基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法技术

本发明专利技术属于大型岛礁加固技术领域，具体涉及一种基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法。包括如下步骤：步骤(1)：制备高产脲酶菌菌液；步骤(2)：制备高产纤维素真菌菌液；步骤(3)：将步骤(1)得到的高产脲酶菌菌液和步骤(2)得到的高产纤维素真菌菌液等量混合，得到细菌混合胶结液；步骤(4)：涨潮前通过向岛礁待加固区不同深度的钙砂层加入步骤(3)制备的细菌混合胶结液，实现碳酸钙沉淀加固和纤维编织网状结构加固；退潮后通过抽采地下水，实现干燥固结。本发明专利技术安全环保、成本低廉无污染，将“浸泡

【技术实现步骤摘要】
基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法


[0001]本专利技术属于大型岛礁加固
，具体涉及一种基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法。

技术介绍

[0002]岛礁地貌多属珊瑚礁地貌，岛礁星罗棋布，海底槽沟纵横交错，地貌情况十分复杂。钙质砂是中国岛礁工程建设的主要建筑材料，具有形状不规则、孔隙比大、棱角高、低强度、易破碎的特点，且长期受风浪侵蚀，在波浪等动力荷载作用下钙质砂易发生砂土液化造成结构破坏，岛礁受损。
[0003]传统钙质砂加固方法主要是利用机械能、植被或者人造材料对钙质砂进行物理、化学加固，取得了显著的效果，但同时也存在一定的不足。机械能有强夯(刘建明和任佰俐,2002)、真空预压(李明东等,2020)等方法，主要用来处理软土地基，在施工过程中需要消耗大量的能源。植被措施常被用来防止水土流失(邹厚远等,1985)，然而植被生长需要一定周期性和季节性，并严重依赖水源。固化剂是为改性土体工程性质的人造土木工程材料，按照作用机理可分为离子类、无机类、有机类和生物酶类四大类(米吉福等,2017)，每一类固化剂都存在一些不足之处，例如离子类的抗水性能较差，无机类的环境负面影响较大，有机类的使用环境要求较高，生物酶类的使用寿命较短等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法，配合海水的涨潮和退潮周期，涨潮前添加细菌混合胶结液，涨潮中进行微生物诱导碳酸钙沉淀和纤维牵拉加固技术，退潮后实施地下水抽采回收，采用“浸泡
‑
MICP
‑
干燥固结”工艺，形成碳酸钙沉积和纤维编制网，从而发挥纤维牵拉作用下的MICP固化作用，从而显著提高微生物固化钙质砂的效果。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁加固方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：制备高产脲酶菌菌液；
[0007]步骤(2)：制备高产纤维素真菌菌液；
[0008]步骤(3)：将步骤(1)得到的高产脲酶菌菌液和步骤(2)得到的高产纤维素真菌菌液等量混合，得到细菌混合胶结液；
[0009]步骤(4)：涨潮前通过向岛礁待加固区不同深度的钙砂层加入步骤(3)制备的细菌混合胶结液，实现碳酸钙沉淀加固和纤维编织网状结构加固；退潮后通过抽采地下水，实现干燥固结。
[0010]进一步的，步骤(1)具体包括如下步骤：
[0011]步骤(11)：配置第一培养基：第一培养基中包括：海水、蛋白胨、酵母膏、碳酸钠、碳酸氢钠、琼脂粉和人工尿素；将配置的第一培养基置于高压锅中进行高温灭菌；
[0012]步骤(12)：将灭菌后的第一培养基倒入培养皿内：在灭菌后的含有琼脂粉的第一培养基冷却凝固前，将灭菌后的第一培养基倒入培养皿内制备得到细菌活化用固体琼脂平板；
[0013]步骤(13)：细菌活化：取出冷藏的高产脲酶的菌种，放入海水中，待菌种变成液体状态即可得到细菌悬液；吸取细菌悬液加入步骤(12)制备的固体琼脂平板上，将滴入的细菌悬液均匀涂开；培养皿封口、进行恒温培养；
[0014]步骤(14)：配置第二培养基：第二培养基中包括：海水、蛋白胨、酵母膏、碳酸钠、碳酸氢钠、人工尿素；将配置的第二培养基置于高压锅中高温灭菌；
[0015]步骤(15)：细菌培养：挑步骤(13)的单个菌落，接种至第二培养基中，恒温培养得到高产脲酶菌菌液。
[0016]进一步的，步骤(2)具体包括如下步骤：
[0017]步骤(21)：制备第三培养基、即PDA淀粉培养基：第三培养基中包括：海水、马铃薯、葡萄糖、琼脂粉、蛋白胨、磷酸二氢钾和硫酸镁；对第三培养基灭菌处理，倒入培养皿内制备得到细菌活化所用固体琼脂平板；
[0018]步骤(22)：细菌活化：取出冷藏的高产纤维素的真菌菌种，放入海水中，待菌种变成液体状态即可得到细菌悬液；
[0019]步骤(23)：细菌悬液涂平板：吸取细菌悬液加入培养皿中，将所滴入的细菌悬液均匀涂开，封口以及恒温培养：
[0020]步骤(24)：第四培养基配置：第四培养基中包括：海水、马铃薯、葡萄糖、蛋白胨、磷酸二氢钾和硫酸镁；对第四培养基进行灭菌；
[0021]步骤(25)：细菌培养：挑步骤(23)中培养皿上单个菌落，接种至第四培养基中，恒温培养得到高产纤维素真菌菌液。
[0022]进一步的，步骤(3)具体为：
[0023]取高产脲酶菌菌液和高产纤维素真菌菌液进行等量混合，得到细菌混合胶结液；
[0024]同时加入过滤并经过海水稀释的人工尿液，用作细菌混合胶结液的尿素补充。
[0025]进一步的，步骤(4)具体包括如下步骤：
[0026]步骤(41)：在待加固区，设置纵向注入口和排水口；
[0027]步骤(42)：埋填注入管和排水管：在注入口内安置注入管，在注入管内安置注入软管，注入管和注入软管每间隔一段距离安装阻隔阀门；排水口安置排水管，排水管内安置排出软管，排出软管连接水泵，在排出软管末端设置过滤网、钙离子回收薄膜，后侧连接集水罐和抽采水泵；
[0028]步骤(43)：海水涨潮前，向注入软管添加细菌混合胶结液，由上到下依次打开阻隔阀门，将细菌混合胶结液注入到各层的钙质砂土层中；涨潮中关闭阻隔阀门，岛礁待加固区得到海水充分浸润，进行微生物诱导处理；
[0029]步骤(44)：退潮后，启动抽水泵，通过排水软管抽出地下水，通过干燥固结实现岛礁待加固区加固；
[0030]步骤(45)：钙离子富集回收：地下水依次通过过滤网和钙离子回收薄膜，实现地下水中钙源的回收；
[0031]步骤(46)：配合海水涨潮退潮周期，重复步骤(43)
‑
(45)。
[0032]进一步的，注入管的孔径为80
‑
120mm，排水管的孔径为100
‑
150mm，钙离子回收薄膜的孔径为4
‑
5nm。
[0033]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0034](1)本专利技术将“浸泡
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MICP
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干燥固结”工艺应用到大型岛礁加固建设中，利用海水涨潮退潮周期完成“浸泡
‑
MICP
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干燥固结”工艺的实施，同时海水的弱碱性环境对提升脲酶菌活性和MICP固化效果具有积极作用，从而大大提高岛礁加固效果。
[0035](2)本专利技术中的胶结液采用双菌混合液，产纤维素的真菌，不仅可以形成纤维编织网状结构发挥自身的牵拉能力，还能够增加高产脲酶细菌的生存面积，有利于提升MICP的沉淀效率。
[0036](3)热带岛礁地区淡水资源缺乏，本专利技术利用海水资源培养微生物，将带来巨大的经济效益和环境效益。
[0037](4)采用钙离子回收薄膜，实现钙离子的回收以及循环利用，从而得到大量天然钙源的补充。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MICP和纤维牵拉作用的热带岛礁生物加固方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：制备高产脲酶菌菌液；步骤(2)：制备高产纤维素真菌菌液；步骤(3)：将步骤(1)得到的高产脲酶菌菌液和步骤(2)得到的高产纤维素真菌菌液等量混合，得到细菌混合胶结液；步骤(4)：涨潮前通过向岛礁待加固区不同深度的钙砂层加入步骤(3)制备的细菌混合胶结液，实现碳酸钙沉淀加固和纤维编织网状结构加固；退潮后通过抽采地下水，实现干燥固结。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下步骤：步骤(11)：配置第一培养基：第一培养基中包括：海水、蛋白胨、酵母膏、碳酸钠、碳酸氢钠、琼脂粉和人工尿素；将配置的第一培养基置于高压锅中进行高温灭菌；步骤(12)：将灭菌后的第一培养基倒入培养皿内：在灭菌后的含有琼脂粉的第一培养基冷却凝固前，将灭菌后的第一培养基倒入培养皿内制备得到细菌活化用固体琼脂平板；步骤(13)：细菌活化：取出冷藏的高产脲酶的菌种，放入海水中，待菌种变成液体状态即可得到细菌悬液；吸取细菌悬液加入步骤(12)制备的固体琼脂平板上，将滴入的细菌悬液均匀涂开；培养皿封口、进行恒温培养；步骤(14)：配置第二培养基：第二培养基中包括：海水、蛋白胨、酵母膏、碳酸钠、碳酸氢钠、人工尿素；将配置的第二培养基置于高压锅中高温灭菌；步骤(15)：细菌培养：挑步骤(13)的单个菌落，接种至第二培养基中，恒温培养得到高产脲酶菌菌液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下步骤：步骤(21)：制备第三培养基、即PDA淀粉培养基：第三培养基中包括：海水、马铃薯、葡萄糖、琼脂粉、蛋白胨、磷酸二氢钾和硫酸镁；对第三培养基灭菌处理，倒入培养皿内制备得到细菌活化所用固体琼脂平板；步骤(22)：细菌活化：取出冷藏的高产纤维素的真菌菌种，放入海水中，待菌种变成液体状态即可得到细菌悬液；步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯君，孙溪晨，杜鲁飞，施信疑，虞莅，杨宇，陈俊伟，于航，高小康，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：