本發(fā)明屬于固體廢物資源化領(lǐng)域，涉及一種激發(fā)石膏類固廢用于微生物礦化生成碳酸鈣的方法，具體是利用激發(fā)石膏類固廢作為鈣源和微生物結(jié)合生成碳酸鈣的方法。

背景技術(shù)：

1、微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀技術(shù)(micp)作為一種天然的生物介導(dǎo)技術(shù)在土壤修復(fù)、邊坡處置、島礁建設(shè)以及文物修復(fù)等方面有著越來越廣泛的應(yīng)用。這是一種將化學(xué)固定與微生物原位修復(fù)結(jié)合的修復(fù)新技術(shù)，主要利用細(xì)菌誘導(dǎo)產(chǎn)生caco3沉淀，沉淀的caco3充填在土內(nèi)孔隙中，使土顆粒膠結(jié)在一起，提高土體強度。根據(jù)文獻1《鈣源對微生物礦化膠結(jié)砂土材料均勻性的影響[j]》(徐溪晨，郭紅仙，程曉輝，喬婧，杜鑒航.土木與環(huán)境工程學(xué)報(中英文)，2024，46(05)：57-63.)的研究，氯化鈣作為鈣源具有成本高和氯離子侵蝕的弊端，進而影響該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。因此，找尋新的鈣源替代傳統(tǒng)的氯化鈣對于微生物礦化技術(shù)具有重要意義，現(xiàn)有技術(shù)中可替代的鈣源大多為醋酸鈣、硝酸鈣和乳酸鈣等，但這些鈣源僅通過改變化學(xué)試劑的方式來取代氯化鈣仍無法有效解決大規(guī)模應(yīng)用的問題。根據(jù)文獻2《微生物礦化反應(yīng)原理、沉積與破壞機制及理論：研究進展與挑戰(zhàn)[j]》(劉漢龍，趙常，肖楊.巖土工程學(xué)報，2024，46(07)：1347-1358.)的研究，可以利用廢物來作為鈣源的替代品，例如利用酸來溶解蛋殼、石灰石粉等富鈣廢物。因此，利用富鈣固廢材料用于微生物礦化生成碳酸鈣是解決該方法大規(guī)模應(yīng)用的有效途徑之一。

2、石膏類固廢作為工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種固體衍生副產(chǎn)品，其主要成分為二水合硫酸鈣(caso4·2h2o)，石膏類固廢在全球每年的廢棄量可達(dá)5億噸以上，在中國石膏類固廢的廢棄量也可達(dá)到數(shù)以噸。根據(jù)文獻3《石膏固廢再生利用研究進展[j]》(信翔宇，陳廣立，張秀芝，等.中國粉體技術(shù)，2023，29(01)：10-18.)的研究，石膏類固廢的長期堆放不僅會占用大量的土地資源，同時其中殘留的游離酸以及重金屬會對堆積區(qū)的土壤以及水體造成嚴(yán)重污染，導(dǎo)致周邊環(huán)境惡化。因此，對石膏類固廢進行無害化處理以及綜合資源化利用，生產(chǎn)出可利用回收的高價值產(chǎn)品不僅具有環(huán)境效益，還能夠創(chuàng)造經(jīng)濟價值。

3、目前針對利用石膏類固廢資源化利用的方法不斷出現(xiàn)，其中將其制備成碳酸鈣是主要的方法之一，但是仍有不足之處。如在專利cn108408751a利用氨水和磷石膏混合的同時通入co2氣體，然后過濾得到固體物質(zhì)和硫酸銨溶液，固體物質(zhì)再通過上述反復(fù)步驟直至無變化后將濾液進行加熱獲取碳酸鈣，但該過程繁瑣，需要利用多種化學(xué)試劑，且通入co2氣體在一定程度上會導(dǎo)致氣體外泄造成環(huán)境影響。專利cn116903017a和cn118289792a中均利用了葡萄糖酸鈉溶液作為磷石膏中鈣離子的提取液，并向其中通入co2氣體來獲取碳酸鈣，雖然減少了制備步驟，但是仍需要通入co2氣體作為反應(yīng)媒介，這就往往會導(dǎo)致溫室氣體的外泄。

4、綜上所述，現(xiàn)有的石膏類固廢和微生物礦化技術(shù)存在以下問題：

5、1、替代微生物礦化技術(shù)中傳統(tǒng)鈣源的方法較為單一，且難以進行大規(guī)模應(yīng)用；

6、2、石膏類固廢占用土地資源，帶來環(huán)境污染，利用率低；

7、3、利用石膏類固廢制備碳酸鈣的過程繁瑣，化學(xué)試劑較多，且通入co2氣體會造成外泄的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服背景技術(shù)中指出的問題，即本發(fā)明的目的是提供一種激發(fā)石膏類固廢用于微生物礦化生成碳酸鈣的方法，實現(xiàn)石膏類固廢資源化利用的同時還能夠替代微生物礦化技術(shù)中的傳統(tǒng)鈣源，充分實現(xiàn)了優(yōu)勢互補。經(jīng)微生物礦化石膏類固廢后，碳酸鈣既可以作為石膏類固廢資源化利用的綠色產(chǎn)品又可以成為微生物礦化技術(shù)改良土體的碳酸鈣來源。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種激發(fā)石膏類固廢用于微生物礦化生成碳酸鈣的方法，包括以下步驟：

3、步驟1，石膏類固廢的預(yù)處理

4、步驟1.1，將石膏類固廢粉碎并過孔徑為0.075mm～2mm的篩，然后將過篩后的石膏類固廢放置在溫度為45℃～55℃的烘箱中烘干24h～48h，取出烘干后的石膏類固廢粉放入容器中備用；

5、步驟2，激發(fā)鈣源的制備

6、步驟2.1，將激發(fā)劑與去離子水按照濃度0.5mol/l～1.5mol/l進行配制后，放入攪拌裝置中進行第一次攪拌，得到激發(fā)劑溶液；第一次攪拌速率為700rpm～800rpm，第一次攪拌時間為5min～10min；

7、步驟2.2，將步驟2.1得到的激發(fā)劑溶液與石膏類固廢粉按照液固比ml∶g為5～20∶1混合后，放入攪拌裝置中進行第二次攪拌，第二次攪拌速率為700rpm～800rpm，第二次攪拌時間為25min～35min；

8、步驟2.3，將經(jīng)過步驟2.2處理后的激發(fā)劑溶液與石膏類固廢粉的混合物倒入濾孔孔徑為0.40μm～0.50μm的過濾裝置中過濾，得到含有鈣離子的浸出溶液，并去除不可溶雜質(zhì)；過濾時間為30min～60min；

9、步驟2.4，將去除不可溶雜質(zhì)的鈣離子的浸出溶液與尿素混合得到激發(fā)后鈣源，其質(zhì)量組成按照前述順序為1000∶12～15；

10、步驟3，微生物菌液的制備

11、步驟3.1，采用美國菌種保藏中心推薦配方atcc?1376?nh4-ye配置培養(yǎng)液，然后將培養(yǎng)液在121℃～123℃下滅菌20min～30min，再放置在超凈工作臺上進行紫外滅菌并通風(fēng)，待培養(yǎng)液的溫度降至室溫時待用；

12、步驟3.2，待培養(yǎng)液的溫度降至室溫后，取培養(yǎng)液于容器中，用無菌移液器將脲酶菌加入到培養(yǎng)液內(nèi)得到菌液，脲酶菌與培養(yǎng)液的容量比為1∶100，將菌液放入恒溫震蕩箱內(nèi)進行培養(yǎng)；恒溫震蕩箱振蕩頻率為160rpm～200rpm，溫度為28℃～32℃，培養(yǎng)時間為24h～48h；

13、步驟3.3，培養(yǎng)完成后，測量菌液在600nm波長處的吸光值，即od600值，在od600＝1.6～1.8時取出待用；

14、將完成上述處理的菌液記為微生物菌液；

15、步驟4，微生物菌液與激發(fā)鈣源制備碳酸鈣

16、步驟4.1，將微生物菌液與激發(fā)后鈣源按照體積比為1∶1～8混合均勻，然后將該混合均勻的溶液放置恒溫培養(yǎng)箱中進行靜置反應(yīng)，恒溫培養(yǎng)箱的溫度為28℃～32℃，反應(yīng)時間為48h～56h；

17、步驟4.2，待反應(yīng)結(jié)束后，將上述混合溶液倒入過濾裝置中，過濾得到碳酸鈣固體產(chǎn)物，隨后將碳酸鈣固體產(chǎn)物放入烘箱中烘干，并將烘干后得到的碳酸鈣固體碾碎過2mm～1mm篩即可得到所需的碳酸鈣產(chǎn)品；過濾裝置中的濾膜的孔徑為0.17μm～0.27μm，烘箱溫度為100℃～110℃，烘制時間為12h～36h。

18、優(yōu)選地，所述石膏類固廢為磷石膏、鈦石膏、脫硫石膏中的任意一種。

19、優(yōu)選地，所述激發(fā)劑為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、醋酸銨和葡萄糖酸鈉中的任意一種。

20、優(yōu)選地，所述美國菌種保藏中心推薦配方atcc?1376?nh4-ye配置的培養(yǎng)液的組成為：20g酵母提取物、10g(nh4)2so4、0.13mol/l?tris?buffer，加去離子水至1l，用1mol/lhcl調(diào)節(jié)培養(yǎng)液ph＝9.0。

21、優(yōu)選地，所述脲酶菌為巴氏芽孢桿菌、巴士芽孢八疊球菌、枯草芽孢桿菌中的一種。

22、優(yōu)選地，步驟4.2所述烘干指的是碳酸鈣產(chǎn)品的含水量小于2％。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益的效果包括：

24、1、本發(fā)明的工藝流程簡潔。本發(fā)明以磷石膏作為原材料，利用有機鹽或者無機鹽可直接將石膏類固廢中的鈣離子提取出來，反應(yīng)流程簡單，能耗較低。

25、2、本發(fā)明實現(xiàn)了工業(yè)廢料的資源化。本發(fā)明中石膏類固廢屬于具有污染性的工業(yè)廢物，將石膏類固廢引入微生物礦化技術(shù)中，生成的碳酸鈣可作為工業(yè)廢棄物綠色回收利用的目的。

26、3、本發(fā)明實現(xiàn)了micp傳統(tǒng)鈣源的替代。采用激發(fā)劑激發(fā)石膏類固廢后的鈣離子溶液作為微生物礦化技術(shù)的鈣源，在降低該技術(shù)運用成本的同時，還可以有效利用固體廢棄物。

27、4、本發(fā)明具有一定的環(huán)保性。本發(fā)明對石膏類固廢綜合利用，減少土地資源占用，降低環(huán)境污染，具有更好的環(huán)境增益。