或几种的混合物。
优选的，步骤二中微生物菌液的加入方式包括菌液直接掺入、喷洒或滴灌。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明利用工业固体废料如炉渣、煤矸石等，结合工业细集料如粉煤灰等，掺加具有特殊功能的微生物菌液，用来消除工业废料中的硫化物和固定重金属，同时通过矿化作用粘接多种集料，通过具有脱硫、固定重金属功能和矿化功能的微生物菌液产生胶结材料，填充路基材料中骨料和细料、骨料和骨料、细料和细料之间的裂缝，使得骨料和细料粘结性更强，整体性更好，降低路基硫化物含量和重金属对周边环境的影响，同时提高路基的强度和整体性能，使其替代现有水稳层，在满足当前水稳强度的前提下，达到废物再利用的目的，以提高环境效益，遵循可持续发展，节约能源，绿色环保。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
实施例1
如图1所示，将煤矸石、砂子和粉煤灰等材料置于搅拌机内拌合，其煤矸石最大粒径不得超过30mm，砂子最大粒径不得超过30mm；同时控制掺入比例为，煤矸石：砂子：粉煤灰为30:30:1的比值；最大干密度为2.460g/cm3，控制最佳含水量为4.1％；。采用连续拌合的方式进行拌合；
将具有脱硫功能的玫鸿球菌液、具有固定重金属功能的黄青霉菌液、巴士芽孢杆菌菌液、氯化钙溶液采用喷洒的方式掺入混合料中拌合，其配合比如下：混合菌液剂量为3.0％，其混合菌菌中之间比例关系为，玫鸿球菌液：黄青霉菌液：巴士芽孢杆菌菌液：氯化钙溶液为1:1:2:2；
其中，微生物菌液的浓度为10×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.5mol/L；
将0.1份憎水剂甲基硅酸钠、0.05份超细高吸水树脂、0.05份保水剂聚丙烯酰胺、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
连续拌合5h至拌合物具有明显的胶结特性，即得到微生物矿化胶结煤矸石粉煤灰混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为10MPa。
实施例2
将煤矸石和炉渣混合物、砂子和粉煤灰等材料置于搅拌机内拌合，其煤矸石和炉渣的最大粒径不得超过30mm，砂子最大粒径不得超过30mm；同时控制掺入比例为，煤矸石和炉渣混合物：砂子：粉煤灰为30:30:1的比值；控制最佳含水量为4.1％；采用连续拌合的方式进行拌合；
将具有脱硫功能的变形杆菌菌液、具有固定重金属功能的根霉菌液、脲酶菌液、乙酸钙溶液采用喷洒的方式掺入混合料中拌合；
其配合比如下：混合菌液剂量为3.0％，其混合菌菌中之间比例关系为,变形杆菌液：根霉菌液：脲酶菌液：乙酸钙溶液为1:1:2:2；
其中，微生物菌液的浓度为8×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.3mol/L；
将0.1份憎水剂、0.05份超细高吸水树脂、0.1份保水剂、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
连续拌合5h至拌合物具有明显的胶结特性，即得到微生物矿化胶结煤矸石粉煤灰混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为8MPa。
实施例3
将气化渣、砂子和石灰等材料置于搅拌机内拌合，其气化渣最大粒径不得超过30mm，砂子最大粒径不得超过30mm；同时控制掺入比例为，气化渣：砂子：石灰为40:40:5的比值，控制最佳含水量为10％；采用间隔拌合的方式进行拌合；
将具有脱硫功能的氧化亚铁硫杆菌液、具有固定重金属功能的黄青霉菌液、科氏芽孢杆菌液、硝酸钙溶液采用直接参入的方式掺入混合料中拌合；
其配合比如下：混合菌液剂量为3.0％，其混合菌菌中之间比例关系为，氧化亚铁硫杆菌液：黄青霉菌液：科氏芽孢杆菌液：硝酸钙溶液为1:1:2:2；
其中，微生物菌液的浓度为10×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.5mol/L；
将0.1份憎水剂、0.05份超细高吸水树脂、0.1份保水剂、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
间隔拌合4h至拌合物具有明显的胶结特性，即得到微生物矿化胶结煤矸石粉煤灰混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为5MPa。
实施例4
将粉煤灰和钢渣混合物、砂子和水泥等材料置于搅拌机内拌合，其粉煤灰和钢渣最大粒径不得超过30mm，砂子最大粒径不得超过30mm；同时控制掺入比例为，粉煤灰和钢渣混合物：砂子：水泥为20:20:2的比值；控制最佳含水量为 3％；采用连续拌合的方式进行拌合；
将具有脱硫功能的脱氮硫杆菌液、具有固定重金属功能的褐腐菌液、捕碳碳酸酐酶菌液、乳酸钙溶液采用滴灌的方式掺入混合料中拌合；
其配合比如下：混合菌液剂量为3.0％，其混合菌菌中之间比例关系为，脱氮硫杆菌液：褐腐菌液：捕碳碳酸酐酶菌液：乳酸钙溶液为1:1:2:2；
其中，微生物菌液的浓度为1×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.1mol/L；
将0.1份憎水剂、0.05份超细高吸水树脂、0.1份保水剂、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
连续拌合6h至拌合物具有明显的胶结特性，即得到微生物矿化胶结煤矸石粉煤灰混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为3MPa。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按质量份数取工业固体废料20～40份、砂子20～40份和粉体材料1～5份置于搅拌机中，加入水拌合，控制含水量为3％～10％；
步骤二、按质量比为1:1:2:2，依次将具有脱硫功能、固定重金属作用、以及具有矿化功能的微生物菌液和钙源溶液配置混合菌液加入到混合料中；
其中，微生物菌液的浓度为1～10×109CFU/ml，钙源溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；混合菌液的占拌合物的质量百分比为3.0％；
步骤三、将0.1份憎水剂、0.05份超细高吸水树脂、0.1份保水剂、0.1份过氧化钙掺入到拌合物中；
步骤四、拌合4～6h至其有明显的胶接特性，得到微生物矿化胶结微生物矿化胶结工业固体废料的路基混合料，施工获得新型路基层，测试其7天无侧限抗压强度为3～10MPa。
2.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤一中所述的工业固体废料包括煤矸石、炉渣、气化渣、粉煤灰和钢渣中的任一种或多种的混合物。
3.如权利要求2所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，所述的工业固体废料的最大粒径不超过30mm。
4.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤一中所述的粉体材料包括：粉煤灰、石灰、大理石粉、气化渣、钢渣、水泥和硅灰中的任一种或多种的混合物。
5.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤一中所述的拌合采用连续拌合或间隔拌合。
6.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤二中所述的具有脱硫功能的微生物包括玫鸿球菌、变形杆菌、排硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌中的任一种或几种的混合菌。
7.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤二中所述的具有固定重金属功能的微生物包括褐腐菌、黄青霉菌和根霉菌中的任一种或几种的混合菌。
8.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤二中所述的具有矿化功能的微生物为能诱导碳酸盐沉积的微生物，具体包括：产脲酶微生物、科氏芽孢杆菌、巴氏芽孢杆菌和捕碳碳酸酐酶菌中的任一种或几种的混合菌。
9.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤二中所述的钙源包括乙酸钙、氯化钙、硝酸钙或乳酸钙中的任一种或几种的混合物。
10.如权利要求1所述的利用微生物矿化胶结工业固体废料制备路基的方法，其特征在于，步骤二中微生物菌液的加入方式包括菌液直接掺入、喷洒或滴灌。
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