[发明专利]一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法

说明书

本发明公开了一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法，包括：首先在土体中加入激发液促进土体内微生物繁殖，再向土体中加入胶结液固化土体。进一步地，通过土体的孔隙率、处理面积和处理深度，计算单次加入激发液和/或胶结液的用量。通过原位投加激发液，促进土体中自身的微生物繁殖，原位激发的微生物在土体环境中营养物质均衡，与其他微生物互相调节感应，生长繁殖快速，脲酶活性高；同时，原位激发微生物的方法，减少了向土体加入菌液的过程，大大减少了由于溶液的不均匀流动导致微生物分布不均的影响，有效提高MICP的效果。

技术领域

本发明属于岩土工程和微生物工程交叉领域，更具体的说，涉及一种利用激发培养原位微生物固化土体的方法。

背景技术

随着世界经济的快速发展，人口数量快速增加，对建设用地的需求不断增大。尤其是在我国，城镇化不断加剧，需要更多的基础设施来满足日益增长的人口需要。然而在建设过程中，存在着严重的土地供给不足问题，土地消耗不断增大，土质变差，这些大大限制了城市化的建设过程。因此，改良不能满足工程建设需求的土体，提高土壤利用率成为了关乎国计民生的大事。如何用高效、环保、经济的方法对土壤进行改良成为了当今社会亟待解决的问题。

传统的土壤改良方法，是利用机械或人造材料对土体进行物理化学加固，在机械施工和材料的制作时都会带来较大的能源消耗。这些方法大多对土壤扰动大，施工周期长，工作量大。其中，极为常见的化学灌浆技术，主要通过在土中掺加水泥、铬木素等化学浆材，以达到提高土壤强度，降低土壤渗透性的目的。然而，化学浆材多会带来土壤pH值的改变，并且多有毒，会对土壤、地下水、矿产资源、动植物和人体产生有害影响。

微生物矿化作用在自然界中普遍存在，某些微生物能够通过自身矿化作用产生多种矿物结晶。其中，微生物诱导碳酸钙沉积(Microbial Induced Calcite Precipitation，简称MICP)技术一直是近年来微生物矿化作用的研究热点。在该技术中，产脲酶微生物通过自身的代谢作用产生脲酶，不断分解扩散到细菌内部的尿素，产生的CO₃^2-与环境中的Ca²⁺结合，生成碳酸钙沉积，生成的碳酸钙性质稳定，力学性能好，耐久性强，且具有优异的胶结作用。经过研究发现，MICP技术可以应用于多个领域，在土体固化方面效果显著。在MICP固化土体技术中，生物能代替了传统的机械能，微生物代谢产物代替了化学物质，具有节能环保，对土体扰动小等的优点，有利于环境的可持续发展。

在MICP固化土体的现有研究中，多在实验室条件活化培养产脲酶微生物，进而引入土体诱导碳酸钙沉积，从而起到固化土体的作用。然而，微生物在实验室条件下培养，存在培养基易富营养化，生长因子缺乏，人为破坏微生物之间的联系和忽视微生物间的互作关系的问题，这些容易导致微生物虽具有代谢功能，但生长繁殖缓慢(张作艳等，2018)。随后，在微生物引入土体后，打破了自然环境中微生物的平衡，由于土壤其他原生微生物的大肆掠夺与竞争，外源微生物的数量进一步下降。另外，在加入菌液的过程中，由于菌液在土体中的不均匀流动，使细菌在土体中的分布不均匀，影响土体固化的效果(Whiffin etal.2007；van Paassen et al.2009)。

公开号为CN106284280A的现有技术公开了一种利用微生物制备碳酸钙固化砂土的方法。该方法将砂土倒入容器中；所述的容器中加入胶凝液和菌液，恒温震荡培养，得到混合液；定时定量从前述混合液中吸出少量，之后再向剩余混合液中加入定量胶凝液和砂土，连续数天后得到碳酸钙固化的砂土。该方法中不仅菌种选育耗费大量人力物力，并且微生物在培养时生长繁殖缓慢，加入土体后在土体中分布不均、存活率低。将砂土和溶液混合的胶结方法不适用于现场的实际操作，工程意义不大。