【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于污染阻隔，涉及一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層及其施工方法。
技術(shù)介紹
1、工業(yè)企業(yè)搬遷遺留的污染場地存在大量的揮發(fā)性有機化合物(voc)，對人民健康和公共安全構(gòu)成了極大的威脅。覆蓋阻隔技術(shù)中的阻隔層是阻滯voc氣體向地面遷移及減少雨水入滲的重要管控措施，在工程中以壓實黏土系阻隔層較為常見。然而傳統(tǒng)的壓實黏土層的保水性能較差，在常溫下仍發(fā)生失水開裂而使其降滲阻氣性能降低，且季節(jié)性氣候變換引起的干濕循環(huán)易導(dǎo)致壓實黏土層形成永久性開裂，阻隔性能顯著衰弱。此外，工程用土通常建議選取滲透性較低的優(yōu)質(zhì)黏土，但其材料成本及運輸費用較高。因此，研發(fā)兼具防滲阻氣和保水性能的經(jīng)濟型改良壓實黏土層是當前的發(fā)展趨勢。
2、近年來，基于尿素水解的微生物礦化技術(shù)受到環(huán)境巖土工程師的青睞，適用于砂土，粉土及低塑性黏土的改良處理。該技術(shù)利用脲酶菌水解尿素生成的碳酸根離子與外源膠結(jié)物質(zhì)在堿性環(huán)境下結(jié)合形成碳酸鹽晶體，進而填充于土體孔隙或膠結(jié)土顆粒以改善土體的工程特性。這些特性中填充效應(yīng)有利于土體防滲阻氣性能的提高，顆粒間的膠結(jié)效應(yīng)則可抑制由干濕循環(huán)引起的土體開裂。在實施方法上，微生物礦化技術(shù)可以通過生物增強法和原位激發(fā)法實現(xiàn)，其中生物增強法需先在實驗室環(huán)境中培養(yǎng)標準脲酶菌，但其操作步驟繁瑣。而原位激發(fā)法則直接激發(fā)原位土中的脲酶菌，省去了生物強化法中的細菌活化，擴培和調(diào)配等過程，更適用于實際工程應(yīng)用。因此，利用原位激發(fā)微生物礦化技術(shù)改良壓實黏土覆蓋阻隔層是理論可行的，且便于工程實際應(yīng)用。在工程應(yīng)用中可直接將工程性能較差的場
3、中國專利申請cn202311212930.9提供了一種微生物礦化與電石渣協(xié)同強化的半剛性豎向阻隔屏障及其制備方法，其原料成分包括鈣基膨潤土、原位土、脲酶菌激發(fā)物和電石渣，其中，所述鈣基膨潤土干質(zhì)量占原位土干質(zhì)量的15.0％～25.0％，脲酶菌激發(fā)物中各組分總干質(zhì)量占原位土干質(zhì)量的2.0％～4.0％，電石渣干質(zhì)量占原位土干質(zhì)量的3.0％～6.0％。該專利主要利用微生物礦化的副產(chǎn)物銨根離子與膨潤土層間鈣離子發(fā)生陽離子交換來改性鈣基膨潤土，進而提高鈣基膨潤土的膨脹性。而摻入的電石渣則顯著提高了豎向阻隔屏障材料的強度。然而，該屏障材料僅通過陽離子交換作用可能不足以顯著降低銨根離子的排放。電石渣造成的高堿性環(huán)境將抑制脲酶菌的原位激發(fā)，導(dǎo)致尿素水解的速率較慢。此外，在地下水位變化時，該屏障材料在干濕循環(huán)影響下可能會發(fā)生較為嚴重的失水開裂。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了提供一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層及其施工方法，通過原位激發(fā)微生物礦化方法處理場地原位土料可以顯著增強壓實黏土覆蓋阻隔層的降滲阻氣性能，同時土顆粒間因礦化加強的膠結(jié)力將在抑制土體失水開裂方面提供重要作用等。另一方面，在微生物礦化過程中引入比表面積較高的生物炭可增加礦化的附加成核點以提高碳酸鈣產(chǎn)量，且生物炭還可作為吸附劑來去除副產(chǎn)物銨根。此外，生物炭通過改善土壤的孔隙結(jié)構(gòu)提高了壓實黏土覆蓋阻隔層的保水性能。
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
3、在一方面，本專利技術(shù)提供了一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其原料成分包括脲酶菌激發(fā)溶液、醋酸鈣溶液、生物炭和場地原位土料，其中，所述脲酶菌激發(fā)溶液中各組分總干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.5％～8.5％，所述醋酸鈣溶液的溶質(zhì)的干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.0％～10.0％，所述生物炭干質(zhì)量占場地原位土料干質(zhì)量的4.0％～8.0％。
4、進一步的，所述脲酶菌激發(fā)溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
5、進一步的，所述醋酸鈣溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
6、進一步的，所述脲酶菌激發(fā)溶液中包括蛋白胨和選擇底物尿素，其中，蛋白胨干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.5％～3.5％，選擇底物尿素干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.0％～5.0％。
7、進一步的，所述醋酸鈣的純度大于95％。
8、進一步的，所述生物炭的種類為木質(zhì)纖維素類生物炭，其形狀為粉末狀和/或纖維狀，其中全碳含量大于28.0％，灰分含量在10.0％～20.0％之間，比表面積大于38m2/g，ph值在8.2～9.7之間，電導(dǎo)率ec控制在1500μs/cm以下，陽離子交換容量cec大于21.5meq/100g。
9、進一步的，所述場地原位土料的粒徑小于60mm，且粒徑大于5mm的土粒干重不超過場地原位土料總干重的20％，土壤有機質(zhì)含量不超過5wt％。
10、在另一方面，本專利技術(shù)還提供了一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層的施工方法，包括以下步驟：
11、(1)對施工場地進行清理，去除障礙物、植被和垃圾，并將場地原位土犁散，篩除場地原位土中粒徑大于60mm的巨粒土，并將粒徑介于5mm～60mm的礫粒土放置場地一側(cè)備用；
12、(2)按照《土的工程分類標準》gb/t?50145-2007選用細粒土質(zhì)砂(sc,sm)或低有機質(zhì)含量的細粒類土(有機質(zhì)含量低于5％)作為所述場地原位土料的主體部分，所述場地原位土料的其余部分選用粒徑介于5mm～60mm的礫粒土，兩部分土料混合均勻，得到所述場地原位土料；
13、(3)土料篩選完成后平整場地，再鋪設(shè)粒徑介于5mm～60mm的礫粒土作為粗粒土墊層；
14、(4)將生物炭與場地原位土料拌合均勻后，鋪設(shè)在粗粒土墊層上方，然后添加脲酶菌激發(fā)溶液進行原位激發(fā)，接著繼續(xù)添加醋酸鈣溶液并拌合均勻，最后對鋪設(shè)的土料進行壓實處理，得到改良壓實黏土覆蓋阻隔層，并控制其厚度介于300mm～600mm之間。
15、進一步的，當改良壓實黏土覆蓋阻隔層采用分層鋪設(shè)時，最頂層的改良壓實黏土阻隔層的生物炭形狀為纖維狀，且生物炭干質(zhì)量占當層場地原位土質(zhì)量的8.0％；
16、最底層的改良壓實黏土阻隔層的生物炭形狀為粉末狀，且生物炭干質(zhì)量占當層場地原位土質(zhì)量的8.0％；
17、其余層的改良壓實黏土阻隔層的生物炭形狀為粉末狀，且生物炭干質(zhì)量占當層場地原位土質(zhì)量的4.0～8.0％。
18、進一步的，所述脲酶菌激發(fā)溶液和醋酸鈣溶液的總質(zhì)量＝場地原位土料干質(zhì)量×(最佳含水率+2％)-場地原位土料中天然水的質(zhì)量。優(yōu)選的，脲酶菌激發(fā)溶液與醋酸鈣溶液間的質(zhì)量比為1:1。若場地原位土料為細粒土質(zhì)砂或粗粒組含量大于25％的細粒類土，則脲酶菌激發(fā)溶液各組分總干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的8.5％，醋酸鈣溶質(zhì)的干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的10.0％。
19、進一步的，分層鋪設(shè)時，層與層之間的接本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，原料成分包括脲酶菌激發(fā)溶液、醋酸鈣溶液、生物炭和場地原位土料，其中，所述脲酶菌激發(fā)溶液中各組分總干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.5％～8.5％，所述醋酸鈣溶液的溶質(zhì)的干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.0％～10.0％，所述生物炭干質(zhì)量占場地原位土料干質(zhì)量的4.0％～8.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述脲酶菌激發(fā)溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述醋酸鈣溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述脲酶菌激發(fā)溶液中包括蛋白胨和選擇底物尿素，其中，蛋白胨干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.5％～3.5％，選擇底物尿素干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.0％～5.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述生物炭的種類為木質(zhì)纖維素類生物炭，其形狀為粉末狀和/或纖維狀，其中全碳含量大于28.0％，灰分含量在10.0％～20.0％之間，比表面積大于38m2/g，pH值在8.2～9.7之間，電導(dǎo)率EC控制在1500μs/cm以下，陽離子交換容量CEC大于21.5meq/100g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述場地原位土料的粒徑小于60mm，且粒徑大于5mm的土粒干重不超過場地原位土料總干重的20％，土壤有機質(zhì)含量不超過5wt％。
8.一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層的施工方法，其特征在于，當改良壓實黏土覆蓋阻隔層采用分層鋪設(shè)時，最頂層的改良壓實黏土阻隔層的生物炭形狀為纖維狀，且生物炭干質(zhì)量占當層場地原位土質(zhì)量的8.0％；
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層的施工方法，其特征在于，所述脲酶菌激發(fā)溶液和醋酸鈣溶液的總質(zhì)量＝場地原位土料干質(zhì)量×(最佳含水率+2％)-場地原位土料中天然水的質(zhì)量。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，原料成分包括脲酶菌激發(fā)溶液、醋酸鈣溶液、生物炭和場地原位土料，其中，所述脲酶菌激發(fā)溶液中各組分總干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.5％～8.5％，所述醋酸鈣溶液的溶質(zhì)的干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的4.0％～10.0％，所述生物炭干質(zhì)量占場地原位土料干質(zhì)量的4.0％～8.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述脲酶菌激發(fā)溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述醋酸鈣溶液的質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的5.0％～15.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述脲酶菌激發(fā)溶液中包括蛋白胨和選擇底物尿素，其中，蛋白胨干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.5％～3.5％，選擇底物尿素干質(zhì)量占場地原位土料質(zhì)量的2.0％～5.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦化改良壓實黏土覆蓋阻隔層，其特征在于，所述醋酸鈣的純度大于95％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭增強微生物礦...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣寧俊，張宇，張建偉，杜娟，王逸杰，
申請(專利權(quán))人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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