CN110590089A - 一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥及其制备方法 - Google Patents

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雷学文
林胜强
赵涵洋
董欢
刘特
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Abstract

本发明涉及一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥及其制备方法，上述制备方法包括如下步骤：将疏浚淤泥烘干、锤碎、过筛后得淤泥颗粒，再向淤泥颗粒中依次混入玄武岩纤维、粘结液、巴氏芽孢杆菌菌液，搅拌混合均匀后于保湿缸中养护并固化，即可得一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥。本发明中利用巴氏芽孢杆菌将尿素水解生成CO3 2‑，再利用CO3 2‑与淤泥及粘结液中存在的Ca2+结合并诱导生成碳酸钙，上述碳酸钙离子可填充于淤泥颗粒的空隙中使淤泥颗粒胶结在一起，从而达到加固土体强度的目的。

Description

一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及淤泥固化技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥及其制备方法。
背景技术
淤泥是一种以黏土颗粒为主、高含水率、强度极低的土。目前，我国大部分河流、湖泊等水体受到了严重污染，而底泥疏浚是清除湖泊内源污染、降低湖泊污染负荷、确保河道的泄洪、航运通畅的有效手段。每年各国都在进行大型河湖疏浚和清淤工程，这些疏浚工程产生的淤泥绝大部分都被抛入海洋，这不仅是对资源的浪费还是对环境的污染。所以，为了资源的合理化利用与可持续发展，这些疏浚淤泥的妥善处置与处理就变得尤为重要。
当前常用的淤泥处置方法是利用大型机械或是人工材料来进行物理化学固化处理，但传统的土壤固化处理方法不仅会产生大量的二氧化碳等温室气体，还会产生许多对生态环境有毒害作用的工业化学废料。
发明内容
针对上述问题，现提供一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥及其制备方法，旨在利用微生物有效进行淤泥固化。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：将疏浚淤泥烘干、锤碎、过筛后得淤泥颗粒，再向淤泥颗粒中依次混入玄武岩纤维、粘结液、巴氏芽孢杆菌菌液，搅拌混合均匀后于保湿缸中养护并固化，即可得一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥；
其中，以每升粘结液计粘结液中各组分含量为：氯化铵10g、营养肉汤3g、碳酸氢钠2.12g、尿素60g、硝酸钙236.15g，余量为水；
其中，巴氏芽孢杆菌菌液制备方法：将巴氏芽孢杆菌接种至液体培养基中并于30℃下培养至OD600＝1.0获得。
上述的制备方法，还具有这样的特征，以淤泥颗粒质量计玄武岩纤维的加入量为0.2-0.8wt％。
上述的制备方法，还具有这样的特征，玄武岩纤维的密度为2.63g/cm3，抗拉强度3000-4800MPa，弹性模量为91-110GPa。
上述的制备方法，还具有这样的特征，以淤泥颗粒质量计粘结液的加入量为1-8wt％。
上述的制备方法，还具有这样的特征，以淤泥颗粒质量计巴氏芽孢杆菌菌液的加入量为15-28wt％。
上述的制备方法，还具有这样的特征，以每升液体培养基计液体培养基中各组分为：胰蛋白胨15g、蛋白胨5g、氯化钠5g、尿素20g，余量为水。
上述的制备方法，还具有这样的特征，养护温度为20-23℃，养护湿度为80-90RH％，养护时间为3-5天。
本发明的第二个方面是提供一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥，具有这样的特征，根据上述制备方法制备获得。
本发明中利用巴氏芽孢杆菌进行淤泥的微生物固化。巴氏芽孢杆菌(ATCC11859)是一种高产脲酶杆菌，这种细菌是非致病性菌，在一定的恶劣环境(酸碱、高盐度等)条件下它都能保持较强的生物活性，且它能将尿素水解生成CO3 2-。本发明中利用粘结液为巴氏芽孢杆菌提供营养物质，并利用保湿缸的培养使得巴氏芽孢杆菌可持续将粘结液中尿素水解生成CO3 2-，再利用CO3 2-与淤泥及粘结液中存在的Ca2+结合并诱导生成碳酸钙，上述碳酸钙离子可填充于淤泥颗粒的空隙中使淤泥颗粒胶结在一起，从而达到加固土体强度的目的。
本发明中利用玄武岩纤维作为固化后淤泥的骨架结构，以提高固化后淤泥的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥的制备方法，包括如下步骤：将疏浚淤泥烘干、锤碎、过筛后得淤泥颗粒，再向淤泥颗粒中依次混入玄武岩纤维(密度为2.63g/cm3，抗拉强度3000-4800MPa，弹性模量为91-110GPa)、粘结液、巴氏芽孢杆菌菌液，搅拌混合均匀后于保湿缸中养护(养护温度为20-23℃，养护湿度为80-90RH％，养护时间为3-5天)并固化，即可得一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥；其中，以每升粘结液计粘结液中各组分含量为：氯化铵10g、营养肉汤3g、碳酸氢钠2.12g、尿素60g、硝酸钙236.15g，余量为水；其中，巴氏芽孢杆菌菌液制备方法为：将巴氏芽孢杆菌(ATCC11859)接种至液体培养基(以每升液体培养基计液体培养基中各组分为：胰蛋白胨15g、蛋白胨5g、氯化钠5g、尿素20g，余量为水)中并于30℃下培养至OD600＝1.0获得；其中以淤泥颗粒质量计玄武岩纤维的加入量为0.2-0.8wt％，粘结液的加入量为1-8wt％。
本发明的实施例1-4提供的微生物固化淤泥(以直径61.8mm、高20mm的标准环刀取样)中玄武岩纤维及粘结液的加入量如下表所示：
玄武岩纤维/wt％ 粘结液/wt％
实施例1 0.2 1
实施例2 0.4 3.7
实施例3 0.6 5.1
实施例4 0.8 8
对比例 0 0
本发明对比例中提供的固化淤泥的制备方法参照本发明中提供的制备方法，区别在于对比例中不添加玄武岩纤维和粘结液。
本发明的实施例中1-4中提供的微生物固化淤泥性能测试如下表所示：
粘聚力/kPa 内摩擦角/°
实施例1 44 9.90
实施例2 49 11.6
实施例3 51 13.8
实施例4 42 9.36
对比例1 38 3.94
由上表可知，本发明中利用玄武岩纤维与巴氏芽孢杆菌联合改性的固化淤泥比单纯利用微生物改性的固化淤泥的综合性能效果更好。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将疏浚淤泥烘干、锤碎、过筛后得淤泥颗粒，再向所述淤泥颗粒中依次混入玄武岩纤维、粘结液、巴氏芽孢杆菌菌液，搅拌混合均匀后于保湿缸中养护并固化，即可得一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥；
其中，以每升所述粘结液计所述粘结液中各组分含量为：氯化铵10g、营养肉汤3g、碳酸氢钠2.12g、尿素60g、硝酸钙236.15g，余量为水；
其中，所述巴氏芽孢杆菌菌液制备方法为：将巴氏芽孢杆菌接种至液体培养基中并于30℃下培养至OD600＝1.0获得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述淤泥颗粒质量计所述玄武岩纤维的加入量为0.2-0.8wt％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维的密度为2.63g/cm3，抗拉强度3000-4800MPa，弹性模量为91-110GPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述淤泥颗粒质量计所述粘结液的加入量为1-8wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述淤泥颗粒质量计所述巴氏芽孢杆菌菌液的加入量为15-28wt％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，以每升所述液体培养基计所述液体培养基中各组分为：胰蛋白胨15g、蛋白胨5g、氯化钠5g、尿素20g，余量为水。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，养护温度为20-23℃，养护湿度为80-90RH％，养护时间为3-5天。
8.一种玄武岩纤维加筋的微生物固化淤泥，其特征在于，根据权利要求1-7中任一项所述制备方法制备获得。
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