基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法技术

本发明专利技术提供了基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，将初始菌种在模拟地浸采铀环境下，驯化出具有高效脲酶活性的菌株，进行菌株培养繁殖，并筛选具有强化微生物诱导碳酸钙沉淀作用的最优水溶性有机基质蛋白；将驯化菌株、培养基、胶结液和最优水溶性有机基质蛋白质按一定比例配制，再注入地浸砂岩型铀矿的含水层中，胶结堵塞含水层中的孔隙，达到防渗的作用。本发明专利技术将微生物诱导碳酸钙沉淀胶结防渗隔水层的技术引入到地浸采铀矿山的实际环境中，提高砂岩型铀矿山含水层围岩的抗渗性能，减小地浸采铀过程中污染物和地下水的双向渗透产生的不利影响，控制和减少地下水环境污染，为解决地浸采铀技术的发展瓶颈提供重要的理论指导和技术支撑。理论指导和技术支撑。理论指导和技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法


[0001]本专利技术涉及地浸采铀
，尤其涉及基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法。

技术介绍

[0002]随着国家经济的快速增长，核电事业的高速发展，对于铀资源的需求量大大增加。铀作为重要的核燃料，被广泛的应用到核电站和航海中，同时也是重要的国防战略资源。同时，铀也是一种重要的战略资源，是保持我国核威慑力长期有效和核军工可持续发展的重要保障。随着我国核工业和国防事业的快速发展，急需大量的铀资源满足国家发展战略的需求，必须加大对我国天然铀的生产能力。
[0003]近20年来，地浸采铀技术已经成为国内外天然铀生产的主要方法，并在相当一段时间内仍将处于主导地位。目前，采用地浸技术生产的天然铀已接近世界总产量的50％，地浸采铀具有基建投资少、生产成本低、环境友好等显著优点。但是，地浸采铀过程中溶浸液、U(VI)和重金属离子容易向含矿含水层外围及上下含水层扩散，对人类的饮水安全造成巨大的影响；且溶浸液向采区外围扩散、流失，造成浸出剂消耗增加及浪费，更重要的是对外围地下水造成不良影响；相反，如果外围地下水大量涌入矿层，会造成溶浸液被稀释，降低浸出效率。此外，采区退役后，地下水中仍含有SO
42
‑
，NO3‑
，U(VI)、H
+
和重金属离子等，这些污染物通过渗透迁移作用威胁下游地下水资源，对工农业的生产和人类的饮水安全造成很大的影响，已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。因此，必须从源头上严格控制消除污染，使地浸采铀采区四周和顶底板的隔离层具有良好的止水效果；研究控制溶浸液向外围扩散以及外围地下水涌入矿层的方法，实现地浸采铀技术清洁、绿色、高效发展，是地浸采铀工程技术人员和科研工作者面临的亟需解决而具有重大现实意义的科学问题。
[0004]目前，为了减少溶浸液、U(VI)及重金属离子对地下水和周边环境的影响，主要采取控制抽注液平衡的方法，虽然在一定程度上能有效的控制污染物向地下水环境扩散，但受地层条件、抽注工艺、抽注系统持续稳定运行能力等因素的影响，很难达到精确控制、彻底根治污染物的目的。近年来，利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)胶结填充介质中孔隙，提高介质的抗渗性能和强度的方法被提出；但此方法存在生成碳酸钙结构强度低、微生物代谢终产物有毒有害、缺乏评估等缺点，仍需从优势菌种的培养、有机质的强化作用、微生物胶结机理等方面进行深入的研究。
[0005]此外，目前应用MICP技术修复古建筑和混凝土裂缝、固化重金属、改性岩土、微生物封漏等研究对象较为单一，但由于微生物生长对环境选择性大、微生物与所处环境之间的作用机制复杂等问题，因此对于复杂环境中，MICP技术能否达到上述的研究成果，仍然是值得商榷和研究的问题。特别是在地浸采铀环境中，含有溶浸液、U(VI)及重金属离子等污染物，以及含有成分复杂的有机质等杂质，使得微生物的生存环境恶劣，影响菌种的生长、繁殖能力和胶结效果。因此，地浸采铀的复杂环境中MICP技术的应用仍是今后主要的研究方向和需要攻克的技术难题。
[0006]有鉴于此，有必要设计基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法。通过驯化得到具有高效脲酶活性的优势菌株，并筛选具有强化微生物诱导碳酸钙沉淀作用的最优水溶性有机基质蛋白，以制得适应地浸采铀环境的微生物胶结地浸砂岩型铀矿防渗隔水层，从而实现地浸砂岩型铀矿的高效胶结防渗。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，包括以下步骤：
[0009]S1、碳酸盐矿化菌适应地浸采铀环境的驯化
[0010]对碳酸盐矿化菌进行活化，并恒温培养出饱满的菌落；
[0011]将灭菌处理后pH＝7.3的培养基与所述饱满的菌落进行培养得到驯化菌株，在生长对数期按照1％的接种量进行传代，当所述驯化菌株的生长速度与原始菌接近时结束培养；所述培养基由砂岩型铀矿地浸生产液配制而成；
[0012]S2、将步骤S1所述的驯化菌株置于与地浸采铀环境相同的温度下进行扩大培养；
[0013]S3、取步骤S2所得的一定对数生长期的菌液、所述培养基和最优水溶性有机基质蛋白混合均匀，注入渗透系数已知的地浸铀矿含水层中，然后注入胶结液得到微生物胶结砂岩型地浸铀矿防渗隔水层；
[0014]S4、根据步骤S3所述防渗隔水层的渗透系数，评估其抗渗性能，对胶结液配比进行优化，以确定应用环境中的最优材料配比，最终实现地浸砂岩型铀矿的胶结防渗。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述最优水溶性有机基质蛋白通过测试有机基质蛋白对微生物诱导碳酸钙沉淀的增强作用进行选取。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述微生物诱导碳酸钙沉淀在模拟地浸采铀环境下进行，所述微生物为所述驯化菌株。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述培养基包括固体培养基和液体培养基。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述液体培养基由10～20g酪蛋白胨、2～8g大豆蛋白胨、2～8g氯化钠、15～25g尿素溶解于地浸生产液制得。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述固体培养基由10～20g酪蛋白胨、2～8g大豆蛋白胨、2～8g氯化钠、15～25g尿素、15～20g琼脂粉溶解于地浸生产液制得。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述驯化菌株、所述胶结液和所述最优水溶性有机基质蛋白的用量比为1:(10～30):(5～15)。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述碳酸盐矿化菌为巴氏芽孢杆菌或球形芽孢杆菌以及具有诱导碳酸盐矿化的其他菌种，菌种接种量为培养基体积的1％。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述最优水溶性有机基质蛋白为鸡蛋清、牛血清蛋白、胶原蛋白和蚕丝蛋白中的一种。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述胶结液包括尿素和钙源，所述尿素和所述钙源的摩尔浓度均为0.5～2.5mol/L，且浓度和体积用量相同；所述钙源为氯化钙、乙酸钙或硝酸
钙中的一种。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术提出的基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，在地浸采铀环境下，筛选出具有高效脲酶活性的菌株，进行菌种活化、生长繁殖，将驯化好的菌株与培养基、尿素和钙源按一定比例进行配制，再注入地浸砂岩型铀矿的含水层中。该方法使得微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术适用于在地浸采铀复杂环境中，减小了地浸采铀过程中污染物和地下水的双向渗透产生的不利影响，防止地浸采铀对人类的饮水安全造成影响，为解决地浸采铀技术的发展瓶颈提供重要的理论指导和技术支撑。
[0026]2、本专利技术采用地浸生产液配制培养基，对矿化菌株进行环境驯化，使其适应地浸采铀的环境；首次将微生物诱导碳酸钙沉淀胶结防渗隔水层的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、碳酸盐矿化菌适应地浸采铀环境的驯化
①
对碳酸盐矿化菌进行活化，并恒温培养出饱满的菌落；
②
将灭菌处理后pH＝7.3的培养基与所述饱满的菌落进行培养得到驯化菌株，在生长对数期按照1％的接种量进行传代，当所述驯化菌株的生长速度与原始菌接近时结束培养；所述培养基由砂岩型铀矿地浸生产液配制而成；S2、将步骤S1所述的驯化菌株置于与地浸采铀环境相同的温度下进行扩大培养；S3、取步骤S2所得的一定对数生长期的菌液、所述培养基和最优水溶性有机基质蛋白混合均匀，注入渗透系数已知的地浸铀矿含水层中，然后注入胶结液得到微生物胶结砂岩型地浸铀矿防渗隔水层；S4、根据步骤S3所述防渗隔水层的渗透系数，评估其抗渗性能，对胶结液配比进行优化，以确定应用环境中的最优材料配比，最终实现地浸砂岩型铀矿的胶结防渗。2.根据权利要求1所述的基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，其特征在于，在步骤S3中，所述最优水溶性有机基质蛋白通过测试有机基质蛋白对微生物诱导碳酸钙沉淀的增强作用进行选取。3.根据权利要求2所述的基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，其特征在于，所述微生物诱导碳酸钙沉淀在模拟地浸采铀环境下进行，所述微生物为所述驯化菌株。4.根据权利要求1所述的基于微生物胶结的地浸砂岩型铀矿的防渗方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺桂成，李咏梅，谢元辉，唐孟媛，崔佳欣，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：