CN105970913A - 电渗微生物灌浆改性砂土和粉土的方法 - Google Patents

电渗微生物灌浆改性砂土和粉土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电渗微生物灌浆处理砂土和粉土的方法。首先将微生物在发酵培养基中培养24个小时得到菌液，将钙离子浓度为0.05mol/L的电解液注入电渗装置的阳极的空心电极棒中，持续通电；然后再向电渗装置阳极的空心电极棒中分别间隔注入到菌液以及营养盐。整个过程持续通电，控制电极之间的电压梯度为0.5‑1.0V/cm，并用温度计监测土壤中的温度变化，控制土壤温度低于50℃。本发明相比现有技术其有优点在于：施加附加电场运移菌液以及营养盐，可改善土中微生物沉积碳酸钙的分布效果，以及改善注浆口附近碳酸钙大量沉积影响灌浆效果的不利情况。

Description

电渗微生物灌浆改性砂土和粉土的方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及微生物改性土体的技术应用，主要利用电渗法运移微生物以及其营养盐改性土体的方法，属于微生物改性土体技术领域。
背景技术
进入21世纪以来，微生物诱导沉积碳酸钙(MICP)技术成为了研究热点，它是生物技术与土木工程的结合，利用微生物新陈代谢作用快速析出的矿物晶体，充填在矿物的晶格结构，改变土体微观结构从而改善土体的工程性质，并且该方法还可以用于重金属污染土壤的处理。从Whiffin V S以及Van Passen L A等人的研究发现，现场土体生物灌浆时，大部分碳酸钙沉积在注浆口附近，影响了浆液传输距离以及灌浆效果，目前尚无法完全解决微生物沉积碳酸钙的异质性问题。从上个世纪以来，各国学者Shi、Tiehm、Hamed A.Keykha、Andreas Tiehm、S.T.Lohner、DeFlun以及Condee等已经对电场环境中微生物特性作了一定研究工作，发现弱电场环境并不明显影响微生物活性，并且微生物会随电场环境的改变出现迁移现象。土壤为多孔疏松介质，可为微生物以及其营养盐提供迁移通道，结合电渗法改善微生物沉积碳酸钙分布效果，将电渗联合微生物灌浆技术应用到改性砂土和粉土性质中具有实践意义。
发明内容
为了改善已有技术存在的上述问题，本发明提供了一种电渗迁移微生物以及其营养盐的方法，保证碳酸钙在砂土和粉土的分布效果。采用本发明电渗联合微生物灌浆处理砂土和粉土，可以改善微生物沉积碳酸钙的异质性问题，也可改善注浆口附近微生物沉积碳酸钙分布效果。
电渗联合微生物灌浆改性砂土和粉土的方法，包括以下步骤：
步骤1：将巴氏八叠球菌在25℃-37℃条件下在发酵培养基中培养24个小时得到菌液；
步骤2：将钙离子浓度为0.05mol/L的电解液注入电渗装置阳极的空心电极棒里，持续通电一段时间；
步骤3：将发酵培养基中培养得到菌液以及钙离子和尿素浓度为0.5-1.0mol/L的营养盐溶液分别间隔注入电渗装置阳极的空心电极棒里，持续通电一段时间，控制两电极之间的电压梯度为0.5-1.0V/cm。
步骤4：重复步骤2至步骤3过程3-5个循环。整个过程中，用温度计监测土壤中的温度变化，控制土壤温度低于50℃。
步骤2、3中所述通电时两电极间的电压梯度为0.5-1.0V/cm，电解液、菌液以及营养盐 分别间隔加入。
电渗装置包括直流电供电装置、空心电极棒、导线、万用电表、温度计，其设置是本领域技术人员所熟知的。
有益结果：在菌液中施加电压梯度为0.5-1.0V/cm的外加电场时，细菌脲酶活性虽有所降低，但降低均不超过18％；通过XRD(图2)和ESEM(图3)分析试验，确认在电场中微生物依旧可以诱导沉积出碳酸钙，碳酸钙晶型主要是方解石。本发明与现有技术相比，经电渗联合处理的土体相比未电渗处理的土体，碳酸钙分布比不经电渗的生物改性方法更均匀，可以改善微生物沉积碳酸钙的异质性，特别是可以改善注浆口附近碳酸钙大量沉积阻塞灌浆通道的现象。
附图说明
图1是本发明电渗联合微生物灌浆改性砂土和粉土的方法示意图。
图2是电场中沉积物的XRD分析图谱。
图3是电场中沉积物ESEM图。
图4是两种生物灌浆方式下碳酸钙沉积量分布情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明电渗微生物灌浆加固砂土和粉土的方法如图1所示，利用该方法对砂土和粉土进行加固的过程如下：
步骤1：首先，将接种巴氏八叠球菌ATCC11859的发酵培养基在25℃-37℃恒温摇床中震荡培养24时得到菌液；
步骤2：然后，将空心电极棒1插入土壤中，将直流电源的正、负极与阳极、阴极的空心电极棒1分别相连，打开直流电供电装置电源，将钙离子浓度为0.05mol/L的溶液注入电渗装置的阳极的空心电极棒里，通电6小时以上，控制两电极间的电压梯度为0.5-1.0V/cm；
步骤3：最后，发酵培养基中培养得到菌液注入阳极的空心电极棒里，控制两电极间的电压梯度为0.5-1.0V/cm，继续通电5～6小时；继续将钙离子和尿素浓度为0.5mol/L-1.0mol/L的营养盐溶液继续注入电渗装置阳极的空心电极棒里，持续通电6小时以上。
步骤4：重复步骤2至步骤3过程3-6个循环。整个过程中，用温度计2监测土壤中的温度变化，当温度过高时，采用间歇通电，控制土壤温度低于50℃。
综上所述，与现有技术相比，本发明的优点在于对土体扰动相较小。本发明与现有生物改性技术相比，经电渗改性处理的土体相比未经电渗处理的土体，碳酸钙沉积量分布比未经电渗处理的更均匀，可以改善土中微生物沉积碳酸钙的异质性，特别是可以改善注浆口附近碳酸钙大量沉积阻塞灌浆通道的现象。
实施例：加固试样沉积碳酸钙测定
对18cm*10cm*10cm(长*宽*高)的矩形试样按上述方法及过程进行处理，电极置于长边的两端，在长边的两端和中间分别取样，用酸碱滴定的方法测加固土体的生物沉积碳酸钙的量。图4显示了两种生物灌浆方式下，碳酸钙沉积量分布情况，由图4可知，重力灌浆时碳酸钙在灌浆入口处首先沉积，导致灌浆通道堵塞，浆液传播距离有限，在离注浆口12cm-18cm处几乎无沉淀沉积，故碳酸钙分布不均匀；而通过电渗生物灌浆的试样，碳酸钙沉积不均匀性得到明显改善，而且通过极性转换等电渗处理技术可使沉淀变得更加均匀。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述附图和实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.利用电渗法微生物灌浆改性砂土和粉土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将巴氏八叠球菌在25℃-37℃条件下在发酵培养基中培养24个小时得到菌液；
步骤2：将钙离子浓度为0.05mol/L的电解液注入电渗装置阳极的空心电极棒里，持续通电一段时间；
步骤3：将发酵培养基中培养得到菌液，以及钙离子和尿素浓度均为0.5mol/L～1mol/L的混合营养盐溶液分别注入电渗装置阳极的空心电极棒里，持续通电，控制电压梯度为0.5-1.0V/cm。
步骤4：重复步骤2至步骤3过程3-5个循环，整个过程中，用温度计监测土壤中的温度变化，控制土壤温度低于50℃。
2.如权利要求1所述的电渗微生物灌浆处理砂土和粉土的方法，其特征在于，步骤2、3中通电时两电极间的电压梯度为0.5-1.0V/cm。
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