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一种利用微生物与废渣协同固碳的方法

花匠小妙招
2024-10-26 05:17

一种利用微生物与废渣协同固碳的方法

本发明涉及一种工业废渣固碳的方法，尤其涉及一种利用微生物与废渣协同固碳的方法。

背景技术：

1、碳捕集和封存技术成为减缓全球温室效应的最重要手段之一。已有研究表明，利用碱性工业废渣封存co2可以显著减少每年的co2总排放量。利用碳酸化处理后的工业废渣能吸收、固定工业生产所排放的二氧化碳，减缓气候变化和大气环境污染，具有巨大的经济和环境价值。

2、然而目前碱性工业废渣在常温常压条件下固碳率并不高，为了提高废渣固碳率一般需要加压、升温等高耗能较为严苛的条件。随着生物技术在工业生产的不断应用与发展，利用微生物技术已经成为提高碳封存的重要手段。微生物固碳是利用微生物分泌物质如酶等代谢物质矿化加速转化生成更多的稳定性碳酸盐，提高工业废渣固碳效果。

3、专利zl201510907609.1公开了一种基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的方法，专利cn201710275551.2公开了一种微生物矿化不锈钢渣砖的制备方法，专利cn201710275422.3公开了一种基于微生物加速矿化制备赤泥建材制品的方法，专利申请cn201810384096.4公开了一种微生物保温建材的制造方法。这类方法主要是实现利用微生物技术制备合格的建材制品，并使其具有良好性能，但废渣固碳量并不高，其中仍然存在许多可碳化矿物未被利用，处理后的废渣制品仍具有很大碳化潜力。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能显著提升废渣固碳率的利用微生物与废渣协同固碳的方法。

2、技术方案：本发明的利用微生物与废渣协同固碳的方法，包括如下步骤：

3、(1)将水和微生物生长所需营养物质加入微生物培养罐中，混合均匀，得到微生物液体培养基；

4、(2)将具有矿化沉积功能的微生物菌种接种于微生物液体培养基，恒温发酵培养，过滤取上层清液制得微生物矿化剂；

5、(3)将微生物矿化剂与废渣混合，放置于含有co2的环境中进行固碳，得到固碳废渣。

6、步骤(2)中，恒温发酵培养的过程为：打开恒温搅拌系统，在20～40℃，100～300r/min下恒温培养12～72h，待菌液od值升至2以上，过滤后，取清液作为微生物矿化剂。

7、其中，具有矿化功能的微生物多属于异养型兼性菌，具有矿化沉积功能的微生物为产脲酶菌或非产脲酶菌，包括巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌，嗜碱芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、腊样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌、耐岩芽孢杆菌等，加入的微生物菌种可包含一种或多种菌；具有矿化沉积功能的微生物菌种为胶质芽孢杆菌、巴氏芽孢杆菌、短小芽孢杆菌或嗜碱芽孢杆菌中的至少一种。加入的微生物菌种可包含一种或多种菌粉；营养物质包含碳物质、含氮物质、无机盐类等，含碳物质可为蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、淀粉和糖蜜等，含氮物质可为酵母提取物、牛肉膏、尿素、鱼粉、豆粕、蛋白胨和硫酸铵等，无机盐类可为氯化钠、硫酸镁和磷酸氢二钾等。

8、其中，步骤(3)中，微生物矿化剂占废渣的质量百分比为1％～10％。

9、其中，步骤(3)具体过程为：将微生物矿化剂按照废渣质量百分比1％～10％取用，喷洒时需要不停搅拌以保证充分混合均匀。将物料进行自然养护或置于碳化养护箱中，再密封通入二氧化碳体积分数为20％～95％的0.1±0.01mpa的co2压力气体，于95±5％rh，20±2℃，碳化2h～48h后，取出得到固碳废渣。

10、其中通入气体可以为金属冶炼厂、水泥行业和煤电行业等处理后排放的废气、工业级和商用级二氧化碳气体，浓度为10％～95％，压力为0.1±0.01mpa。

11、其中，步骤(3)中，所述废渣为经过烘干、破碎、磨细后的工业废渣粉。废渣主要包括以下几类：矿渣、电石渣、钢渣、高炉矿渣、尾矿渣、赤泥等冶金行业废渣，再生混凝土微粉等建筑行业废渣，白云石尾矿等含钙镁相碱性矿物尾矿渣和采矿废弃沉积岩、煤矸石等采矿与选矿行业废渣，经过破碎、粉磨、筛分、加工成比表面积大于300m2/kg的粉体。

12、原理：微生物生命活动过程中产生的代谢物质，能够加速co2与水结合作用，提高矿物相转化效率，同时微生物吸附在矿物相表面作为成核位点，形成更多的稳定碳酸盐，进一步提高工业废渣对二氧化碳的吸收量，提高工业废渣固碳率。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)本发明能促进废渣中更多的钙镁矿物相被碳化，加速吸收更多二氧化碳，将co2稳定封存于废渣中，提高固碳效率和固碳量；该技术方法固碳效果好、成本低、消纳量高，具有突出的社会效益；(2)与提高压力、改变温度等传统手段相比，微生物技术适用条件更加温和，取之于自然，常温常压下就能够高效利用工业废渣中难溶且碳化活性较低的碱性矿物相，与二氧化碳结合形成稳定碳酸盐，具有高效节能，操作简单，安全环保和经济适用等特点；(3)利用环境友好的微生物固碳技术将工业三废中的工业废渣与工业废气结合起来，对于碳达峰、碳中和具有重大意义。

技术特征：

1.一种利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，微生物矿化剂占废渣的质量百分比为1％～10％。

3.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述co2的体积分数为20％～95％。

4.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(2)中，恒温发酵培养的过程为：打开恒温搅拌系统，在20～40℃，100～300r/min下恒温培养12～72h，待菌液od值升至2以上，过滤后，取清液作为微生物矿化剂。

5.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述固碳的环境条件为：相对湿度为(90±5)％，压力为0.1±0.01mpa。

6.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述废渣为比表面积大于300m2/kg的粉体。

7.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(2)中，具有矿化沉积功能的微生物菌种为巴氏芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、可产碳酸酐酶的其他微生物或嗜碱芽孢杆菌中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述废渣的来源为煤矸石、电石渣、矿渣、镍渣、锂渣、钢渣、赤泥、白云石尾矿、铜渣、铁尾矿、钙镁硅酸盐矿物、再生砂粉、再生混凝土或硅酸盐水泥中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的利用微生物与废渣协同固碳的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述废渣为经过破碎、烘干、磨细后的碱性工业废渣粉。

技术总结
本发明公开了一种利用微生物与废渣协同固碳的方法，包括如下步骤：(1)将清水和微生物生长所需营养物质加入微生物培养罐中，搅拌混合，得到微生物液体培养基；(2)将具有矿化沉积功能的微生物接种于微生物液体培养基，恒温发酵培养，过滤得到微生物矿化剂；(3)将微生物矿化剂与废渣混合后，放置于含有CO<subgt;2</subgt;的环境中进行固碳。本发明利用微生物技术方法，具有固碳效果更显著、适用性更广、环境更友好，促进资源循环利用率更高等特点，可作为对工业排放尾气碳封存，碳中和的重要技术手段。

技术研发人员：钱春香,马志远,张霄
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15