CN103276719B - 一种微生物-电渗联合加固粘土的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微生物-电渗联合加固粘土的装置及方法，装置包括培养皿、营养液器皿、直流电源、微生物-电渗装置、温度计以及降温装置；方法包括以下步骤：（a）将微生物-电渗装置的阴、阳极分别埋入需要处理的土的两侧，将温度计插入处理土中心线；将放置培养皿、营养液器皿靠近微生物-电渗装置放置；（b）培养皿装入巴氏芽孢杆菌，营养液器皿装入溶有钙盐的尿素；进行菌种培养；将混有菌群、溶有钙盐的尿素营养液注入电渗装置及土壤中；（c）直流电源通电进行电渗，控制温度在50℃以下。本发明相对现有技术其优点在于加固效果更好、性价比高、操作简便且不受天气影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种加固粘土的装置及方法。
背景技术
微生物加固沙土的技术是由科学家Jason T.Dejong于2006年提出的，其所用的细菌为Bacillus pasteuru（以下简称巴氏芽孢杆菌）。此菌种是一种能够有氧呼吸的菌种，若在湿润的沙土中用尿素和溶有钙质的液体培养，能够在土颗粒间产生代谢产物碳酸钙，碳酸钙在土颗粒间粘固，从而提高了沙土的抗剪能力。但这方法只应用于沙土，在其他土壤或项目中不能实现，具有局限性。Reuss最早于1809年发现了粘土中的电渗现象，Casagrande于1939年首次将电渗法应用到土木工程中。之后各国学者在电渗机理和应用方面开展了一些研究工作。电渗是通过对土体施加直流电场，由于细粒土通常都带负电荷，导致孔隙水中存在与其平衡的水化阳离子，在电场作用下水化阳离子向负极移动，并带动水分子一起移动从而实现排水。电渗法的施工荷载小，排水速度主要取决于电力渗透性能而非土体的水力渗透性能，可以快速排出土中的自由水和部分弱结合水，因此只适合于渗透系数低的淤泥、淤泥质粘土以及污泥的排水等。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种能够更均匀、更好的处理粘土、淤泥的加固问题，而造价不多，性价比高的微生物-电渗联合加固粘土的装置及方法。
技术方案：为了实现本发明的目的，本发明公开一种微生物-电渗联合加固粘土的装置，包括培养皿、营养液器皿、直流电源、微生物-电渗装置、温度计以及降温装置；直流电源的正极通过导线与微生物-电渗装置的阳极相连；直流电源的负极通过导线与微生物-电渗装置的阴极相连；降温装置包括冷却室、压缩机、出水管和回水管；微生物-电渗装置的阳极包括碳棒和口字形钢板的间或排列，碳棒为空心的。
本发明还公开了这种微生物-电渗联合加固粘土的方法，包括以下步骤：
（a）将微生物-电渗装置的阴、阳极分别埋入需要处理的土的两侧，将温度计以阴极3至4个碳棒为间距，插入处理土中心线，并将降温装置的水管围绕温度计埋入土中；将直流电源的正极通过导线与微生物-电渗装置的阳极相连；将直流电源的负极通过导线与微生物-电渗装置的阴极相连；将放置培养皿、营养液器皿靠近微生物-电渗装置放置；
（b）培养皿装入巴氏芽孢杆菌，营养液器皿装入溶有钙盐的尿素；进行菌种培养；将混有菌群、溶有钙盐的尿素营养液注入电渗装置及土壤中；
（c）直流电源通电进行电渗，电渗的同时继续注入菌种和营养液；与此同时，若温度计的温度达到50℃以上，启动降温装置，实施降温。
其中（b）步骤中菌种培养时间为2至5小时。（c）步骤中微生物-电渗装置的电极单位电压为0.5至2V/cm；电渗施工时间为3至4天。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点在于充分发挥了电渗技术的优点，土体未加固时，空隙率较高，通过微生物粘固技术产生钙沉淀粘固土颗粒间隙，同时进行电渗，排出自由水和弱结合水，从而可以更有效的提高土体加固效果，加固效果要大幅优于单纯的微生物粘固法或电渗法；电渗过程中会在阳极和阴极产生气泡从而增加界面电阻，提高了土壤温度，从而提高细菌代谢酶的活性，促进钙沉淀的产生，提高加固效果；在单纯的微生物粘固法基础上增加的工序不多，可充分利用已有的技术、工序，是性价比很高的软土处理方法；装置及方法可以在湿润土壤中进行，不受雨水等天气变化的影响。
附图说明
图1为本发明的微生物-电渗联合加固粘土的装置。
具体实施方式
下面结合图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的微生物-电渗联合加固粘土的装置包括包括培养皿1、营养液器皿2、直流电源3、微生物-电渗装置4、温度计5以及降温装置6；直流电源3的正极通过导线与微生物-电渗装置4的阳极相连；直流电源3的负极通过导线与微生物-电渗装置4的阴极相连；降温装置6包括冷却室、压缩机、出水管和回水管；温度计5置于微生物-电渗装置4的阴阳极碳棒的中线上；降温装置6的出水管和回水管曲折布置于微生物-电渗装置4的阴阳极碳棒之间，并且与碳棒连线平行且长度相等；微生物-电渗装置4的阳极包括碳棒42和口字形钢板41间或排列，碳棒42为空心的，而阴极碳棒没有规定形态。使用该装置进行粘土加固工程时，包括以下步骤：
（a）将微生物-电渗装置4的阴、阳极分别埋入需要处理的土的两侧，将温度计5以阴极3至4个碳棒为间距，插入处理土中心线，并将降温装置的水管围绕温度计埋入土中；将直流电源3的正极通过导线与微生物-电渗装置4的阳极相连；将直流电源3的负极通过导线与微生物-电渗装置4的阴极相连；在培养皿1中培养微生物，将放置培养皿1、营养液器皿2靠近微生物-电渗装置4放置，并进行一般防护。
（b）培养皿1装入巴氏芽孢杆菌，并加入尿素进行一般性培养，注意保护培养皿，避免受到其他细菌干扰，出现丢失菌种情况；将培养皿中菌群适量移入新培养皿并注入溶有钙盐的尿素营养液进行培养；将混有菌群、溶有钙盐的尿素营养液注入电渗装置及土壤中；
（c）注入菌种2至5小时后，直流电源3通电进行电渗，保证阳极钢板和碳棒与阴极的碳棒之间的单位长度直流电压为0.5至2V/cm；电渗的同时继续注入菌种和营养液，电渗时土中的部分自由水和弱结合水会从阳极流向阴极，使土体收缩，迅速排出阳极和阴极上产生的气泡，从而减小界面电阻提高电渗效率，而微生物的钙代谢产物增强土的粘固度，在微生物-电渗联合作用下，土体会进一步得到加固；与此同时，若温度计5的温度达到50℃以上，启动降温装置6，实施降温。
联合施工的时间根据加固区土质情况从3～4天不等，联合施工至加固效果不再增加时停止菌种注入和电渗。
综上所述，与现有技术相比，本发明的优点在于：
充分发挥了电渗技术的优点，土体未加固时，空隙率较高，通过微生物粘固技术产生钙沉淀粘固土颗粒间隙，同时进行电渗，排出自由水和弱结合水，从而可以更有效的提高土体加固效果。加固效果要大幅优于单纯的微生物粘固法或电渗法。
电渗过程中会在阳极和阴极产生气泡从而增加界面电阻，提高了土壤温度，从而提高细菌代谢酶的活性，促进钙沉淀的产生，提高加固效果。
电渗是配合微生物加固介入的，总的耗电量不多，而加固效果有大幅提高。在单纯的微生物粘固法基础上增加的工序不多，可充分利用已有的技术、工序，是性价比很高的软土处理方法。
装置及方法可以在湿润土壤中进行，不受雨水等天气变化的影响。
Claims (5)
1. 一种微生物-电渗联合加固粘土的装置，其特征在于，包括培养皿（1）、营养液器皿（2）、直流电源（3）、微生物-电渗装置（4）、温度计（5）以及降温装置（6）；
直流电源（3）的正极通过导线与微生物-电渗装置（4）的阳极相连；直流电源（3）的负极通过导线与微生物-电渗装置（4）的阴极相连；
温度计（5）设在微生物-电渗装置（4）的阴阳极碳棒的中线上，以阴极3至4个碳棒设置1个，温度计（5）不与任何装置连接；
降温装置（6）内包括冷却室、压缩机，降温装置一侧设有出水管和回水管，降温装置放置于土壤表面；出水管和回水管曲折布置于微生物-电渗装置的阴阳极碳棒之间，并且与碳棒连线平行且长度相等；
微生物-电渗装置（4）的阳极包括碳棒（42）和口字形钢板（41）的间或排列，碳棒（42）为空心的。
2.如权利要求1所述的微生物-电渗联合加固粘土装置的一种微生物-电渗联合加固粘土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）将微生物-电渗装置（4）的阴、阳极分别埋入需要处理的土的两侧，将温度计（5）以阴极3至4个碳棒为间距，插入处理土中心线，并将降温装置的水管围绕温度计埋入土中；将直流电源（3）的正极通过导线与微生物-电渗装置（4）的阳极相连；将直流电源（3）的负极通过导线与微生物-电渗装置（4）的阴极相连；将培养皿（1）、营养液器皿（2）靠近微生物-电渗装置（4）放置；
（b）培养皿（1）装入巴氏芽孢杆菌，营养液器皿（2）装入溶有钙盐的尿素；进行菌种培养；将混有菌群、溶有钙盐的尿素营养液通过阳极的空心碳棒（42）和口字型钢板（41）上部的空心和口注入电渗装置及土壤中；
（c）直流电源（3）通电进行电渗，电渗的同时继续注入菌种和营养液；与此同时，若温度计（5）的温度达到50℃以上，启动降温装置（6），实施降温。
3. 如权利要求2所述的一种微生物-电渗联合加固粘土的方法，其特征在于，（b）步骤中菌种培养时间为2至5小时。
4.如权利要求2所述的一种微生物-电渗联合加固粘土的方法，其特征在于，（c）步骤中微生物-电渗装置（4）的电极单位电压为0.5至2V/cm。
5.如权利要求2所述的一种微生物-电渗联合加固粘土的方法，其特征在于，电渗施工时间为3至4天。
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Granted publication date: 20150826 Termination date: 20210609 |
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