微生物加固土体技术研究进展
微生物在土壤修复中的应用研究
微生物在土壤修复中的应用研究近年来，随着环境问题的凸显，土壤污染已成为一个严重的社会及环境问题。
土壤修复作为解决土壤污染的有效手段之一，吸引着越来越多的关注和研究。
而微生物作为土壤修复中的重要角色，其应用研究成为了科学家们的热点领域。
本文将介绍微生物在土壤修复中的应用研究，并探讨其未来发展前景。
一、微生物的种类及功能微生物是一大类单细胞生物，包括细菌、真菌和病毒等。
在土壤修复中，微生物可以发挥多种功能，如：1. 降解有机污染物某些微生物具有分解有机污染物的能力。
它们通过代谢作用，将有机污染物转化为无害的物质，从而降低土壤的污染程度。
2. 吸附重金属一些微生物能够吸附土壤中的重金属离子，减少其对环境的毒性影响。
通过微生物吸附，重金属可以在土壤中形成不易迁移、不易释放的稳定形态。
3. 修复土壤结构微生物通过分解土壤有机质，改善土壤的酸碱性和通透性，促进土壤结构的形成和发育。
这对于改良受沙化、盐渍化等问题的土壤至关重要。
二、微生物在土壤修复中的应用研究微生物在土壤修复中的应用研究涉及到多个方面，以下将重点介绍其中的几个方向。
1. 生物提取生物提取是利用微生物的生长代谢特性，将污染物从土壤中提取出来。
通过富集、培育特定微生物，可使其代谢产物或酶解代谢产物与污染物结合，从而提取污染物。
2. 微生物降解微生物的降解能力被广泛应用于土壤修复。
研究者通过筛选和改良具有高降解性的微生物种类，或通过基因工程方法提高微生物降解有机污染物的能力。
3. 微生物修复微生物修复是通过引入特定微生物种群到受污染土壤中，利用其代谢活动和生长特性，修复和改良土壤环境，降低土壤污染物的毒性。
4. 微生物辅助技术微生物辅助技术是将微生物与其他技术手段结合，共同应用于土壤修复中。
例如，将微生物生物界面技术与电动力、超声波等物理修复技术相结合，可以提高修复效果。
三、微生物在土壤修复中的挑战与前景尽管微生物在土壤修复中具有广阔的应用潜力，但也面临一些挑战。
微生物在土壤修复中的应用研究
微生物在土壤修复中的应用研究随着人类经济的快速发展和工业化进程的加速进行，严重的土壤污染问题已经引起了人们的广泛关注。
传统的土壤修复方法往往需要耗费大量的时间、金钱和人力资源，而且往往不能完全清除污染物。
因此，寻找一种高效、经济、环境友好的土壤修复方法变得迫切而重要。
微生物技术作为一种新兴的土壤修复技术，正在引起越来越多的关注。
本文旨在探讨微生物在土壤修复中的应用研究，并分析其优势和存在的挑战。
一、微生物在土壤修复中的作用机制微生物在土壤修复过程中起到了至关重要的作用。
首先，微生物可以通过降解有机物和去除重金属等方式降低土壤污染物的浓度。
许多微生物具有优秀的降解能力，可以将有机物分解为无害的物质，从而减少对环境的危害。
此外，微生物还可以将重金属离子还原为难溶的沉淀物，从而减少其毒性。
其次，微生物可以提高土壤的生物学活性和养分利用率，促进土壤的恢复和生态系统的建立。
微生物可以分解土壤中的有机物质并产生养分，为植物的生长提供有利条件。
同时，微生物还可以与植物根系形成共生关系，提高植物的养分吸收效率。
二、微生物在不同土壤修复中的应用微生物技术在不同类型的土壤修复中都有广泛的应用。
首先，对于有机物污染土壤的修复，微生物降解技术是一种常用的方法。
通过人工引入具有降解能力的微生物，可以有效地降低土壤中有机物的含量。
其次，对于重金属污染土壤的修复，微生物还可以利用菌体产生的特殊分子结构吸附和沉淀重金属离子，从而达到去除的目的。
此外，微生物还可以作为土壤改良剂，增加土壤的肥力和保水性。
在沙漠化地区，通过引入适应干旱条件的微生物，可以提高土壤的保水能力，并促进植被的恢复。
总而言之，微生物技术是一种多功能、高效的土壤修复方法。
三、微生物修复技术的优势与传统的土壤修复方法相比，微生物修复技术具有许多明显的优势。
首先，微生物修复技术具有针对性强的特点。
微生物根据不同的土壤类型和污染物种类，可以选择性地降解有机物或去除重金属。
微生物土壤修复技术的探索和发展
微生物土壤修复技术的探索和发展第一章简介微生物修复技术是一种基于微生物进行土壤修复的技术，近年来得到了广泛的关注。
土壤修复技术是解决环境污染问题的重要手段，尤其是针对土壤污染问题。
而微生物修复技术的出现为土壤修复带来了新的突破，为人类处理环境问题提供了新的思路。
第二章微生物修复技术的概念及原理微生物修复技术是一种利用微生物进行土壤修复的技术，其基本思路是通过注入具有修复能力的微生物，在污染土壤中通过生物、化学和物理手段进行修复，恢复土壤的自然生态系统。
微生物通过分解污染物质，使其转化为简单的无害物质，从而消除对环境的毒害。
微生物修复技术的原理是通过微生物的生长代谢来分解有机污染物质和无机污染物质，微生物利用污染物质作为碳源或能源，同时吸收污染物中的养分和能量。
通过微生物的代谢和代谢产物对有机污染物质分解作用，使其转化成为无害物质。
对于无机污染物质，通过微生物的净化和控制能力，使其量得到有效的降低，达到环境安全要求。
第三章微生物修复技术的分类微生物修复技术包含多种分类方式，其中根据修复方式可以分为生物物理修复技术、生物化学修复技术以及自我修复技术：（一）生物物理修复技术生物物理修复技术通过物理手段解决污染问题，使用生物方法来稳定或减少土壤中的污染物，最终实现土壤的恢复和修复。
例如通过植物根系吸附土壤中的重金属和有机物质，来实现土壤修复。
（二）生物化学修复技术生物化学修复技术结合了生物和化学手段，主要通过微生物处理、分解和转化有毒物质质，产生少量二氧化碳、水和其他安全化合物。
例如采用生物反应器技术对土壤中的有机物质进行分解和降解。
（三）自我修复技术自我修复技术主要通过土壤存在的微生物和植物的作用来修复土壤污染，此方式有效参与生态环境的恢复。
例如通过土壤中的自然微生物菌落对有机物质分解降解。
第四章微生物修复技术的优点及不足微生物修复技术的优点是可以降低土壤污染的风险，利用微生物代谢作用来降解污染物质，大大减少土壤的污染程度。
基于微生物学的土壤改良技术研究
基于微生物学的土壤改良技术研究随着现代农业的发展，土壤质量逐渐下降，导致作物生长受限。
为了改善土壤质量，科研人员开始研究基于微生物学的土壤改良技术。
这一技术采用了微生物的多样性来促进土壤生物的活动，提高土壤中的有机质含量，促进植物的生长。
一、微生物学与土壤改良微生物可以说是自然界最为丰富的生物群体之一。
微生物包含细菌、真菌、原生动物和病毒等多种类型。
这些微生物广泛存在于生态系统的各个环节中。
土壤是一个复杂的生物系统，其中含有大量的微生物。
这些微生物对于土壤的生态系统具有重要的作用。
微生物可以利用一些有机物质为食物，将它们分解为更简单的化学物质，然后释放出营养物质，这些营养物质可供植物吸收和利用。
此外，微生物还可以将一些有害物质转化为无害物质，保护土壤环境。
基于微生物学的土壤改良技术主要是通过调整土壤微生物的组成和数量来改善土壤的生物学性质，从而优化植物生长环境。
二、亚硝酸盐还原菌的应用亚硝酸盐还原菌是一种重要的土壤微生物，其具有还原硝酸盐和亚硝酸盐的能力。
这些化合物是一些无机肥料中常见的物质，因此亚硝酸盐还原菌的应用非常有前景。
研究表明，亚硝酸盐还原菌可以有效地激活土壤中的微生物群落，并提高土壤中的有机质含量。
此外，亚硝酸盐还原菌还可以促进植物的生长，并且可以在一定程度上代替传统的化肥。
三、腐生菌的应用腐生菌是一种以分解有机物质为能源的微生物。
腐生菌在土壤中的分解作用非常重要，因为它可以将含碳制物分解为更简单的化合物，并且可以将这些化合物释放到土壤中。
基于微生物学的土壤改良技术中，腐生菌的应用非常重要。
研究表明，腐生菌可以有效地分解地下有机质，提高土壤中的有机质含量。
四、拮抗菌的应用拮抗菌是一种可以抑制其他微生物群落生长的微生物。
基于微生物学的土壤改良技术中，拮抗菌的应用可以有效地减少一些病原微生物的生长，从而促进农业的生产。
研究表明，拮抗菌可以有效地减少根系病原微生物的数量，并提高植物生长的质量和数量。
微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)固化土壤实验研究
微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)固化土壤实验研究随着世界范围内的人口增长和社会发展，对建设用地的需求不断增大。
传统的化学灌浆材料和化学固化剂，大多含有有毒化学物质，常常对环境造成不良影响。
研究一种新型环保的土壤加固方法就变得十分迫切。
微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种在自然界中广泛存在的生物矿化过程，机理简单，快速高效，环境耐受性好。
将这一技术用于土壤加固，将会带来巨大的环境效益和经济效益。
本文主要开展了巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）催化尿素水解进行MICP固化土壤效果和影响因素研究，为这一技术的实际应用提供基础数据和科学依据。
主要研究内容和成果为：（1）巴氏芽孢杆菌的培养和脲酶活性研究。
在1%（V/V）接种量，200rpm连续培养时，巴氏芽孢杆菌的最适宜培养条件为30℃，pH8~9，时间为38~40h，适宜保存条件为4℃，至少可以保存30d。
（2）尿素水解MICP过程及影响因素研究。
增大菌液（或脲酶）浓度，可以加快尿素水解过程。
尿素浓度小于1.6M时，增加其浓度，可以提高细菌脲酶活性，而高浓度CaCl2对脲酶有明显的抑制作用。
提高CaCl2和尿素浓度（小于1.5M）可以提高CaCO3生成量。
pH为6~9时，对脲酶活性影响很小；高温（超过30°C）对脲酶活性有明显促进作用。
（3）使用由土工布制作的全接触柔性模具和完全混合反应器进行实验研究，大大提高了样品的固化效果和均匀性。
（4）细菌和人工提取脲酶MICP固化土壤的研究。
增大细菌（或脲酶）浓度、粘结液浓度、反应时间都可以提高固化样品抗压强度和CaCO3生成量。
砂土粒径对固化效果有很大影响，标准砂D50=0.46mm固化效果优于密西西比砂D50=0.33mm。
MICP固化样品具有较好的水稳定性和热稳定性。
在初始脲酶活性相近时，人工提取脲酶MICP固化效果不如细菌，脲酶MICP固化土壤的效率也比较低，并且其成本较高。
自生性微生物修复混凝土的研究进展
自生性微生物修复混凝土的研究进展一、前言自生性微生物修复混凝土近年来备受关注。
自然界中存在着能够利用混凝土中的营养物质、水和空气等资源生存并对混凝土进行修复的微生物，这种修复方式具有环保、经济、可持续等优势。
本文将对自生性微生物修复混凝土的研究进展进行全面的介绍和探讨。
二、自生性微生物修复混凝土的原理混凝土中的微生物可分为两类：一类是在混凝土中生长繁殖的微生物，称为自生性微生物；另一类是在混凝土表面随着空气等进入混凝土中的微生物，称为外来微生物。
自生性微生物修复混凝土的原理是通过自生性微生物对混凝土中的有害物质进行降解、转化，使混凝土恢复其原有的物理、力学性能。
自生性微生物修复混凝土的主要机理如下：1. 微生物代谢微生物通过吸收混凝土中的有机物质和无机物质，进行代谢活动，产生酸、碱、酶等物质，这些物质可以分解混凝土中的有害物质，促进混凝土的自愈合作用。
2. 微生物胞外聚合物微生物可以分泌胞外聚合物，这些聚合物具有很强的黏附性和胶凝性，可以填补混凝土中的微裂缝和毛细孔，增强混凝土的抗渗性和抗裂性。
3. 微生物生长微生物可以在混凝土中生长繁殖，形成微生物菌群，这些菌群可以利用混凝土中的有机物质和无机物质进行生长代谢，形成微生物胞外聚合物和代谢产物等，促进混凝土的自愈合作用。
三、自生性微生物修复混凝土的应用自生性微生物修复混凝土已经被广泛应用于工程领域中，主要包括以下几个方面：1. 桥梁养护桥梁是重要的交通运输设施，经常会受到汽车和大货车等车辆的冲击，从而导致桥梁混凝土的损坏。
采用自生性微生物修复混凝土的方法可以有效地提高桥梁混凝土的抗裂性和抗渗性，延长桥梁的使用寿命。
2. 隧道养护隧道是交通运输中必不可少的工程设施，经常会因为湿度高、车辆振动等因素而导致混凝土的损坏。
采用自生性微生物修复混凝土的方法可以增强隧道混凝土的抗渗性和抗裂性，减少隧道的维修和养护成本。
3. 水利工程养护水利工程是保障民生的重要基础设施，经常会因为水流的冲击和水质的侵蚀等因素而导致混凝土的损坏。
微生物加固土多尺度研究进展
摇 摇 微 生 物 诱 导 碳 酸 钙 沉 积 ( microbially induced carbonate precipitation,MICP) 技术是近年来新兴的 一种可用于岩土加固、土壤污染物治理、土体防渗堵
漏等领域的生物处理技术,该技术对工程扰动小、反 应物简单、无二次污染,具有巨大的社会经济效益及 广阔的应用前景[1鄄3] . 试验通常采用尿素水解菌巴
微生物加固砂颗粒微流控芯片由填砂管道、聚 二甲基硅氧烷( polydimethylsiloxane, PDMS) 黏结层 及载玻片键合而成,芯片制作过程如图 1 所示. 将 微流控芯片作为反应器,提前将 50 ~ 100 滋m 的福建 标准砂填入微管道 中, 再 以 20 滋L / h 的 速 率 从 “ Y 型冶管道的 2 个入口分别泵入反应液及菌液,即可 在奥林巴斯 IX73 及 DP74 显微镜下对反应过程进 行实时观测. 管道中的砂颗粒及砂体间的孔隙情况 如图 2 所示,6 min 后溶液中开始出现可随溶液流动 的絮凝物质,随着反应的进行,48 min 后块状碳酸钙 开始形成并会不断生长直至填满整个孔隙;碳酸钙 的生长速率初期可达到 0郾 45 滋m / min,随着反应的 进行逐渐减慢,且在砂颗粒间其生长轴速率差异较 大;碳酸钙的分布位置受溶质分子的对流扩散作用 影响而不均匀,在界面相互作用下碳酸钙晶体存在
Chongqing 400045, China)
Abstract: The developed biocemented soil research in Chongqing University was introduced in this paper. The reaction process and mechanisms of microbially induced calcium carbonate precipitation ( MICP) was investigated from microscopic scale based on microfluidics. The MICP with micro鄄particle and temperature鄄controlled method were adopted to improve the effect of biocementation. Restraint of particle breakage by biocementation, fiber鄄reinforced biocemented soil, static and dynamic performance of calcareous sands were studied form unit scale. Furthermore, precast concrete piles model test through biogrouting improvement and field foundation stabilization tests were carried out to evaluate the practical effects from macro and in鄄situ scales. The research at Chongqing University provides a reference for further application and promotion of biocementation geotechnical technology. Key words: microbially induced calcium carbonate precipitation ( MICP ) ; multi鄄scale; mechanical properties; calcareous sand; particle breakage; liquefaction mitigation
微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究
微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究随着人类工业和农业的发展，土壤污染问题日益突出。
土壤污染不仅严重影响农作物的生长和人类健康，还对生态系统造成了巨大威胁。
为了解决这一问题，科学家们积极探索新的土壤修复技术。
其中微生物生物技术被广泛应用于土壤污染修复中，其独特的优势和高效的修复效果受到了广泛关注。
本文将探讨微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究，总结其目前取得的进展和挑战。
一、微生物生物技术的基本原理及优势微生物生物技术是利用微生物的生物学特性和代谢能力来改变或修复环境的技术手段。
在土壤污染修复中，微生物可通过多种途径来降解或转化污染物，包括生物降解、生物转化、生物固化、生物吸附等。
相较于传统的物理和化学修复方法，微生物生物技术具有以下优势：1. 高效性：微生物具有高特异性和高效率的功能，能够选择性地降解或转化特定的污染物，从而提高修复效果。
2. 环境友好型：微生物修复过程不需要使用大量的化学药剂，不会产生进一步的环境污染，符合可持续发展的要求。
3. 经济性：相比于传统的修复方法，微生物生物技术可以通过利用自然界已存在的微生物资源，降低修复成本。
4. 局部修复：微生物生物技术具有定向修复的特点，可以针对性地进行局部修复，减少对周边环境的干扰。
二、微生物生物技术在土壤污染修复中的应用案例1. 生物降解：通过利用土壤中存在的细菌、真菌等微生物的降解能力，对有机污染物进行分解和降解。
例如，使用特定菌株对石油类污染物进行降解，使其转化为无毒或低毒的物质。
2. 生物转化：通过微生物的代谢过程将污染物转化为无毒或低毒的化合物。
例如，利用硫酸还原菌将重金属污染物转化为不溶性的硫化物，减少其毒性和迁移性。
3. 生物固化：利用微生物产生的胞外多糖等物质来固化重金属等污染物，减少其迁移和生物有效性。
例如，利用细菌产生的胞外多糖来吸附和固定铅离子。
4. 生物吸附：利用微生物表面的吸附剂（如菌丝、胞外多糖）对污染物进行吸附。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
江苏建筑2019年第3期(总第197期)0引言伴随着城市发展和人口增加,基础设施的短缺已逐渐成为一个不容忽视的社会问题。
然而,在基础设施的新建或扩建过程中,经常会遇到一些不能满足工程要求的土体。
这个时候,必须土体加固。
目前,大多数方法是通过机械能或人工材料进行土体的物理加固,但在机械施工和材料的生产过程中会消耗大量的能量。
其中,常用的土体加固方法是用水泥、石灰或化学材料进行注浆。
该技术在国内已有近50年的使用历史,是工程中较为成熟的地基处理加固技术。
其目的是通过将浆体注入土的孔隙中或与土混合搅拌,达成增强土的强度与降低渗透性[1]。
但由于胶结颗粒粒径较大,水泥灌浆往往只适用于高压下的小型灌浆。
此外,若使用水泥、石灰等传统胶结材料,会使土壤呈碱性,从而对地下水和周围植被[2]造成不利影响。
至于化学注浆材料,其具有粒径小、注浆速度快、凝结硬化率高、浆体粘度低等优点,但胶凝效果不如水泥材料。
除此以外,大多数化学灌浆材料(聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯、酚醛树脂等)都是有毒的。
因此,研究新型的土体加固方法对节能、环保、提高经济效益具有重要意义。
近年来,随着微生物学、地球化学、土木工程等学科交叉研究的不断发展,一种新的技术即微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)逐渐应用于如多孔介质材料的堵漏[3-4]石材和水泥基材料表面裂缝缺陷的修复[5-6]等领域。
微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)指的是将特定微生物(如脲酶菌、反硝化菌等)注入砂土中,并为之提供丰富的钙源和氮源养分,使其快速沉淀出方解石型碳酸钙结晶[7]。
与化学灌浆材料相比,具有更好的环保和耐久性。
与水泥相比,微生物菌液的粘滞性较低,注浆过程中所需压力较小,使得微生物能够对砂土进行大范围、远距离加固。
因此,与微生物加固土体技术研究进展李津达(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230000)[摘要]微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)加固土体是近年来发展起来的新兴技术。
系统总结了MICP技术的作用机理、影响加固效果因素及国内外学者对MICP技术的研究与应用情况。
研究表明,MICP技术具有灌浆压力小、环境友好等特点,而且能显著提高土体强度并改善砂土的孔隙结构和渗透性。
针对MICP技术的研究大多局限于室内,虽然近几年其在实际工程应用有了较大的发展,但工程应用仍显不足,仍需进行深入探讨与研究。
[关键词]微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP);加固土体;影响因素;砂土;工程应用[中图分类号]TU472.1[文献标志码]B[文章编号]1005-6270(2019)03-0098-04Research Progress on Microbial Reinforcement Soil TechnologyLI Jin-da(College of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei Anhui230000China) Abstract:Microbial induced calcite precipitation(MICP)reinforced soil is an emerging technology developed in recent years.The system summarizes the mechanism of MICP technology,the factors affecting the reinforcement effect and the research and application of MICP technology by domestic and foreign scholars. Studies have shown that MICP technology has the characteristics of small grouting pressure and environmental friendliness,and can significantly improve soil strength and improve the pore structure and permeability of sand.Most of the research on MICP technology is limited to indoors.Although it has been greatly developed in practical engineering applications in recent years,engineering applications are still insufficient,and further research and research are still needed.Key words:microbial induced calcite precipitation(MICP);soil reinforcement;influencing factors;sand; engineering application[收稿日期]2019⁃03⁃04[作者简介]李津达,男(1993-),合肥工业大学资源与环境工程学院,硕士研究生。
98江苏建筑2019年第3期(总第197期)总结了近年来岩土工程中微生物诱导沉积碳酸钙的研究进展,并论述了微生物矿化胶结机理、影响因素、研究与应用进展及未来展望。
1微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP )1.1MICP 种类微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP )是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用。
目前,常用的微生物加固地基的措施有:尿素水解、反硝化、硫酸盐还原与铁盐还原。
尿素水解MICP 是通过特定的微生物在环境条件下生成可以水解尿素的脲酶,该脲酶可水解尿素为NH 4+和CO 32-,CO 32-与培养液中的Ca 2+结合生成碳酸钙沉淀。
此时生成的碳酸钙沉淀即为生物水泥,达到加强土体强度的效果。
反硝化细菌的作用是将亚硝酸盐或者硝酸盐还原成氮气并生成二氧化碳,然后溶液中的碳酸根离子与钙离子结合形成碳酸钙沉淀。
原位地基灌浆的过程中使用反硝化细菌进行注浆,能够同时实现治理污水和地基加固。
硫酸盐还原菌将硫酸根离子还原为硫化氢并生成CO 32-,碳酸根与钙离子结合形成碳酸钙。
硫酸盐还原菌除了可以除了提升土体强度还可以用于石质结构表面的清理[8]。
铁盐还原菌的作用是还原Fe 3+为Fe 2+,Fe 2+和溶液中的阳离子结合形成氢氧化合物或者碳酸盐,达到胶结的效果。
铁盐还原菌不仅可以降低土体渗透性与提高抗液化的能力[9],还可以去除被污水污染土层中的磷酸盐[10]。
由于尿素水解反应体系的自由能最低,反应机制简单且过程易于控制,能够在短时间内产生大量的碳酸根离子,所以尿素参与的水解过程成为现在试验中最常用的微生物矿化加固方法。
1.2尿素水解MICP 机理尿素水解的MICP 大都基于一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌,能以尿素为能源,通过自身新陈代谢产生大量的高活性脲酶,将尿素水解生成NH 4+和CO 32-。
细菌细胞壁的特殊结构使得细菌表面通常带有负电荷,并不断吸附周围溶液中的Ca 2+,使其聚集在细菌细胞外表面,并以细胞为晶核,在细菌周围析出碳酸钙结晶。
随着碳酸钙晶体数量不断增多,细胞逐渐被包裹,使得细菌代谢活动所需的营养物质难以传输利用,最后导致细菌逐渐死亡。
反应方程式为:Ca 2++Cell →Cell-Ca 2+NH 2-CO-NH 2+2H 2O 2NH +4+CO 2-3CO 2-3+Cell-Ca 2+→Cell-CaCO 2由于上述过程中脲酶水解尿素产生了NH 4+,使得环境pH 值升高,脲酶表现出对尿素更高的活性和更强的亲和力,这也促进了碳酸钙晶体的形成。
而且在整个生物矿化过程中,巴氏芽孢杆菌基本不产生毒性物质或其他副产物,而且有一个较高的细胞比表面积,这些优势都使得巴氏芽孢杆菌具备了实际应用的能力[7]。
2MICP 加固土体技术2.1加固机理近年来的研究发现,通过利用MICP 技术向砂土中灌注菌液以及尿素和CaCl 2的营养液,可快速析出方解石凝胶,并将松散砂颗粒胶结成为整体。
微生物胶结砂颗粒的过程为首先带有负电荷的微生物吸附在砂颗粒表面,然后以孔隙溶液中的尿素及可溶性钙盐为营养源,通过微生物诱导方解石沉积作用,便会在砂颗粒间形成胶结物质———方解石,方解石凝胶在砂粒间充当桥梁作用,最终将松散砂颗粒胶结成为具有一定力学性能的整体。
2.2影响加固效果因素近年来的研究表明土的性质、培养环境、加固工法与样品尺寸都会对微生物加固土的效果产生影响。
杨钻[11]通过试验得到不同粒径级配的填充颗粒对砂浆强度有显著的影响,单一级配的砂土对微生物砂浆的影响规律不显著。
级配良好的填充颗粒强度明显优于级配不良的砂土。
张优龙等[12]发现微生物加固的效果与土的性质有关;Stocks -Fischer S 等[13]发现,相比于其他土体,巴氏芽孢杆菌更易在砂土中活动生成碳酸钙;周东、杜静等[14-15]发现,微生物作用于黏土是利用代谢产物改变土颗粒表面的电荷电性。
作用于膨胀土时,通过代谢产物减小结合水膜的厚度,会减小黏聚力并增大内摩擦角,达到提高土体强度的效果;许朝阳等[16]发现多糖粘胶菌对提高粉土强度有显著的效果。
赵茜[17]经试验研究得出:菌液和脲酶的浓度会影响尿素水解的过程,而脲酶的活性与尿素浓度呈正相关关系。
AI Qabany A 、Okwadha G D O 等[18-19]发现脲酶的活性同时受微生物的种类、微生物溶液的浓度、营养液中尿素浓度、Ca 2+浓度、温度和pH 值影响。
彭劼等[20]发现不同反应时间内温度对于MICP 的影响不同。
赵茜[17]在试验研究中发现,使用浸泡的方法能较好地改善加固过程中均匀性的问题。
金炜枫等[21]研究发现在加固过程中利用超声波的振动可以改善被加固土体均匀性。
Rong H 等[22]认为固定注射速率及非连续注浆方式可获得强度较高的试样。
沈吉云[23]发现加固小尺寸试样需高浓度的菌液,在对大尺度砂柱进行加固时菌液的浓度则不宜过高,否则会造成加固不均匀。
3MICP 加固土体研究与应用进展3.1研究进展澳大利亚默多克大学的Whiffin 博士在2004年[24]率先提出采用微生物沉淀碳酸钙技术胶结松散砂颗粒,以提高砂土的强度和刚度等宏观力学性质。
2006年Harkes 等[25]提出了一种分步灌浆方法。
2011年Bar'kouki 等[26]发现间歇式灌浆方式更有利于获得均匀分布的碳酸钙沉积。