一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂及沉积固化风积沙的方法技术

一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂及沉积固化风积沙的方法，其诱导剂包括菌液，含：巴氏芽孢杆菌液体培养基2.5

【技术实现步骤摘要】
一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂及沉积固化风积沙的方法


[0001]本专利技术涉及岩土
，具体涉及一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂及沉积固化风积沙的方法。

技术介绍

[0002]在沙漠地区，沙漠化加速了生态环境恶化，造成植被破坏、水土流失及耕地资源减少，同时导致沙尘暴爆发频率与强度逐年增高，严重制约着社会经济的快速发展。因此，如何有效缓解土地沙漠化是当前生态保护领域的研究热点。
[0003]传统固沙方法可分为工程固沙、化学固沙及植物固沙，这些方法普遍存在施工繁琐、维护成本高及耐久性低等缺点。其中工程固沙又叫机械固沙，通过各种工程措施对风沙进行封闭、固定、阻隔、分流、消散，从而达到防风固沙的目的。但在固沙工程中，工程工作量大，施工难度大。由于成本高，材料对环境有残余影响，所以不能广泛使用。化学固沙技术是利用化学材料与风积沙混合，使松散的沙粒胶结成一个整体，从而增强其稳定性和抗侵蚀能力。其耐久性和耐腐蚀性在特殊的地理环境下较差，不利于植被生长和恢复，还会对沙漠环境造成二次污染。植物固沙就是在沙漠地区种植植被，改善沙漠生态环境，从而有效防止风沙的进一步侵蚀。用于固沙的植物对当地的水文气候条件有一定的要求，但沙漠地区恶劣的气候条件不利于大多数植物的生长，植物固沙难度大、时间长。
[0004]微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)是近年来兴起的经济、环保及耐久的防沙治沙方法。该方法主要利用产脲酶微生物产生的脲酶，催化尿素水解产生CO
32
‑
，CO
32
‑
与环境中的Ca
2+
结合生成CaCO3沉淀，将土颗粒快速胶结成为整体，从而实现加固降渗的目的。但现有添加技术在提高风积沙抗侵蚀性能的同时发现细菌在风积沙中分布不均导致诱导生成的碳酸钙分布不均，不能保证提供工程应用的理论依据。
[0005]专利申请CN104818719A公开了一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法，1)向微生物菌液中加入营养盐溶液，得菌液和营养盐的混合液，静置0.5～1h；2)在灌浆时，将菌液和营养盐的混合液与钙盐溶液按预定比例掺和。能够有效提高碳酸钙沉积物总产量，提高沉积物的早期产量，在较短时间产生大量碳酸钙沉淀，在较短时间内封堵混凝土裂缝，可减少灌浆量和次数。由于需较短时间产生大量碳酸钙沉淀，导致碳酸钙沉淀不均匀，难以对深层风积沙形成有效的固化沉积。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂及沉积固化风积沙的方法，通过微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)，菌液和胶结液分开灌注风积沙可以合理生成均匀的碳酸钙沉淀，改善风积沙的胶结性能，提高风积沙的抗侵蚀性能，同时保证更深层风积沙的加固强度。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，包括菌液，含：巴氏芽孢杆菌液体培养基2.5
‑
3g，蛋白胨4
‑
5g，氯化钠4
‑
5g，琼脂粉18
‑
20g，蒸馏水900
‑
1000mL，质量分数为20％的尿素90
‑
100mL；还包括胶结液，含：氯化钙50
‑
55g，尿素25
‑
30g，蒸馏水900
‑
1000mL。
[0009]所述的蛋白胨选用高效植物蛋白粉末。
[0010]所述的琼脂粉，工作浓度为3
‑
4.5g/L，强度为1300g/cm2。
[0011]所述的氯化钠为白色结晶粉末，分子量为58.44。
[0012]所述氯化钙采用无水氯化钙分析纯，分子量为110.99；所述尿素采用分析纯，分子量为60.06。
[0013]一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的方法，包括如下步骤：
[0014]步骤S1：配置菌液，将巴氏芽孢杆菌液体培养基pH值调至8.8
‑
9.0，在119
‑
121℃高压蒸汽下灭菌13
‑
15min，待冷却至40
‑
50℃后加入过滤灭菌后的质量分数为20％的尿素90
‑
100mL，随后取1
‑
1.5ml菌液(OD600＝1.0)接种到上述巴氏芽孢杆菌液体培养基中，置于摇床中培养，当菌液浓度达到1.3
‑
1.5OD/mL时停止培养，并将其放入冰箱中5
‑
10℃冷藏待用；
[0015]步骤S2：配置胶结液，取氯化钙50
‑
55g和尿素25
‑
30g，加入蒸馏水900
‑
1000mL，配置得到胶结液；
[0016]步骤S3：根据三轴强度试验要求进行风积沙装样，装样前在试样模具底部铺设三层滤纸；将风积沙过0.3mm
‑
0.5mm筛后，取干密度1.45
‑
1.65g/cm3的风积沙，分3
‑
5层进行装样；装样后在试样上端铺设一层滤纸，试样模具上下两端用带孔的橡胶塞封堵，上端橡胶塞的预留孔连接注液口，下端橡胶塞的预留孔连接出液口；
[0017]步骤S4：采用滴灌法灌注风积沙试样，在室温条件下利用蠕动泵从注液口先注入菌液，注液流速为3.7
‑
4mL/min，直至整个试样润湿，底部出液口有液体流出，停止灌注，静置1
‑
5h后，再注入胶结液，注液流速为3.7
‑
4mL/min，至底部出液口有液体流出，停止灌注，静置10
‑
12h；如此交替，至菌液灌注完成后，继续灌注胶结液；每组试验共灌注菌液3
‑
4次，胶结液灌注总次数12
‑
20次，每次灌注胶结液后静置10
‑
12h；
[0018]步骤S5：最后，用纯净水冲洗3
‑
4次以终止矿化反应，在75
‑
80℃烘箱内烘干40h
‑
50h。
[0019]本专利技术利用微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)，在加固风积沙过程中，来提高细菌在沙漠风积沙中分布不均导致诱导生成的碳酸钙分布不均的情况。随着初始干密度的增加，固化风积沙的渗透系数随之降低，而无侧限抗压强度呈增大趋势。当静置时间一定时，胶结次数的增加，风积沙的渗透系数呈减小趋势，而无侧限抗压强度亦呈增大趋势。随着碳酸钙生成量的增加，试样的无侧限抗压强度随之增大，二者相关性较好，可决定系数达到了0.91。随着碳酸钙晶体包裹在砂颗粒表面时，可以降低风积沙的渗透性。碳酸钙晶体填充于砂颗粒间孔隙时，有利于风积沙渗透性的降低与强度的提高。碳酸钙晶体将相邻的砂颗粒胶结成为整体时，导致风积沙黏聚力与摩擦力同时增加，有利于风积沙强度的提高。
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，其特征在于：包括菌液，含：巴氏芽孢杆菌液体培养基2.5
‑
3g，蛋白胨4
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5g，氯化钠4
‑
5g，琼脂粉18
‑
20g，蒸馏水900
‑
1000mL，质量分数为20％的尿素90
‑
100mL；还包括胶结液，含：氯化钙50
‑
55g，尿素25
‑
30g，蒸馏水900
‑
1000mL。2.根据权利要求1所述的一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，其特征在于：所述的蛋白胨选用高效植物蛋白粉末。3.根据权利要求1所述的一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，其特征在于：所述的琼脂粉，工作浓度为3
‑
4.5g/L，强度为1300g/cm2。4.根据权利要求1所述的一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，其特征在于：所述的氯化钠为白色结晶粉末，分子量为58.44。5.根据权利要求1所述的一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的诱导剂，其特征在于：所述氯化钙采用无水氯化钙分析纯，分子量为110.99；所述尿素采用分析纯，分子量为60.06。6.一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：配置菌液，将巴氏芽孢杆菌液体培养基pH值调至8.8
‑
9.0，在119
‑
121℃高压蒸汽下灭菌13
‑
15min，待冷却至40
‑
50℃后加入过滤灭菌后的质量分数为20％的尿素90
‑
100mL，随后取1
‑
1.5ml菌液(OD600＝1.0)接种到上述巴氏芽孢杆菌液体培养基中，置于摇床中培养，当菌液浓度达到1.3
‑
1.5OD/mL时停止培养，并将其放入冰箱中5
‑
10℃冷藏待用；步骤S2：配置胶结液，取氯化钙50
‑
55g和尿素25
‑
30g，加入蒸馏水900
‑
1000mL配置得到胶结液；步骤S3：根据三轴强度试验要求进行风积沙装样，装样前在试样模具底部铺设三层滤纸；将风积沙过0.3mm
‑
0.5mm筛后，取干密度1.45
‑
1.65g/cm3的风积沙，分3
‑
5层进行装样；装样后在试样上端铺设一层滤纸，试样模具上下两端用带孔的橡胶塞封堵，上端橡胶塞的预留孔连接注液口，下端橡胶塞的预留孔连接出液口；步骤S4：采用滴灌法灌注风积沙试样，在室温条件下利用蠕动泵从注液口先注入菌液，注液流速为3.7
‑
4mL/min，直至整个试样润湿，底部出液口有液体流出，停止灌注，静置1
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5h后，再注入胶结液，注液流速为3.7
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4mL/min，至底部出液口有液体流出，停止灌注，静置10
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12h；如此交替，至菌液灌注完成后，继续灌注胶结液；每组试验共灌注菌液3
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4次，胶结液灌注总次数12
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20次，每次灌注胶结液后静置10
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12h；步骤S5：最后，用纯净水冲洗3
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4次以终止矿化反应，在75
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80℃烘箱内烘干40h
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50h。7.根据权利要求6所述的一种微生物诱导碳酸钙沉积固化风积沙的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：配置菌液，将巴氏芽孢杆菌液体培养基pH值调至8.8，在119℃高压蒸汽下灭菌13min，待冷却至40℃后，加入过滤灭菌后的质量分数为20％的尿素100mL，随后取1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，刘兴，刘伽，杨毅然，寇宏刚，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：