[發(fā)明專利]一種利用激發(fā)培養(yǎng)原位微生物固化土體的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010317007.1
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111501733A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐朝生;程瑤佳;謝約翰;劉博;呂超;李昊;王殿龍;施斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué);南京大學(xué)（蘇州）高新技術(shù)研究院
• 主分類號: E02D3/12
• 分類號: E02D3/12;E02D17/20;E02B3/12
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務(wù)所 32346
• 代理人: 王玉姣;陳彬

本發(fā)明公開了一種利用激發(fā)培養(yǎng)原位微生物固化土體的方法，包括：首先在土體中加入激發(fā)液促進土體內(nèi)微生物繁殖，再向土體中加入膠結(jié)液固化土體。進一步地，通過土體的孔隙率、處理面積和處理深度，計算單次加入激發(fā)液和/或膠結(jié)液的用量。通過原位投加激發(fā)液，促進土體中自身的微生物繁殖，原位激發(fā)的微生物在土體環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)均衡，與其他微生物互相調(diào)節(jié)感應(yīng)，生長繁殖快速，脲酶活性高；同時，原位激發(fā)微生物的方法，減少了向土體加入菌液的過程，大大減少了由于溶液的不均勻流動導(dǎo)致微生物分布不均的影響，有效提高MICP的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程和微生物工程交叉領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種利用激發(fā)培養(yǎng)原位微生物固化土體的方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口數(shù)量快速增加，對建設(shè)用地的需求不斷增大。尤其是在我國，城鎮(zhèn)化不斷加劇，需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施來滿足日益增長的人口需要。然而在建設(shè)過程中，存在著嚴重的土地供給不足問題，土地消耗不斷增大，土質(zhì)變差，這些大大限制了城市化的建設(shè)過程。因此，改良不能滿足工程建設(shè)需求的土體，提高土壤利用率成為了關(guān)乎國計民生的大事。如何用高效、環(huán)保、經(jīng)濟的方法對土壤進行改良成為了當(dāng)今社會亟待解決的問題。

傳統(tǒng)的土壤改良方法，是利用機械或人造材料對土體進行物理化學(xué)加固，在機械施工和材料的制作時都會帶來較大的能源消耗。這些方法大多對土壤擾動大，施工周期長，工作量大。其中，極為常見的化學(xué)灌漿技術(shù)，主要通過在土中摻加水泥、鉻木素等化學(xué)漿材，以達到提高土壤強度，降低土壤滲透性的目的。然而，化學(xué)漿材多會帶來土壤pH值的改變，并且多有毒，會對土壤、地下水、礦產(chǎn)資源、動植物和人體產(chǎn)生有害影響。

微生物礦化作用在自然界中普遍存在，某些微生物能夠通過自身礦化作用產(chǎn)生多種礦物結(jié)晶。其中，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積(Microbial Induced Calcite Precipitation，簡稱MICP)技術(shù)一直是近年來微生物礦化作用的研究熱點。在該技術(shù)中，產(chǎn)脲酶微生物通過自身的代謝作用產(chǎn)生脲酶，不斷分解擴散到細菌內(nèi)部的尿素，產(chǎn)生的CO₃^2-與環(huán)境中的Ca²⁺結(jié)合，生成碳酸鈣沉積，生成的碳酸鈣性質(zhì)穩(wěn)定，力學(xué)性能好，耐久性強，且具有優(yōu)異的膠結(jié)作用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，MICP技術(shù)可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，在土體固化方面效果顯著。在MICP固化土體技術(shù)中，生物能代替了傳統(tǒng)的機械能，微生物代謝產(chǎn)物代替了化學(xué)物質(zhì)，具有節(jié)能環(huán)保，對土體擾動小等的優(yōu)點，有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

在MICP固化土體的現(xiàn)有研究中，多在實驗室條件活化培養(yǎng)產(chǎn)脲酶微生物，進而引入土體誘導(dǎo)碳酸鈣沉積，從而起到固化土體的作用。然而，微生物在實驗室條件下培養(yǎng)，存在培養(yǎng)基易富營養(yǎng)化，生長因子缺乏，人為破壞微生物之間的聯(lián)系和忽視微生物間的互作關(guān)系的問題，這些容易導(dǎo)致微生物雖具有代謝功能，但生長繁殖緩慢(張作艷等，2018)。隨后，在微生物引入土體后，打破了自然環(huán)境中微生物的平衡，由于土壤其他原生微生物的大肆掠奪與競爭，外源微生物的數(shù)量進一步下降。另外，在加入菌液的過程中，由于菌液在土體中的不均勻流動，使細菌在土體中的分布不均勻，影響土體固化的效果(Whiffin etal.2007；van Paassen et al.2009)。

公開號為CN106284280A的現(xiàn)有技術(shù)公開了一種利用微生物制備碳酸鈣固化砂土的方法。該方法將砂土倒入容器中；所述的容器中加入膠凝液和菌液，恒溫震蕩培養(yǎng)，得到混合液；定時定量從前述混合液中吸出少量，之后再向剩余混合液中加入定量膠凝液和砂土，連續(xù)數(shù)天后得到碳酸鈣固化的砂土。該方法中不僅菌種選育耗費大量人力物力，并且微生物在培養(yǎng)時生長繁殖緩慢，加入土體后在土體中分布不均、存活率低。將砂土和溶液混合的膠結(jié)方法不適用于現(xiàn)場的實際操作，工程意義不大。