一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，包括：首先在土体中加入激发液促进土体内微生物繁殖，再向土体中加入胶结液固化土体。进一步地，通过土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和/或胶结液的用量。通过原位投加激发液，促进土体中自身的微生物繁殖，原位激发的微生物在土体环境中营养物质均衡，与其他微生物互相调节感应，生长繁殖快速，脲酶活性高；同时，原位激发微生物的方法，减少了向土体加入菌液的过程，大大减少了由于溶液的不均匀流动导致微生物分布不均的影响，有效提高MICP的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法
本专利技术属于岩土工程和微生物工程交叉领域，更具体的说，涉及一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法。
技术介绍
随着世界经济的快速发展，人口数量快速增加，对建设用地的需求不断增大。尤其是在我国，城镇化不断加剧，需要更多的基础设施来满足日益增长的人口需要。然而在建设过程中，存在着严重的土地供给不足问题，土地消耗不断增大，土质变差，这些大大限制了城市化的建设过程。因此，改良不能满足工程建设需求的土体，提高土壤利用率成为了关乎国计民生的大事。如何用高效、环保、经济的方法对土壤进行改良成为了当今社会亟待解决的问题。传统的土壤改良方法，是利用机械或人造材料对土体进行物理化学加固，在机械施工和材料的制作时都会带来较大的能源消耗。这些方法大多对土壤扰动大，施工周期长，工作量大。其中，极为常见的化学灌浆技术，主要通过在土中掺加水泥、铬木素等化学浆材，以达到提高土壤强度，降低土壤渗透性的目的。然而，化学浆材多会带来土壤pH值的改变，并且多有毒，会对土壤、地下水、矿产资源、动植物和人体产生有害影响。微生物矿化作用在自然界中普遍存在，某些微生物能够通过自身矿化作用产生多种矿物结晶。其中，微生物诱导碳酸钙沉积(MicrobialInducedCalcitePrecipitation，简称MICP)技术一直是近年来微生物矿化作用的研究热点。在该技术中，产脲酶微生物通过自身的代谢作用产生脲酶，不断分解扩散到细菌内部的尿素，产生的CO32-与环境中的Ca2+结合，生成碳酸钙沉积，生成的碳酸钙性质稳定，力学性能好，耐久性强，且具有优异的胶结作用。经过研究发现，MICP技术可以应用于多个领域，在土体固化方面效果显著。在MICP固化土体技术中，生物能代替了传统的机械能，微生物代谢产物代替了化学物质，具有节能环保，对土体扰动小等的优点，有利于环境的可持续发展。在MICP固化土体的现有研究中，多在实验室条件活化培养产脲酶微生物，进而引入土体诱导碳酸钙沉积，从而起到固化土体的作用。然而，微生物在实验室条件下培养，存在培养基易富营养化，生长因子缺乏，人为破坏微生物之间的联系和忽视微生物间的互作关系的问题，这些容易导致微生物虽具有代谢功能，但生长繁殖缓慢(张作艳等，2018)。随后，在微生物引入土体后，打破了自然环境中微生物的平衡，由于土壤其他原生微生物的大肆掠夺与竞争，外源微生物的数量进一步下降。另外，在加入菌液的过程中，由于菌液在土体中的不均匀流动，使细菌在土体中的分布不均匀，影响土体固化的效果(Whiffinetal.2007；vanPaassenetal.2009)。公开号为CN106284280A的现有技术公开了一种利用微生物制备碳酸钙固化砂土的方法。该方法将砂土倒入容器中；所述的容器中加入胶凝液和菌液，恒温震荡培养，得到混合液；定时定量从前述混合液中吸出少量，之后再向剩余混合液中加入定量胶凝液和砂土，连续数天后得到碳酸钙固化的砂土。该方法中不仅菌种选育耗费大量人力物力，并且微生物在培养时生长繁殖缓慢，加入土体后在土体中分布不均、存活率低。将砂土和溶液混合的胶结方法不适用于现场的实际操作，工程意义不大。公开号为CN108441442A的现有技术公开了一种从土壤中直接提取微生物菌种制备碳酸钙的方法。该方法通过固体选择培养基从土壤中分离出芽孢杆菌菌种，将所分离菌种进行繁殖培养后，与胶凝液混合，加以恒温养护，得到微生物诱导碳酸钙沉淀。该方法中分离纯化细菌的过程复杂繁琐，耗费精力。另外，方法中的细菌虽然是从原始土壤中分离出来的，但培养环境仍然是实验室条件，培养过程中的上述问题仍然存在。并且方法仅限于溶液环境下的MICP处理，未进行固化土体的操作，不适用于实际工程条件下的应用。综上，高效培养微生物，提高微生物在土体中的分布均匀性和存活率，用于MICP固化土体，并应用于不同实际工程条件，目前尚未有有效的解决方案。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的在于克服现有MICP固化土体处理中通过外加培养的微生物生长繁殖缓慢，在土体中分布不均、存活率低，不适用于多样的实际工程条件等缺陷，提供一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，通过原位投加激发液，促进土体中自身的微生物繁殖，减少了向土体加入菌液的过程，大大减少了由于溶液的不均匀流动导致微生物分布不均的影响。本专利技术的另一目的在于，克服原位激发和原位胶结中溶液用量难以定量的问题，进一步提供了激发液和胶结液定量的方法。本专利技术的另一目的在于，克服激发时间与胶结时间难以确定的问题，进一步提供了判定方法。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，包括：首先在土体中加入激发液促进土体内微生物繁殖，再向土体中加入胶结液固化土体。优选地，通过土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和/或胶结液的用量。优选地，所述激发液中包括尿素。优选地，所述激发液中还包括酵母提取物、葡萄糖和缓冲液。优选地，所述胶结液中包括尿素和氯化钙。优选地，所述方法具体包括以下步骤：1)确定土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和胶结液的用量；2)根据步骤1)算得的激发液用量在土体中加入激发液，每隔2～5d加入一次；在准备加入下一次激发液之前，取样测量土体中脲酶活性；脲酶活性定义为单位时间内单位质量土体水解的尿素量；根据脲酶活性判断激发液加入次数，当脲酶活性大于0.06mghydrolysedureamin-1g-1时，停止加入激发液；3)根据步骤1)算得的胶结液用量在土体中加入胶结液，每隔2～5d加入一次；在准备加入下一次胶结液之前，取样测量土体中碳酸钙含量；根据碳酸钙含量判断胶结液加入次数，当细粒土碳酸钙含量大于4.0％或粗粒土碳酸钙含量大于8.0％时，停止加入胶结液。优选地，步骤1)中孔隙率，通过从待处理土体中取样测定，处理面积和处理深度根据工程需求确定。优选地，步骤1)中激发液单次用量Ve(m3)为：Ve＝αnSH(1)其中，α为激发液用量修正系数，取值范围为1.05～1.55；n为土体孔隙率(％)；S为处理面积(m2)；H为处理深度(m)。以在保证了激发液的充分入渗和均匀分布，满足反应需求的同时，避免了激发液的浪费和工程周期的延长。优选地，步骤1)中胶结液单次用量Vc(m3)为：Vc＝βVe(2)其中，β为Vc/Ve，即胶结液单次用量与激发液单次用量之比，取值范围为0.9～1.55，且保证αβ>1。以在保证胶结液加入后能充分填充土体孔隙和均匀分布，达到良好的固化效果需求的同时，避免了胶结液的浪费和工程周期的延长。优选地，α和β的取值取决于土体渗透系数，如下表1所示：表1α和β的参考取值优选地，步骤2)中激发液成分为尿素，酵母提取物，葡萄糖和Tris-base缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，其特征在于，包括：首先在土体中加入激发液促进土体内微生物繁殖，再向土体中加入胶结液固化土体。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，其特征在于，包括：首先在土体中加入激发液促进土体内微生物繁殖，再向土体中加入胶结液固化土体。


2.根据权利要求1所述的利用激发培养原位微生物固化土体的方法，其特征在于，通过土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和/或胶结液的用量。


3.根据权利要求2所述的利用激发培养原位微生物固化土体的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
1)确定土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和胶结液的用量；
2)根据步骤1)算得的激发液用量在土体中加入激发液，每隔2～5d加入一次；
在准备加入下一次激发液之前，取样测量土体中脲酶活性；脲酶活性定义为单位时间内单位质量土体水解的尿素量；根据脲酶活性判断激发液加入次数，当脲酶活性大于0.06mghydrolysedureamin-1g-1时，停止加入激发液；
3)根据步骤1)算得的胶结液用量在土体中加入胶结液，每隔2～5d加入一次；
在准备加入下一次胶结液之前，取样测量土体中碳酸钙含量；根据碳酸钙含量判断胶结液加入次数，当细粒土碳酸钙含量大于4.0％或粗粒土碳酸钙含量大于8.0％时，停止加入胶结液。


4.根据权利要求2所述的利用激发培养原位微生物固化土体的方法，其特征在于，步骤1)中激发液单次用量Ve，为：
Ve＝αnSH(1)
其中，Ve单位为m3；α为激发液用量修正系数，取值范围为1.05～1.55；n为土体孔隙率，％；S为处理面积，m2；H为处理深度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐朝生，程瑶佳，谢约翰，刘博，吕超，李昊，王殿龙，施斌，
申请(专利权)人：南京大学，南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32