利用微生物固化松散珊瑚砂的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，具體為將巴斯德氏芽胞桿菌（Bacillus?pasteurii）在氯化鈉濃度為10～35g/L條件馴化，至氯化鈉濃度為35g/L條件下菌液活性>2mM·min-1停止馴化，離心收集菌體，采用真空冷凍干燥法冷藏；然后將保藏的菌體加入海水配制成菌液，并調(diào)節(jié)pH至7～8，再將菌液與每升含1mol氯化鈣和1mol尿素的溶液按體積比為1:2混合，注入珊瑚砂中，每天1次，連續(xù)3-6天；利用此方法固化珊瑚砂顆粒與顆粒之間通過(guò)包裹的碳酸鈣咬合，其強(qiáng)度達(dá)14MPa，并且菌體可以直接用海水稀釋，氯化鈣和尿素溶液亦可直接用海水配制，解決了島礁淡水缺乏和原料運(yùn)輸問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】利用微生物固化松散珊瑚砂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及利用微生物固化松散珊瑚砂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，人類(lèi)進(jìn)入了大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用海洋的時(shí)期。隨著我國(guó)“提高海洋資源開(kāi)發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”重大部署實(shí)施的逐步深入，大規(guī)模島礁工程建設(shè)勢(shì)在必行、刻不容緩。對(duì)于遠(yuǎn)離陸地的島礁工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，缺少建筑材料，所需的各類(lèi)建筑材料均需要從陸地運(yùn)輸，其成本非常昂貴。在不破壞島礁生態(tài)環(huán)境的前提下，開(kāi)發(fā)可以就地取材的建筑材料是島礁工程建設(shè)的迫切問(wèn)題。
[0003]我國(guó)的珊瑚礁主要分布于北回歸線以南的熱帶海岸和海洋中。散布于南海中的島礁絕大部分是由珊瑚礁構(gòu)成的，礁體厚達(dá)2000m以上，根據(jù)南沙群島南永I井巖芯地層分析，珊瑚礁17.3m以下已發(fā)生成巖變化，形成礁灰?guī)r；17.3m以上為松散未膠結(jié)或弱膠結(jié)的珊瑚礁碎屑堆積。珊瑚砂是發(fā)育于熱帶海洋環(huán)境中的一種特殊的巖土介質(zhì)類(lèi)型，主要由珊瑚碎屑和其它海洋生物碎屑組成，碳酸鈣含量高。特殊的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和發(fā)育環(huán)境導(dǎo)致珊瑚砂具有獨(dú)特的工程性質(zhì)。珊瑚砂具有顆粒易破碎，壓縮性較大，地基承載力較低等特性，需要妥善處理。
[0004]土壤(砂土)固化處理方法很多，固化途徑包括機(jī)械方法、物理作用、土工織物、化學(xué)膠結(jié)等多種手段。但這些方法用于遠(yuǎn)離陸地的珊瑚砂處理時(shí)會(huì)遇到機(jī)械設(shè)備、原材料運(yùn)輸?shù)壤щy，施工環(huán)境差以及可能破壞島礁生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題。生物礦化作用是自然界廣泛發(fā)生的一種作用，微生物礦物學(xué)最新進(jìn)展表明，在一定的人為環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)條件下，巖土中一些無(wú)毒害的天然微生物新陳代謝作用能顯著析出多種礦物結(jié)晶，從而使得松散砂土的固化成為可能。目前，對(duì)于普通砂(硅砂)的微生物處理已取得一定進(jìn)展，但對(duì)于主要成分為碳酸鈣的珊瑚砂(鈣質(zhì)砂)的微生物處理尚無(wú)人問(wèn)津；珊瑚砂的處理，除需考慮珊瑚砂及所處環(huán)境的特殊性，優(yōu)化生物細(xì)菌的培養(yǎng)`和保藏，提高其在高鹽量海水中的活性，確保微生物反應(yīng)在海水中順利進(jìn)行。還需考慮遠(yuǎn)離陸地，原材料運(yùn)輸和施工困難等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)在固化處理珊瑚砂存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，使得遠(yuǎn)離陸地的珊瑚砂處理簡(jiǎn)單，固結(jié)好的砂柱強(qiáng)度高，工程性能好。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，包括以下步驟:
[0008]A.將巴斯德氏芽胞桿菌(Bacillus pasteurii)在氯化鈉濃度為10~35g/L的培養(yǎng)基中馴化，至氯化鈉濃度為35g/L條件下菌液活性>2mM ^mirT1停止馴化，離心收集菌體，采用真空冷凍干燥法冷藏；
[0009]B.將步驟A保藏的菌體加入海水配制成菌液，并調(diào)節(jié)pH至7~8，得菌液；[0010]C.將步驟B所得菌液與每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的溶液按體積比為1:2混合，得混合液，然后將混合液由上部注入珊瑚砂中，并控制流速為2~10mL/min，每天注入一次，連續(xù)3-6天。
[0011]優(yōu)選的,所述步驟A是將巴斯德氏芽胞桿菌(Bacillus pasteurii)在氯化鈉濃度為10g/L的培養(yǎng)基中馴化24小時(shí)，再依次在氯化鈉濃度為20g/L、30g/L、35g/L的培養(yǎng)基中馴化至氯化鈉濃度為35g/L時(shí)，菌液活性>2mM ^mirT1停止馴化，離心收集菌體，采用真空冷凍干燥法冷藏。
[0012]更優(yōu)選的，所述步驟A中，所述培養(yǎng)基還含有如下組分，酵母提取物20_25g/L、尿素20g/L、六水氯化鎳23.8mg/L、四水氯化錳13.9mg/L，溶劑為水。
[0013]更優(yōu)選的，所述步驟A中，所述離心是在溫度為4°C、4000轉(zhuǎn)/分條件下離心25分鐘。
[0014]更優(yōu)選的，所述步驟A中，所述馴化的溫度為25±2°C。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟B中,將菌體加入海水配制成活性>lmM.mirT1的菌液。
[0016]優(yōu)選的， 所述步驟C中，所述混合液的注入量相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積的1.5倍。
[0017]本發(fā)明中所述步驟C可以由如下步驟代替，將步驟B所得菌液由上部注入珊瑚砂中，2小時(shí)后通入濃度為0.lmol/L的CaCl2固定溶液,再注入每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的溶液，整個(gè)過(guò)程控制流速為2~10mL/min,每天按上述步驟注入I次,連續(xù)3_6天。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟C中，先由上部向珊瑚砂通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積0.5倍的活性>lmM.mirT1的菌液，2小時(shí)后通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積0.5倍的濃度為0.lmol/L的CaCl2固定溶液，最后通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積I倍的每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的混合液，整個(gè)過(guò)程控制流速為2~10mL/min,每天按上述步驟注入I次,連續(xù)3_6天。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明公開(kāi)了利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，通過(guò)不斷提高培養(yǎng)基中氯化鈉含量馴化巴斯德氏芽胞桿菌，提高其在高含鹽量的海水中的繁殖能力和酶的活性；并將馴化培養(yǎng)好的菌液離心后取底部固態(tài)細(xì)菌采用真空冷凍干燥法保藏，其保藏后的菌種體積小，方便攜帶至遠(yuǎn)離陸地的珊瑚島礁上，并且保藏后的菌體能夠直接用海水稀釋，氯化鈣和尿素溶液亦可直接用海水配制，解決了島礁淡水缺乏和原材料運(yùn)輸成本高的問(wèn)題。采用真空冷凍干燥法保藏的菌粉可以現(xiàn)場(chǎng)配制菌液，可以有效避免其它雜質(zhì)的影響和化學(xué)反應(yīng)，確保主要反應(yīng)為生物反應(yīng)，膠結(jié)強(qiáng)度高；通過(guò)調(diào)節(jié)菌液PH為7~8，較好的解決了三者混合之后在砂體注入端產(chǎn)生大量沉淀造成的堵塞，提高了處理深度范圍內(nèi)的均勻性；微觀結(jié)構(gòu)顯示利用本方法固化的珊瑚砂顆粒被大量微米級(jí)的碳酸鈣包裹，顆粒與顆粒之間通過(guò)包裹的碳酸鈣咬合；不同于微生物處理硅砂固化體的微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將菌液和氯化鈣與尿素的混合液同時(shí)注入珊瑚砂粒中，與傳統(tǒng)的先注入菌液，再注入氯化鈣與尿素的混合液相比，簡(jiǎn)化了施工工序；另外，分別注入時(shí)，是先注入菌液，2小時(shí)后注入濃度為0.1M的CaCl2固定溶液，確保細(xì)菌附著到珊瑚砂顆粒表面，最后通入氯化鈣與尿素的混合液進(jìn)行固化；同時(shí)注入與分別注入菌液和氯化鈣與尿素的混合溶液效果相差不大。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖:
[0021]圖1為固化前的珊瑚砂顆粒SEM掃描圖片。[0022]圖2為微生物試驗(yàn)裝置圖。
[0023]圖3為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0024]圖4為珊瑚砂柱破壞模式圖。
[0025]圖5為固化后的珊瑚砂柱SEM掃描圖片(A為放大150倍的圖片，可以觀察到珊瑚砂顆粒被大量微米級(jí)的碳酸鈣包裹為放大1500倍的圖片，可以觀察到顆粒與顆粒之間通過(guò)包裹的碳酸鈣咬合)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0027]實(shí)施例1
[0028]細(xì)菌的馴化培養(yǎng)和保藏
[0029]配制培養(yǎng)基，培養(yǎng)基成分如表1所示，溶劑為水。
[0030]表1培養(yǎng)基成分
[0031]
【權(quán)利要求】
1.利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，其特征在于，包括以下步驟: A.將巴斯德氏芽胞桿菌(Bacilluspasteurii)在氯化鈉濃度為10~35g/L的培養(yǎng)基中馴化，至氯化鈉濃度為35g/L條件下菌液活性>2mM ^mirT1停止馴化，離心收集菌體，采用真空冷凍干燥法冷藏； B.將步驟A保藏的菌體加入海水配制成菌液，并調(diào)節(jié)pH至7~8，得菌液； C.將步驟B所得菌液與每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的溶液按體積比為1:2混合，得混合液，然后將混合液由上部注入珊瑚砂中，并控制流速為2~10mL/min，每天注入一次，連續(xù)3-6天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟A是將巴斯德氏芽胞桿菌在氯化鈉濃度為10g/L的培養(yǎng)基中馴化24小時(shí)，再依次在氯化鈉濃度為20g/L、30g/L、35g/L的培養(yǎng)基中馴化至氯化鈉濃度為35g/L時(shí)，菌液活性>2mM ^mirT1停止馴化，離心收集菌體，然后采用真空冷凍干燥法冷藏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟A中，所述培養(yǎng)基還含有如下組分，酵母提取物20-25g/L、尿素20g/L、六水氯化鎳23.8mg/L、四水氯化錳13.9mg/L，溶劑為水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟A中，所述離心是在溫度為40C>4000轉(zhuǎn)/分條件下離心25分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟A中，所述馴化的溫度為25±2°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟B中，將菌體加入海水配制成活性>lmM.miiT1的菌液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，所述混合液的注入量相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積的1.5倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟C由如下步驟代替，將步驟B所得菌液由上部注入珊瑚砂中，2小時(shí)后通入濃度為0.lmol/L的CaCl2固定溶液，再注入每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的溶液,整個(gè)過(guò)程控制流速為2~10mL/min,每天按上述步驟注入I次，連續(xù)3-6天。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述步驟C中，先由上部向珊瑚砂通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積0.5倍的活性>lmM.miiT1的菌液，2小時(shí)后通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積0.5倍的濃度為0.lmol/L的CaCl2固定溶液,最后通入相當(dāng)于珊瑚砂孔隙體積I倍的每升含Imol氯化鈣和Imol尿素的混合液,整個(gè)過(guò)程控制流速為2~10mL/min,每天按上述步驟注入I次，連續(xù)3-6天。
【文檔編號(hào)】C09K103/00GK103773376SQ201410050192
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】方祥位, 楚劍, 申春妮, 吳仕帆, 李依珊 申請(qǐng)人:方祥位