铁氧菌及利用其改良粉土液化特性的方法技术

本发明专利技术公开了铁氧菌及利用其改良粉土液化特性的方法,铁氧菌株：Arthobacter niigatensis已于2013年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.8524。将上述菌株接种到培养液中，菌株通过代谢作用合成的酶可将溶态的二价铁离子氧化为三价铁离子，生成氢氧化铁沉淀，沉淀聚集于细菌周围，最终沉积形成具有很大反应活性和吸附性的生物黏泥，可胶结粉土颗粒，填充和封堵土粒间的缝隙，改善土体的渗透性，提高土体无侧限抗压强度和动强度，从而改良粉土的液化特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程
，具体是涉及生物方法改性粉土技术应用，主要利用铁氧菌改良粉土液化特性的方法，属于微生物改性土体

技术介绍
进入21世纪以来，随着微生物学与工程科学间的互相促进与结合，生物技术已逐步渗透到土木工程领域，利用微生物新陈代谢作用快速析出的矿物晶体，充填在矿物的晶格构造中，可改变土体微观结构从而改善土体的工程性质，微生物技术已在岩石和混凝土的裂缝补强和防渗处理、胶结松散砂颗、路面粉尘处理、堤防加固等方面得到了运用。目前，微生物改性土体技术在岩土工程中的潜在应用还包括：(1)提高地基的承载力；(2)提高边坡的稳定性；(3)改善土体的液化特性；(4)修复岩石裂缝；(5)控制堤岸等工程的渗流；(6)形成灌浆帷幕减少污染物在土壤中的扩散；(7)防风固沙等。地基的液化是岩土工程中长期存在的一个问题，松散的粉土地基中的液化现象尤为突出，地基液化会造成建筑物浮起、倾斜、开裂等现象，通常液化地基的处理方法是振冲法、排渗法、化学注浆等，这些方法一般都需消耗较多的能源或产生一定的生态污染，微生物改性土体技术具有快捷、经济、生态等特点，将生物改性技术应用到液化粉土处理中具有重要意义。
技术实现思路
为了改良粉土的液化特性，本专利技术提供了一株可将溶态的二价铁离子氧化为三价铁离子的铁氧菌株。本专利技术所说的铁氧菌，其代号为S1968(Arthobacter niigatensis)，保藏编号为CGMCC No.8524是从土壤中分离得到的可以产生大量红色黏泥的细菌（如图1）。本专利技术进一步公开了铁氧菌S1968及利用其灌浆改良粉土液化特性的应用，以渗透系数、抗压强度、动强度作为主要指标来考察铁氧菌在改良粉土液化特性上的应用。本专利技术采用如下的技术方案：利用铁氧菌改良粉土液化特性的方法，操作如下：（1）制备标准培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵10g，含结晶水的硫酸镁0.5g，硫酸亚铁铵0.5g，磷酸氢二钾0.5g，氯化钙0.2g，硝酸钠0.5g，并控制pH值为6.8～7。（2）制备菌液：将权利要求1所述的铁氧菌株S1968接种至标准培养液，于30℃下培养3～5天，得到菌液，菌株浓度可达2×105～2×107cell/mL。（3）制备高浓度培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵20g，含结晶水的硫酸镁2g，硫酸亚铁铵2g，磷酸氢二钾2g，氯化钙0.5g，硝酸钠2.0g，并控制pH值为7.5～7.8。（4）灌浆：a.生物灌浆的步骤第一步：进行一次灌浆，取2-3mL的菌液加入到一定量的新制标准培养液中充分摇匀混合，配制成S1968菌液，将S1968菌液灌入到放置重塑试样的模型容器内，S1968菌液与土样的体积比为3:1，静置培养7～10天后，待灌浆试样中产生生物黏泥，上部培养液变清，完成一次灌浆。生物黏泥主要由氢氧化铁组成，黏液中的氢氧化铁分子通过羟基和电离的阳离子作为桥连配体连接成的一种具有相当大的反应活性和吸附性的大分子络合物，具体过程如下：第二步：进行二次灌浆，即灌入新制高浓度培养液，培养液与土样的体积比为0.25:1，静置培养7～10天后，待生物黏泥沉积，出现上清液，完成二次灌浆；第三步：进行三次灌浆，即重复第二步，进行灌浆；最后排放出灌浆后产生的上清液，完成灌浆。b.重塑试样制备为了验证本专利技术的效果，按照《土工试验规程》制取重塑试样若干分别灌浆，进行对照试验，试样的分组编号如下表1所示：表1 试样制备c.灌浆试样制备A1、B1组试样不进行灌浆，为素土试样。A2、B2组试样采用无菌标准培养液灌浆得到：即灌入无菌标准培养液，灌入浆液与土样的体积比为3:1，培养液自上往下渗入试样，静置培养7～10天后，放出灌浆液，完成灌浆。B3组试样采用一次生物灌浆后得到：即按生物灌浆步骤的第一步进行灌浆，将S1968菌液，灌入放置重塑试样的模型容器内，灌入浆液与土样的体积比为3:1，培养液自上往下渗入试样，静置培养7～10天后，排放出灌浆后产生的上清液，完成灌浆。试样A3、B4采用生物三次灌浆得到：即按灌浆步骤的第一步至第三步进行灌浆，最后排放出灌浆后产生的上清液，完成灌浆。经过S1968菌液生物灌浆的粉土试样与不灌浆的粉土试样和无菌培养液灌浆的粉土试样相比，渗透系数显著降低，无侧限抗压强度和动剪强度明显提高，粉土试样的抗液化能力提高。附图说明图1铁氧菌株产生红色黏泥的过程图。(a)培养3天后，(b)培养10天后，(c)过滤后浆液，(d)风干后粉末。图2无侧限抗压强度图。图3粉土动剪应力与振次关系曲线图。图4素土和灌浆土的金相显微镜细观照片。(a)素土(100倍)，(b)灌浆土(100倍)。图5素土和灌浆土的SEM扫描电镜图。(a)素土(×4000倍)，(b)灌浆土(×4000倍)。具体实施方式实施例1：S1968菌株的获得采集土壤，用纯净水溶解，稀释涂布铁氧菌固体培养基上，置30℃培养箱中培养3～7d，根据菌落形态、颜色等挑取单菌落，纯化后保存。采用平板培养法筛选目标铁菌株。首先将采集土壤的稀释液在10个固体培养基上培养涂布分离，待菌长满平板后用接种环在菌块边缘挑取不同形态、颜色的菌落，将得到的菌株逐一接种到500mL的液体铁细培养基中，放入30℃恒温摇床中震荡培养，7天后取出静置进行培养，每天观察，记录有产生红色黏泥铁氧化菌菌株，从土壤中共分离出80株细菌，采用液体培养法对这80株菌株进行筛选，共筛选出5株可以产生红色黏泥的细菌。其中命名代号为S1968的菌株，代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，产生的红色黏泥最多。实施例2：S1968菌株的鉴定、保藏按生工SK1201提取菌株S1968的DNA进行16SrDNA序列扩增。扩增采用细菌通用引物7F（5′-CAGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′，SEQ ID NO.1）。扩增产物回收纯化后送上海生工生物工程有限公司测序，将测序结果与rep数据库中的已知序列进行比较，确定菌株的分类地位。菌株S1968的菌落呈红色，表面粗糙，边缘不整齐，为革兰氏阳性菌，菌株S1968于2013年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，（北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所），分别分类命名为Arthobacter niigatensis，保藏编号为CGMCC No.8524。实施例3：制备试样的方法试验粉土取自扬州沿江地区，其主要性质指标见下表2和表3。该粉土具有低塑性、高压缩性等特点。表2 粉土的主要性能指标...

【技术保护点】
铁氧菌(Arthobacter niigatensis)S1968，其保藏编号为CGMCC No.8524。

【技术特征摘要】
1.铁氧菌(Arthobacter niigatensis)S1968，其保藏编号为CGMCC No.8524。
2.权利要求1所述铁氧菌S1968在改良粉土液化特性中的应用。
3.一种利用铁氧菌改良粉土液化特性的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制备标准培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵10g，含结晶水的硫酸镁0.5g，硫酸亚铁铵0.5g，
磷酸氢二钾0.5g，氯化钙0.2g，硝酸钠0.5g，并控制pH值为6.8～7;
（2）制备菌液：将权利要求1所述的铁氧菌株S1968接种至300mL新制标准培养液，于30℃下培养3～5
天后，菌株浓度可达2×105～2×107cell/mL；
（3）制备高浓度培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵20g，含结晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：许朝阳，马耀仁，梅丽娟，周锋，吕惠，孟涛，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32