城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法

本发明属于固体废弃物资源化利用领域与矿山充填领域，特别涉及一种城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快和建筑业的发展，城市固废的产生量逐年增加。2023年，中国的一般工业固废产生量达到了42.8亿吨，综合利用量为25.7亿吨，处置量为8.7亿吨，仍存在大量固废待利用或处置。据统计，我国每年约有10.5万亩良田受到城市固废污染的影响，城市固废的堆放和填埋，占用了土地资源，给生态环境带来了巨大压力。当前，城市固废制备再生骨料技术已经逐渐成熟，可以通过筛分、破碎、清洗等工艺将城市固废处理成再生骨料。但城市固废处理后的再生骨料吸水率在3.6～8.0％之间，表观密度为天然骨料的90％，堆积密度为天然骨料的85％，普遍存在吸水率高、密度低的问题，所制备出的充填料浆流动性能差、压缩率高，难以满足工程实际应用。

2、2023年，中国的co2排放增加了5.65亿吨，达到了126亿吨。为实现2030年碳达峰，2060碳中和的目标，我国工业发展需要实现自身的绿色低碳转型。作为大量排放co2的行业，煤炭行业和水泥行业也需要有效的固碳技术来减少自身的碳排放。碳酸酐酶矿化菌属于非光合co2同化型微生物，可以通过自身产碳酸酐酶直接将co2气体转化为hco3-，实现空气中co2的直接固定，并在碱性条件下结合ca2+形成碳酸钙，在细菌诱导下生成的碳酸钙具有胶凝作用。一般的城市建筑固废如混凝土和砂浆，自身呈碱性具有固碳潜力，结合产碳酸酐酶等微生物的固碳产碳酸钙胶凝作用，可以增强建筑固废再生骨料的力学性能和其他性能，经过强化的建筑固废可以用于矿山充填场景，大量的地下开采采空区作为碳化建筑固废的处置空间，具有大量处理城市固废，实现co2气体固定，丰富矿山充填材料来源的良好应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，以解决城市固废再生骨料吸水率高、密度低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，采用浸泡法或喷洒法将微生物菌液、ph缓冲液和钙源溶液与城市固废再生骨料充分混合，得到混合再生骨料；

5、步骤s2，将步骤s1得到的混合再生骨料放入碳化试验箱中进行固碳强化处理，得到强化再生骨料；

6、步骤s3，将步骤s2得到的强化再生骨料与胶凝剂、水充分拌合得到充填材料；

7、步骤s4，将步骤s3得到的充填材料通过充填管路充填至采空区。

8、所述步骤s1中，浸泡法的具体步骤为：

9、步骤a1，配置微生物菌液，其与钙源溶液体积比为1:1～4:1；

10、步骤a2，配置ph缓冲液，其浓度在0.5～1.5mol/l之间，与钙源溶液体积比为1:1～4:1；

11、步骤a3，配制钙源溶液，其浓度在0.5～1.5mol/l之间；

12、步骤a4，将步骤a1所得微生物菌液、步骤a2所得ph缓冲液与步骤a3所得钙源溶液混合得到浸泡液；

13、步骤a5，通过破碎机将建筑垃圾破碎筛分得到再生骨料，其中骨料粒径在5mm～25mm的再生骨料作为再生粗骨料，粒径<5mm的再生骨料作为再生细骨料；

14、步骤a6，按照再生骨料与浸泡液质量比2:1的比例，将步骤a5所得再生粗骨料与再生细骨料分别放入步骤a4所得浸泡液中浸泡30min。

15、所述步骤s1中，喷洒法的具体步骤为：

16、步骤b1，配置微生物菌液，其与钙源溶液体积比为1:1～4:1；

17、步骤b2，配置ph缓冲液，其浓度在0.5～1.5mol/l之间，与钙源溶液体积比为1:1～4:1；

18、步骤b3，配制钙源溶液，其浓度在0.5～1.5mol/l之间；

19、步骤b4，将步骤b1所得微生物菌液、步骤b2所得ph缓冲液与步骤b3所得钙源溶液混合得到喷洒液，并将喷洒液加入喷枪压力罐中；

20、步骤b5，通过破碎机将建筑垃圾破碎筛分得到再生骨料，其中骨料粒径在5mm～25mm的再生骨料作为再生粗骨料，粒径<5mm的再生骨料作为再生细骨料；

21、步骤b6，将步骤b4喷枪压力罐中的喷洒液按照骨料与喷洒液质量比按一定比例，均匀喷洒在步骤b5所得再生粗骨料与再生细骨料的表面。

22、所述微生物菌液中的微生物为碳酸酐酶矿化菌，例如胶冻样芽孢杆菌，此类菌在不用提供光照和氢的情况下，能够直接将空气中的co2固定，高效催化co2快速水合形成碳酸氢根，在碱性环境进一步水解生成碳酸根，与钙源结合形成碳酸钙，并且在该过程中产生大量微生物多糖，多糖与碳酸钙形成共胶结体系，最终在固废骨料内部和表面形成具有填充和胶结作用的碳酸钙提升再生骨料强度和密度，降低再生骨料渗透率和吸水率。

23、所述ph缓冲液不与钙离子形成难溶性沉淀，ph在7.5～9.5之间，ph缓冲液为tris(三羟甲基氨基甲烷)缓冲液、巴比妥缓冲液、氯化铵缓冲液、硼砂——氯化钙缓冲液、硼酸——氯化钾缓冲液的一种。

24、所述钙源溶液为可溶性钙盐溶液，可溶性钙盐为氯化钙、乙酸钙、硝酸钙、碳酸氢钙的一种或多种。

25、所述步骤s2中，碳化试验箱提供co2，碳化时的co2体积浓度在400ppm～27％之间，温度在20～40℃之间，湿度在60～90％之间。

26、所述城市固废再生骨料由建筑垃圾经破碎机破碎筛选所得，建筑垃圾为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆的一种或多种。

27、所述胶凝剂为水泥基胶凝剂、微生物胶凝剂一种或者多种混合。

28、本发明的原理是：利用产碳酸酐酶的微生物(如胶冻样芽孢杆菌)直接将空气中的co2固定，高效催化co2快速水合形成碳酸氢根，在碱性环境进一步水解生成碳酸根，与钙源结合形成碳酸钙，并且在该过程中产生大量微生物多糖，多糖与碳酸钙形成共胶结体系，最终在固废骨料内部和表面形成具有填充和胶结作用的碳酸钙提升再生骨料强度和密度，降低再生骨料渗透率和吸水率。

29、有益效果：相对于现有技术，本发明具有以下优点：

30、(1)使用微生物固碳强化技术对再生骨料进行强化改性处理，可以有效降低城市建筑垃圾再生骨料的吸水率和孔隙率，提高再生骨料力学性能和密度，使其满足矿山地下充填所要求的输送和力学性能条件。

31、(2)使用产碳酸酐酶的碳酸酐酶矿化菌处理再生骨料和co2的过程中，碳酸酐酶可以促进碳循环，将二氧化碳转化为碳酸钙沉淀，实现碳的固定和减排，有助于减少温室气体的排放，保护环境。

32、(3)使用微生物固碳强化技术强化再生骨料，具有广泛的适用性以及工程应用前景。

1.一种城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述步骤s1中，浸泡法的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述步骤s1中，喷洒法的具体步骤为：

4.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述微生物菌液中的微生物为碳酸酐酶矿化菌，碳酸酐酶矿化菌能够在不用提供光照和氢的情况下，高效催化co2快速水合形成碳酸氢根，直接实现对空气中co2的固定，并在碱性环境进一步水解生成碳酸根，与钙源结合形成碳酸钙，在该过程中产生大量微生物多糖，多糖与碳酸钙形成共胶结体系，最终在固废骨料内部和表面形成具有填充和胶结作用的碳酸钙。

5.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述ph缓冲液不与钙离子形成难溶性沉淀，ph在7.5～9.5之间，ph缓冲液为tris缓冲液、巴比妥缓冲液、氯化铵缓冲液、硼砂——氯化钙缓冲液、硼酸——氯化钾缓冲液的一种。

6.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述钙源溶液为可溶性钙盐溶液，可溶性钙盐为氯化钙、乙酸钙、硝酸钙、碳酸氢钙的一种或多种。

7.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述步骤s2中，碳化试验箱提供co2，碳化时的co2体积浓度在400ppm～27％之间，温度在20～40℃之间，湿度在60～90％之间。

8.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述城市固废再生骨料由建筑垃圾经破碎机破碎筛选所得，建筑垃圾为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆的一种或多种。

9.根据权利要求1至3任一所述的城市固废再生骨料的微生物固碳强化及矿山充填利用方法，其特征在于：所述胶凝剂为水泥基胶凝剂、微生物胶凝剂一种或者多种混合。