一种确定固废水泥基材料中重金属铬（VI）生态安全的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，首先是将工业固废水泥基材料破碎及粉磨至90～180μm粒径，再筛选出环境特征微生物，然后按一定比例将水泥基材料细粉粒和环境特征微生物接种至培养基中，再根据培养基中菌株的抑菌率变化曲线和重金属铬(VI)的含量曲线，来确定工业固废水泥基材料中的铬(VI)是否存在环境安全风险。本发明专利技术是基于环境特征微生物，不需要复合其它材料，制备工艺简单，成本低廉，准确率高达98％及以上，故可广泛用于大宗工业固废材料，也为大宗工业固废材料的环境安全性提供了一个新的跨学科、跨领域的路径，具有良好的应用前景与现实意义。实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法


[0001]本专利技术涉及重金属检测
，特别的涉及一种固废水泥基材料中重金属铬(VI)的预警方法。

技术介绍

[0002]随着工业生产的发展，工业固体废物数量日益增加，其量大，贮存、处置占地多，已对生态环境和社会可持续发展造成了严重的影响。新型建筑材料是大宗工业固体废物综合利用的一种有效途径，且大多工业固废主要是以硅、铝、钙、铁质等成分为主，经合适的预处理无害化后，可大规模用于建筑材料原料及掺合料使用，消纳量大；不仅弥补了当前环保态势高压下建材原料紧缺问题，还能够实现一般工业固废综合利用的规模化和产业化，具有非常可观的利用前景及显著的社会效益和经济效益。
[0003]目前，用于水泥和混凝土生产的原材料、燃料和混合材等矿源来源广泛，成分复杂，在生产方面虽然技术上可行，但矿源中的未知污染物被包覆于水泥基材料内，可能会存在某些隐患。已有国外学者在工业固体废物水泥基材料固化处理方面研究得出，虽然在短期内可通过固化方式很好的处理好固体废物，但随时间的推移，其中的某些重金属可随水分子迁移至土壤中；另外，研究人员也发现pH值的大小直接影响着水泥基材料中的水化产物形成质量，以至于其中的重金属Cr等浸出量明显提高。由此可见，水泥基材料中被封存的重金属离子与外环境的影响存在直接关系。尽管重金属溶出量和溶出率都不高以及溶出主要发生在样品的表层，但考虑到水泥基材料用量大，环境中的长期累积作用和产品劣化破坏后导致重金属离子溶出量增大，以及产品结构解体填埋后由于总体暴露面积增大重金属离子溶出速度和溶出量会加大。
[0004]水泥基材料中的铬(
Ⅵ
)来源广泛，如原材料中赋存、高温煅烧过程中氧化等，水泥窑协同焚烧垃圾、污染土、城市污泥等也会导致六价铬含量增加。而六价铬的毒性比三价铬高 100倍，并且在环境中不会自然分解，六价铬更易为人体吸收而且为人体蓄积，并可以引起口角糜烂、恶心、呕吐、腹泻、腹疼和溃疡等病变。六价铬同时也是最易导致过敏的金属之一，仅次于镍；在国际上，六价铬被列为对人体危害最大的8种化学物质之一，是公认的致癌物质。所以重金属元素铬(VI)在土壤中存在累积效应，若其含量超过背景值，将会通过食物链途径在植物、动物和人体内积累，对生态环境、食品安全和人体健康都构成严重的威胁。因此，对于水泥基材料中的铬(VI)应高度重视并且采取有效预防措施。
[0005]国内针对水泥基材料中Cr(
Ⅵ
)的相关标准《GB 31893
‑
2015水泥中水溶性铬(VI)的限量及测定方法》已有颁布，将水泥试样、标准砂和水搅拌成水泥胶砂，过滤。滤液中加入二苯碳酰二肼，调格酸度、显色，在540nm处测定溶液的吸光度，在工作曲线上査得溶液中铬(VI)浓度。该方法存在酸解时pH控制范围小、显色剂对人体有潜在毒性危害、操作流程复杂等缺点，废液的处理也需要一定资金成本。且本标准是用于水泥生产企业对通用硅酸盐水泥进行水溶性铬含量检验，要求样品具有均匀性和代表性。而工业固废水泥基材料成分复杂，金属铬分布不均匀，因此采用上述方法在实际操作中十分困难，难以实施，且结果的准
确性低。
[0006]因此，亟需建立一种针对工业固废水泥基材料中铬(VI)的高效环保的预警方法，以加强对水泥基材料中重金属铬(VI)的监测与风险调控，可有效预防与保障大宗工业固废用于建筑材料中的环境安全性，具有重要现实意义，也是对现有研究的有益补充。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，为当前大量工业固废用于水泥基材料中重金属铬(VI)的环境安全性提供了新思路和新保障，可有效预防大宗工业固废建材化利用中重金属铬的环境安全问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，包括以下步骤：
[0009]1)将待检测的固废水泥基材料破碎、粉磨至90～180μm粒径，得到细粉粒并高压灭菌。
[0010]2)在所述固废水泥基材料资源化利用场地的周边土壤中筛选出环境特征微生物菌种并活化，备用。
[0011]3)在无菌条件下，将步骤1)所述细粉粒按照生长培养基的6～14wt％投加至生长培养基中，然后再接种步骤2)活化的环境特征微生物菌种后，置于恒温培养箱中，培养12～24h后，每隔12h测定其OD
600
。
[0012]若生长培养基中重金属铬(VI)的浓度下降，且环境特征微生物菌种的生长受抑制，但仍保持生长，则固废水泥基材料中重金属铬(VI)不存在生态安全风险；若反之，则固废水泥基材料中重金属铬(VI)存在生态安全风险。
[0013]这样，在一定的低浓度金属铬(VI)的生长培养基中，金属铬(VI)会通过轻度抑制作用影响大肠杆菌或白色念珠菌在迟缓生长期的生长，但同时大肠杆菌或白色念珠菌会将外部环境中的铬(VI)作为自己新陈代谢的能量来源，从而促进自身的生长，所以低浓度金属铬(VI) 的培养基中大肠杆菌或白色念珠菌的生长整体上呈现被抑制趋势且菌种数量仍有增长。大肠杆菌和白色念珠菌对铬(VI)有显著的富集效果。一方面，大肠杆菌和白色念珠菌可通过自身的新陈代谢将铬(VI)累积至细胞壁和细胞质膜上面；另外一方面，大肠杆菌和白色念珠菌还能通过自身代谢调控而形成铁、硫等氧化物来吸附铬(VI)。因此，在大肠杆菌或白色念珠菌的液体培养基中的铬(VI)浓度会显著下降趋势。因此，固废水泥基材料中的重金属铬(VI)即使浸出也不存在生态安全风险。
[0014]在高浓度金属铬(VI)的培养基中，金属铬(VI)会对通过细胞毒害作用致使大肠杆菌和白色念珠菌代谢机能发生障碍从而严重抑制的生长和繁殖，继而使细胞形态异常甚至使细胞裂解，导致细胞死亡。因此，大肠杆菌或白色念珠菌的生长数量不会增加，培养基中的铬(VI) 浓度自然也不会有下降趋势，即存在生态安全风险。
[0015]作为优选的，所述固废水泥基材料中掺杂的工业固废为尾矿渣、炉渣和钢渣中的一种或多种。
[0016]作为优选的，所述环境特征微生物为大肠杆菌或/和白色念珠菌。
[0017]作为优选的，所述环境特征微生物采用以下方法来筛选：
[0018]S1：将采集的土壤用无菌水稀释成梯度浓度并涂布于添加5wt％细粉粒的TSA平板，静置培养24～48h；
[0019]S2：挑取步骤S1中菌落活性最高的单菌落，然后将所述单菌落在添加5wt％细粉粒的TSA 平板上划线，静置培养24～48h后，菌株活性最高的即为所述环境特征微生物菌种。
[0020]作为优选的，所述环境特征微生物菌种的接种量为5～10％。
[0021]作为优选的，所述生长培养基包括以下组分：胰酪胨14～20g/L、氯化钠4.0～6.0g/L、大豆木瓜蛋白酶消化物2.4～3.6g/L、葡萄糖2.0～3.0g/L和磷酸氢二钾2.0～3.0g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将待检测的固废水泥基材料破碎、粉磨至90～180μm粒径，得到细粉粒并高压灭菌；2)在所述固废水泥基材料资源化利用场地的周边土壤中筛选出环境特征微生物菌种并活化，备用；3)在无菌条件下，将步骤1)所述细粉粒按照生长培养基的6～14wt％投加至生长培养基中，然后再接种步骤2)活化的环境特征微生物菌种后，置于恒温培养箱中，培养12～24h后测定其OD
600
；若生长培养基中重金属铬(VI)的浓度下降，且环境特征微生物菌种的生长受抑制，但仍保持生长，则固废水泥基材料中重金属铬(VI)不存在生态安全风险；若反之，则固废水泥基材料中重金属铬(VI)存在生态安全风险。2.根据权利要求1所述确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，其特征在于，所述固废水泥基材料中掺杂的工业固废为尾矿渣、炉渣和钢渣中的一种或多种。3.根据权利要求1所述确定固废水泥基材料中重金属铬(VI)生态安全的方法，其特征在于，所述环境特征微生物为大肠杆菌或/和白...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝强，刘珂，陈伸，段丁一，王泽渊，曾泽宇，程林枭，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：