非尿素分解菌—粘质沙雷氏菌诱导碳酸钙沉淀与砂柱胶结实验研究

发布时间：2017-09-06 18:54

  本文关键词：非尿素分解菌—粘质沙雷氏菌诱导碳酸钙沉淀与砂柱胶结实验研究

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【摘要】：微生物成矿现象普遍存在于自然界中,特别是在地质成岩方面。研究表明,某些岩石尤其是碳酸盐岩的形成与微生物有着密不可分的关系。基于微生物成矿现象的微生物加固技术就是利用微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation,MICP)的原理,进行岩土工程加固和修复,这是一种既经济高效又生态环保的可持续发展新方法。现有的MICP反应机制主要是利用尿素水解作用,但产生的副产物铵根离子,对环境具有一定的危害性。因此,本文基于以乙酸钙为底物的氧化作用反应机制,开展了粘质沙雷氏菌诱导碳酸钙沉淀研究。主要研究结果如下:(1)通过细菌富集与分离以及钙化实验,分离出一株可利用乙酸钙为碳源和钙源,诱导产生碳酸钙沉淀的菌株,经DNA测序、核糖体数据库和BLAST比对确定为粘质沙雷氏菌,匹配度达100%。(2)通过单因素影响实验确定了粘质沙雷氏菌生长培养条件:酵母提取物浓度4%(w/v),乙酸钠浓度4%(w/v),温度30℃,摇床转速120 rpm,培养液初始pH值8,接种量为4%(v/v);得到的生长曲线能较好的符合龚珀兹—理查兹模型。(3)由摇瓶沉淀实验得到粘质沙雷氏菌在诱导碳酸钙沉淀时适宜的钙浓度为0.15 mol/L,这时形成的主要矿物质为方解石和球霰石,单位细菌浓度(OD600值)下的钙结晶沉淀量达到859.4 mg,最佳沉淀时间为9 d。XRD和SEM结果表明沉淀中的CaCO3晶体主要为方解石和球霰石两种形态,晶体的矿物组成受钙离子浓度影响较大。(4)砂柱胶结实验表明,基于粘质沙雷氏菌的MICP技术对石英砂胶结后,CaCO3晶体平均生成量达到22.16 kg/m3,孔隙率减少91%,渗透系数降低80%以上,但胶结强度较低。XRD和SEM结果表明砂柱中沉淀的CaCO3晶体主要为方解石,这些晶体通过粘连在砂颗粒表面和充填在颗粒孔隙中两种方式来改变松散砂颗粒的物理性能。
【关键词】：粘质沙雷氏菌 MICP 环境友好 方解石
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.0 研究背景14-16
• 1.1 MICP技术的应用16-19
• 1.1.1 结构材料的修复16-17
• 1.1.2 石质建筑的修复17
• 1.1.3 混凝土修复17
• 1.1.4 纤维水泥材料17
• 1.1.5 重金属和放射性物质修复17-18
• 1.1.6 其它领域的应用18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 国外研究现状19-20
• 1.2.2 国内研究现状20-22
• 1.3 课题的提出22-24
• 1.3.1 现有MICP存在的不足22-23
• 1.3.2 新型反应机制的提出23-24
• 1.4 研究目的及意义24
• 1.5 研究内容和技术路线24-26
• 1.5.1 研究内容24-25
• 1.5.2 技术路线25-26
• 第2章 实验材料26-30
• 2.1 石英砂26-28
• 2.1.1 石英砂筛选26
• 2.1.2 石英砂的物理性质26
• 2.1.3 石英砂的表面形态和矿物成分26-28
• 2.2 微生物和培养基28-29
• 2.2.1 微生物28
• 2.2.2 土壤样品28
• 2.2.3 培养基28-29
• 2.3 实验药品和实验仪器29-30
• 2.3.1 实验药品29
• 2.3.2 实验仪器29-30
• 第3章 非尿素分解菌的富集、分离与鉴定30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 实验方法30-31
• 3.2.1 土壤样品的选取30
• 3.2.2 细菌的富集与分离30-31
• 3.2.3 钙化实验检测31
• 3.2.4 菌种鉴定31
• 3.3 结果与分析31-36
• 3.3.1 富集与分离31-33
• 3.3.2 钙化实验33
• 3.3.3 DNA测序与系统发育树33-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 细菌生长特性38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 实验方法38-39
• 4.2.1 菌种培养38
• 4.2.2 细菌生长单因素影响实验38
• 4.2.3 生长曲线的绘制38-39
• 4.3 结果与分析39-44
• 4.3.1 各因素对细菌生长的影响39-43
• 4.3.2 生长曲线43-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 摇瓶沉淀实验46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 实验方法46-47
• 5.2.1 摇瓶沉淀实验46
• 5.2.2 细菌溶液准备46
• 5.2.3 确定沉淀时间46
• 5.2.4 SEM和XRD分析46-47
• 5.3 结果与分析47-52
• 5.3.1 沉淀物47
• 5.3.2 钙浓度对沉淀量的影响47-48
• 5.3.3 沉淀时间对沉淀量的影响48-49
• 5.3.4 钙浓度对钙沉淀物结晶形态的影响49-52
• 5.4 本章小结52-54
• 第6章 砂柱胶结实验54-64
• 6.1 引言54
• 6.2 实验方法54-56
• 6.2.1 砂柱制备54-55
• 6.2.2 砂柱孔隙率和渗透性测试55
• 6.2.3 实验用溶液55-56
• 6.2.4 胶结工艺56
• 6.2.5 SEM和XRD分析56
• 6.3 结果与分析56-61
• 6.3.1 孔隙率和渗透性变化56-57
• 6.3.2 石英砂形貌变化57-58
• 6.3.3 胶结前后石英砂XRD和SEM分析58-60
• 6.3.4 与其他微生物矿化机制的比较60-61
• 6.4 本章小结61-64
• 第7章 研究结论与展望64-68
• 7.1 研究结论64
• 7.2 展望64-68
• 参考文献68-78
• 主要成果78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：804863