專利名稱：一種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路、水利施工技術(shù)，尤其涉及邊坡加固技術(shù)。
背景技術(shù)：
邊坡加固是在道路、河流渠道、堤防及水庫大壩等工程中都會遇到的需著重處理的環(huán)節(jié)，對保障工程安全具有舉足輕重的作用。目前工程中護(hù)坡的方式有多種，例如，拋石護(hù)岸、砌塊石護(hù)坡、石籠護(hù)坡、塊體鋪面護(hù)坡、種植草皮植物等。這些措施雖然有著各自的優(yōu)點(diǎn)，但也存在許多諸如施工成本高昂、維修維護(hù)困難等缺點(diǎn)。近來出現(xiàn)了利用生物固結(jié)現(xiàn) 象，也就是利用微生物繁殖及其新陳代謝過程中使土壤結(jié)塊，從而加固邊坡的技術(shù)。該技術(shù)中，利用微生物例如芽孢桿菌微生物對氨劑(主要是尿素等)的水解進(jìn)而引發(fā)碳酸鈣沉積，從而達(dá)到加固的作用。其主要機(jī)理是微生物在對營養(yǎng)液中的尿素進(jìn)行水解時會產(chǎn)生副產(chǎn)物NH4+,而銨離子對環(huán)境有一定負(fù)面影響。生物固結(jié)現(xiàn)象是微生物繁殖及新陳代謝過程中的一種自然現(xiàn)象，通常伴隨著復(fù)雜的生物、化學(xué)過程。利用生物固結(jié)作用來進(jìn)行邊坡加固是近來剛出現(xiàn)的一種加固技術(shù)，其主要原理是利用芽孢桿菌類微生物對氨劑(主要是尿素等)的水解引發(fā)碳酸鈣沉積，從而達(dá)到加固目的。所用營養(yǎng)液為尿素、鈣劑(包括氯化鈣CaCl2或其它可溶性含鈣離子溶液)、淀粉或葡萄糖(5 - 200mg/L)等，并不斷鼓入氧氣或空氣。營養(yǎng)液中尿素與氯化鈣的質(zhì)量濃度比約為3 :5，其中尿素的作用是為水解產(chǎn)生碳酸根離子，以便與鈣劑中的鈣離子結(jié)合生成固態(tài)碳酸鈣；淀粉或葡萄糖以及溶解氧為促進(jìn)細(xì)菌繁殖提供養(yǎng)分，并促使細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)胞聚合物EPS，增加固化效果。該技術(shù)中，芽孢桿菌類微生物的來源有兩個，首先是通過注入實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的芽孢桿菌濃縮液，使得土體中該類微生物數(shù)量在短時間內(nèi)急劇增加，另外營養(yǎng)液中的淀粉、葡萄糖和氧氣也激發(fā)了土壤中原生的芽孢桿菌的增長，使得土壤中芽孢桿菌類微生物的數(shù)量能維持在較高水平，因此固化效率更高。營養(yǎng)液中各成分的濃度配比可根據(jù)現(xiàn)場對微生物活動情況進(jìn)行檢測后進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。其主要作用機(jī)理如下式所示
CO (NH2) 2 + 2Η20 CO32-+ 2ΝΗ:
Ca2+ + 2 CF + CO廣 CaCO3 I + 2 NH4+ 2CF 在該技術(shù)中副產(chǎn)物之一 NH4+對環(huán)境有一定的負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，從而可以減小銨離子對環(huán)境的污染。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，首先在需要加固的邊坡土壤內(nèi)通過注入或噴淋方式加入微生物加固液，同時在該邊坡區(qū)域內(nèi)種植易活植物；其中所述微生物加固液包括細(xì)菌濃縮液和營養(yǎng)液，所述細(xì)菌采用芽孢桿菌，所述營養(yǎng)液包括尿素、鈣離子溶液、養(yǎng)料和溶解氧氣，其中所述養(yǎng)料為淀粉或葡萄糖。本發(fā)明開發(fā)的微生物加固液采用芽孢桿菌水解營養(yǎng)液中尿素，從而產(chǎn)生碳酸鈣離子，并與鈣離子形成碳酸鈣沉淀從而對邊坡加固，該過程中會產(chǎn)生銨離子等副產(chǎn)物會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定負(fù)面影響，我們又在加入了該微生物加固液的土壤區(qū)域內(nèi)種植樹苗或植草等易活植物，利用植物吸收氨離子，從而在降低銨離子的環(huán)境污染的同時，進(jìn)一步提高邊坡加固效果。作為優(yōu)選，所述鈣離子溶液為氯化鈣水溶液，以及其他可溶性的鈣鹽。作為優(yōu)選，所述營養(yǎng)液中淀粉或葡萄糖的含量為5 200mg/L，尿素與鈣離子的質(zhì)量濃度比為I :1 2。
進(jìn)一步改進(jìn)，在加入微生物加固液之前，先對需要加固的邊坡土壤進(jìn)行弱堿化預(yù)處理在該土壤內(nèi)注入堿性溶液，例如碳酸氫鈉或碳酸氫鉀溶液，并調(diào)節(jié)土壤pH值在8
9。在該pH環(huán)境下微生物對尿素的水解能力能提高5 10%，從而可以加快鈣質(zhì)沉積速度，縮短固化時間。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)適用范圍廣，施工簡單便捷能節(jié)約大量工程投資；且消除對環(huán)境土壤和水資源的負(fù)面影響；另外通過對土壤預(yù)處理可以縮短固化時間。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。生物固結(jié)現(xiàn)象是微生物繁殖及新陳代謝過程中的一種自然現(xiàn)象，通常伴隨著復(fù)雜的生物、化學(xué)過程。該技術(shù)的主要原理是，通過向地下土體中注入適量的營養(yǎng)物質(zhì)及礦物質(zhì)，激發(fā)地下土體或裂隙中的細(xì)菌活性，使其大量繁殖。一些種類的細(xì)菌在繁殖過程中會產(chǎn)生大量粘稠狀液體并吸附于土體顆粒之上，形成多細(xì)胞聚合物EPS (Extra-cellularpolymeric substances),同時加速水中礦物質(zhì)沉積,經(jīng)過一段時間會逐漸固化并堵塞土體顆粒間的孔隙，從而達(dá)到增加土體強(qiáng)度的目的。由于營養(yǎng)物質(zhì)和地下水混合后灌入地下，在進(jìn)入含水層后，營養(yǎng)物質(zhì)會自動跟隨地下水的流動而遷移，適用范圍廣，施工簡單便捷。對地下含水層不產(chǎn)生破壞，也不會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，十分環(huán)保，且能節(jié)約大量的工程投資。該技術(shù)中，所選用的細(xì)菌為巴氏芽孢桿菌(Sporocarcina pasteurii),之所以選擇該菌，是因?yàn)楹推渌愃萍?xì)菌相比，其對尿素的水解能力更高，加固需時更短。所用營養(yǎng)液為尿素、鈣劑(包括氯化鈣CaCl2，硫酸鈣CaSO4等可溶性含鈣離子溶液)、淀粉或葡萄糖以及溶解氧氣等。其中尿素的作用是為水解產(chǎn)生碳酸根離子，以便與鈣劑中的鈣離子結(jié)合生成固態(tài)碳酸鈣；淀粉或葡萄糖以及溶解氧為促進(jìn)細(xì)菌繁殖提供養(yǎng)分，并促使細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)胞聚合物EPS，增加固化效果。主要作用機(jī)理如下所示=CO(NH2)2 + 2H20 —C032_+ 2NH4+，然后Ca2+ +
2Cr + CO廣—CaCO3 I + 2 NH4+ 2C1'首先選用培養(yǎng)的巴氏芽孢桿菌作為細(xì)菌濃縮液，并將尿素、氯化鈣和葡萄糖混合形成水溶液后不斷鼓入氧氣或空氣得到營養(yǎng)液，其中尿素與氯化鈣的質(zhì)量濃度比約為3:5，葡萄糖的濃度為100mg/L。加固方式分注入式加固和噴淋式加固兩種，注入式加固適用于邊坡整體加固，加固深度深；而噴淋式加固屬于表層土加固。該技術(shù)中，芽孢桿菌類微生物的來源有兩個，首先是通過注入實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的芽孢桿菌濃縮液，使得土體中該類微生物數(shù)量在短時間內(nèi)急劇增加，另外營養(yǎng)液中的淀粉、葡萄糖和氧氣也激發(fā)了土壤中原生的芽孢桿菌的增長，使得土壤中芽孢桿菌類微生物的數(shù)量能維持在較高水平，因此固化效率更高。實(shí)際操作時，先往邊坡土體中注入適量的碳酸氫鈉溶液(濃度為10 500mg/L)，使得土體PH值控制在8-9之間，由于在該pH環(huán)境下微生物對尿素的水解能力能提高5 10% ;然后緩慢注入芽孢桿菌濃縮液，再慢慢注入營養(yǎng)液，注入速度不能過快，以免破壞土壤 原有結(jié)構(gòu)，同時在注入微生物加固液的土壤區(qū)域種植易活植物，例如樹苗和草皮等。試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)適用范圍廣，對各種級配的砂土、壤土邊坡均能將其強(qiáng)度提高10% - 50%左右，且成本十分低廉，同時還減少銨離子副產(chǎn)物對環(huán)境的負(fù)面影響。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，其特征在于首先在需要加固的邊坡土壤內(nèi)通過注入或噴淋方式加入微生物加固液，同時在該邊坡區(qū)域內(nèi)種植易活植物；其中所述微生物加固液包括細(xì)菌濃縮液和營養(yǎng)液，所述細(xì)菌采用芽孢桿菌，所述營養(yǎng)液包括尿 素、鈣離子溶液、養(yǎng)料和溶解氧氣，其中所述養(yǎng)料為淀粉或葡萄糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，其特征在于所述鈣離子溶液為氯化鈣水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，其特征在于所述營養(yǎng)液中淀粉或葡萄糖的含量為5 200mg/L，尿素與鈣離子的質(zhì)量濃度比為I :1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，其特征在于在加入微生物加固液之前，先對需要加固的邊坡土壤進(jìn)行弱堿化預(yù)處理在該土壤內(nèi)注入堿性溶液，并調(diào)節(jié)土壤pH值在8 9。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，其特征在于所述堿性溶液為碳酸氫鈉或碳酸氫鉀溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法，首先在需要加固的邊坡土壤內(nèi)通過注入或噴淋方式加入微生物加固液，同時在該邊坡區(qū)域內(nèi)種植易活植物；其中所述微生物加固液包括細(xì)菌濃縮液和營養(yǎng)液，所述細(xì)菌采用芽孢桿菌，所述營養(yǎng)液包括尿素、鈣離子溶液、養(yǎng)料和溶解氧氣，其中所述養(yǎng)料為淀粉或葡萄糖。本發(fā)明適用范圍廣，施工簡單便捷能節(jié)約大量工程投資；且消除對環(huán)境土壤和水資源的負(fù)面影響；另外通過對土壤預(yù)處理可以縮短固化時間。
文檔編號E02D17/20GK102677683SQ20121010836
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者吳濤, 談葉飛, 謝興華 申請人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院