煤矿微生物诱导碳酸钙沉积胶结充填开采技术研究

针对当前充填开采技术中水泥基胶结料存在的高排放和高耗能问题,将微生物诱导CaCO_(3)沉积(MICP)技术引入充填开采领域,研究了微生物胶结充填材料的力学性能,建立了基于MICP的微生物胶结充填开采技术体系。研究表明,拌和型和灌注型微生物胶结充填材料的强度随着营养液浓度和菌液用量的增加呈现先增大后减小的规律,平均强度分别为0.88 MPa和17.95 MPa;微生物充填材料内部的有效CaCO_(3)晶体是充填材料固结的关键,在拌和型试样中以方解石和球霰石的矿物形式存在,在灌注型试样中主要为方解石。微生物胶结充填开采技术的节能减排环境效益显著,特别是在当前环保需求和政策背景下,该技术具有科学价值和发展前景。

岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积封堵渗流演化规律试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明:MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^(-6)m^(2)/s减小至0.52×10^(-6)m^(2)/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0.367 mm减小至0.086 mm,降幅达76.6%;通过观测岩石节理试件上、下表面的碳酸钙沉积情况,发现岩石节理中MICP反应产生的碳酸钙在较短时间内就可以形成一定胶结强度,在封堵岩石节理减小其渗透性的同时,还有改善其力学性能的潜力。

微生物诱导碳酸钙沉积对ECC力学性能的影响

基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)原理,用尿素、CaCl_(2)溶液和巴氏芽孢杆菌溶液按一定比例配制了自修复剂,通过抗压、抗折、单轴拉伸、单根纤维拉拔试验,研究了自修复剂对工程水泥基复合材料(ECC)力学性能的影响。结果表明:掺入自修复剂后,ECC试件的28 d抗压强度提高了8.96%,抗折强度提高了6.73%,极限拉伸强度提高了12.68%,纤维桥接应力提高了9.38%;由于纤维表面的MICP作用,纤维与基体界面的化学黏结能减小,摩擦黏结强度增大,纤维更容易脱黏进入滑移阶段,从而使ECC的多缝开裂特征更明显。

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对膨胀土性能改良研究

通过试验分析不同养护时间下微生物诱导碳酸钙沉积技术改良土的膨胀特性,表明微生物对膨胀土进行固化改良后,其自由膨胀率在养护1、3、7、15、30 d后与重塑膨胀土样相比,分别减小了10.0%、13%、15.8%、20.4%、20.6%;微生物改良膨胀土的自由膨胀率随着养护时间的提高持续减弱,在养护前15 d内快速减小,15 d后趋于稳定;随着膨胀土自身膨胀特性的增强,微生物对其改良效果越显著;微生物固化作用能够明显削弱膨胀土的浸水膨胀率。

低温条件下微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固土体是近年来受到学术界重视的问题,但是对实际土壤温度下MICP加固土体的可行性及效果研究未见报道。利用尿素水解菌ATCC 11859,进行了微生物诱导碳酸钙沉积的试管试验及一维砂柱试验,研究了不同温度下微生物诱导生成碳酸钙的特性及对土体的加固效果。试管试验表明温度越高生成的碳酸钙越多,在不同温度下微生物诱导生成的碳酸钙晶型无显著差异,但是温度对碳酸钙的生成速率有明显影响。一维加固试验表明MICP在一般土壤温度条件下都能够有效地加固土体,但低温下MICP加固的试样强度较低,渗透系数较高。

微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca^(2+)与NH_4^+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。

基于脲酶诱导碳酸钙沉积的微生物矿化技术在分散性土改良中应用的试验研究

将基于脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)的微生物矿化技术运用于分散性土的改良。以内蒙古呼伦贝尔某水库工程的筑坝土料作为岩土基质,通过针孔试验、双密度计试验和碎块试验,对微生物矿化改良前后的土样进行分散性试验鉴定和评价。试验结果显示,经过微生物矿化改良后的土样抗分散能力明显增强,特别是以脲酶溶液制备的微生物改性剂,改良后土样在针孔试验中经历了50、180、380 mm以及1020 mm的水头后,流出水始终保持清澈透明的状态,且出水口平整;针孔尺寸保持不变,收集针孔试验后的土样进行碎块试验,未出现胶粒的分散状况。双密度计试验中测得经脲酶溶液改良后土样的分散度低于30%,较原土样的分散度降低约50%,土样由分散性转变为非分散性;经微生物菌液改良后土样的分散度为41.1%,较原土样的分散度降低22%,土样由分散性转变为过渡性。以脲酶溶液制备的微生物改性剂,在粒径细小的黏性土中发挥矿化作用更加充分,就分散性土的改良和提高抗分散能力而言,优于以微生物菌液制备的微生物改性剂。首次将脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)技术应用于分散性土的改良,这是绿色微生物矿化技术与水利筑坝材料改良相结合的创新,在筑坝填料分散性土的改良中有着良好的应用前景。

岩溶溪流的脱气作用及碳酸钙沉积——以重庆市南川区柏树湾泉溪流为例

以一定间距监测水体中pH、电导率、溶解氧等水化学参数及HCO-3、Ca2+等阴阳离子浓度,揭示了重庆市南川区柏树湾泉及其下游溪水的水化学的空间特征。泉水出露地表后,CO2溢出导致溪流水的水化学特征沿流程发生有规律的变化,并促使溪水达到过饱和状态而产生明显的碳酸钙沉积。研究结果表明,脱气作用导致溪水的HCO-3浓度、Ca2+浓度、电导率(EC)和CO2分压沿流程逐渐递减,pH值及常见碳酸盐矿物的饱和指数逐渐升高。泉水出露时水中CO2浓度与自由大气之间的浓度梯度是影响脱气速率的主要因素,但溪渠的水力坡度也对脱气速率也有一定影响。地下水出露至泉口处的脱气程度,是影响溪流碳酸钙沉积的决定性因素。旱季泉水流量较小,泉口处脱气程度较大,并且溪水的Ca2+浓度含量较高,再加上溪流沿途的水体扰动加速CO2溢出,以及溪渠内的枯枝落叶和其他物质的吸附等,皆有利于碳酸钙沉积。

温度对微生物诱导碳酸钙沉积加固砂土的影响研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,在10℃,20℃,30℃的环境下进行了微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）水溶液试验、一维砂柱加固试验和细菌活性试验。研究表明,水溶液试验中,温度对于MICP的影响和反应时间有关,反应前期,温度较高的环境下钙离子消耗量较大,反应一段时间后温度较低的环境下钙离子消耗量较大;砂柱试验中,温度较低的环境下加固形成的砂样无侧限抗压强度较大,碳酸钙含量的检测表明,环境温度越高,砂柱中生成的碳酸钙含量越低;无侧限压缩试验的应力应变关系表明,相对低温条件下MICP处理的砂样在达到峰值强度时能够产生较大的变形;不同温度下细菌活性试验表明,细菌活性衰减较快是高温环境下碳酸钙的最终沉积量较小的原因。

贵州中西部洞穴水系与碳酸钙沉积物的Mg/Sr比值和地球化学特征

对贵州中西部郑家洞、石将军洞和织金洞三个洞穴中水样和碳酸钙沉积物样品地球化学特征的分析，得出洞穴水Mg／Sr比平均值分别为1278±411、1155±207、14．0±2．7。安顺洞穴的水样富Mg贫Sr，与织金洞的相反，一方面可能与围岩组成的差别有关，另一方面可能与洞穴地表的植被和土壤覆盖有关。碳酸钙样品中的微量元素比值反映了洞穴水的比值，而后者受围岩和地表条件的影响。因此，g（Mg／Sr或Mg／Ca比值来反映温度的变化，必须详细了解各种影响因素的影响作用。通过织金洞洞穴水和现代碳酸钙沉积物中St／Ca比值，计算出KSr值为0．04～0．134，平均值为0．073±0．035；KMg平均值为0．021±0．010。这些结果可为今后利用石笋Mg／Sr比值作为古气候代用指标的研究提供基础数据。

现代藻类碳酸钙沉积试验及其同位素不平衡现象

以喜钙念珠藻(N osioc ca lcicola B reb.)为材料,研究胞外碳酸酐酶在碳酸钙沉积过程中的地球化学作用。试验结果表明:在胞外碳酸酐酶的催化下,喜钙念珠藻利用HCO3-进行光合作用不但使取自桂林岩溶试验场水样的碳酸钙沉积速率达到22.4 m g/d.L,而且还使沉积下来的碳酸钙产生同位素分馏,导致其1δ3C和δ18O分别为1.46‰和-7.48‰,高于空白对照样的1δ3C和1δ8O值(1δ3C为-12.61‰,1δ8O为-8.99‰)。该结果不但有助于了解藻类光合作用在全球碳循环中的重要性,而且通过其同位素分馏机制,还有助于我们更好利用石笋等沉积物进行古气候重建,从而避免由于生物强烈的同位素分馏作用而得到假象。

嗜冷型产碳酸酐酶菌对碳酸钙沉积的影响

为探究四川黄龙钙华地貌高寒水体中低温微生物对碳酸钙沉积的影响,该试验自黄龙钙华水体中分离到2株具有高产碳酸酐酶(CA)活力的嗜冷型菌株,在不同的初始p H值和不同的低温沉积温度下,通过测定沉积体系pH值和电导率的变化来研究菌株对碳酸钙沉积过程的影响,并用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对生成的碳酸钙晶体进行晶型晶貌分析。结果表明:供试菌株在不同条件下都能促进碳酸钙沉积,形成的晶体均为方解石型,但其形貌却不尽相同。尤其在初始p H值8.0,10℃低温下对碳酸钙沉积的影响最为显著。研究结果表明供试嗜冷型碳酸酐酶产生菌株能在一定程度上调控碳酸钙的沉积速率与晶体形貌结构,其结果可为探究低温下黄龙钙华的生物沉积机制提供一定的理论基础。

微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法

为了探讨微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用方法,尝试注浆管MICP加固土体,即在土体中插入不同分布密度注浆孔的注浆管,将菌液和胶结液通过注浆管注入土体中,从而形成加固体,并通过对比试验,研究注浆管MICP的加固效果。试验结果表明,经过注浆管MICP处理,能形成完整的且强度较高的固化砂柱,并且固化砂柱的强度比较均匀。

脲解型微生物诱导碳酸钙沉积研究

研究了钙源种类对脲解型微生物诱导碳酸钙沉积的生物-化学过程的影响。利用电位分析法实时测试了沉积过程中钙离子、铵离子及pH值的变化,并利用显微计数对细菌浓度进行了监测。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和分析红外光谱(IR)对沉积产物进行了研究。结果表明,不同钙源环境下脲解型微生物诱导矿化沉积都存在化学沉淀、微生物诱导矿化沉积和沉淀完全3个阶段;有机钙源环境下细菌的产矿动力比在无机钙源中高,且两种钙源所获得的方解石晶体沉积物在形貌上差异显著。

240ka以来西赤道太平洋碳酸钙沉积特征及其古海洋学意义

利用采自西赤道太平洋WP2和WP7孔的柱状岩芯 ,对其CaCO3含量、粗碎屑组分和浮游有孔虫动物群进行分析 ,并利用氧同位素曲线对比和AMS1 4 C数据相结合进行地层划分 ,从而对该区 2 4 0ka以来的CaCO3沉积特征进行研究。结果表明 ,WP2孔和WP7孔的Ca CO3含量在变化趋势上具有较一致的特征。距今 2 4 0ka以来 ,CaCO3含量变化整体上呈现冰期高、间冰期低的特征 ,与太平洋型CaCO3旋回有相似的趋势。该区的CaCO3含量的主要影响因素不是溶解作用 ,而是钙质生物生产率和冲淡作用。WP7孔在 1 50— 1 60cm和 380—395cm处分别存在两个CaCO3含量的明显低值层位 ,分别对应大约距今 80ka和 2 2 5ka ,表明和该时期火山物质的冲淡有关。

土颗粒尺寸对微生物诱导碳酸钙沉积反应速率的影响

为了确定微生物固化土体过程中的反应时间,本文通过测定微生物诱导碳酸钙沉积反应过程中钙离子浓度变化,研究土颗粒存在对反应速率的影响,并与经验计算结果进行了对比分析。结果表明:无土颗粒存在时反应过程中形成的碳酸钙沉积层会在一定程度上降低反应速率,加入土颗粒会充分发挥细菌的胶结能力,显著加快反应速率;在相同试验环境下,反应速率随着单位体积胶结液中颗粒表面积的增大而增大,但当颗粒粒径减小到一定程度时,堵塞效应会使反应速率有所降低;反应速率经验关系既不能体现反应后期的衰减过程,也不能反映颗粒存在对反应速率的影响。

土体环境对微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的影响研究

生物地基处理技术利用微生物诱导碳酸钙沉积来加固土体，符合环境保护和可持续发展的要求，具有良好的发展前景。目前已取得的研究成果主要是针对简单离子化学环境下的松散砂土，对不同环境下的细粒土研究的较少。以江苏东部沿海地区的海相吹填粉土为研究对象，选用巴氏芽孢杆菌进行微生物注浆试验，定量分析温度、pH值、氯化盐舍量、土体中胶结阳离子含量等土中的环境因素对加固效果的影响规律。结果表明：随着温度的升高、试样中生成的碳酸钙增加，但无侧限抗压强度并不是呈现出一直提高的趋势，而是存在一个峰值。偏碱性的环境有利于巴氏芽孢杆菌的工作，但过高的pH值会影响加固效果。土中的氯化盐含量过高时会抑制细菌的活性从而对加固产生不利影响。土中的胶结阳离子含量对微生物注浆的影响很小，可忽略不计。本次试验研究结果能为现场环境下采用MICP技术加固粉土提供有效的依据。

基于微生物诱导碳酸钙沉积的防风固沙试验研究

为将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术用于风沙土的表面固化,需要对这一过程的影响因素和规律进行探究.利用标准砂模拟风沙土进行相关试验,试验变量包括处理液浓度、细菌浓度、处理液体积和处理温度,从风洞试验、表面强度试验、碳酸钙含量测定三个方面对处理后的试样进行对比评估.结果表明,试样表面由于生成了碳酸钙沉淀而形成了一层硬壳层,赋予试样一定的抗风侵蚀能力.当处理液体积为4 L/m^2,温度为20℃,处理液浓度为0.1 M,细菌浓度OD_(600)=0.6时,MICP加固的试样开始具备良好的抗风侵蚀能力.

辽宁本溪晶花洞碳酸钙沉积物颜色多样性分析

辽宁本溪晶花洞发育于中奥陶统马家沟组(O2m)中厚层白云质灰岩中,洞内碳酸钙沉积物具有白色、黄色、肉红色、浅蓝色和黑褐色等多种原生色彩。在洞穴考察的基础上,通过对围岩和洞穴碳酸钙沉积物X荧光分析以及显微镜薄片鉴定,认为洞穴中白色的次生化学沉积物主要由质纯的CaCO3形成;浅蓝色、黑褐色的形成则多由沉积物含有铜、锶和锰、锌所致;而黄色、红色则为不同环境下铁、锰等变价元素所产生。

碳酸钙沉积法评价阻垢剂性能实验

采用碳酸钙沉积法对QD-681A、QD-632A、QD-631-5A、QD-655四种药剂的阻垢性能进行了评价。实验结果表明,药剂单一作用时,QD-655阻垢率最高;复配使用时,QD-632A与QD-631-5A在4:1的比例下阻垢率最高;药剂的浓度增大时,QD-681A的阻垢率升高,QD-655的阻垢率略有降低;随着温度的升高,药剂的阻垢率降低;Ca2+浓度增大时,QD-681A的阻垢率先升高后降低,QD-655的阻垢率逐渐降低;随着HCO3-浓度的增大,药剂的阻垢性能降低。