Sporosarcina pasteurii诱导碳酸盐-铀共沉淀修复低浓度铀废水的试验研究

对有钙源条件下Sporosarcina pasteurii诱导碳酸盐-铀共沉淀修复低浓度铀废水的性能开展了试验研究。试验结果表明,该细菌能分泌脲酶水解尿素诱导产生方解石并促使其与铀发生共沉淀,使废水中铀的去除率达到95.38%;该细菌能够耐受的铀浓度高达500 mg/L;铀的去除率随Ca~(2+)浓度的升高而增加;温度在30℃左右和碱性环境有利于方解石与铀的共沉淀。对沉淀产物进行XRD、SEM-EDS表征分析表明,其主要成分为方解石,且包含铀元素;消解分析表明,在方解石形成过程中铀以共沉淀的方式被固定到了沉淀产物中。本研究表明,Sporosarcina pasteurii诱导碳酸盐-铀共沉淀对修复低浓度铀废水有潜在应用前景。

Evaluation of the Relationship between Bacteria Concentration and the Strength and Durability of Self-compacting Concrete Incorporating Sporosarcina pasteurii

This research was carried out to evaluate the relationship between the incorporation of calcite precipitation bacteria,sporosarcina pasteurii using calcium lactate as nutrient source and the properties of calcined clay and limestone powder blended self-compacting concrete.Ten mixes were designed and designated S0 to S9 with S0 the control(without bacteria and nutrient)and S1 to S9 at varying bacteria and calcium lactate concentrations and the effect of the bacteria cell density and calcium lactate concentration on the compressive strength,sorptivity and tensile strength with age were evaluated using experimental program and statistical packages(ANOVA and post hoc tests).The result of both the experimental program and statistical evaluation shows that the incorporation of sporosarcina pasteurii and calcium lactate as nutrients had a positive impact on the properties of the ternary blended self-compacting concrete.

基于MICP法的巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土的试验研究

以重金属污染土的治理为背景,通过毒性浸出、无侧限抗压强度、土柱淋滤试验并结合镉形态分析等其他微观测试方法,探讨了Ca^(2+)的添加、Cd^(2+)浓度、养护时间等因素对驯化巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土特性的影响.结果表明:Ca^(2+)对固化土中Cd^(2+)浸出特性影响显著,不添加Ca^(2+)时,当尿素浓度为0.5 mol·L^(-1),固化土的Cd^(2+)浸出质量浓度(0.42~5.64 mg·L^(-1))最低;添加Ca^(2+)后,Cd^(2+)浸出浓度略有增大,胶结液中尿素和Ca^(2+)浓度均为0.5 mol·L^(-1)时,Cd^(2+)的固化效果较好.延长养护时间,固化后土体的抗压强度增加,Cd^(2+)浸出浓度降低且固化效果提高;增大Cd^(2+)浓度,固化后土体的抗压强度降低,Cd^(2+)浸出浓度提高;添加Ca^(2+)有助于增强镉污染土的固化效果,在养护时间为28 d时,当Cd^(2+)浓度为100 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到312 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度(234 kPa)提升了33.3%;当Cd^(2+)浓度增大至1600 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到269 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度提升了57.3%,试样的浸出浓度降低了15.4%;经淋滤后,添加Ca^(2+)的试样滤出液中Cd^(2+)浓度始终低于未添加Ca^(2+)试样.固化后土中弱酸可提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转变,添加Ca^(2+)进一步降低弱酸可提取态镉所占比例,减小了Cd^(2+)的迁移能力.

巴氏芽孢杆菌对黄铁矿氧化产酸的抑制作用与重金属固定效果实验研究

矿山的开采和选矿活动产生的大量尾矿和废石大多露天堆放,其中的含硫化物经氧气、水和微生物氧化产生的酸性矿山废水(AMD)未经处理接触水体会造成严重的环境污染甚至威胁人们生命健康,被认为是全球采矿业面临的主要环境问题。目前常用的治理方法为末端治理,治标不治本,因此开展有效的源头控制尤为重要。为探究从源头控制AMD的产生,以黄铁矿为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌,加入H_(2)O_(2)作为氧化剂模拟氧化环境,进行了为期10 d的实时监测实验和重金属污染溶液修复实验,从pH、Eh、SO_(4)^(2-)和各重金属离子浓度考察细菌对黄铁矿氧化产酸行为的抑制作用与重金属固定效果。结果显示,在细菌提供的碳酸盐缓冲作用下,体系pH提高到中性至偏碱性且Eh维持在低电位还原环境,同时降低了SO_(4)^(2-)浓度。细菌响应其诱导共沉淀和细胞壁吸附机制对各重金属离子的去除率皆达到80%以上。表明了其抑制黄铁矿氧化产酸的有效性和良好的重金属固定效果。

MICP修复重金属污染溶液及矿化垃圾土试验研究

大量非正规垃圾填埋场面临超负荷运营困境,衍生出系列亟待解决的环境问题。重金属含量较高的垃圾渗滤液易对填埋场周边水体造成污染,填埋场开采扩容产生的矿化垃圾土也存在Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)等重金属超标现象,在资源化利用过程中容易造成二次污染,因此,垃圾填埋场重金属污染问题亟待解决。近年来,微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)固定重金属的能力被广泛探究,其中巴氏芽孢杆菌因环境适应性强、脲酶表达量高而备受关注。但相关研究中的修复对象主要为污染溶液和普通污染土壤,其与垃圾渗滤液以及矿化垃圾土在污染成因和化学成分等方面明显不同。鉴于此,开展巴氏芽孢杆菌修复重金属污染溶液和污染矿化垃圾土试验,探究巴氏芽孢杆菌生物修复重金属的可行性,分析生物修复前后矿化垃圾土中重金属形态变化以及修复机理。结果显示,巴氏芽孢杆菌对溶液中Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)修复率可分别达到95%、84%、5%和98%,对矿化垃圾土中可交换态Cd、Pb和Zn修复率亦可分别达到74%、84%和62%,可交换态Cr(Ⅲ)修复处理前含量几乎为0;经生物修复,矿化垃圾土中可交换态和碳酸盐结合态重金属含量降低,铁锰氧化物结合态和残渣态重金属含量增加;同时,矿化垃圾土中含Fe和Al成分以及MICP过程产生的碳酸钙沉淀共同促进重金属向更稳定形态转化。

海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化及钙质砂固化效果研究

为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化效果进行了综合评价。结果表明:(1)海水环境下五梯度驯化后细菌的菌液浓度可达到淡水环境的97%以上,其与胶结液作用后碳酸盐的生成量较淡水环境下有一定幅度提高;(2)驯化后的巴氏芽孢杆菌具有很好的温度适应能力,在10~30℃温度下均有较好的MICP性能;(3)海水环境下加固的钙质砂柱无论是碳酸盐生成量还是无侧限抗压强度均较未驯化前高,尤其是五梯度驯化后的细菌,驯化后的细菌菌体变小,在海水环境生成的碳酸盐(碳酸钙和碳酸镁)晶体更小,更加致密,能更好地填充钙质砂颗粒的孔隙并胶结相邻的钙质砂颗粒,具有更优异的MICP性能。相关研究思路和方法可为MICP技术在海洋环境钙质砂地基加固方面的研究与应用提供参考。

巴氏芽孢八叠球菌诱变选育脲酶高产菌株

脲酶催化尿素的水解生成形成铵根离子和碳酸根离子,具有广泛的应用价值。以巴氏芽孢八叠球菌ATCC11859为出发菌株,通过亚硝基胍诱变,得到高产脲酶突变株。其中菌株B-20的脲酶活性最高,为28.4mmol/min,较出发菌株提高了207%。对该菌株接种量、氮源种类培养条件进行优化,结果表明接种量为10%,且采用大豆粉为氮源时,脲酶活性最高为32.9 mmol/min。对脲酶高产菌株的选育表明该方法是一种行之有效的方法。

新型微生物抑尘剂的应用研究

为探究利用微生物诱导碳酸钙沉淀技术研发出的脲酶、微生物抑尘剂的应用性能,选取了常用的纯水、氯化钙、高分子吸水树脂这3种抑尘剂,与其进行固化土壤性能、抑尘效果的对比,试验结果表明:微生物抑尘剂在低温下的土壤固化抗压强度最大(41.4N),效果最佳,而脲酶抑尘剂在常温下固化效果最好,抗压强度达到1282.5N;现场抑尘试验中,脲酶抑尘剂的抑尘效果最佳,微生物抑尘剂与SAP的抑尘效果其次。

环境变化对微生物活性及矿化的影响

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术因具有低能耗、低污染等环境友好性优势成为文物保护、水处理、混凝土修补加固等领域的研究热点。MICP的矿化效果受多因素的制约与影响。本文开展了环境温度、pH值等因素对细菌生长和微生物矿化的影响研究。结果表明,环境温度不超过40℃时对菌液脲酶活性影响不大,42.5~45℃时6h后脲酶活性急剧降低,超过45℃时30min后菌液浓度及脲酶活性均大幅下降,直至失活;pH值越大,脲酶活性衰减越明显,pH≥11时脲酶活性急剧下降,大量的细菌不能承受高碱性环境进一步分解死亡。MICP技术在30℃时碳酸钙产量最高,在pH值为11~13的环境中细菌很难生长繁殖,碳酸钙生成量较低。

基于微生物矿化的砂体胶结强度及耐久性试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)是岩土工程领域中新兴的新型绿色环保地基加固技术之一。基于砂土固化的力学性能和微观测试,研究了MICP技术的固化效果。研究结果表明,微生物水泥胶结砂柱最高强度可达37.9 MPa,抗渗性能可从胶结前的1.72×10-2 cm/s提高至7.66×10-7 cm/s;经100次冻融循环后,试件外观完整,无明显缺陷和掉砂;冻融50次时强度损失率为17.0%,胶结砂体具有良好的抗冻耐久性能。40 mm×40 mm×160 mm棱柱体标准试件抗压强度为13.5 MPa,抗折强度为4.5 MPa;70 mm×70 mm×70 mm立方体标准试件抗压强度为8.6 MPa。微观结构检测可知,石英砂表面与颗粒之间沉积着不同数量的方解石,随着胶结强度的增加,方解石沉积量逐渐提高至趋于稳定,生成量为10%~25%,砂柱孔隙率由34.8%逐渐降至12.1%,且微观孔结构逐渐细化、密实。

微生物矿化修复混凝土表面缺陷的现场试验

利用混凝土表面对微生物菌体的吸附特性富集菌体,最终在混凝土表面沉积得到致密碳酸钙覆膜层,达到对混凝土表面的修复防护。通过毛细吸水系数测试、修复层界面黏结强度测试、取芯观察、微观检测等方法对微生物水泥修复防护效果进行了综合评价,并给出了修复效果的表征方法及指标。试验研究表明,采用高倍浓缩菌液多次涂覆后,混凝土表面及裂缝均已被沉积的碳酸钙全部覆盖,覆膜层较厚,坚硬、密实。修复后混凝土表面毛细吸水系数明显降低,降低率可达90%以上,修复防护效果显著。经测试,修复层厚度在0.3mm以上,修复层界面黏结强度最高达2.19MPa。可见,微生物水泥适用于混凝土表面及微裂缝(缝宽小于0.2mm)的修复防护,修复效果可采用毛细吸水系数和修复层界面黏结强度表征。

基于微生物诱导碳酸盐沉淀的微生物抑尘剂

为研制出绿色环保的新型扬尘抑制剂,利用微生物诱导碳酸钙沉淀技术,研发出抗冻耐温、抗风能力强、抑尘效率高的巴氏芽孢杆菌抑尘剂,其成分最优配比为细菌菌液浓度OD_(600)=1.5、尿素和氯化钙皆为0.8 mol·L^(-1)。还对比了纯水、高分子吸水树脂抑尘剂、氯化钙抑尘剂与微生物抑尘剂的性能,实验显示:微生物抑尘剂的渗透速度为3.13mm·min^(-1)、抗风指数27.4、抑尘效率79.1%,均优于纯水、高分子吸水树脂抑尘剂、氯化钙抑尘剂。

一株碳酸钙矿化菌的分离与鉴定

基于微生物诱导碳酸钙沉积的岩土工程加固技术是一种环境友好的新技术.碳酸钙矿化菌是该技术应用的前提.为获得具有诱导碳酸钙沉积能力的菌株,采用选择性富集培养、平板分离方法从土壤中分离得到了一株具有尿素分解能力的菌株,细菌诱导产生的沉积物检测结果表明该菌株具有诱导碳酸钙沉积能力.通过形态学、革兰氏染色和16S rDNA序列同源性分析鉴定该菌株为巴斯德芽孢杆菌.

微生物诱导碳酸盐沉淀对水体磷的去除作用

由于人类活动的影响,磷的过量排放日益严重,引发水体富营养化,进而导致水质恶化以及水生生态系统失衡,因此,建立有效去除环境水体磷的方法十分重要。微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)作为一类新颖的生物修复技术,已经被广泛应用于水体重金属的去除处理。然而,有关MICP是否适用于水体磷的去除,尚不得而知。该研究评估了利用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)催化尿素水解进行MICP去除不同浓度磷酸根(150~400 mg/L)的效果。实验结果表明,当添加Ca^(2+)激发MICP时,溶液中磷酸根可以在2 h内被快速去除,不同初始磷酸根浓度体系(150、300和400 mg/L)的去除率分别可达95.4%、87.72%和72.05%。反应结束后收集生物沉淀并进行矿物学表征。结果显示:在低磷条件下(150和300 mg/L),磷酸根主要以吸附方式被微生物成因方解石从溶液中去除;而在高磷条件下(400 mg/L),磷酸根除了被矿物表面吸附外,还通过生成羟基磷灰石和含磷方解石的共沉淀形式去除。该研究显示MICP是一种可实现水体磷去除和固定的潜在途径。

微生物诱导碳酸盐沉淀修复铅(Pb)污染黄土的试验研究

重金属污染是一个世界性的环境问题,对人类健康和野生动物都有潜在的严重影响。文章首先采用不同菌液接种比例(1∶9,1∶3)进行了溶液中的铅(Pb)修复试验。另外利用Visual MINTEQ软件研究了碳酸盐沉淀的形态和其生成次序。最后进行黄土中Pb修复试验。结果表明,细菌接种比例为1∶3时Pb修复效率达到96%。在后续开展的土柱修复试验中,试验结果发现注入菌液量测得出的细菌活性随菌液渗透距离的增加而降低,而且黄土本身就可以与一部分Pb结合,将溶液中的游离态Pb转换为碳酸盐态。在Pb污染质量分数为1250mg/kg的黄土中,巴氏芽孢八叠球菌修复后碳酸盐态的Pb质量分数提升9.71%。在Pb污染质量分数500mg/kg时其土柱上部修复效率达到了97.41%,土柱下部修复效率达80.71%。这些发现突显了MICP技术应用于Pb污染黄土修复的潜力。

紫外诱变产脲酶菌株加固粉土的试验研究

为提高微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的固化效果,采用紫外诱变技术对产脲酶菌株进行改良,筛选出优良菌株。随后结合先拌和菌液后滴注胶结液(尿素和氯化钙)的方式,运用改良后菌株来固化粉土。通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量测定和微观试验分析,来对比诱变前后菌株固化粉土的效果。结果表明:紫外诱变技术可以有效改良产脲酶菌株的性能,使菌株的脲酶活性、矿化生成的碳酸钙含量得到提高;使用紫外诱变后菌株来固化粉土,可显著提高土体的无侧限抗压强度。该研究从源头来选育优良菌株,有效提高了MICP技术的固化效果。

基于巴氏芽孢杆菌矿化沉积的再生骨料改性试验研究

再生混凝土能够有效地实现对废弃混凝土的再利用,但由于骨料的自身缺陷,再生骨料会一定程度地降低混凝土的力学性能和耐久性能。基于一种脲酶菌巴氏芽孢杆菌矿化沉积特性对再生骨料进行改性处理,主要考察改性时间对再生骨料吸水率、质量变化率、表观密度和压碎指标等物理力学性能指标的影响。试验结果表明,巴氏芽孢杆菌矿化沉积能够有效提高再生骨料的质量和表观密度,并降低再生骨料的吸水率和压碎指标;改性后再生骨料质量增长率可达3%,吸水率可由未改性的4%降至2.14%。研究结果可为基于微生物矿化沉积的再生骨料改性研究提供参考。

巴氏芽孢杆菌生物修复重金属污染溶液试验研究

垃圾填埋场中重金属污染问题严峻,亟待高效的修复技术予以处理。近年来,MICP技术修复重金属污染土体/水体的潜力被广泛探究。在众多土著微生物中,巴氏芽孢杆菌脲酶活性和重金属耐受性更佳,但少有研究探究巴氏芽孢杆菌对高浓度重金属的固定/去除潜力,且仅利用MICP理论难以解释巴氏芽孢杆菌对不同重金属的固定/去除机理,此外,常见生物修复工艺的效率有待进一步提高。为避免填埋场中腐殖土和渗滤液物化特性的影响,以重金属污染溶液为研究对象,采用简单拌和法开展生物修复试验;基于MICP和化学平衡理论,利用Visual MINTEQ软件对生物修复重金属污染溶液的过程进行简化模拟。结果表明:高浓度范围内,巴氏芽孢杆菌可通过生物矿化和生物富集作用有效去除溶液中的Cd、Cr(Ⅲ)和Zn等重金属;此外,简单拌和法操作简便,生物修复效率高,具有工程应用的潜力。

微生物沉积碳酸钙固化砂土试验研究

砂土固化对增加砂土强度、减小渗透性极为有利,可提高和改善砂土的力学特性。通过培养基L进行菌种繁殖,研究了不同条件下的细菌生长特性;分析流出液的pH值和Ca^(2+)浓度的内在关系,揭示了固化砂柱的渗透性、无侧限抗压强度变化规律;通过微观结构阐释微生物固化效果,并研究了Ca^(2+)浓度与试样强度的关系。结果表明:2mL细菌母液加入100mL培养液并在30℃、pH为6,150rpm振动速度的条件下最适宜菌种生长;固化过程中,pH值逐渐降低,而Ca^(2+)浓度则增大;采用0.5mol/L胶凝液固化效果较好且固化周期短;固化后砂土颗粒间孔隙被生成的碳酸钙填充;试样渗透性最终降低3~4个数量级;流速越小,固化时间越长,固化效果越好;且固化试样破坏模式都是脆性破坏;采用尿素和醋酸钙混合溶液作为胶凝液,更能提高Ca^(2+)利用率。

风积沙的微生物固化试验研究

风积沙主要分布在干旱少雨的沙漠地区,是一种结构松散、颗粒细小而均匀、自稳能力差且不易压实的特殊土体。为探讨大体积风积沙微生物固化规律,采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术,利用巴氏芽孢杆菌,在饱和状态下对风积沙沙柱进行了微生物加固试验,测定了沙柱内不同深度处的细菌浓度以及细菌吸附量、酶活性、尿素浓度等指标。同时,分析了不同深度处固化试样的干密度、无侧限抗压强度和碳酸钙含量的变化规律。试验结果表明,细菌在沙柱中的最佳静置时间为4 h,胶结液在沙柱中的最佳静置时间为24 h。通过在风积沙中灌注巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液可以在风积沙颗粒之间生成碳酸钙结晶,从而将沙颗粒黏结在一起,形成具有一定强度的整体。固化风积沙的无侧限抗压强度在0.43~7.13 MPa之间。微生物诱导碳酸钙沉淀技术固化风积沙的有效深度为0.2~0.7 m,固化沙柱不同位置处的干密度、无侧限抗压强度和碳酸钙含量随深度的变化规律相似,都是先升高后降低,在0.4 m左右处达到峰值。因此,采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术可有效加固沙漠风积沙,能明显改善风积沙的工程性质。