荒漠土壤产脲酶菌诱导碳酸钙沉淀固沙优化与效果分析

产脲酶菌诱导碳酸钙已广泛应用于土壤固化,但存在环境适应性差的缺陷。该研究使用荒漠土壤产脲酶菌,结合室内试验和响应面法优化反应条件,通过野外试验分析固沙效果,以期解决荒漠地区产脲酶菌诱导碳酸钙固沙的技术问题。结果表明:(1)影响碳酸钙沉积的主要因子是温度、时间、pH值、菌液和胶结液配比,优化条件为34.47℃、71.68 h、pH值7.73、配比74.94%,此时钙沉积率最高,为42.33%。(2)最优条件下诱导形成的碳酸钙呈立方体形、菱形、球形和无定形等多晶态,分布在沙粒表面或镶嵌在沙粒中。(3)优化后固沙效果明显增强,风沙土颗粒显著增大(P<0.05),固结层硬度和厚度分别提升5倍和10倍,所有时间段内风蚀可蚀性因子均降低,24 h降幅最大,由0.91降至0.66。该技术是防沙治沙的新方法,野外应用需确定施用时间,采用洒水、覆盖、适当破碎等措施,营造适宜条件提升固沙效果的同时避免土壤板结问题。

南方湿热区新型产脲酶菌加固土体的效果研究

MICP技术可以通过生成的碳酸钙将松散土颗粒胶结为具有一定强度的结石体,而碳酸钙的形貌、尺寸、晶型等均会直接影响到碳酸钙的自身性能及其在土体中的填充、胶结作用效果,继而影响固化土体的力学性能。在MICP加固不良土体相关研究的基础上,将从南方湿热地区土壤中分离得到的产脲酶细菌的突变株YB7应用至4种土的MICP室内灌浆试验,并结合扫描电子显微镜、能谱仪对比分析了各试样中碳酸钙的结晶现象,最后对突变菌YB7的灌浆试样开展直剪及单轴压缩试验,结合宏观力学特性与碳酸钙的细观生长特征分析,系统研究了该细菌加固土体的作用效应。结果表明:南方湿热区新型产脲酶菌加固不良土体具有可行性,但土体结构会对碳酸钙的生成情况造成影响,颗粒级配、矿物形貌适宜的土体中碳酸钙的生成效果更好,相应灌浆试样的胶结效果也更好。试样的力学性能受土的结构、碳酸钙的生长情况以及碳酸钙与土颗粒间的胶结效果共同影响。研究成果可为该技术的进一步推广应用提供研究基础。

红壤晚稻田各类群微生物及产脲酶菌动态变化

在晚稻四个不同生长期 (幼苗期、分蘖期、拔节长穗期和结实成熟期 ) ,测定三种不同类型红壤稻田 (肥田、瘠田和新垦田 )的耕作层中三大类群微生物及产脲酶菌数量消长情况。结果表明 :各类群微生物 (细菌、放线菌和真菌 )在晚稻不同生长期数量有变化 ,且消长情况各不相同 ;不同类型稻田各类群微生物数量略有差别 ,统计结果显示 ,不达显著水平 ;各类产脲酶菌在不同类型晚稻田的百分含量变化不很明显 ;它们在各类群微生物中的百分含量分别为 :产脲酶真菌 36 % ,产脲酶细菌 30 .8% ,产脲酶放线菌 18.7%。

南方湿热区产脲酶菌固化海砂的碳酸钙结晶效果研究

从南方湿热区自然环境中分离得到一株产脲酶矿化菌,并将其高产突变株应用到海砂室内MICP灌浆试验,结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、拉曼(Raman)对固化后的产物进行细观形貌观测。通过分析碳酸钙的形貌、尺寸、空间分布、结晶状态等基本特征现象,初步探究南方湿热区产脲酶菌在碳酸钙结晶生长方面的调控作用及其固化土体的作用效果。结果表明:南方湿热区产脲酶菌固化土体具有可行性,但碳酸钙晶体形貌并不均一,晶体晶化过程、生物调控作用及土体结构均会对碳酸钙的生成情况造成影响;碳酸钙从无序到有序、分散到聚集、不稳定到稳定,最终生长聚集为完整的结构,在生长空间充足的环境下,碳酸钙更倾向于形成聚集体。研究结论可为进一步研究不同产脲酶菌诱导碳酸钙沉淀的作用过程与调控机制提供借鉴与参考。

新型高效产脲酶菌培养条件优化试验研究

在我国南方湿热气候环境筛选出原状土产脲酶细菌CX21,利用投射电镜对经革兰氏染色原状土细菌形态进行观察,通过比对原状土产脲酶菌的16SrRNA确定其细菌种类。采用紫外诱变技术获得一株新型高效产脲酶菌YB7,通过优化细菌培养环境,提高新型高效产脲酶菌的脲酶活性并筛选出稳定、高效的菌株。结果表明:当pH值为9时突变菌的生长量更高,其酶活也更高;温度对突变菌酶活性具有较大影响,最佳生长温度为25~35℃;提高振荡器转速使得细菌生物量增加,当转速超过130 rpm后,菌液浓度有一定的降低,而转速150 rpm及以上的试验组虽然其细菌生物量有所增加,但细菌活性降低;通过优化突变菌的培养条件,突变菌YB7的酶活性可以达到0.79 ms/min,较原状土产脲酶菌提高了46%。

一株产脲酶菌株的分离及其对Cd^(2+)的去除研究

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术是目前镉污染治理的研究热点.本研究从土壤中分离出了一株高效产脲酶菌株,培养44 h后,该菌株对尿素的水解率达90.5%,培养液pH高达9.15.该菌株能诱导Cd^(2+)形成碳酸盐,对0.1 g·L^(-1)的模拟镉污染污水中游离态Cd^(2+)的固化去除率达70.5%.XRD和FTIR结果显示,固化产物为碳酸镉;SEM结果显示,固化产物粒径为10~100μm,主要以椭圆形颗粒包裹在细菌表面.固化产物可耐受pH为3.5,预示该菌株在治理镉污染方面具有应用潜能.

瘤胃细菌脲酶多样性与功能的研究进展

瘤胃细菌脲酶和产脲酶菌是尿素利用的基础,影响着反刍动物的肠道健康和氮素平衡。本文综述了脲酶的结构特征及在尿素代谢中的作用、瘤胃产脲酶菌的多样性、瘤胃细菌脲酶活性及其影响因素和脲酶抑制剂在反刍动物中的应用等内容,以期为全面认识瘤胃微生物提供新的方法和思路,为合理调控、提高反刍动物尿素的利用率提供参考依据。

耐氰碳酸盐矿化菌的筛选及原位固化氰化尾渣研究

从某含氰金矿尾渣中分离筛选得到一株高效矿化菌,经16S rDNA鉴定为芽孢杆菌(Bacillus sp),将其命名为JK-2。进行了JK-2诱导碳酸钙沉淀固化含氰金矿尾渣中重金属的研究,考察微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)过程后尾渣的固化效果及对重金属的固定率,同时利用SEM、XRD、FT-IR等表征分析MICP过程的产物。结果表明:JK-2能有效固化金矿尾渣,随着黏结液浓度的增加,固化后固化体的无侧限抗压强度增大,最高可达0.72 MPa。此外,固定金矿尾渣中易迁移态的重金属铅向碳酸盐结合态转化;尾渣中铅、铬的固定率分别达88.7%、63.5%;SEM显示固化后有大量的晶体形成,FT-IR图谱显示,固化产物中有CO32-存在,经XRD测定,固化产物主要为方解石和球霰石。

基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化土体的研究进展

诱导碳酸钙沉积的土体固化是近年来岩土工程领域新兴起的新型环保地基处理技术,该技术利用产脲酶菌的微生物诱导碳酸钙沉积(Microbially Induced Calcite Precipitation,即MICP技术)或基于脲酶的酶诱导碳酸钙沉积(Enzyme Induced Carbonate Precipitation,即EICP技术),将松散的土体颗粒胶结成为整体,达到提高土体抗剪强度的目的。与MICP技术相比,EICP技术不存在生物安全风险,无需考虑是否有氧,且可适用于更小粒径土体的处理,因此具备广阔的实际工程应用前景。文章从脲酶类型与来源、EICP固化土体处理方法及EICP固化土体强度增长等方面,对近20年基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化土体的研究进行了回顾与总结。

不同钙源及Ca^(2+)浓度对MICP的影响

从经尿素驯化的活性污泥中筛选出3株产脲酶菌,经16S r RNA基因序列分析分别为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、微球菌属(Micrococcus),其中1株产脲酶活性较高的菌株UPB1具有明显诱导碳酸钙沉积的能力。探究了UPB1菌诱导氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、葡萄糖酸钙4种不同钙源生成CaCO_3的晶型特征及Ca^(2+)浓度对UPB1菌诱导碳酸钙沉积效率的影响。结果表明:CaCl_2作为UPB1菌的钙源效果最好,生成热力学最稳定的菱面体型CaCO_3;基于最佳钙源,在金相显微镜下观察UPB1菌诱导CaCO_3沉积的动态过程,显示出在MICP过程中,UPB1菌诱导生成的CaCO_3晶体首先为细小颗粒状,然后逐渐汇集成薄片状,进而形成菱面体型,在整个过程中UPB1菌为CaCO_3晶体提供了有效的成核位点;在不同Ca^(2+)浓度下,UPB1菌诱导碳酸钙沉积效率各异,当CaCl_2浓度为0.25 mol/L时,UPB1菌诱导碳酸钙沉积效率最高,此时,CaCO_3晶体的生成量为0.684 1 g,电导率增加率达82.7%,Ca^(2+)转化率为90.85%。

钙离子对微生物矿化改性再生骨料性能的影响研究

再生骨料可以有效地实现对废弃混凝土的再利用,然而再生骨料存在高吸水率、与水泥砂浆的界面粘结力低等缺陷。基于产脲酶菌矿化沉积特性对再生骨料进行改性处理,考察了钙源、Ca2+浓度对再生骨料吸水率、质量变化率、表观密度和压碎指标等物理力学性能的影响。结果表明,产脲酶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;再生骨料改性处理后质量增长率可达2%,吸水率可由未改性的5.41%降至2.92%。

微生物诱导碳酸钙沉积研究与应用

生物沉积在岩石表面是一种普遍的现象,对微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)作用机理及其应用进行综述。在MICP过程中,微生物分解尿素产生CO3^2-,并在外加钙源条件下生成碳酸钙沉淀,从而把松散的颗粒胶结成一个整体。同时分析影响MICP性能的主要因素,分别为微生物种类及浓度、钙源种类、脲酶活性,并得出3个结论:一是各种微生物矿化机理一致,但沉淀形状出现差异,表现为微生物浓度越高,产生沉淀量越多;二是钙源差异影响沉积过程;三是脲酶活性影响沉淀速率,并涉及pH值和温度等环境因素的调控。此外,重点评述了MICP主要应用领域,分别为制作水泥、固化土壤、修复裂缝、混凝土的自修复和缓解温室效应等,并总结出微生物水泥对比传统水泥的突出优势。

微生物诱导碳酸钙沉淀对土壤中Pb污染稳定化的效果研究

为研究微生物修复在土壤中的适用情况,以实验室模拟巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)诱导碳酸钙共沉淀(Microbilly induced calcite precipitation,MICP)稳定化土壤中的Pb。结果表明,采用MICP技术对土壤pH值、电导率及有机物含量等基础理化性质有很大的影响。土壤中Pb的浸出率最高下降76.34%,重金属Pb有效态的比例下降了41.64%,Pb的碳酸盐结合态的含量最高升高13.24%。同时通过SEM和XRD分析,可以观察到土壤中Pb与碳酸钙共沉淀附着在土壤颗粒表面而被固定下来。因此,MICP技术是一种具有应用前景的土壤中Pb污染的修复技术方法。

微生物诱导碳酸钙沉淀对干旱半干旱区铜尾矿污染治理效果

为明确微生物诱导碳酸钙沉淀技术(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)在干旱半干旱高风蚀地区重金属尾矿治理效果,以研究区生境土中筛选的碳酸盐矿化细菌—纺锤型赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis)为研究对象,通过在尾矿渣中加注纺锤型赖氨酸芽孢杆菌菌液和由1 mol/L的尿素及氯化钙配制成的胶结液进行室内模拟试验,研究MICP处理前后尾矿坡顶、坡中、坡底(坡顶—细颗粒(K1<5 mm)、坡中—中颗粒(5 mm<K2<15 mm)、坡底—粗颗粒(K3>15 mm))不同粒径尾矿渣中重金属元素含量、pH、电导率及酶活性等基础理化性质的变化,利用双因素方差分析和相关性热图比较分析揭示基于生境微生物的MICP修复技术对区域不同粒径尾矿渣污染物治理的效果及确定MICP技术对不同粒径尾矿渣修复的菌剂用量。结果表明,采用MICP技术对尾矿渣中重金属含量、pH、电导率及酶活性等基础理化性质有显著影响。MICP处理下细颗粒(K1<5 mm)尾矿渣中As降低21%,中颗粒(5 mm<K2<15 mm)中Hg降低23%,粗颗粒(K3>15 mm)中Pb降低22%。K1、K3中的pH降低5%,K2降低4%。K1中全钾、脲酶均升高33%(p<0.05),K2中全碳升高39%(p<0.05),K3中蔗糖酶升高7%(p<0.05),微生物碳氮在K1、K2、K3中显著升高(p<0.05)。同时MICP处理下Ni与Pb、As与Cu、电导率与Pb等呈极显著正相关(p<0.01),pH与Pb呈极显著负相关(p<0.01),在MICP技术处理后,全碳、全氮、全钾、全磷及有机质和重金属元素含量间的相关性增强。综上所述基于生境微生物的MICP修复技术能够降低尾矿渣重金属元素含量,调节尾矿渣土体养分状况从而调节污染土体质量,降低由矿产开发导致的环境污染风险。同时,进一步确定不同颗粒尾矿渣达到修复治理水平所需菌剂用量,具有污染土质治理修复应用价值。

产脲酶微生物的筛选和应用研究进展

产脲酶微生物比纯脲酶制剂具有更大的应用潜力。该文总结了产脲酶微生物的筛选、酶活测量、诱变方法,阐述了产脲酶微生物在MICP技术、酒液脱毒、废水处理和医疗等领域的多种应用思路,并提出了要统一酶活测定标准、扩大筛选范围、强化筛选目的性的建议。

微生物技术在混凝土裂缝自修复中应用的研究进展(英文)

利用微生物诱导形成的碳酸钙沉淀来修复混凝土裂缝的技术得到了科研工作者广泛关注。该技术是预先在新拌混凝土中添加特殊微生物和合适的底物。一旦混凝土表面出现裂缝,混凝土中的微生物便与底物在裂缝处发生反应形成碳酸钙沉淀,所生成的碳酸钙沉淀可以填充或者修复裂缝。阐述了混凝土中不同细菌种类下的裂缝自修复机理、影响裂缝自修复效果的因素、表征自修复效果的方法以及基于微生物技术修复混凝土裂缝后的性能。

生物矿化促进造纸废水好氧除钙的技术研究

造纸废水厌氧出水中钙离子浓度高,容易引起后续活性污泥好氧曝气系统钙化,造成生化处理能力下降.本文利用富含产脲酶菌的驯化污泥对模拟厌氧出水进行生物矿化除钙.在序批式反应器中接种驯化污泥,在一定尿素浓度下研究除钙过程,并考察曝气对除钙过程的影响.结果表明,当尿素投加量为0.5 g·L^-1时,不曝气条件下钙和有机物去除率分别达到50%和35%左右;曝气有利于吹脱二氧化碳,当曝气量为0.2 L·min^-1时,钙离子和有机物去除率均上升至80%左右,而持续提高曝气量无法进一步提高有机物去除率.综合运行成本和处理要求,曝气辅助生物矿化可以有效去除造纸废水厌氧出水中的溶解性钙离子.通过基因组测序发现驯化污泥中产脲酶功能菌主要来自厚壁菌门,特别是芽孢杆菌纲中的热杆菌属.

铝土尾矿原位微生物选培及固化试验研究

目前微生物处理技术多采用外掺菌种的方式,尾矿库处理后将作为复垦用地,掺入外源菌种有可能对其生态环境造成物种入侵.为探究自然筛选分离培养原位菌株生长特性及固化效果,从铝土尾矿库中定向分离出一株产脲酶菌,并获得其生长曲线、适宜温度、酸碱适应性、外加钙源及浓度等生长特性.之后分别对铝土尾粉砂及尾黏土掺入不同剂量该菌株菌液及相应反应胶凝液固化80h.试验表明,随菌液掺入量的增加,铝土尾矿土体压缩性逐步降低.当分别对1500g尾粉砂及尾黏土掺入80mL菌液及胶凝液后,其压缩系数av1-2较不掺入时分别降低了0.17MPa-1和0.10MPa-1,土体孔隙对微生物作用效果有较大影响;从微观结构上看,掺入产脲酶菌及胶凝液后尾粉砂及尾黏土试样孔隙面积分别减少了11.7%及6.2%,作用产物碳酸钙在尾粉砂中以填充颗粒孔隙为主,使孔隙等效粒径逐渐降低;对于碎屑状尾黏土,则以黏结作用为主,细小裂隙逐渐消失.