钙源对微生物矿化胶结砂土材料均匀性的影响

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术可以改善砂土材料的力学性质,但MICP胶结砂土材料的均匀性问题是目前存在的重要问题,且严重影响了MICP技术的工程应用。进行小尺寸（直径3 cm、高度11 cm）和细长（直径5 cm、高度100 cm）砂柱试样的MICP一批次灌浆试验和溶液环境试验,探究氯化钙和乙酸钙两种钙源对MICP矿化反应过程和MICP胶结砂土材料均匀性的影响。MICP胶结砂土试样的碳酸钙含量和单轴抗压强度试验结果表明,与氯化钙作为钙源相比,乙酸钙作为钙源可以增加砂柱胶结长度,改善碳酸钙在灌浆方向的均匀性,减少MICP胶结砂土材料沿灌浆路径的强度差异;乙酸钙作为钙源可减缓MICP矿化反应过程,降低营养液中尿素的分解速率,进而提高营养液中未分解尿素和游离钙离子在MICP胶结砂土材料中的传输距离,有利于提高MICP胶结砂土材料的均匀性。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积技术的黏性土水稳性改良

采用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术对黏性土进行改性处理,以改善其水稳性与抗侵蚀能力. 利用喷洒法将配制的微生物菌液及胶结液先后喷洒至黏性土表层进行MICP处理,并开展一系列崩解试验,通过数字图像处理技术对土样的崩解过程进行定量分析和评价. 通过颗粒分析试验研究MICP改性前后土样粒度组分的变化,通过扫描电子显微镜（SEM）分析土样的微观结构特征. 结果表明：1）素土在浸水后发生快速崩解,而在相同的时间内MICP改性土样则能较好地保持原始结构,水稳性更强;2）崩解指数是描述土体崩解过程和评价土体水稳性的定量指标. MICP改性土样的崩解速率远低于素土,且最终稳定后的崩解指数仅为素土的50%;3）MICP改性能显著改变土样的粒度组分,具体表现为细颗粒质量分数减少,粗粒土质量分数增加;4）微生物诱导所产生的碳酸钙填充了土样中的大孔隙,并在土颗粒之间形成有效的胶结,极大提高土颗粒之间的联接强度,这是MICP技术提高土体水稳性的主要作用机制.     

微生物固化砂土强度增长机理及影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明：随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。     

反硝化微生物固化砂土的试验研究

利用反硝化微生物,开展微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)灌浆固化砂土的试验,测定固化前后试样中碳酸钙含量,并通过无侧限抗压强度试验、直剪试验和渗透试验,综合评价反硝化微生物MICP对砂土的固化效果。研究结果表明:反硝化微生物的MICP对砂土固化具有较好效果,通过灌浆试验后的砂土试样,其强度指标、渗透参数和土体的塑性均有所提高;钙离子浓度为0.25mol/L、配比为1∶2∶2的胶结液对砂土的固化效果最佳,处理后的砂土试样无侧限抗压强度提高了39.2%、抗剪强度提高了53.71%、渗透系数降低了1个数量级;在钙离子浓度相同的胶结液中,提升氮源浓度可有效提升强度参数;在氮源浓度相同的胶结液中,提升钙离子浓度可有效提升强度参数,对试样的渗透性无明显影响。     

超声波灭活水中微生物试验研究

为了探讨超声波灭菌作用机制,进一步为超声波用于净水厂污泥无害化处理提供技术支持,试验采用实验室模拟水样,研究了超声功率(250~1 500 W)、频率(25 k Hz和40 k Hz)对大肠菌群灭活效果、超声空化强度和羟基自由基产量的影响.结果表明:相同时间和频率下,在超声功率为250~1 500 W时,大肠菌群灭活率随着功率的增大先逐渐上升,达到1 250 W后,灭活效果变化不明显;相同时间和功率条件下,40 k Hz灭活效果优于25 k Hz.超声空化强度和羟基自由基的产量与灭活率规律相似,超声灭活率随着超声过程中超声空化强度和羟基自由基产量的增大而增大.通过投加自由基掩蔽剂碳酸氢钠(Na HCO3)掩蔽自由基氧化作用判定羟基自由基在超声灭菌过程中的确产生了灭活作用,但作用比较弱.     

微生物结合碳纤维加固钙质砂的高强度试验研究

为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理,先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响,并确定碳纤维的最佳掺量及长度,然后开展高轮次注浆试验,研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度,通过试验结果对比和扫描电镜等分析,分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明,掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中,掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度,纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%,试样强度提高了135%~217%;高轮次注浆试验中,在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下,由于两组试样注浆轮次的差异,纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%,试样强度提高了11%。     

基于微生物矿化沉积的再生骨料强化试验研究

开展微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)对再生混凝土骨料(Recycled Concrete aggregates,RCA)和再生砖骨料(Recycled brick aggregates,RBA)的强化试验研究,以压碎指标...     

微生物水泥固化处理黄金尾矿的试验研究

提出采用微生物水泥技术对黄金尾矿进行固化处理,采用试验方法系统研究了微生物水泥固化后黄金尾矿的无侧限抗压强度、碳酸盐生成量及均匀性、重金属的固化及存在形态等特性,并探讨比较了注菌法和拌菌法的处理效率.结果表明:微生物水泥固化后,黄金尾矿的强度显著增加,最大值可以达到1 MPa左右;拌菌法处理后的试样强度要明显高于注菌法...     

MICP加固钙质砂的耐久性试验研究

南海岛礁建设中,钙质砂是易于获取的原材料,但也存在孔隙多、易破碎等不足。为保证岛礁建设的安全稳定,设计经微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固后钙质砂试样在海水、纯水环境下分别进行浸泡与干湿循环试验,以探究不同环境与处理方式对MICP加固钙质砂样耐久性能的影响。结果表明：(1)经MICP加固的钙质砂具有较好的抗侵蚀能力,通过增加钙质砂的加固轮次能够有效地提高试样的耐久性能,其在海水中干湿循环时劣化最快,在纯水中浸泡时劣化最慢;(2)持续浸泡与干湿循环均会对试样耐久性造成不利影响,干湿循环的劣化作用更大;(3)控制其余变量不变时,海水环境下试样耐久性能的劣化比纯水环境下更严重。     

序批式生物膜反应器中微生物量变化特点的研究

研究了序批式生物膜反应器中微生物量的变化特点。试验表明序批式生物膜反应器中有机物的浓度随时间的变化而时时变化,其微生物量的变化却有其自身的特点。     

不同胶结程度MICP固化珊瑚砂的无侧限压缩离散元分析

利用离散元软件建立珊瑚砂微生物固化体无侧限压缩试验模型,通过在珊瑚砂颗粒表面及接触处生成微小碳酸钙颗粒来模拟M IC P胶结,考虑珊瑚砂珊瑚砂颗粒、珊瑚砂碳酸钙颗粒及碳酸钙碳酸钙颗粒的接触,分析不同胶结程度微生物珊瑚砂固化体的颗粒位移、微裂纹发展及微裂纹分布等细观特征,解释了其宏观变形和破坏机制.结果表明:在无侧限压缩...     

微生物固化花岗岩残积土耐崩解性能及抗冲刷性能研究

采用喷洒方式对花岗岩残积土进行表面处理并进行耐崩解试验和抗冲刷模型试验.结合扫描电镜观测和颗粒粒度分析等微观测试技术,研究了喷洒式微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially?Induced?Calcium?Carbonate?Precipitation?,MICP)表面处理对花岗岩残积土的耐崩解性和抗冲刷性的改善效果...     

天然海水环境下离子浓度对MICP反应的影响

微生物岩土技术通过生物矿化过程改善基础材料的力学性质,使其更适用于建筑或解决多学科领域的环境问题。微生物矿化过程中产生的碳酸钙是改善基础材料力学性质的主要成分,但其生成量及形态等受多种因素的影响。通过离子计、pH计、SEM、EDS和XRD等手段探究天然海水和去离子水环境在矿化过程中氯化钙和尿素浓度、比例及菌液和胶结液（氯化钙、尿素）体积比等因素对沉淀物质形貌及晶体组成的影响。结果表明：钙离子和尿素浓度及比例低时,碳酸钙的产率较高,但当初始钙离子、尿素浓度超过1.0 mol/L时,离子浓度增大对细菌产脲酶有抑制作用,浓度越高对脲酶的抑制作用越明显,沉淀物产率也随之减小,海水环境总体沉淀量与沉淀效率均高于去离子水环境。菌胶结液体积比去离子水中为1∶4、海水中不高于1∶10时,碳酸钙生成量较高,去离子水环境晶型以方解石为主,海水环境晶型以球霰石为主且沉淀中含有镁盐。     

土豆脲酶提取及基于酶诱导碳酸钙沉淀技术对风积沙改良的方法

基于酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术,使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法,以土豆为原材料,去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液,通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取出植物脲酶,分析提取过程中不同提取液对脲酶提取效果的影响,基于EICP技术,利用土豆脲酶液对风积沙进行改良处理。结果显示,在3种提取液中,效果最优的是乙醇溶液,甘油水溶液次之,去离子水提取效果最差。而当固液比为1:6、乙醇溶液浓度为30%时,脲酶活性值最高且提取效果最佳。在风积沙改良试验中,试件表面形成了坚硬的结皮层并具有较高的抗压强度,随着浸泡脲酶次数的增加,无侧限抗压强度逐渐增强。     

海水环境下MICP的反应机理与影响因素

为了探讨海水环境下微生物矿化反应过程与影响因素,在海水和去离子水环境下,通过改变营养盐浓度、菌液与营养盐体积比、环境温度等条件进行微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Carbonate Precipitation,MICP)水溶液试验,然后通过SEM、XRD和EDS测试对水溶液生成物进行检测,并推测海水环境下MICP的反应机理。结果表明:不同水环境条件下,营养盐浓度为1 mol/L、菌液与营养盐体积比为30:120时,反应速率最快,且生成沉淀物质量最大;温度对于碳酸钙沉淀反应影响明显,与低温(4℃)条件相比,室温(25℃)下反应速率更大,且反应进行得较充分;海水环境水溶液试验中,高pH值可以加速反应的进行,同时,由于海水中存在Mg²⁺、Ba²⁺等离子,使得沉淀物中除CaCO₃外,还含有少量的碱式碳酸镁(Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O)、BaCO₃等矿物成分。     

生蚝壳作为微生物固化砂土钙源的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP）是一种新兴的环保地基加固技术,使用该技术需消耗大量化学分析级试剂,如尿素、钙盐等,对环境等造成一定的不良影响。基于利用废弃资源的理念,选取厨余垃圾生蚝壳作为MICP固化砂土钙源,并与用硝酸钙、氯化钙作为钙源进行对比。通过无侧限抗压强度试验、渗透试验、碳酸钙质量分数测试、干密度试验和扫描电镜试验（SEM）等探讨该方法的可行性。试验结果表明,以生蚝壳为钙源的MICP固化砂柱的平均孔径最大,但其表观孔隙率最低,无侧限抗压强度、渗透系数、碳酸钙质量分数、干密度等物理力学指标均优于化学钙。SEM试验结果显示,不同钙源固化砂柱砂颗粒表面均有碳酸钙沉淀生成,生蚝壳钙源获得的碳酸钙沉淀晶体形态是表面比较粗糙,伴有微小孔隙的球体形态;硝酸钙获得的碳酸钙沉淀是介于球状和棱柱体之间的多棱角的簇状;氯化钙获得的碳酸钙沉淀呈现颗粒相互交错堆积的簇状。     

营养盐浓度对胶结重塑泥岩试样力学特性及微观结构的影响试验研究

采用一次浸泡菌液的方式，制备不同浓度（0、0.3、0.5、0.7 mol/L）营养盐处理的微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）胶结重塑泥岩样。基于直接剪切、碳酸钙酸洗法、扫描电镜（SEM）等试验测试胶结试样，分析了营养盐浓度对胶结试样力学性能、碳酸钙含量及微观结构的影响。结果表明：同等反应条件下（相同时间、体积），随着营养盐浓度的增加抗剪强度先增大后减小，当营养盐浓度达到0.5 mol/L时抗剪强度最大，此时，试样黏聚力、内摩擦角分别为15.5 kPa、18.83°；碳酸钙含量随着营养盐浓度的增加而增加，当营养盐浓度达到0.7 mol/L时，试样平均碳酸钙含量提高较少；碳酸钙晶体分布均匀性随着营养盐浓度由低到高变化呈凸字形态；胶结试样的强度依赖于生成的CaCO₃晶体量及其分布形态；生成的方解石型碳酸钙晶体主要沉积在颗粒接触处形成积聚晶体或填充在孔隙中形成“胶结桥”，产生胶结效果而增强试样的力学性能。     

微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

三峡库区自然灾害频发,微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型,土壤孔隙较小,而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD₆₀₀为0、0.5、1.0、1.5）和胶结液浓度（0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）组合,对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验,研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角）,并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明：固定菌液浓度或胶结液浓度时,抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势,最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD₆₀₀=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势,而胶结液浓度不变时,在菌液浓度OD₆₀₀=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%（226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°）。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体,分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度,从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度,在菌液浓度为OD₆₀₀=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。