电压对微生物诱导生成碳酸钙沉淀的影响

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)是一种新型环保固化方法,但碳酸钙的生成量直接影响MICP技术的固化效果,为了在一定界限内提高碳酸钙的生成量,利用MICP技术,研究了不同电压梯度下,脲酶活性的变化规律,在此基础上进一步研究了不同电压梯度、不同通电时间、不同通电方式条件下微生物诱导生成碳酸钙的沉积规律。试验所用微生物为巴氏芽孢杆菌,营养液为三种钙源(氯化钙、硝酸钙、醋酸钙)与尿素1∶1等体积混合,菌液与营养液体积比为1∶15,溶液环境的pH为7.3。结果表明:最佳通电电压为1.2 V;最适通电时间为20 min;最佳的通电方式为全程通电;氯化钙为最佳钙源。故电压对巴氏芽孢杆菌的生物活性起促进作用,提高了其脲酶活性,最终提高了碳酸钙的产量。     

微生物非脲解作用诱导碳酸钙沉积研究

利用嗜碱型芽孢杆菌的非脲解矿化作用,在含2种不同有机钙源的矿化培养基中实现了微生物诱导碳酸钙沉积。讨论了沉积过程中细菌生长特性及碳酸钙沉积动力学,并综合运用X射线衍射、热分析和扫描电子显微镜对沉积产物进行了研究,结果表明,降低初始钙离子浓度有利于提高有机钙源的转化率,而改变钙源种类对碳酸钙沉积动力学及碳酸钙晶型、形貌均有较大影响。含乳酸钙和谷氨酸钙的矿化培养基中分别沉积得到了结晶不良的方解石和稳定性较差的球霰石,且后者的沉积产率更高。证实了嗜碱菌的非脲解诱导碳酸钙沉积途径具备应用于混凝土防护和修复的潜质。     

模拟海水环境下MICP固化滨海粉细砂的试验研究

在模拟海水环境下采用微生物固化法来加固滨海粉细砂,并通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量试验和微观结构分析,研究了尿素浓度对MICP固化滨海粉细砂砂柱的影响,同时对比分析了淡水环境下MICP固化粉细砂的效果.研究结果表明:在海水环境下MICP技术固化滨海粉细砂是有效的,砂柱试件的无侧限抗压强度与碳酸钙含量随着尿素浓度的增加先增大后减小,并且1 mol·L-1尿素处理试件的加固效果最好;海水的弱碱性环境可促进巴氏芽孢杆菌的生长和繁殖,进而可形成大量的高活性脲酶,从而大大提高了微生物诱导碳酸钙沉积的效率.     

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.     

微生物诱导方解石沉积加固的影响因素

通过比较用巴斯德芽孢杆菌处理介质前后的重量,应用单因素方法研究各种条件和环境对微生物诱导方解石沉积加固的影响.结果表明:①当培养基中Ca2+浓度为25.2 mM时,巴斯德芽孢杆菌诱导沉积的方解石产量最高;②培养基为碱性时,巴斯德芽孢杆菌所诱导沉积出的方解石的产量则较为接近;③巴斯德芽孢杆菌诱导沉积出的方解石的终重量与活菌数呈反比;④在30℃时,巴斯德芽孢杆菌诱导沉积的方解石产量最高;⑤巴斯德芽孢杆菌所诱导沉积出的方解石的产量随石英砂和海砂混合物中海砂所占比例的增大而减小;⑥随着培养基中Ni2+浓度增大.巴斯德芽孢杆菌诱导沉积的方解石产量显著降低.     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

微纳米无定形碳酸钙的微生物诱导矿化机制

以地衣芽孢杆菌为研究菌株，将菌株接种于含Ca²⁺的LB培养基中培养0~ 10 d，通过分析培养液OD600 nm、pH值、Ca²⁺的动态变化，同时借助SEM-EDS、TEM-SAED、XRD等手段分析所得沉淀物的形貌及结构特征，以期解析该菌对无定形碳酸钙的微生物诱导矿化机制。结果表明，地衣芽孢杆菌的快速生长能显著提升培养液的pH值，相比起始pH值提高了1.63个单位（P < 0.05），Ca²⁺浓度随培养时间的增加有显著下降的趋势，Ca²⁺浓度最大减少了516.48 mg/L（P < 0.01）；SEM可观察到培养液中的沉淀物中有许多无规则的微纳米级矿物，EDS结果表明其主要元素为C、O、Ca，可见地衣芽孢杆菌可诱导碳酸钙的形成。TEM-SAED及XRD的结果证实这些生物源碳酸钙为无定形碳酸钙。研究还发现通过添加碳酸酐酶抑制剂能显著减弱该菌对碳酸钙的诱导矿化能力，这些生物源碳酸钙的形成与该菌分泌的碳酸酐酶活性密切相关，并且菌体细胞还可以作为碳酸钙的成核位点。碳酸钙沉淀无机碳同位素δ¹³C值是-5.762 ±0.022‰，δ¹³C值为负值，也进一步证实了这些无定形碳酸钙沉淀为生物成因。该研究结果有助于加深对生物源无定形碳酸钙的了解，进一步阐明了微纳米无定形碳酸钙的微生物诱导矿化机制，可为生物源无定形碳酸钙的进一步开发应用提供重要参考。     

脲酶抑制剂作用下微生物加固某金属尾砂试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀过程是基于微生物产生脲酶而发生的。因此脲酶是影响该过程的重要因素。为了改善微生物加固尾砂的效果,考虑脲酶抑制剂能有效抑制脲酶活性、延缓尿素水解的作用,本文通过在微生物加固尾砂试验过程中引入了不同掺量的脲酶抑制剂,并对加固后的尾砂柱体进行宏观力学试验与微细观检测,系统分析了脲酶抑制剂对微生物加固尾砂的效果。结果表明：适量的脲酶抑制剂可较大程度地延长巴氏芽孢杆菌迟滞期,可改善碳酸钙沉淀分布的均匀性,可提升微生物固化后尾砂试样的力学性能。其中,脲酶抑制剂的掺量为0.1%时,砂柱试样具有明显的剪切破坏模式,其剪切峰增长13.26%,有效黏聚力增长11.82%,有效内摩擦角增长6.85%,碳酸钙生成率同比增长了34.17%,孔隙率降低了46.90%。     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

不同矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果影响

微生物矿化沉积能够有效地实现混凝土的裂缝自修复,从而延长混凝土结构的服役时间,然而直接掺入混凝土的微生物成活率会显著降低。该文以高孔隙率的膨胀珍珠岩作为微生物载体,研制了具有裂缝自诊断和自修复能力的混凝土,考察了不同类型矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果的影响,并对混凝土裂缝处沉淀物进行了微观结构分析。试验结果表明:科氏芽孢杆菌和筛选的好氧型、兼性厌氧型、厌氧型混菌均具有良好的矿化沉积能力,混凝土经修复养护28d后裂缝修复率分别达到73.3%、83.3%、63.3%和41.5%。微观结构分析结果表明:利用不同类型矿化微生物研制的裂缝自修复混凝土的裂缝处填充物为不同形态的碳酸钙晶体。研究结果可为基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复性能研究提供参考。     

基于兼性厌氧菌MICP技术的尾砂再造充填体试验研究

提出一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的胶结尾砂方法，利用兼性厌氧菌在密封养护条件下胶结尾砂，解决利用好氧菌无法在缺氧或无氧环境下使用的问题.采用控制变量法对利用兼性厌氧菌MICP技术胶结尾砂试验的影响因素进行探究，研究了菌液浓度、胶结溶液浓度、尾砂粒径和养护温度对胶结效果的影响.结果表明:当菌液的OD₆₀₀为1、胶结溶液中醋酸根离子浓度为0.6mol/L、尾砂为多种不同粒径的尾砂混合体、养护温度为30℃时，胶结效果最佳；兼性厌氧菌的MICP技术具有胶结尾砂的潜力，为替代水泥作为尾砂胶结材料提供了有效途径.     

基于三维点云的岩体结构面自动分类与参数计算

结构面间距是岩体稳定性和力学特性分析中的一个重要参数，在岩石力学、采矿工程、边坡监测等领域的数值计算中广泛应用.本文以岩体边坡露头为研究对象，基于非接触测量获得的三维点云数据，提出一种基于密度聚类的结构面细化分类方法；在结构面粗略分组提取的基础上，通过投影变换、散乱点拟合等算法，求得结构面间距和岩体体积节理数.设计开发了结构面细化分类及间距等参数计算与分析原型系统，实际案例分析表明，本文方法可有效实现结构面的自动细化分类，并能够计算出间距等相关参数，可为岩体质量分级和岩体稳定性分析等提供方法支撑.     

锌液倒角对垂直电磁封流过程中电磁力的影响

以往研究垂直热镀锌技术时，将锌液区域视为理想的矩形，而实际锌液边界是曲线.为更准确了解锌液受力的规律，本项目将锌液区域假设为带倒角的矩形区域，分别研究了锌液无量纲间距为7.375~7.625，励磁电流频率为3~7Hz，倒角的无量纲距离为0~25、0.5和0~75时锌液的受力情况.实验结果表明:在考虑边界倒角情况下，锌液受到的电磁力随倒角增大而减小，锌液电磁力峰值随着频率增大而逐渐减小，提高励磁频率可以使锌液在一个周期内受力更平稳．锌液的倒角越大，锌液一个周期内所受电磁力最大幅值和最小幅值的差值越大.     

沉积型铝土矿采空区矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳分析

基于沉积型铝土矿采空区失稳多为沿结构弱面滑移剪切破坏的特征，借助能量耗散理论和突变理论，构建矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳模型，研究受结构弱面影响的系统失稳机制，分析各内控因素对采空区稳定性的影响.结果表明:采空区突发滑移失稳是由支撑系统的内控因素和外控因素协同作用的结果.外控因素既定条件下，各内控因素敏感度由大到小依次为:采空区跨度b，矿柱宽度a，软弱带厚度B，结构弱面倾角θ，矿柱屈服区宽度c.软弱带厚度B和结构弱面倾角θ的敏感度略小于采空区跨度和矿柱宽度的敏感度，在实际工程中，应密切关注结构弱面因素的影响.晨光铝土矿工程实例验证了计算结果的可靠性.研究成果可为此类矿山采场参数设计提供依据.     

微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理

【目的】确定微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术注浆固化吹填粉土的强度效果,明确其微观控制因素与固土作用机理,为微生物固土技术应用于处理吹填粉土提供理论参考。【方法】通过不同注浆轮次微生物注浆固化吹填粉土,采用无侧限抗压试验、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞分析以及化学分析等方法,比较微生物注浆固化处理吹填粉土的强度、矿物成分、胶结CaCO₃含量、土体微观形貌和土体孔径分布等差异。【结果】 对吹填粉土先后恒压注入A₆₀₀=1.2的巴氏芽孢杆菌和0.1 mol/L的CaCl₂与尿素胶结溶液1～6轮后,其无侧限抗压强度较未处理土分别提高26.8%、33.0%、36.4%、39.6%、59.8%、61.8%,强度随注浆轮次的增加而增加; 微生物固化吹填粉土中的主要胶结物为方解石型CaCO₃,其在土体内部起到胶结土颗粒与填充孔隙两方面作用,微生物注浆固化粉土强度随CaCO₃含量增加而增加并存在敏感阈值,当固化粉土中的CaCO₃含量超过阈值时,固化效果会显著提升,不同粉土的阈值存在差异; 微生物注浆加固改变了吹填粉土的孔隙分布,直径10～300 μm的孔隙显著减少,对10 μm以下细小孔隙影响不大。【结论】采用微生物注浆方式固化吹填粉土是有效的。微生物注浆固化粉土的强度形成受其微观胶结结构与CaCO₃含量影响,吹填粉土的孔隙尺寸能够与巴氏芽孢杆菌的菌体尺寸相容,微生物注浆会显著减少吹填粉土中10 μm以上的孔隙。     

高压喷射撞击流破解剩余污泥的研究

剩余污泥含有大量细菌、病毒和有机物，有可能造成二次污染.污泥破解有利于有机物的回收和有害物质的处理.研究了高压喷射撞击对污泥破解的作用.确定了撞击距离、撞击时间和撞击压力3个因素的最佳条件为:距离5cm，时间20~25min，压力13.79MPa.采用响应面法(response surface methodology，RSM)对破解效果和能耗进行了优化分析.以可溶性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand，SCOD)的破解能耗比(disintegration energy ratio，DER)作为RSM的评价指标.考虑到破解效果和DER_SCOD，建议参数为距离5~6cm，时间15~20min，压力13.79MPa.该研究为污泥物理破解提供了新的思路.     

液氮冷却作用下三类高温岩石力学性能试验研究

为了研究液氮冷却对高温岩石物理力学性能的影响，对不同温度下(25~350℃)的花岗岩、片麻岩和砂岩试样进行液氮冷却处理，开展了一系列的物理力学试验研究，结合微观观察结果分析了各类岩石的损伤机理.结果表明，提高加热温度能够加剧液氮对岩石内部结构的损伤，随温度的升高，岩石的孔隙率、峰值应变逐渐增大，而纵波波速、抗压强度和弹性模量则相反.高温和液氮冷却所产生的热应力导致岩石内部裂纹的萌生和扩展，且微裂纹主要沿石英矿物边界发育.随着加热温度的升高，微裂纹的数量呈逐渐增加的趋势，这是岩石宏观特性退化的主要原因.三类岩石对加热和液氮冷却处理的敏感度不同，这与岩石在成岩作用、矿物成分、胶结类型以及孔隙结构方面的差异有关.     

FeSO4-GFC胶凝材料固化/稳定Cr(VI)污染土的工程结构理化特性

为研究固化/稳定后Cr(VI)污染土的工程结构理化特性,以硫酸亚铁(FeSO4)和碱性工业废渣胶凝材料(简称GFC)固化/稳定后Cr(VI)污染土为试验对象,分别剖析了药剂组分、养护时间对FeSO4-GFC胶凝材料固化/稳定Cr(VI)污染土的工程结构理化特性的影响规律.结果表明：提高GFC的掺量和养护龄期可快速增加修复土的pH、最大干密度、液限、典型粒径,提高修复土的物理性质;但提高GFC的掺量和养护龄期会造成修复土氧化还原电位增大,弱化了Cr(VI)的还原效果,增加环境风险,FeSO4-GFC会显著改变修复后Cr(VI)污染土的工程结构,引起比表面积和平均孔径变小.GFC生成的C－A－S－H、C－S－H和AFt等物质,会造成污染土颗粒出现团聚现象,改变了修复后粒径分布、孔隙结构和物质组成,这是FeSO4-GFC固化/稳定后的Cr(VI)污染土理化性质改变的内在原因.