CN107352768A - 一种疏浚淤泥的微生物固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏浚淤泥的微生物固化方法，属于疏浚淤泥固化领域。本发明方法包括如下步骤：将尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液加入到疏浚淤泥中，搅拌均匀，自然环境下养护，或结合预压排水加速固结。该方法中，尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液的加入量与疏浚淤泥之间的关系为：每1kg疏浚淤泥加40g尿素、70g氯化钙、40mL巴氏芽孢杆菌菌液；或使加入的尿素、氯化钙的浓度都为0.1‑1 mol/L，巴氏芽孢杆菌菌液的加入量为疏浚淤泥含水量的1/50‑1/5。巴氏芽孢杆菌诱导生成的碳酸钙在胶结土体增强土体强度的同时，还可以在淤泥中形成排水通道，提高淤泥的渗透性；从而在外部压力的作用下快速排出水分，缩短固结时间。

Description

一种疏浚淤泥的微生物固化方法
技术领域
本发明涉及疏浚淤泥固化领域，具体涉及一种疏浚淤泥的微生物固化方法。
背景技术
淤泥是指河湖清淤产生的以黏土颗粒为主、高含水率、基本上没有强度的粥状、流塑性物质。目前我国河湖淤泥的疏浚多采用吸搅法，将吸搅出的淤泥放置堆场堆放是现阶段疏浚淤泥处理的主要方式之一。由于城市规划建设和地理因素的限制大多数城市往往不能提供大量的场地供淤泥堆放，因此加快淤泥的排水固结，使其物理力学特性满足工程用土的要求，从而将淤泥堆场快速转化为建设用地具有显著的环境效益和经济效益。
采用吸搅的方法疏浚出的淤泥含水量大约是其液限的2-3倍，含水量较大的淤泥承载力很低，大型机械很难开进淤泥堆场对其进行固化处理。同时淤泥的渗透性极低，预压排水等加速固结的方法效果不佳。
目前对疏浚淤泥进行固化处理的固化材料主要可分为传统固化材料和新型固化材料两类。传统固化材料包括水泥、石灰单独使用或者在其中加入一些工业废料如粉煤灰、高炉矿渣、废石膏等，或膨润土、水玻璃、硅粉等材料而得的复合型固化材料，其主要机制是通过水化反应、火山灰反应生成水化产物，使得自由水向化学结合水转化，形成土体骨架来提高强度等。新型固化材料是指各种专用固化剂如液态、高分子、纳米材料等，其固化效果一般优于传统固化材料，但其成本较高，只适用于处理量较小的特殊地基处理中。对于大量疏浚淤泥的处理，仍需要根据淤泥特点研究经济有效的固化材料及其配方。并且，现有处理方法均是利用机械能或人造材料对土体进行物理化学加固，而在机械施工及材料生产过程中均需要消耗大量能源并影响和污染环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种疏浚淤泥的微生物固化方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种疏浚淤泥的微生物固化方法，包括如下步骤：将尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液加入到疏浚淤泥中，搅拌均匀，自然环境下养护，或结合预压排水加速固结。该方法中，尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液的加入量与疏浚淤泥之间的关系优选为：每1kg的疏浚淤泥加40g尿素、70g氯化钙、40mL巴氏芽孢杆菌菌液；或根据疏浚淤泥含水量调节尿素、氯化钙、巴氏芽孢杆菌菌液的加入量，使尿素、氯化钙浓度都为0.1-1mol/L，巴氏芽孢杆菌菌液的加入量为疏浚淤泥含水量的1/50-1/5。
所述的巴氏芽孢杆菌优选为巴氏芽孢杆菌ATCC 11859。
所述的巴氏芽孢杆菌菌液优选将巴氏芽孢杆菌接种至液体培养基在30℃下培养至OD600＝1.0得到。所述的液体培养基的成分优选为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，水1L，pH 7.3。
本发明固化方法利用微生物诱导碳酸钙沉积技术，通过外加钙盐(尿素和氯化钙的混合物)，采用高产脲酶菌种——巴氏芽孢杆菌(ATCC 11859)分解尿素产生碳酸根离子，进一步与钙离子反应生成碳酸钙来固化淤泥。因为淤泥中有机质含量较高可以维持菌种生长，因此不用外加营养液。在巴氏芽孢杆菌消耗淤泥中有机质的同时还可以避免霉菌的生长，减少淤泥固化过程中产生的霉臭味。
本发明具有如下有益效果：巴氏芽孢杆菌诱导生成的碳酸钙在胶结土体增强土体强度的同时，还可以在淤泥中形成排水通道，提高淤泥的渗透性。从而在外部压力的作用下快速排出水分，缩短固结时间。
说明书附图
图1是试样抗剪强度与垂直压力的关系曲线图。
具体实施方式
以下实施例用于进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段
实施例1
某湖泊的淤泥土样塑限为27.18％，液限为48.17％，比重为2.31。疏浚淤泥含水量为2倍液限左右。
将巴氏芽孢杆菌(ATCC 11859)接种至液体培养基在30℃下培养至OD600＝1.0后的菌液作为菌剂。所用液体培养基的成分为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，蒸馏水1L，pH 7.3。
取3000g的疏浚淤泥与120g尿素、222g氯化钙以及130mL的菌剂混合，搅拌均匀，在自然环境下养护至含水量降至30％(微生物固化组)，用标准61.8mm*2mm和61.8mm*4mm的环刀挖土样用于直接剪切试验和标准固结试验。并和没有经过微生物固化的试样，即3000g疏浚淤泥与130mL蒸馏水混合，搅拌均匀，自然环境下养护至含水量降至30％(蒸馏水对照组)，进行对比。
图1是试样抗剪强度与垂直压力的关系曲线图，疏浚淤泥在加入混合液(菌液、氯化钙和尿素)固化后抗剪强度较加入蒸馏水的对照组提升明显。
试样的粘聚力c和内摩擦角φ值见表1。
表1 试样的c、φ值
试样 c(kPa) φ(°)
微生物固化组 35 2.781
蒸馏水对照组 22 1.634
比值 1.59 1.70
经微生物固化后试样的内摩擦角增大了1.70倍，粘聚力提升了1.59倍。疏浚淤泥固化后土体的抗剪强度得到了显著提升。
试样在25℃下的渗透系数见表2。
表2 25℃下试样的渗透系数
试样 渗透系数k25(10^7)
微生物固化组 9.05
蒸馏水对照组 1.31
比值 6.91
蒸馏水在不同温度下动力粘滞系数也有所不同，而试样的渗透系数又与渗流过试样的水的动力粘滞系数有关。故而为了方便比较分析，规范规定统一将试验所得渗透系数，按照一定的修正系数，修正为标准的20℃下试样的渗透系数k20。故而将渗透系数k25按照下述公式进行修正。
式中，ηt、η20：t℃和20℃下的水动力粘滞系数。
得出修正后渗透系数k20见表3。
表3 20℃下试样的渗透系数
试样 修正系数ηt/η20 渗透系数k20(10^7)
微生物固化组 0.890 8.05
蒸馏水对照组 0.890 1.17
比值 1.0 6.88
疏浚淤泥经微生物固化后渗透系数增大了6.88倍，渗透性大大提高，对淤泥的排水固结起到了极大的改善作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种疏浚淤泥的微生物固化方法，其特征在于：包括如下步骤：将尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液加入到疏浚淤泥中，搅拌均匀，自然环境下养护，或结合预压排水加速固结。
2.根据权利要求1所述的疏浚淤泥的微生物固化方法，其特征在于：尿素、氯化钙与巴氏芽孢杆菌菌液的加入量与疏浚淤泥之间的关系为：每1kg疏浚淤泥加40g尿素、70g氯化钙、40mL巴氏芽孢杆菌菌液；或根据疏浚淤泥含水量调节尿素、氯化钙、巴氏芽孢杆菌菌液的加入量，使尿素、氯化钙浓度都为0.1-1mol/L，巴氏芽孢杆菌菌液的加入量为疏浚淤泥含水量的1/50-1/5。
3.根据权利要求1所述的疏浚淤泥的微生物固化方法，其特征在于：所述的巴氏芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌ATCC 11859。
4.根据权利要求1所述的疏浚淤泥的微生物固化方法，其特征在于：所述的巴氏芽孢杆菌菌液通过将巴氏芽孢杆菌接种至液体培养基在30℃下培养至OD600=1.0得到。
5.根据权利要求4所述的疏浚淤泥的微生物固化方法，其特征在于：所述的液体培养基的成分为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，水1L，pH 7.3。
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