[发明专利]一种为微生物提供生长环境的淋滤装置及使用方法

说明书

一种为微生物提供生长环境的淋滤装置及使用方法，属于尾砂试验设备技术领域，包括进水系统、出水系统、水浴室、试样腔、浸入系统、浸出系统和温度控制系统；水浴室顶部分别连接有进水系统、浸入系统及温度控制系统，底部分别连接有浸出系统及出水系统，水浴室内设置有试样腔。本发明装置通过水浴恒温系统，将温度维持在可以为微生物提供适宜存活的温度，并且不受外界温度变化的影响，同时避免因温度变化导致微生物对尾砂的胶结程度，以便在长时间的淋滤过程中，延长微生物的存活时间，使试验结果更准确。

技术领域

本发明属于尾砂试验设备技术领域，具体涉及一种为微生物提供生长环境的淋滤装置及使用方法。

背景技术

我国因矿山开采形成的尾矿库或废石堆分布广泛，尾矿中多含铬、镉、铅、锌、铜、镍、砷等重金属及其它各类污染物质，在大气降雨的淋滤作用下尾矿中的重金属元素会随之向下迁移进而污染下层尾砂甚至地下水。大量矿山开采产生的尾矿不仅占用了其周围大片的土地，而且尾矿中的大量有害元素也会在淋滤等的作用下释放出来造成持久的环境污染。矿山开采后产生的尾矿废渣、选矿尾砂、矿山废石长期暴露于地表环境中，这些含有重金属的矿物在地表径流、降水下渗等的作用下，不断向水体和土壤中释放锑等有害元素，对环境和人体造成危害。为了解各类污染物在尾砂中的迁移变化规律，模拟污染元素在尾砂中的转化过程尤为重要。柱淋滤试验是研究在降雨条件下尾砂中污染元素垂向迁移的重要方法，对尾砂和地下水安全评价有重要的指导作用，同时也为尾砂与地下水的修复及治理提供科学的依据。

微生物诱导生成碳酸盐沉淀(MICP)是自然界普遍存在的一种生物诱导矿化作用，其中，碳酸盐的析出主要依赖于微生物新陈代谢活动产生的碳酸根离子、碱性条件以及环境中存在的金属离子。尿素水解的MICP作用作为其中一种矿化类型，反应机制简单，过程容易控制，且在短时间内能产生大量的碳酸根，因此，基于尿素水解的MICP技术是目前研究最多、应用最广泛的生物矿化技术。巴氏芽孢杆菌是一种能促进尿素水解的高产脲酶菌，该细菌无毒无害，在岩土中广泛存在，在酸碱及高盐等恶劣土壤环境中也具有较强的生物活性。脲酶菌能以环境中的尿素提供氮源，通过自身新陈代谢活动产生大量高活性脲酶分解，脲酶水解溶液中的尿素生成CO₂和NH₃，溶液中碳酸根离子含量随溶液pH值升高而升高。脲酶催化作用的本质是脲酶破坏尿素的共价键，其活性中心与尿素底物分子之间通过氢键、离子键、疏水键等短程非共价力作用形成脲酶尿素反应中间物。脲酶菌诱导碳酸盐结晶的主要反应方程式(以碳酸钙为例)如式(1)-(4)所示。

H₂NCOOH——→NH₃+CO₂ (2)

CO₂+H₂O——→H⁺+HCO₃^-——→2H⁺+CO₃^2- (3)

Ca²⁺+CO₃^2-——→CaCO₃ (4)

微生物的生长受到温度、营养液(脲素、钙离子)和pH的影响。但是温度对微生物生长影响十分明显，尤其是在我国东北地区的室外试验中，不适宜的温度可能直接造成微生物的死亡。

目前，已有的微生物淋滤装置存在的缺陷：

(1)加入微生物的尾砂放置到淋滤装置中，由于外界的温度不断在变化，使装置内的微生物生存环境不佳，影响微生物对尾砂的胶结程度，导致试验结果不准确。

(2)淋滤时间过长，例如超过30天，使得微生物在长时间的低温下无法正常生存，影响试验结果。

发明内容