一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰处理方法，特别涉及一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属方法，属于环境工程领域，
【背景技术】
[0002]当前，中国约有1/3以上的城市陷入“垃圾围城”的困境，而且我国城市生活垃圾产出量仍以年8?10%的速度持续递增。为解决“垃圾围城”的问题，国内外国家纷纷采用垃圾焚烧技术进行垃圾处理，该方法由于可以实现垃圾90%的减容率、70?80%的减重率，同时垃圾焚烧中产生的热能还可回收利用等优点而成为垃圾处理的重要研宄和发展方向。
[0003]尽管垃圾焚烧技术可最大化减容、减量，但焚烧后仍会产生原垃圾重量的10?20%飞灰。垃圾焚烧飞灰由于富集了较高浓度的挥发态Pb、Cd、Zn、Cu等重金属，被普遍认为是一种危险废物。因此，需采取一定的技术措施有效处置飞灰，使之达到无毒化、减容化和资源化的目的，以避免垃圾焚烧产生的二次污染。
[0004]水泥固结技术因其工艺简便、价格低廉等优势而成为国内外处理垃圾焚烧飞灰重金属普遍采用的方法。其工艺过程是将飞灰和水泥按一定比例混合，加入一定量的水形成坚硬的水泥固结体，以降低飞灰重金属的浸出毒性。尽管国内外研宄机构对水泥固结飞灰技术的研宄取得了一系列成果和重大应用进展，但仍存在着水泥消耗量高(掺量约在60%左右)，增容、增重比大，不能长期消纳日益增加的飞灰。另外，飞灰中含有的氯盐、重金属离子会对水泥固结体的凝结硬化时间产生影响，从而降低飞灰固结体强度，进而导致固结体破裂而使重金属离子进一步溶出，造成环境再次污染等问题。
[0005]针对上述水泥固结技术存在的问题现状，发明人以自己丰富的实践经验为基础，又经过大量的试验验证，开发出了一种既能提高垃圾焚烧飞灰固结效率、降低重金属浸出率、提高固结体稳定性，又能减少使用或不使用传统硅酸盐水泥、同时可减少固结体体积膨胀的新方法。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种低环境污染、低资源消耗、低成本的微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属方法，本方法最后产生的固结物，重金属浸出低、固结体稳定性高。
[0007]本发明目的通过以下技术方案实现:包括步骤:
[0008]I)制备微生物水泥:
[0009]a.制备巴氏芽孢杆菌菌液:将巴氏芽孢杆菌接种到大豆蛋白胨与酪蛋白胨的混合培养基中，培养基每升含大豆蛋白胨3?7g、酪蛋白胨13?15g ;控制pH在6?8，于30?37°C、转速160?180r/min下，培养16?24小时，得巴氏芽孢杆菌菌液；
[0010]b.配制浓度为lmol/L的脲素-钙源混合溶液；
[0011]按照质量比为脲素:钙源=I:2?8，水:脲素=1:0.04?0.08 ;水:钙源=I:0.45?0.55的比例取各组分；将所取脲素和钙源放入水中，搅拌溶解、混匀。
[0012]c.取相同体积的巴氏芽孢杆菌菌液和lmol/L脲素-钙源混合溶液，混合均匀，即得微生物水泥。
[0013]此微生物水泥随着放置时间的延长，出现的固体胶结产物方解石会增加。
[0014]2)分离胶结产物方解石:
[0015]将在步骤I)得到的微生物水泥，于室温下放置4?8小时后过滤，所得固体物质即为微生物水泥胶结产物方解石；烘干，备用；
[0016]3)固结垃圾焚烧飞灰:
[0017]按照质量比为方解石:垃圾焚烧飞灰=1:2?5的比例，分别称取方解石和垃圾焚烧飞灰，将它们混合均匀，并加水混合使其成泥状。然后置于25°C条件下养护3?7天，脱模，垃圾焚烧飞灰即被固结。
[0018]所述微生物水泥制备中所用钙源可以是氯化钙、硝酸钙、溴化钙中的一种或它们的混合物。
[0019]为了获得更好的效果，配制浓度为lmol/L的脲素-钙源混合溶液时，优选按以下组分和比例配制:在I升水中加入60克脲素、111克氯化钙、200克溴化钙、165克硝酸钙，搅拌溶解，混匀。
[0020]本发明的优点和特点:
[0021]1.可有效避免传统水泥固结方法中常出现的固结体稳定性差、增容增重比大，成本高，环境污染等问题。与传统水泥固结方法相比，本发明不使用水泥，而是使用自然界中广泛存在的微生物资源，利用其矿化形成的方解石矿化固结飞灰，并将飞灰中含有的重金属离子固结封闭。既封闭了飞灰中的污染物，又不会出现因制备水泥而产生的污染。
[0022]2.用本方法对垃圾焚烧飞灰重金属进行矿化固结，所得固结物抗压强度高，金属浸出浓度极低，可用于制备建材。
[0023]—般垃圾焚烧飞灰中的典型重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的含量，按水平振荡法，其在纯水中的浸出浓度一般分别为6?9mg/L、109?120mg/L、120?170mg/L、l.10?
1.90mg/L和17.23?30.15mg/L，远超我国《危险废弃物浸出毒性标准》中所规定标准限值。
[0024]3.垃圾焚烧飞灰中含有的氯盐、重金属离子等对常规水泥凝结时间有影响，而本发明方法不存在这个的问题，因而提高了重金属固结效率，避免了二次环境污染。
【附图说明】
[0025]图1:微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰效果图。
【具体实施方式】
[0026]本发明所用的巴氏芽抱杆菌来源于German Collect1n of Microorganisms andCell Cultures(DSMZ)，代码为 33。
[0027]实施例1
[0028]从某燃煤电厂收集到的垃圾焚烧飞灰，经测定其典型重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在纯水中的浸出浓度分别为 9.34mg/L、118.51mg/L、167.34mg/L、l.14mg/L 和 25.54mg/L。
[0029]1.首先制备微生物水泥胶结物质方解石:
[0030]将巴氏芽孢杆菌接种到大豆蛋白胨与酪蛋白胨的混合培养基中，培养基每升含大豆蛋白胨3?7g、酪蛋白胨13?15g ;控制pH在6?8，于30?37°C、转速160?180r/min下，培养16?24小时，得巴氏芽孢杆菌菌液。
[0031]另取，脲素180、氯化钙333克、溴化钙600克、硝酸钙495克，放入到3升水中溶解，混匀，得lmol/L的脲素-钙源混合溶液。
[0032]取巴氏芽孢杆菌菌液和lmol/L脲素-钙源混合溶液各0.5升，混合，搅拌均匀，得微生物水泥。将所得微生物水泥于室温下放置6小时，过滤，所得固体物即为微生物水泥胶结物质方解石，烘干，备用；
[0033]2.用微生物水泥胶结物质方解石固结垃圾焚烧飞灰:称取微生物水泥胶结物质方解石Sg，垃圾焚烧飞灰40g，水30g，将方解石和垃圾焚烧飞灰均匀混合在一起，在25°C条件下养护3天，脱模，烘干。
[0034]测试其抗压强度，结果为1.5MPa。按水平振荡法测试其典型重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr在纯水中的浸出浓度，结果分别为2.38mg/L、43.28mg/L、52.37mg/L、0.78mg/L和
12.34mg/L，均低于我国《危险废弃物浸出毒性标准》中所规定标准限值。
[0035]实施例2
[0036]从某燃煤电厂收集到的垃圾焚烧飞灰，其典型重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在纯水中的浸出浓度分别为 7.24mg/L、112.llmg/L、137.14mg/L、l.43mg/L 和 18.97mg/L。
[0037]按实施例1制备微生物水泥胶结物质方解石。
[0038]取微生物水泥胶结物质方解石16g，垃圾焚烧飞灰40g，水40g，然后将方解石和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀，在25°C条件下养护5天，脱模，烘干。
[0039]测试其抗压强度，结果为2.7MPa。按水平振荡法测试其典型重金属在纯水中的浸出浓度，它们分别为 1.52mg/L、38.82mg/L、32.78mg/L、0.62mg/L 和 10.91mg/L，均低于我国《危险废弃物浸出毒性标准》中所规定标准限值。
[0040]实施例3
[0041]从某燃煤电厂收集到的垃圾焚烧飞灰，其典型重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在纯水中的浸出浓度分别为 8.48mg/L、115.43mg/L、142.36mg/L、l.62mg/L 和 28.68mg/L。
[0042]按实施例1制备微生物水泥胶结物质方解石。
[0043]称取微生物水泥胶结物质方解石24g，垃圾焚烧飞灰40g，水50g，然后将方解石和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀，在25°C条件下养护7天，脱模，烘干。
[0044]测试其抗压强度，结果为3.3MPa。按水平振荡法测试其典型重金属在纯水中的浸出浓度，它们分别为 1.21mg/L、37.24mg/L、28.98mg/L、0.72mg/L 和 11.23mg/L，均低于我国《危险废弃物浸出毒性标准》中所规定标准限值。
【主权项】
1.一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属的方法，其特征在于包括步骤: 1)制备微生物水泥: a.制备巴氏芽孢杆菌菌液:将巴氏芽孢杆菌接种到大豆蛋白胨与酪蛋白胨的混合培养基中，培养基每升含大豆蛋白胨3?7g、酪蛋白胨13?15g ;控制pH为6?8，于30?37°C、转速160?180r/min下，培养16?24小时，得巴氏芽孢杆菌菌液； b.配制浓度为lmol/L的脲素-钙源混合溶液； 按照质量比为脲素:钙源=1:2?8，水:脲素=1:0.04?0.08，水:钙源=1:0.45?0.55的比例，取各组分；将所取脲素和钙源放入水中，搅拌溶解、混匀； c.取相同体积的上述巴氏芽孢杆菌菌液和lmol/L脲素-钙源混合溶液，混合均匀，得微生物水泥； 2)分离胶结产物方解石: 将在步骤I)得到的微生物水泥，于室温下放置4?8小时后过滤，将所得固体物质烘干，备用； 3)固结垃圾焚烧飞灰: 按照质量比为方解石:垃圾焚烧飞灰=1:2?5的比例，分别称取方解石和垃圾焚烧飞灰，将它们混合均匀，并加水混合使其成泥状；然后置于25°C条件下养护3?7天，脱模，即形成固结物，垃圾焚烧飞灰被固结； 所述微生物水泥制备中所用钙源可以是氯化钙、硝酸钙、溴化钙中的一种或它们的混合物。2.根据权利要求1所述的一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属的方法，其特征在于配制浓度为lmol/L的脲素-钙源混合溶液时，按以下方法配制:每升水中加入60克脲素、111克氯化钙、200克溴化钙、165克硝酸钙，搅拌溶解、混匀。
【专利摘要】本发明公开了一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属的方法，通过本发明公开的方法制备微生物水泥并获得微生物水泥胶结产物方解石，并以此方解石按照所述的方法固结垃圾焚烧飞灰；用本发明方法固结垃圾焚烧飞灰所形成固结物，重金属浸出低、固结体稳定性高，可以作为建材使用。
【IPC分类】C04B12/00, B09B3/00
【公开号】CN104926167
【申请号】CN201510260547
【发明人】荣辉, 张磊, 王雪平, 余海燕, 曲烈, 杨久俊
【申请人】天津城建大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月21日