一種微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垃圾焚燒飛灰處理方法，特別涉及一種微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬方法，屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，中國約有1/3以上的城市陷入“垃圾圍城”的困境，而且我國城市生活垃圾產(chǎn)出量仍以年8?10%的速度持續(xù)遞增。為解決“垃圾圍城”的問題，國內(nèi)外國家紛紛采用垃圾焚燒技術(shù)進行垃圾處理，該方法由于可以實現(xiàn)垃圾90%的減容率、70?80%的減重率，同時垃圾焚燒中產(chǎn)生的熱能還可回收利用等優(yōu)點而成為垃圾處理的重要研宄和發(fā)展方向。
[0003]盡管垃圾焚燒技術(shù)可最大化減容、減量，但焚燒后仍會產(chǎn)生原垃圾重量的10?20%飛灰。垃圾焚燒飛灰由于富集了較高濃度的揮發(fā)態(tài)Pb、Cd、Zn、Cu等重金屬，被普遍認為是一種危險廢物。因此，需采取一定的技術(shù)措施有效處置飛灰，使之達到無毒化、減容化和資源化的目的，以避免垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染。
[0004]水泥固結(jié)技術(shù)因其工藝簡便、價格低廉等優(yōu)勢而成為國內(nèi)外處理垃圾焚燒飛灰重金屬普遍采用的方法。其工藝過程是將飛灰和水泥按一定比例混合，加入一定量的水形成堅硬的水泥固結(jié)體，以降低飛灰重金屬的浸出毒性。盡管國內(nèi)外研宄機構(gòu)對水泥固結(jié)飛灰技術(shù)的研宄取得了一系列成果和重大應(yīng)用進展，但仍存在著水泥消耗量高(摻量約在60%左右)，增容、增重比大，不能長期消納日益增加的飛灰。另外，飛灰中含有的氯鹽、重金屬離子會對水泥固結(jié)體的凝結(jié)硬化時間產(chǎn)生影響，從而降低飛灰固結(jié)體強度，進而導(dǎo)致固結(jié)體破裂而使重金屬離子進一步溶出，造成環(huán)境再次污染等問題。
[0005]針對上述水泥固結(jié)技術(shù)存在的問題現(xiàn)狀，發(fā)明人以自己豐富的實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，又經(jīng)過大量的試驗驗證，開發(fā)出了一種既能提高垃圾焚燒飛灰固結(jié)效率、降低重金屬浸出率、提高固結(jié)體穩(wěn)定性，又能減少使用或不使用傳統(tǒng)硅酸鹽水泥、同時可減少固結(jié)體體積膨脹的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種低環(huán)境污染、低資源消耗、低成本的微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬方法，本方法最后產(chǎn)生的固結(jié)物，重金屬浸出低、固結(jié)體穩(wěn)定性高。
[0007]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):包括步驟:
[0008]I)制備微生物水泥:
[0009]a.制備巴氏芽孢桿菌菌液:將巴氏芽孢桿菌接種到大豆蛋白胨與酪蛋白胨的混合培養(yǎng)基中，培養(yǎng)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、轉(zhuǎn)速160?180r/min下，培養(yǎng)16?24小時，得巴氏芽孢桿菌菌液；
[0010]b.配制濃度為lmol/L的脲素-鈣源混合溶液；
[0011]按照質(zhì)量比為脲素:鈣源=I:2?8，水:脲素=1:0.04?0.08 ;水:鈣源=I:0.45?0.55的比例取各組分；將所取脲素和鈣源放入水中，攪拌溶解、混勻。
[0012]c.取相同體積的巴氏芽孢桿菌菌液和lmol/L脲素-鈣源混合溶液，混合均勻，即得微生物水泥。
[0013]此微生物水泥隨著放置時間的延長，出現(xiàn)的固體膠結(jié)產(chǎn)物方解石會增加。
[0014]2)分離膠結(jié)產(chǎn)物方解石:
[0015]將在步驟I)得到的微生物水泥，于室溫下放置4?8小時后過濾，所得固體物質(zhì)即為微生物水泥膠結(jié)產(chǎn)物方解石；烘干，備用；
[0016]3)固結(jié)垃圾焚燒飛灰:
[0017]按照質(zhì)量比為方解石:垃圾焚燒飛灰=1:2?5的比例，分別稱取方解石和垃圾焚燒飛灰，將它們混合均勻，并加水混合使其成泥狀。然后置于25°C條件下養(yǎng)護3?7天，脫模，垃圾焚燒飛灰即被固結(jié)。
[0018]所述微生物水泥制備中所用鈣源可以是氯化鈣、硝酸鈣、溴化鈣中的一種或它們的混合物。
[0019]為了獲得更好的效果，配制濃度為lmol/L的脲素-鈣源混合溶液時，優(yōu)選按以下組分和比例配制:在I升水中加入60克脲素、111克氯化鈣、200克溴化鈣、165克硝酸鈣，攪拌溶解，混勻。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點和特點:
[0021]1.可有效避免傳統(tǒng)水泥固結(jié)方法中常出現(xiàn)的固結(jié)體穩(wěn)定性差、增容增重比大，成本高，環(huán)境污染等問題。與傳統(tǒng)水泥固結(jié)方法相比，本發(fā)明不使用水泥，而是使用自然界中廣泛存在的微生物資源，利用其礦化形成的方解石礦化固結(jié)飛灰，并將飛灰中含有的重金屬離子固結(jié)封閉。既封閉了飛灰中的污染物，又不會出現(xiàn)因制備水泥而產(chǎn)生的污染。
[0022]2.用本方法對垃圾焚燒飛灰重金屬進行礦化固結(jié)，所得固結(jié)物抗壓強度高，金屬浸出濃度極低，可用于制備建材。
[0023]—般垃圾焚燒飛灰中的典型重金屬Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的含量，按水平振蕩法，其在純水中的浸出濃度一般分別為6?9mg/L、109?120mg/L、120?170mg/L、l.10?
1.90mg/L和17.23?30.15mg/L，遠超我國《危險廢棄物浸出毒性標準》中所規(guī)定標準限值。
[0024]3.垃圾焚燒飛灰中含有的氯鹽、重金屬離子等對常規(guī)水泥凝結(jié)時間有影響，而本發(fā)明方法不存在這個的問題，因而提高了重金屬固結(jié)效率，避免了二次環(huán)境污染。
【附圖說明】
[0025]圖1:微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰效果圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明所用的巴氏芽抱桿菌來源于German Collect1n of Microorganisms andCell Cultures(DSMZ)，代碼為 33。
[0027]實施例1
[0028]從某燃煤電廠收集到的垃圾焚燒飛灰，經(jīng)測定其典型重金屬Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在純水中的浸出濃度分別為 9.34mg/L、118.51mg/L、167.34mg/L、l.14mg/L 和 25.54mg/L。
[0029]1.首先制備微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石:
[0030]將巴氏芽孢桿菌接種到大豆蛋白胨與酪蛋白胨的混合培養(yǎng)基中，培養(yǎng)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、轉(zhuǎn)速160?180r/min下，培養(yǎng)16?24小時，得巴氏芽孢桿菌菌液。
[0031]另取，脲素180、氯化鈣333克、溴化鈣600克、硝酸鈣495克，放入到3升水中溶解，混勻，得lmol/L的脲素-鈣源混合溶液。
[0032]取巴氏芽孢桿菌菌液和lmol/L脲素-鈣源混合溶液各0.5升，混合，攪拌均勻，得微生物水泥。將所得微生物水泥于室溫下放置6小時，過濾，所得固體物即為微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石，烘干，備用；
[0033]2.用微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石固結(jié)垃圾焚燒飛灰:稱取微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石Sg，垃圾焚燒飛灰40g，水30g，將方解石和垃圾焚燒飛灰均勻混合在一起，在25°C條件下養(yǎng)護3天，脫模，烘干。
[0034]測試其抗壓強度，結(jié)果為1.5MPa。按水平振蕩法測試其典型重金屬Pb、Zn、Cu、Cd和Cr在純水中的浸出濃度，結(jié)果分別為2.38mg/L、43.28mg/L、52.37mg/L、0.78mg/L和
12.34mg/L，均低于我國《危險廢棄物浸出毒性標準》中所規(guī)定標準限值。
[0035]實施例2
[0036]從某燃煤電廠收集到的垃圾焚燒飛灰，其典型重金屬Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在純水中的浸出濃度分別為 7.24mg/L、112.llmg/L、137.14mg/L、l.43mg/L 和 18.97mg/L。
[0037]按實施例1制備微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石。
[0038]取微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石16g，垃圾焚燒飛灰40g，水40g，然后將方解石和垃圾焚燒飛灰攪拌均勻，在25°C條件下養(yǎng)護5天，脫模，烘干。
[0039]測試其抗壓強度，結(jié)果為2.7MPa。按水平振蕩法測試其典型重金屬在純水中的浸出濃度，它們分別為 1.52mg/L、38.82mg/L、32.78mg/L、0.62mg/L 和 10.91mg/L，均低于我國《危險廢棄物浸出毒性標準》中所規(guī)定標準限值。
[0040]實施例3
[0041]從某燃煤電廠收集到的垃圾焚燒飛灰，其典型重金屬Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的在純水中的浸出濃度分別為 8.48mg/L、115.43mg/L、142.36mg/L、l.62mg/L 和 28.68mg/L。
[0042]按實施例1制備微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石。
[0043]稱取微生物水泥膠結(jié)物質(zhì)方解石24g，垃圾焚燒飛灰40g，水50g，然后將方解石和垃圾焚燒飛灰攪拌均勻，在25°C條件下養(yǎng)護7天，脫模，烘干。
[0044]測試其抗壓強度，結(jié)果為3.3MPa。按水平振蕩法測試其典型重金屬在純水中的浸出濃度，它們分別為 1.21mg/L、37.24mg/L、28.98mg/L、0.72mg/L 和 11.23mg/L，均低于我國《危險廢棄物浸出毒性標準》中所規(guī)定標準限值。
【主權(quán)項】
1.一種微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬的方法，其特征在于包括步驟: 1)制備微生物水泥: a.制備巴氏芽孢桿菌菌液:將巴氏芽孢桿菌接種到大豆蛋白胨與酪蛋白胨的混合培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基每升含大豆蛋白胨3?7g、酪蛋白胨13?15g ;控制pH為6?8，于30?37°C、轉(zhuǎn)速160?180r/min下，培養(yǎng)16?24小時，得巴氏芽孢桿菌菌液； b.配制濃度為lmol/L的脲素-鈣源混合溶液； 按照質(zhì)量比為脲素:鈣源=1:2?8，水:脲素=1:0.04?0.08，水:鈣源=1:0.45?0.55的比例，取各組分；將所取脲素和鈣源放入水中，攪拌溶解、混勻； c.取相同體積的上述巴氏芽孢桿菌菌液和lmol/L脲素-鈣源混合溶液，混合均勻，得微生物水泥； 2)分離膠結(jié)產(chǎn)物方解石: 將在步驟I)得到的微生物水泥，于室溫下放置4?8小時后過濾，將所得固體物質(zhì)烘干，備用； 3)固結(jié)垃圾焚燒飛灰: 按照質(zhì)量比為方解石:垃圾焚燒飛灰=1:2?5的比例，分別稱取方解石和垃圾焚燒飛灰，將它們混合均勻，并加水混合使其成泥狀；然后置于25°C條件下養(yǎng)護3?7天，脫模，即形成固結(jié)物，垃圾焚燒飛灰被固結(jié)； 所述微生物水泥制備中所用鈣源可以是氯化鈣、硝酸鈣、溴化鈣中的一種或它們的混合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬的方法，其特征在于配制濃度為lmol/L的脲素-鈣源混合溶液時，按以下方法配制:每升水中加入60克脲素、111克氯化鈣、200克溴化鈣、165克硝酸鈣，攪拌溶解、混勻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微生物水泥礦化固結(jié)垃圾焚燒飛灰重金屬的方法，通過本發(fā)明公開的方法制備微生物水泥并獲得微生物水泥膠結(jié)產(chǎn)物方解石，并以此方解石按照所述的方法固結(jié)垃圾焚燒飛灰；用本發(fā)明方法固結(jié)垃圾焚燒飛灰所形成固結(jié)物，重金屬浸出低、固結(jié)體穩(wěn)定性高，可以作為建材使用。
【IPC分類】C04B12/00, B09B3/00
【公開號】CN104926167
【申請?zhí)枴緾N201510260547
【發(fā)明人】榮輝, 張磊, 王雪平, 余海燕, 曲烈, 楊久俊
【申請人】天津城建大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月21日