本發(fā)明屬于建筑固體廢棄物資源化再生利用的，具體涉及一種燒結(jié)磚渣粉的微生物活化方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、燒結(jié)磚渣粉是老舊建筑破拆過程中產(chǎn)生的混凝土殘骸經(jīng)過大顆粒骨料篩除后排放的小顆粒殘?jiān)涑煞謴?fù)雜，活性低下，自身物理性能不佳，屬于建筑固體廢棄物中最難有效再生利用的一類材料。燒結(jié)磚渣粉資源化再生利用一直是世界范圍內(nèi)的工程技術(shù)難題?，F(xiàn)有的利用途徑主要包括直接回填、簡單粉磨后低量摻配用于道路或土建工程、甚至占地存放等，其消納效率不足、潛力發(fā)掘欠缺、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性低下。隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，建筑業(yè)智能改造的興起，建筑固體廢棄物的排放壓力與日俱增，排放與消納矛盾日趨激化，這就迫切需要更為先進(jìn)的資源化利用技術(shù)手段和更高的再生效率。近年來，生物科技飛速發(fā)展。微生物可作為自然界中重要的分解者，在礦物材料中通過自身生命活動(dòng)和酸性代謝產(chǎn)物發(fā)揮重要作用，能有效分解利用各類難溶性礦物，具有促進(jìn)礦物元素化學(xué)循環(huán)的效應(yīng)，如硅循環(huán)等。燒結(jié)磚渣粉的主要成分為穩(wěn)定態(tài)的硅、鋁物質(zhì)，其活性低下，且傳統(tǒng)的機(jī)械、熱、化學(xué)等方式對(duì)其活化效率低，能耗大，極大限制了再生利用。將燒結(jié)磚渣粉通過微生物技術(shù)手段，進(jìn)行增溶活化處置，進(jìn)而作為常用活性混合材、摻合料等的替代物，既可以有效緩解固廢排放壓力，又可以提升建筑業(yè)、建材業(yè)的環(huán)保性與可持續(xù)發(fā)展性，這必將成為固廢資源化的發(fā)展趨勢(shì)之一。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，燒結(jié)磚渣粉活化研究多于應(yīng)用，且具有活性低、能耗高、消納率低、應(yīng)用性差等問題。例如，中國專利申請(qǐng)cn202210241659.0提供了一種含有建筑垃圾集料的路面修復(fù)混凝土，其內(nèi)容僅涉及采用磨細(xì)磚渣作為惰性填料制備鋁酸鹽水泥基混凝土材料。中國專利申請(qǐng)cn201811182801.9提供了一種加氣磚的制備方法，其內(nèi)容涉及在加氣磚生產(chǎn)中，摻加粉碎后的燒結(jié)磚渣粉，利用磚渣中的水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物晶體長大形成結(jié)晶機(jī)構(gòu)，縮短蒸壓養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率。

3、文獻(xiàn)《多種活化機(jī)制對(duì)燒結(jié)磚渣粉活性的影響》（李曉等，《中國港灣建設(shè)》，2023年43（08）期，52-57）中為有效提升燒結(jié)磚渣粉活性，實(shí)現(xiàn)其再生利用，采用微波、熱、化學(xué)激發(fā)的方式對(duì)其進(jìn)行活化。文獻(xiàn)研究采用傳統(tǒng)活化方式，未涉及微生物活化相關(guān)內(nèi)容。文獻(xiàn)《基于微生物增溶活化的再生混凝土微粉基砌體材料制備研究》（李曉等，《新型建筑材料》，2023年50（09）期，114-117）中采用不同質(zhì)量濃度的bio-51767膠質(zhì)芽孢桿菌株液對(duì)再生混凝土微粉進(jìn)行14?d的浸泡，研究了菌株液對(duì)其活性的影響規(guī)律。進(jìn)而以不同配比制備了再生混凝土微粉基砌體材料。文獻(xiàn)研究所采用菌株類型與本發(fā)明不同，且活化對(duì)象為再生混凝土微粉，微生物活化只涉及初代菌株液，屬于較為基礎(chǔ)的研究。燒結(jié)磚渣粉與再生混凝土微粉在化學(xué)組成、礦物組成和元素存在形態(tài)等方面存在巨大差異，從微生物代謝與活化酶對(duì)分子結(jié)構(gòu)瓦解破壞機(jī)理上差異顯著，不能通過簡單的經(jīng)驗(yàn)推定實(shí)現(xiàn)，且該文獻(xiàn)未涉及次代繁殖對(duì)活化作用的影響。碩士論文《微生物礦化和活化作用協(xié)同提高循環(huán)流化床粉煤灰膠凝性能研究》（劉云奇，太原理工大學(xué)，2023年01月）中，采用膠質(zhì)類芽孢桿菌（p.m）對(duì)循環(huán)流化床粉煤灰（cfa）的活化和礦化作用,通過碳酸酐酶提升了cfa在堿性環(huán)境中sio2和al2o3溶解速率及其在飽和石灰水中的對(duì)ca2+吸收能力,表明cfa火山灰活性提高。40%p.m有利于促進(jìn)cfa水化、加速鈣礬石早期形成和誘導(dǎo)生物礦化,利用cfa高鈣特性和火山灰活性的特性，提高cfa基膠凝材料的膠凝性能,同時(shí)在一定程度上還可緩解高鈣引起的安定性問題。該文獻(xiàn)采用的微生物菌株與本發(fā)明不同，且其針對(duì)的活化對(duì)象為循環(huán)流化床粉煤灰。而由于這是一種高鈣粉煤灰，菌株液活化作用更側(cè)重于加速ca2+消耗。燒結(jié)磚渣粉的火山灰活性遠(yuǎn)低于循環(huán)流化床粉煤灰，且兩者鈣存在的形態(tài)差異巨大，燒結(jié)磚渣粉中硅酸鈣與硅鋁酸鈣的晶體穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于循環(huán)流化床粉煤灰中的氧化鈣與硫酸鈣，溶解度也更低。所以兩者微生物增溶活化機(jī)理差異較大，而燒結(jié)磚渣粉的活化難度遠(yuǎn)超循環(huán)流化床粉煤灰。

4、總之，現(xiàn)有的研究成果和論文大多是采用傳統(tǒng)機(jī)械、熱、化學(xué)活化激發(fā)方式提升燒結(jié)磚渣粉活性，其能耗較大，環(huán)保性較低，所需設(shè)備投入較大，且活化效果不足。而采用微生物活化的對(duì)象多為再生混凝土微粉或循環(huán)流化床粉煤灰等。這些物質(zhì)與燒結(jié)磚渣粉從化學(xué)組成、礦物組成、元素形態(tài)等方面存在顯著差異，且燒結(jié)磚渣粉由于經(jīng)歷燒結(jié)過程，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，活性激發(fā)更為困難。關(guān)于燒結(jié)磚渣粉微生物活化的相關(guān)研究幾乎沒有，未出現(xiàn)相關(guān)技術(shù)方法。因此，隨著建筑固廢資源化與建筑業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展，迫切需要研發(fā)基于生物科技的燒結(jié)磚渣粉活性提升技術(shù)，以解決建筑固體廢棄物高效、低碳處置與循環(huán)再生應(yīng)用的的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種燒結(jié)磚渣粉的微生物活化方法和應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種燒結(jié)磚渣粉的微生物活化方法，采用as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌對(duì)燒結(jié)磚渣粉進(jìn)行活化。

4、本發(fā)明采用as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌對(duì)燒結(jié)磚渣粉進(jìn)行活化，該菌株對(duì)燒結(jié)磚渣粉中含有的硅、鋁、鈣礦物具有顯著的增溶效應(yīng)。一方面，其代謝產(chǎn)生的生物酸對(duì)石英、長石、高嶺石等礦物具有腐蝕分解效應(yīng)，另一方面，其產(chǎn)生的活化酶可以有效加速硅、鋁、鈣等元素的溶解。燒結(jié)磚渣粉活性提升機(jī)理就是使其中還有的穩(wěn)定態(tài)石英等礦物向非穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，從而提高在液相中的溶解度，進(jìn)而增加其參與水化反應(yīng)形成硬化結(jié)構(gòu)的數(shù)量。且本發(fā)明通過基礎(chǔ)研究揭示了as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌對(duì)硅、鋁、鈣物質(zhì)的作用機(jī)制，即在菌株次代繁殖的初期，可有效分解燒結(jié)磚渣粉中的硅、鋁、鈣物質(zhì)，并將其中部分吸收進(jìn)入細(xì)胞液，此時(shí)如菌株死亡，其細(xì)胞破裂，可溶性的硅、鋁、鈣元素進(jìn)入燒結(jié)磚渣粉漿體，干燥過程不影響其再次溶解能力；而隨著菌株生命周期的推進(jìn)，細(xì)胞液中的硅、鋁、鈣元素重新構(gòu)建形成新的細(xì)胞壁組織，而菌株死亡后，細(xì)胞壁的可溶性低，不利于提高液相中的硅、鋁、鈣濃度。

5、進(jìn)一步地，燒結(jié)磚渣粉的粒徑為400目。

6、本發(fā)明采用生物科技對(duì)燒結(jié)磚渣粉進(jìn)行資源化再生利用，其與其它活化工藝方法相變具有顯著的區(qū)別。現(xiàn)有的活化方法中：機(jī)械活化可以在一定程度上提升燒結(jié)磚渣粉的活性，但其主要是顆粒細(xì)化后的填充機(jī)理，而對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)破壞效率低下。當(dāng)顆粒尺寸達(dá)到400目時(shí)，對(duì)燒結(jié)磚渣粉的活性提升效果遠(yuǎn)低于應(yīng)用要求，而繼續(xù)細(xì)化其顆粒時(shí)，粉磨能耗顯著提高。熱活化通過熱能破壞穩(wěn)定態(tài)的si-o鍵能，從而將穩(wěn)定的硅氧四面體等轉(zhuǎn)化成不飽和結(jié)構(gòu)。燒結(jié)磚渣粉中的石英等礦物化學(xué)鍵能高，而要想破壞這些穩(wěn)定態(tài)結(jié)構(gòu)所需能量巨大。因此，雖然熱活化可以有效提升燒結(jié)磚渣粉的活性，但其能耗巨大，且對(duì)設(shè)備要求較高，更不利于低碳要求。酸、堿、鹽等化學(xué)激發(fā)僅能對(duì)不穩(wěn)定態(tài)的活性硅、鋁物質(zhì)起作用，而對(duì)穩(wěn)定的石英等礦物沒有明顯的效果。因此在燒結(jié)磚渣粉本身活性低下的條件下，化學(xué)激發(fā)對(duì)活性提升作用微乎其微，且其對(duì)環(huán)境還存在污染問題。相對(duì)以上活化方法，微生物活化對(duì)設(shè)備條件要求低，無需復(fù)雜精密的機(jī)械與設(shè)施；微生物自身的次代繁殖，可以迅速以級(jí)數(shù)增量提升液相中菌株含量，從而提高提高對(duì)硅、鋁、鈣等元素的增溶效應(yīng)，因此對(duì)初始菌株液濃度要求不高，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。微生物活化完全依賴微生物繁殖，通過細(xì)胞新陳代謝破壞鍵能，具有可靠性和普適性，可有效解決非同源燒結(jié)磚渣粉成分與含量差異較大的問題，且不產(chǎn)生大量噪音，且能耗低。as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌自身對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境有益，且在燒結(jié)磚渣粉活化最后的干燥階段被滅殺，轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，沒有多余排放，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生其它污染。

7、上述燒結(jié)磚渣粉的微生物活化方法，包括以下步驟：

8、步驟s1：在無菌條件下，用營養(yǎng)基液充分溶解as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌凍干粉，將溶解后的膠質(zhì)芽孢桿菌接種于營養(yǎng)基液中；

9、步驟s2：加入玻璃粉，恒溫?zé)o菌條件下培養(yǎng)，得到菌株液；

10、步驟s3：將燒結(jié)磚渣粉和菌株液混合后，在恒溫條件下震蕩搖篩，得到固液混合物；

11、步驟s4：將固液混合物烘干得到經(jīng)微生物活化的燒結(jié)磚渣粉。

12、進(jìn)一步地，所述的一種燒結(jié)磚渣粉的微生物活化方法，所使用的原料包括如下重量份數(shù)的組分：燒結(jié)磚渣粉18-22份、營養(yǎng)基液78-82份、玻璃粉0.0005-0.0010份、as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌凍干粉0.002-0.004份。

13、進(jìn)一步地，營養(yǎng)基液包括如下重量份數(shù)的組分：mgso4?7h2o?0.045-0.050份，caso4?2h2o?0.009-0.010份，na2hpo4?0.18-0.20份，fecl3?0.00045-0.00050份，葡萄糖0.45-0.50份，蒸餾水99.2-99.4份。

14、優(yōu)選地，步驟s1中，營養(yǎng)基液的ph值為7.0±0.1。

15、進(jìn)一步地，步驟s2中，加入玻璃粉后使as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌的質(zhì)量濃度為15-25mg/l，培養(yǎng)3天，得到菌株液。

16、進(jìn)一步地，步驟s3中，將燒結(jié)磚渣粉和稀釋5～10倍的菌株液以質(zhì)量百分比為1:（4～5）的比例混合。

17、進(jìn)一步地，步驟s3中震蕩搖篩的轉(zhuǎn)速為190-230?r/min，震蕩搖篩的時(shí)間為每4?h/次，每次20?min，持續(xù)8天。

18、進(jìn)一步地，步驟s4中將固液混合物在120±5℃下烘干至含水率2%以下，完成對(duì)燒結(jié)磚渣粉的微生物活化。

19、優(yōu)選地，玻璃粉為鈉鈣硅玻璃細(xì)粉，粒徑為200目。

20、進(jìn)一步地，步驟s2中，留存部分菌株液，得到接種菌株an，進(jìn)行代次接種，得到菌株液an+1，n≤4。

21、需要說明的是，as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌可以多代次激活使用，每次接種激活、培養(yǎng)后，在用于微生物活化的同時(shí)，均留存接種菌株an，以便進(jìn)行下一代次菌株接種?？紤]到菌株代次接種過程中的污染和變異，為保證對(duì)燒結(jié)磚渣粉的微生物活化效果，推薦n≤4。

22、優(yōu)選地，上述的恒溫溫度為30℃。

23、本發(fā)明的第二方面，提供上述方法活化的燒結(jié)磚渣粉的應(yīng)用，上述經(jīng)微生物活化的燒結(jié)磚渣粉的應(yīng)用范圍包括但不限于活性混合材、礦物摻合料、水泥基制品原材料。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、1、本發(fā)明采用as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌對(duì)燒結(jié)磚渣粉進(jìn)行活化，該菌株與其它膠質(zhì)芽孢桿菌相比針對(duì)燒結(jié)磚渣粉的礦物組成與化學(xué)組成效果顯著。本發(fā)明確定了微生物活化周期，以獲得最優(yōu)的增溶活化效果，從而為燒結(jié)磚渣粉提供一條新型基于生物科技的活化技術(shù)途徑。

26、2、本發(fā)明的微生物活化對(duì)設(shè)備條件要求低，無需復(fù)雜精密的機(jī)械與設(shè)施；微生物自身的次代繁殖，可以迅速以級(jí)數(shù)增量提升液相中菌株含量，從而提高對(duì)硅、鋁、鈣等元素的增溶效應(yīng)，因此對(duì)初始菌株液濃度要求不高，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。微生物活化完全依賴微生物繁殖，通過細(xì)胞新陳代謝破壞鍵能，具有可靠性和普適性，可有效解決非同源燒結(jié)磚渣粉成分與含量差異較大的問題，且不產(chǎn)生大量噪音，且能耗低。as1.232膠質(zhì)芽孢桿菌自身對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境有益，且在燒結(jié)磚渣粉活化最后的干燥階段被滅殺，轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，沒有多余排放，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生其它污染。因此，本發(fā)明在技術(shù)成本方面與現(xiàn)有活化工藝相比優(yōu)勢(shì)顯著，且為燒結(jié)磚渣粉資源化提供了一條高效率的再生利用技術(shù)途徑，環(huán)境效益和社會(huì)效益顯著。

27、3、本發(fā)明通過生物科技技術(shù)，對(duì)燒結(jié)磚渣粉進(jìn)行了活化，使其活性得到了可靠提升，達(dá)到了現(xiàn)有活性混合材、摻合料的技術(shù)要求。本發(fā)明對(duì)燒結(jié)磚渣粉原料要求低，活化效果好且穩(wěn)定，且活化后的燒結(jié)磚渣粉對(duì)水泥基材料的凝結(jié)時(shí)間、安定性等技術(shù)指標(biāo)沒有劣化作用，從而其可以在各類水泥、混凝土等材料與制品中廣泛應(yīng)用，解決了其活性低下，通常只能作為低品位原料填充的應(yīng)用局限性問題，經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)效益顯著。