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摘 要：MICP微生物诱导碳酸钙沉积技术是一种在土木工程领域具有潜在的、广泛的应用前景和显著工程技术价值的新技术，可应用在液化砂土加固、软弱路基加固、隧道定向加固、砖石古建裂缝和表面修复以及土壤重金属固定等方面中。本文将从环境温度，PH值，胶结液浓度，砂土颗粒粒径等多种无机因素出发，结合相关实验依次综述。
关键词：MICP；巴氏芽孢杆菌；外界无机影响因素
MICP微生物诱导碳酸钙沉积技术是一种在土木工程领域具有潜在的、广泛的应用前景和显著工程技术价值的新技术，可应用在液化砂土加固、软弱路基加固、隧道定向加固、砖石古建裂缝和表面修复以及土壤重金属固定等方面中。当前在国内外MICP领域应用较广泛，文献记录较丰富的菌种为巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）在新陈代谢过程中会产生一种脲酶，该酶可以将尿素分解，形成铵根离子和碳酸根离子。碳酸根离子与溶液中游离的钙离子结合产生碳酸钙沉淀，以晶体的形态逐渐累积，填充砂土的缝隙并起到胶结作用，提升土体强度。
MICP固化砂土技术相较于传统的化学固化技术在注浆过程中对周围环境影响极小，这在当今注重环境保护，主张绿色工业的大趋势下，拥有很大的利用价值。但与此同时，我们也应该注意到，MICP固化砂土技术的主角：巴氏芽孢杆菌虽然对生存环境的要求较宽泛，但作为生物，其在MICP固化砂土的过程中仍易受到多种复杂环境因素的影响，导致其作用效率的降低。本文的目的就是综述不同环境因素对MICP实验结果的影响，由于MICP作为一个新的概念，国内尚缺少相关的工程实例可以借鉴，所以本文主要是围绕实验室中对MICP的相关实验结果所作出的综述。
可以对MICP过程造成影响的因素众多，AL QABANY A等和OKWADHA G D O等发现不同的细菌浓度，胶结液浓度，环境PH、都会对直接参与碳酸钙生成过程的脲酶的活性产生影响，进而影响沉积碳酸钙的质量. 沈吉云和赵茜通过实验研究发现细菌脲酶活性。尿素浓度，钙离子浓度和环境PH对MICP过程有明显影响。本文将从环境温度，PH值，胶结液浓度，砂土颗粒粒径等多种无机因素出发，结合相关实验依次综述。
一、环境温度
温度是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。在适宜的温度范围内，温度升高有利于微生物的新陈代谢作用，进而促进其生长繁殖；超出了这个范围，较高或者较低的温度都会对微生物产生不利影响。而整个MICP过程依赖碳酸钙结构的生成，而直接参与碳酸钙生成过程的脲酶数量是与巴氏芽孢杆菌是否能健康地生长繁殖是密切相关的，山东建筑大学的赵茜等研究了保存时间对细菌脲酶活性的影响，在细菌溶液扩大培养好之后，通过 2 次离心和补充新培养液后，放入 4℃冰箱保存，每隔一段时间取出进行脲酶活性的测定。得出结论培养好的菌液可以暂时保存在 4℃冰箱内，至少在30 天内其脲酶活性不会受到明显影响。
而孔繁浩和赵志峰研究发现高温（超过 30°C）对脲酶活性有明显促进作用。从 20 到 30℃区间内，随着温度增加，细菌数量逐渐增加，到 30℃时达到最大，接着随着温度升高，又开始逐渐下降。菌液脲酶活性的变化情况跟细菌数量的变化基本一致。这说明在MICP过程中以30℃为最佳环境温度。相比之下，较高的温度溶液会使碳酸钙呈游离状态，从而影响碳酸钙晶体的大小和形态。因此，对于微生物加固土体技术而言，温度并不是越高越有利；适宜的环境温度不仅利于碳酸钙量的生成，更有利于有效碳酸钙晶体的形成，令实验效果更加令人满意 。
二、环境中pH值
p H 值同样是影响微生物生命活动重要影响之一。其影响主要体现在两个方面，首先是通过改变生物体内大分子物质（比如蛋白质和核酸）的电荷，进而影响其生物活性；其次通过改变细胞膜电荷，降低微生物对营养物质的吸收利用。在实验中控制好环境PH值不但可以避免细菌死亡造成的损失而且可以促进碳酸钙晶体的形成。
CHENG L等对比了酸碱度对胶结物含量与强度的影响，结果表明，在碱性条件下，微生物诱导产生的碳酸钙质量最多，中性条件下次之，酸性条件下最少。孔繁浩等的实验结果同样印证了这一结论，他发现碳酸钙生成量最多的pH为9，巴氏芽孢杆菌在碱性环境下能够生成相对多的碳酸钙。但尚不清楚酸性条件对碳酸钙生成质量的主要负面影响究竟是因为巴氏芽孢杆菌对酸性环境的不耐受还是生成产物碳酸钙在酸性环境下的分解所致。
三、胶结液浓度
MICP实验中的胶结液主要由氯化钙溶液和尿素溶液配制而成，也是MICP实验重要生成产物碳酸钙中钙离子和反应原料的来源。
Qabany研究发现，胶结液浓度对微生物诱导产生的碳酸钙晶体尺寸的影响较大。有研究表明，当溶液中加入不同浓度的氯化盐时，会抑制碳酸钙的生成；氯化盐浓度越高，对碳酸钙生成量的影响越显著。氯离子对碳酸钙的生成也有着一定的抑制作用。同时，当菌液和胶结液等比例反应时，碳酸钙生成量随胶结液的浓度上升而增多，但利用率不断降低。孔繁浩等的研究结果则提供了具有参考意义的胶结液浓度数值，当尿素浓度小1.6 M 时，增加其浓度，可以提高细菌脲酶活性，而高浓度 Ca Cl2對脲酶有明显的抑制作用。提高 Ca Cl2和尿素浓度（小于1.5 M）可以提高 Ca CO3生成量。
四、沙土颗粒粒径
MICP实验中承载巴氏芽孢杆菌，吸收胶结液并作为MICP反应的载体的基础物质是砂土，市面上的砂土，颗粒粒径多有不同。崔明娟等研究发现砂土颗粒粒径对微生物固化试样的无侧限抗压强度有显著影响，对碳酸钙含量和孔隙率的影响则相对较小沈吉云从他的实验结果中提出：随着砂粒粒径的增加，生物量和酶活性流失率也随之增加，细砂的固定效果明显好于粗砂，他认为原因可能有两点：1、相比粗砂，细砂的比表面积更大，可以吸附更多的微生物；2、粗砂的孔径大于细砂，粗砂中的微生物更容易被胶结液冲走。
未来MICP技术在未来的应用不会只局限于实验室中，而是应用在环境更复杂的室外环境中。目前，国内的相关研究主要集中在实验室，缺乏对MICP技术的具体的实践成果。在室外条件下，MICP技术将面对更加复杂的环境因素的影响，这是当下研究人员需要集中精力考虑并解决的问题。
参考文献：
（1）赵茜.微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究 [D].北京：中国地质大学（北京），2014.
（2）孔繁浩，赵志峰。溶液环境下微生物诱导碳酸钙沉积影响因素研究。南京林业大学土木学院。林业工程学报，2017，2（4）
（3）崔明娟，郑俊杰，赖汉江。颗粒粒径对微生物固化砂土强度影响的试验研究。华中科技大学 岩土与地下工程研究所。岩土力学第37卷增刊。2016.09.
作者简介：
李忠恕（1997年5月-），男，朝鲜族，黑龙江省大庆市，身份证号：230603199705114012，本科学生，土木工程
李霖（2000年11月-），男，汉，山西省大同市南郊区，身份证号：140203200011083217，本科学生，土木工程
关键词：MICP；巴氏芽孢杆菌；外界无机影响因素
MICP微生物诱导碳酸钙沉积技术是一种在土木工程领域具有潜在的、广泛的应用前景和显著工程技术价值的新技术，可应用在液化砂土加固、软弱路基加固、隧道定向加固、砖石古建裂缝和表面修复以及土壤重金属固定等方面中。当前在国内外MICP领域应用较广泛，文献记录较丰富的菌种为巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）在新陈代谢过程中会产生一种脲酶，该酶可以将尿素分解，形成铵根离子和碳酸根离子。碳酸根离子与溶液中游离的钙离子结合产生碳酸钙沉淀，以晶体的形态逐渐累积，填充砂土的缝隙并起到胶结作用，提升土体强度。
MICP固化砂土技术相较于传统的化学固化技术在注浆过程中对周围环境影响极小，这在当今注重环境保护，主张绿色工业的大趋势下，拥有很大的利用价值。但与此同时，我们也应该注意到，MICP固化砂土技术的主角：巴氏芽孢杆菌虽然对生存环境的要求较宽泛，但作为生物，其在MICP固化砂土的过程中仍易受到多种复杂环境因素的影响，导致其作用效率的降低。本文的目的就是综述不同环境因素对MICP实验结果的影响，由于MICP作为一个新的概念，国内尚缺少相关的工程实例可以借鉴，所以本文主要是围绕实验室中对MICP的相关实验结果所作出的综述。
可以对MICP过程造成影响的因素众多，AL QABANY A等和OKWADHA G D O等发现不同的细菌浓度，胶结液浓度，环境PH、都会对直接参与碳酸钙生成过程的脲酶的活性产生影响，进而影响沉积碳酸钙的质量. 沈吉云和赵茜通过实验研究发现细菌脲酶活性。尿素浓度，钙离子浓度和环境PH对MICP过程有明显影响。本文将从环境温度，PH值，胶结液浓度，砂土颗粒粒径等多种无机因素出发，结合相关实验依次综述。
一、环境温度
温度是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。在适宜的温度范围内，温度升高有利于微生物的新陈代谢作用，进而促进其生长繁殖；超出了这个范围，较高或者较低的温度都会对微生物产生不利影响。而整个MICP过程依赖碳酸钙结构的生成，而直接参与碳酸钙生成过程的脲酶数量是与巴氏芽孢杆菌是否能健康地生长繁殖是密切相关的，山东建筑大学的赵茜等研究了保存时间对细菌脲酶活性的影响，在细菌溶液扩大培养好之后，通过 2 次离心和补充新培养液后，放入 4℃冰箱保存，每隔一段时间取出进行脲酶活性的测定。得出结论培养好的菌液可以暂时保存在 4℃冰箱内，至少在30 天内其脲酶活性不会受到明显影响。
而孔繁浩和赵志峰研究发现高温（超过 30°C）对脲酶活性有明显促进作用。从 20 到 30℃区间内，随着温度增加，细菌数量逐渐增加，到 30℃时达到最大，接着随着温度升高，又开始逐渐下降。菌液脲酶活性的变化情况跟细菌数量的变化基本一致。这说明在MICP过程中以30℃为最佳环境温度。相比之下，较高的温度溶液会使碳酸钙呈游离状态，从而影响碳酸钙晶体的大小和形态。因此，对于微生物加固土体技术而言，温度并不是越高越有利；适宜的环境温度不仅利于碳酸钙量的生成，更有利于有效碳酸钙晶体的形成，令实验效果更加令人满意 。
二、环境中pH值
p H 值同样是影响微生物生命活动重要影响之一。其影响主要体现在两个方面，首先是通过改变生物体内大分子物质（比如蛋白质和核酸）的电荷，进而影响其生物活性；其次通过改变细胞膜电荷，降低微生物对营养物质的吸收利用。在实验中控制好环境PH值不但可以避免细菌死亡造成的损失而且可以促进碳酸钙晶体的形成。
CHENG L等对比了酸碱度对胶结物含量与强度的影响，结果表明，在碱性条件下，微生物诱导产生的碳酸钙质量最多，中性条件下次之，酸性条件下最少。孔繁浩等的实验结果同样印证了这一结论，他发现碳酸钙生成量最多的pH为9，巴氏芽孢杆菌在碱性环境下能够生成相对多的碳酸钙。但尚不清楚酸性条件对碳酸钙生成质量的主要负面影响究竟是因为巴氏芽孢杆菌对酸性环境的不耐受还是生成产物碳酸钙在酸性环境下的分解所致。
三、胶结液浓度
MICP实验中的胶结液主要由氯化钙溶液和尿素溶液配制而成，也是MICP实验重要生成产物碳酸钙中钙离子和反应原料的来源。
Qabany研究发现，胶结液浓度对微生物诱导产生的碳酸钙晶体尺寸的影响较大。有研究表明，当溶液中加入不同浓度的氯化盐时，会抑制碳酸钙的生成；氯化盐浓度越高，对碳酸钙生成量的影响越显著。氯离子对碳酸钙的生成也有着一定的抑制作用。同时，当菌液和胶结液等比例反应时，碳酸钙生成量随胶结液的浓度上升而增多，但利用率不断降低。孔繁浩等的研究结果则提供了具有参考意义的胶结液浓度数值，当尿素浓度小1.6 M 时，增加其浓度，可以提高细菌脲酶活性，而高浓度 Ca Cl2對脲酶有明显的抑制作用。提高 Ca Cl2和尿素浓度（小于1.5 M）可以提高 Ca CO3生成量。
四、沙土颗粒粒径
MICP实验中承载巴氏芽孢杆菌，吸收胶结液并作为MICP反应的载体的基础物质是砂土，市面上的砂土，颗粒粒径多有不同。崔明娟等研究发现砂土颗粒粒径对微生物固化试样的无侧限抗压强度有显著影响，对碳酸钙含量和孔隙率的影响则相对较小沈吉云从他的实验结果中提出：随着砂粒粒径的增加，生物量和酶活性流失率也随之增加，细砂的固定效果明显好于粗砂，他认为原因可能有两点：1、相比粗砂，细砂的比表面积更大，可以吸附更多的微生物；2、粗砂的孔径大于细砂，粗砂中的微生物更容易被胶结液冲走。
未来MICP技术在未来的应用不会只局限于实验室中，而是应用在环境更复杂的室外环境中。目前，国内的相关研究主要集中在实验室，缺乏对MICP技术的具体的实践成果。在室外条件下，MICP技术将面对更加复杂的环境因素的影响，这是当下研究人员需要集中精力考虑并解决的问题。
参考文献：
（1）赵茜.微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究 [D].北京：中国地质大学（北京），2014.
（2）孔繁浩，赵志峰。溶液环境下微生物诱导碳酸钙沉积影响因素研究。南京林业大学土木学院。林业工程学报，2017，2（4）
（3）崔明娟，郑俊杰，赖汉江。颗粒粒径对微生物固化砂土强度影响的试验研究。华中科技大学 岩土与地下工程研究所。岩土力学第37卷增刊。2016.09.
作者简介：
李忠恕（1997年5月-），男，朝鲜族，黑龙江省大庆市，身份证号：230603199705114012，本科学生，土木工程
李霖（2000年11月-），男，汉，山西省大同市南郊区，身份证号：140203200011083217，本科学生，土木工程