基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法及使用方法技术

基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法及使用方法，本发明专利技术属于固废资源化利用和环境科学与工程领域，涉及一种土壤加固剂及使用方法。制备方法：一、制备纤维生物炭；二、制备浓缩菌液；三、将纤维生物炭浸泡在浓缩菌液中，干燥，即得。使用方法：依据活性炭尺寸和分散程度采取不同的加固方法，对尺寸在500微米以上的颗粒，采用预先与土体预拌的方式将活性炭分散在土壤中，再灌注脲素、可溶性钙和营养物混合的浆液；对尺寸小于500微米的活性炭宜采用二次灌浆的方式，即先注入底物浆液，再注入固载有微生物的活性炭溶液。本发明专利技术加固改性后的土壤能有效避免碳酸钙在土壤中的分布差异，增加固化深度，提升土体性能的均匀性，且加固产物无毒无害。无毒无害。无毒无害。

【技术实现步骤摘要】
基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法及使用方法


[0001]本专利技术属于固废资源化利用和环境科学与工程领域，尤其涉及一种基于生物炭装载的土壤加固剂及使用方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程加快，超大型城市数量逐渐增多，城市结构变得多层次化，地下空间的开挖和加固无疑成为了土木工程建设中的重中之重。此外，为防止河流冲刷作用造成水土流失、河堤毁坏，沿河、沿江、湿地和浅滩也存在土体加固的需要。目前，常用的土体加固方法为灌浆加固法，常使用水泥、石灰甚至化学浆材对土体进行灌浆，待这些化学添加物固化后形成胶结能力，提升土体的力学承载能力，降低土体的渗透性。然而，水泥和石灰等传统建材是高碱性的，过量的使用容易造成土体的碱化，并且对周围的植被和地下水系都会造成破坏，甚至引发生态危机。
[0003]自上世纪90年代起，基于微生物诱导碳酸盐沉积技术（MICP）的生物加固技术备受关注，采用微生物灌浆材料具有黏性低、流动性好、渗透性强、可调控性高、低碳环保等优势。其基本原理是利用微生物的新陈代谢产生二氧化碳，或利用微生物分泌的特异性酶分解底物产生二氧化碳，在碱性环境下，所产生的二氧化碳将转变成碳酸根离子，与环境中的钙离子一同形成碳酸钙沉积下来。在这些矿化微生物中，产脲酶微生物利用其所产脲酶，能高效将脲素分解成碳酸根离子和铵根离子，由于其效率较高，也往往被用来进行土体加固。
[0004]然而使用MICP技术加固土壤仍然存在诸多问题，其中最关键的就是微生物生成的碳酸钙分布不均匀，进而造成土体性能的不均匀。这主要是因为在灌浆过程中极容易造成微生物的分布不均，且采用多次灌浆时，首次灌浆形成的碳酸钙会阻碍浆液进入土体，进而造成表层碳酸钙多，而深层土体几乎没有碳酸钙的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有MICP技术微生物生成的碳酸钙分布不均匀，进而造成土体性能的不均匀的技术问题，提供了一种基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法及使用方法。
[0006]基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法如下：一、将植物纤维干燥粉、碎后的粉末送入热解炉，然后以10℃/min的速率升温至600℃
‑
700℃，在600℃
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700℃下碳化2h，冷却至常温后，用95％的乙醇洗涤，在室温下烘干、粉碎，制得纤维生物炭；二、将巴氏芽孢杆菌冻干粉接种到含脲素的酪蛋白液体培养基中振荡培养，获得培养36小时后的巴氏芽孢杆菌菌液，使用高速离心机在6000转/分钟的条件下浓缩菌液，得到菌液浓度为108～10
9 cells/ml的浓缩菌液，所述含脲素的酪蛋白液体培养基中脲素的浓度为10
‑
20g/L；三、将纤维生物炭浸泡在浓缩菌液中，在18℃
‑
35℃的条件下浸泡12h
‑
24h，在室温
下干燥，即得基于生物炭装载的土壤加固剂。
[0007]步骤一中所述植物纤维为麻类纤维、农林废物或果皮。
[0008]步骤一中所述农林废物为玉米秸秆、木屑。
[0009]步骤三中纤维生物炭在吸附微生物前需在80℃下烘干12h进行预干燥排除生物炭中水分。
[0010]基于生物炭装载的土壤加固剂的使用方法：将粒径大于500微米的基于生物炭装载的土壤加固剂与所需加固的土体搅拌均匀，其中基于生物炭装载的土壤加固剂与所需加固的土体的质量比为1:100 ~ 1:10，随后重新平铺在加固地上，24小时内在室温下对土体灌注脲素、可溶性钙和营养物混合的浆液，浆液与土体体积比为1:200~1:2，然后固化3d。
[0011]所述脲素、可溶性钙和营养物混合的浆液中脲素的含量为0.5~1mol/L、可溶性钙含量为0.5~1 mol/L，营养物含量为10~30g/L，所述营养物为牛肉膏或蛋白胨。
[0012]基于生物炭装载的土壤加固剂的使用方法：对于粒径小于或等于500微米的基于生物炭装载的土壤加固剂，在室温下对土体灌注脲素、可溶性钙和营养物混合的浆液，扩散均化1小时后，再注入粒径小于或等于500微米的生物炭装载的土壤加固剂水溶液，生物炭装载的土壤加固剂与所需加固的土体的质量比是1:100 ~ 1:10，固化3d。
[0013]所述脲素、可溶性钙和营养物混合的浆液中脲素的含量为1~2 mol/L、可溶性钙含量为1~2 mol/L，营养物含量为20~40g/L，所述营养物为牛肉膏或蛋白胨。
[0014]所述的可溶性钙盐为硝酸钙、氯化钙、乳酸钙及甲酸钙中的一种或多种混合。
[0015]（是不是重复了）本专利技术具有以下优点：1、生物炭是由各种生物质在高温条件下进行不完全热解产生的，具有面积大、孔隙多、空腔结构稳定的特点，生物炭具有较高的比表面积和孔隙，对微生物具有较高的负载效率，较少的使用量即能满足需求；2、通过生物炭装载微生物，活性炭用于吸附脲酶菌（巴氏芽孢杆菌），可以实现产脲酶微生物在土体中的自由分布，即实现微生物分布的可调控性。
[0016]3、本专利技术加固改性后的土壤能有效避免碳酸钙在土壤中的分布差异，增加固化深度，提升土体性能的均匀性，且加固产物无毒无害。采用载体装载微生物并预先调控载体在土体中的分布将显著改善土体性能不均的困境。
附图说明
[0017]图1是实验三中制备的基于生物炭装载的土壤加固剂扫描电镜观察图；图2是实验三中加固后土体的扫描电镜观察图；图3是实验三中加固产物的矿物相分析图。
具体实施方式
[0018]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0019]具体实施方式一：本实施方式中基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法如下：
一、将植物纤维干燥粉、碎后的粉末送入热解炉，然后以10℃/min的速率升温至600℃
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700℃，在600℃
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700℃下碳化2h，冷却至常温后，用95％的乙醇洗涤，在室温下烘干、粉碎，制得纤维生物炭；二、将巴氏芽孢杆菌冻干粉接种到含脲素的酪蛋白液体培养基中振荡培养，获得培养36小时后的巴氏芽孢杆菌菌液，使用高速离心机在6000转/分钟的条件下浓缩菌液，得到菌液浓度为108～10
9 cells/ml的浓缩菌液，所述含脲素的酪蛋白液体培养基中脲素的浓度为10
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20g/L；三、将纤维生物炭浸泡在浓缩菌液中，在18℃
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35℃的条件下浸泡12h
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24h，在室温下干燥，即得基于生物炭装载的土壤加固剂。
[0020]步骤二中所述的巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii, ATCC11859）为巴氏芽孢杆菌下属八叠球菌，购自于ATCC（美国模式培养物集存库(American type culture collection) ，ATCC成立于1925年，是世界上最大的生物资源中心，由美国14家生化、医学类行业协会组成的理事会负责管理，是一家全球性、非盈利生物标准品资源中心。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法，其特征在于所述基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法如下：一、将植物纤维干燥粉、碎后的粉末送入热解炉，然后以10℃/min的速率升温至600℃
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700℃，在600℃
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700℃下碳化2h，冷却至常温后，用95％的乙醇洗涤，在室温下烘干、粉碎，制得纤维生物炭；二、将巴氏芽孢杆菌冻干粉接种到含脲素的酪蛋白液体培养基中振荡培养，获得培养36小时后的巴氏芽孢杆菌菌液，使用高速离心机在6000转/分钟的条件下浓缩菌液，得到菌液浓度为108～10
9 cells/ml的浓缩菌液，所述含脲素的酪蛋白液体培养基中脲素的浓度为10
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20g/L；三、将纤维生物炭浸泡在浓缩菌液中，在18℃
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35℃的条件下浸泡12h
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24h，随后在室温下干燥，即得基于生物炭装载的土壤加固剂。2.根据权利要求1所述基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法，其特征在于：步骤一中所述植物纤维为麻类纤维、农林废物或果皮。3.根据权利要求1所述基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法，其特征在于：步骤三中纤维生物炭在吸附微生物前需在80℃下烘干12h进行预干燥排除生物炭中水分。4.根据权利要求1所述基于生物炭装载的土壤加固剂的制备方法，其特征在于：步骤一中以10℃/min的速率升温至700℃，在高温下碳化2h。5.权利要求1所述基于生物炭装载的土壤加固剂的使用方法，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾超华，苏依林，朱效宏，张钰莹，
申请(专利权)人：生物炭建材有限公司，
类型：发明
国别省市：