本技术介绍了一种利用生物炭强化微生物矿化技术改良压实黏土的阻隔层及其施工方法。该阻隔层原料由脲酶菌激发溶液、醋酸钙溶液、生物炭和场地原位土料组成,旨在提高土壤稳定性和阻隔性能。
背景技术
工业企业搬迁遗留的污染场地存在大量的挥发性有机化合物(VOC),对人民健康和公共安全构成了极大的威胁。覆盖阻隔技术中的阻隔层是阻滞VOC气体向地面迁移及减少雨水入渗的重要管控措施,在工程中以压实黏土系阻隔层较为常见。然而传统的压实黏土层的保水性能较差,在常温下仍发生失水开裂而使其降渗阻气性能降低,且季节性气候变换引起的干湿循环易导致压实黏土层形成永久性开裂,阻隔性能显著衰弱。此外,工程用土通常建议选取渗透性较低的优质黏土,但其材料成本及运输费用较高。因此,研发兼具防渗阻气和保水性能的经济型改良压实黏土层是当前的发展趋势。
近年来,基于尿素水解的微生物矿化技术受到环境岩土工程师的青睐,适用于砂土,粉土及低塑性黏土的改良处理。该技术利用脲酶菌水解尿素生成的碳酸根离子与外源胶结物质在碱性环境下结合形成碳酸盐晶体,进而填充于土体孔隙或胶结土颗粒以改善土体的工程特性。这些特性中填充效应有利于土体防渗阻气性能的提高,颗粒间的胶结效应则可抑制由干湿循环引起的土体开裂。在实施方法上,微生物矿化技术可以通过生物增强法和原位激发法实现,其中生物增强法需先在实验室环境中培养标准脲酶菌,但其操作步骤繁琐。而原位激发法则直接激发原位土中的脲酶菌,省去了生物强化法中的细菌活化,扩培和调配等过程,更适用于实际工程应用。因此,利用原位激发微生物矿化技术改良压实黏土覆盖阻隔层是理论可行的,且便于工程实际应用。在工程应用中可直接将工程性能较差的场地原位土料(主要包含砂土,粉土及低塑性黏土)作为处理对象,以减少优质黏土的材料成本及运输费用。然而,微生物矿化技术对细粒土的改良效果欠佳,且存留副产物铵根的处理问题,这需要通过提高碳酸钙产量,调节矿化过程或引入添加剂来解决,在研发微生物矿化改良压实黏土覆盖阻隔层中需着重考虑。
中国专利申请CN202311212930.9提供了一种微生物矿化与电石渣协同强化的半刚性竖向阻隔屏障及其制备方法,其原料成分包括钙基膨润土、原位土、脲酶菌激发物和电石渣,其中,所述钙基膨润土干质量占原位土干质量的15.0%~25.0%,脲酶菌激发物中各组分总干质量占原位土干质量的2.0%~4.0%,电石渣干质量占原位土干质量的3.0%~6.0%。该专利主要利用微生物矿化的副产物铵根离子与膨润土层间钙离子发生阳离子交换来改性钙基膨润土,进而提高钙基膨润土的膨胀性。而掺入的电石渣则显著提高了竖向阻隔屏障材料的强度。然而,该屏障材料仅通过阳离子交换作用可能不足以显著降低铵根离子的排放。电石渣造成的高碱性环境将抑制脲酶菌的原位激发,导致尿素水解的速率较慢。此外,在地下水位变化时,该屏障材料在干湿循环影响下可能会发生较为严重的失水开裂。
实现思路