微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀影響因素研究進(jìn)展分析

肖 海 胡 歡 呂廣柳 張文琪 朱志恩 向 瑞 楊悅舒 夏振堯 旺 杰

(1. 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心， 湖北 宜昌 443002； 3. 西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院， 拉薩 850000)

工程建設(shè)過程中常常遇到土壤承載力不足問題，傳統(tǒng)方法常采用夯實(shí)法、換填法、化學(xué)灌漿法等對土壤進(jìn)行加固．這些方法往往能耗高、造價(jià)大、存在應(yīng)用局限性以及對周邊環(huán)境存在一定不利影響[1-3]，并可能造成一定環(huán)境污染，也與我國當(dāng)前提倡的節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的發(fā)展理念相悖．因此，近年來微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(microbial induced calcite precipitation, MICP)技術(shù)因其施工方法簡便，效率高，成本低，對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注[4]．MICP技術(shù)是利用一些特定的微生物(如脲酶菌、反硝化細(xì)菌)，通過為之提供豐富的鈣源及氮源的營養(yǎng)鹽，快速析出具有優(yōu)異膠結(jié)作用的方解石型碳酸鈣結(jié)晶[5]．在知網(wǎng)和Web and Science中進(jìn)行主題“微生物固土”或關(guān)鍵詞“MICP”或關(guān)鍵詞“微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀”并勾選“中英文擴(kuò)展”進(jìn)行精確檢索，發(fā)現(xiàn)目前有學(xué)術(shù)期刊論文700余篇(如圖1所示)．

圖1 微生物固土相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量隨時(shí)間變化趨勢

可見，在2011年之前，國內(nèi)外對微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的研究甚少，此后，研究成果大幅度增加，尤其是近三年來相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量急劇增加，這表明微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注．因此，本文通過對MICP技術(shù)原理進(jìn)行簡單介紹，并對其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)綜述，梳理其現(xiàn)有應(yīng)用范圍，并結(jié)合現(xiàn)有研究存在的不足，提出未來研究方向，為深入研究MICP固土機(jī)理以及擴(kuò)展MICP應(yīng)用領(lǐng)域提供重要參考．

1 微生物固土技術(shù)原理

MICP技術(shù)根據(jù)微生物的生理化學(xué)反應(yīng)不同，將其分為尿素水解型、反硝化作用型、三價(jià)鐵還原型和硫酸鹽還原型4種方式，同時(shí)由于尿素水解固化效率高，化學(xué)反應(yīng)機(jī)制簡單，過程易于控制，且對土的成分改變較小，對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，使得尿素水解成為微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積技術(shù)的一種主流方式[3,6]．尿素水解的方式固土是利用土中較易存在及富含的嗜堿性細(xì)菌所分泌脲酶，對尿素水解進(jìn)行催化加速，生成氨氣與二氧化碳(式1)．所釋放的氨氣與水分子結(jié)合成為氨水，隨著氨水的濃度不斷升高，周圍環(huán)境堿性不斷加重(式2)，二氧化碳在堿性環(huán)境下成為游離的碳酸根離子(式3)．由于微生物代謝產(chǎn)物胞外聚合物中含有等負(fù)離子基團(tuán)，加上細(xì)菌細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)使得細(xì)菌表面通常帶有負(fù)電荷，因此可以不斷吸附周圍溶液中的鈣離子，使其聚集在細(xì)菌細(xì)胞外表面，與所形成的碳酸根結(jié)合在細(xì)菌表面結(jié)合成為碳酸鈣(式4)．隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，碳酸鈣在細(xì)菌表面不斷包裹阻斷了細(xì)菌汲取周圍營養(yǎng)物質(zhì)以及生理代謝的渠道，導(dǎo)致細(xì)菌的死亡．以細(xì)菌為晶核聚集形成碳酸鈣晶體，利用碳酸鈣晶體的膠凝性對土顆粒進(jìn)行膠結(jié)加固(如圖2所示)．

CO(NH2)2+H2O→2NH3↑+CO2↑

(1)

NH3+H2O→NH4++OH-

(2)

CO2+H2O→H2CO3→2H++CO32-

(3)

Ca2++CO32-→CaCO3↓

(4)

在此過程中，微生物起到分泌脲酶，水解尿素，吸附溶液中的Ca2+，使其聚集在細(xì)胞外表面以及微生物細(xì)胞作為碳酸鈣結(jié)晶的晶核等作用．碳酸鈣晶體逐漸增長，會吸附在土顆粒的表面形成包裹以及在土顆粒之間形成搭橋，從而對土體形成了膠結(jié)和孔隙填充的作用[7]．碳酸鈣晶體在土體中增長，與土顆粒之間的膠結(jié)作用形式除了形成搭橋，還有覆膜作用和黏結(jié)作用[8]．覆膜作用為生成的碳酸鈣覆蓋在土顆粒表面，未將相鄰?fù)令w粒連接，只起到增大土顆粒體積和表面粗糙度的作用；黏結(jié)作用為生成的碳酸鈣主要在土顆粒接觸點(diǎn)附近，將相接觸的土顆粒黏結(jié)．

圖2 微生物膠結(jié)土壤顆粒過程示意圖

除了上述尿素水解反應(yīng)的MICP過程，自然界類似生物固化也普遍存在，如藻類(藍(lán)藻和海藻)可通過光合作用消耗CO2，生成碳酸鈣晶體[9]，還有海洋軟體動(dòng)物通過代謝活動(dòng)生成的貝殼或珊瑚礁等．此外，利用微生物產(chǎn)氣泡過程，如反硝化法生成N2，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且在水里溶解度低，可作為降低土的飽和度的一種技術(shù)手段[10]．同時(shí)，一些微生物如粘球菌、熒光假單胞菌等，分泌的黏液狀多糖類胞外聚合物附著于土體中可形成微生物膜[11-12]，能有效降低土體的滲透性．

MICP技術(shù)利用微生物分泌脲酶，而脲酶不僅可由微生物分泌得到，還廣泛分布于植物的種子中，包括一些品種的豆類和瓜類[13]．植物源脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉積(enzyme induced carbonate precipitation, EICP)是在MICP技術(shù)基礎(chǔ)上新的研究成果，原理基本相同，但EICP技術(shù)比MICP技術(shù)具有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是該技術(shù)直接利用小尺寸的游離脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣不易發(fā)生生物堵塞，且能夠穿透更細(xì)顆粒的土體；二是游離脲酶可降解，能避免對環(huán)境造成長期影響[14]．

2 MICP影響因素研究

影響MICP的因素主要包括MICP反應(yīng)中鈣離子源、溫度、pH、膠結(jié)液濃度、營養(yǎng)液濃度和土壤顆粒大小等對固化效果的影響．微生物是研究MICP影響因素的前提，通常是選取生長過程中酶活性和數(shù)量較高的時(shí)間段開展一系列研究．相關(guān)研究結(jié)果表明，影響因子從大到小依次為：膠結(jié)液濃度、營養(yǎng)液濃度、溫度和pH值[15-16]，而原材料的鈣離子源和待處理的土體的土顆粒大小，也會對固化效果產(chǎn)生一定影響．

2.1 鈣離子源的影響

在微生物進(jìn)行生理反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣晶體時(shí)，不同化學(xué)試劑的酸堿性以及提供鈣離子存在差異，會直接影響MICP過程中CaCO3晶體產(chǎn)生速率、質(zhì)量和產(chǎn)量．張國城等[17]研究表明，在反應(yīng)過程中加入Mg2+能提高固化砂土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，在Mg2+/Ca2+為0.1/0.4時(shí)砂樣的強(qiáng)度最大，但繼續(xù)加入Mg2+會降低砂樣的強(qiáng)度．然而目前鈣源對微生物固化效果的研究結(jié)果存在一定差異(見表1)，主要在于實(shí)驗(yàn)條件和方案不統(tǒng)一，因此在鈣源選擇上建議進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)再進(jìn)行選擇．

表1 鈣離子源對微生物固化土體的試驗(yàn)研究

2.2 溫度的影響

溫度的變化狀態(tài)會對細(xì)菌的生長、微生物酶活性、細(xì)菌的生物分解作用以及結(jié)合沉淀的過程產(chǎn)生影響，從而影響最終固化效果．一般而言，普遍認(rèn)為低溫會抑制微生物的生長，而高溫會殺死微生物，不同微生物對溫度的響應(yīng)存在差異．Krieg等[22]研究指出巨大芽孢桿菌可在3～45℃的溫度條件下進(jìn)行微生物固化．Sun等[23]研究發(fā)現(xiàn)，高溫條件下巴氏芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌這兩種MICP常用細(xì)菌生長速率差異不大，溫度對酶活性影響較大．孫瀟昊等[24]研究表明在低溫條件對脲酶活性和巨大芽孢桿菌繁衍速度均有明顯抑制作用，造成碳酸鈣沉淀率較小，隨著溫度的增加，碳酸鈣沉淀率逐漸增加．彭劼等[25]研究表明不同溫度下細(xì)菌活性均呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化規(guī)律，但衰減速率差異明顯，溫度越高，細(xì)菌活性的衰減速率越快，同時(shí)鈣離子的消耗速率隨著環(huán)境溫度的增加呈現(xiàn)先增大后減少的變化規(guī)律．此外，彭劼等[26]研究卻發(fā)現(xiàn)溫度越高，碳酸鈣沉淀速率越快，沉淀含量越多．可見，溫度可以通過影響細(xì)菌生長速度、脲酶活性和碳酸鈣生成速率而影響MICP反應(yīng)效果，這也意味著MICP在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)選擇尿素水解菌生成碳酸鈣沉淀過程的最佳溫度，避免在寒冷季節(jié)施工．

2.3 pH的影響

脲酶的主要成分為蛋白質(zhì)，其酶活性受到環(huán)境pH的影響，過酸或過堿都會使脲酶的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而喪失活性．關(guān)于pH對微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的試驗(yàn)研究，見表2．

表2 pH對微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的試驗(yàn)研究

Cheng等[30]通過試驗(yàn)說明了降低pH為MICP過程制造“窗口期”的可行性，適當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH值能夠在保證充足的化學(xué)轉(zhuǎn)化率前提下延緩MICP反應(yīng)的進(jìn)行．綜上，適宜的pH值條件有利于微生物更好地分泌誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的脲酶，提高脲酶活性；脲酶菌最優(yōu)反應(yīng)都在弱堿性條件下，pH在7～9范圍內(nèi)，脲酶活性及碳酸鈣產(chǎn)量差別并不大．而在酸性和過堿性條件，均會對微生物生長、激發(fā)分泌脲酶、誘導(dǎo)產(chǎn)物等方面受到的影響較大．

2.4 膠結(jié)液-營養(yǎng)液濃度的影響

膠結(jié)液濃度對微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的速率和產(chǎn)量有重要影響，從MICP原理上看，膠結(jié)液中Ca2+和尿素的增加會沉淀出更多的碳酸鈣．而微生物嗜堿性細(xì)菌需要一個(gè)較適宜的環(huán)境進(jìn)行生長繁殖，其環(huán)境物質(zhì)成分的變化對生長繁殖速率以及固化速率會產(chǎn)生一定的影響作用．營養(yǎng)液主要包括蛋白胨、酵母粉、谷氨酸鹽、尿素等物質(zhì)．此外，尿素為脲酶菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)作為膠結(jié)液，其含量增多也會改變?nèi)芤核釅A性，也會對脲酶活性和碳酸鈣的生成產(chǎn)生影響．關(guān)于膠結(jié)液和營養(yǎng)液濃度對微生物固化土體的試驗(yàn)研究，見表3．

表3 膠結(jié)液-營養(yǎng)液濃度對微生物固化土體的試驗(yàn)研究

續(xù)表3 膠結(jié)液-營養(yǎng)液濃度對微生物固化土體的試驗(yàn)研究

高濃度膠結(jié)液下，微生物分泌脲酶的量、微生物水解尿素需要的水分在生化反應(yīng)中會呈現(xiàn)不足[32]．Okwadha等[39]、Qabany等[40]證實(shí)了脲酶的活性隨膠結(jié)液濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律，膠結(jié)液濃度過高會抑制微生物活性．王緒民等[41]研究發(fā)現(xiàn)膠結(jié)效果會隨著營養(yǎng)鹽濃度變化而達(dá)到一個(gè)峰值，得出一個(gè)最適宜的營養(yǎng)鹽濃度．分析表明，過低的營養(yǎng)液濃度可能會造成“供不應(yīng)求”的局面，所產(chǎn)生的碳酸鈣晶體含量過少；過高的營養(yǎng)液濃度可能會造成“供過于求”，并且可能還會抑制酶的活性．且高鹽環(huán)境下細(xì)胞會失水收縮，從而影響微生物生理生化反應(yīng)過程．因此，細(xì)菌的生長繁殖在高滲溶液中受到抑制[42]，所以營養(yǎng)液-膠結(jié)液濃度在微生物固化土體研究中十分重要．綜上，碳酸鈣產(chǎn)量與膠結(jié)液濃度在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)，但高濃度對微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣起到了抑制作用，低濃度下微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣尺寸較小且在土體中分布更均勻．

2.5 土顆粒的影響

從所需要固化的土體角度分析，不同土體顆粒粒徑分布存在差異，導(dǎo)致土顆粒與溶液的接觸面積以及溶液流速不同，從而影響固化效果．

表4 土顆粒對微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的試驗(yàn)研究

總的來說，微生物與土體孔隙存在相容關(guān)系[47]，對于粒徑很小的細(xì)粒土(d<0.075 mm)，土壤孔隙過小，微生物無法更好地進(jìn)入土壤孔隙及更深處，碳酸鈣容易集中在試樣上部，均勻性差．對于細(xì)砂和中砂(0.075 mm2 mm)，土體孔隙過大，碳酸鈣尺寸相對太小，無法將土顆粒有效地膠結(jié)在一起，需要處理多次才能達(dá)到整體膠結(jié)效果．

2.6 菌液注入方式的影響

微生物固化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會將細(xì)菌注入待固化的土體中去，誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀進(jìn)行膠結(jié)土體，達(dá)到固化的目的(見表5)．由于土的吸附作用，當(dāng)菌液從注入孔進(jìn)入砂土?xí)r，菌液會在二維平面發(fā)生二維滲流擴(kuò)散，在立式平板試驗(yàn)槽中菌液濃度呈現(xiàn)以注漿口為中心的非對稱分布，影響固化效果[48]．學(xué)者們在此基礎(chǔ)上，考慮微生物活性受到pH值和溫度影響明顯，嘗試通過降低pH值或溫度的方法，減緩注漿初期反應(yīng)速度，以提高溶液注入深度和均勻度．

表5 注入方式對微生物固化土體的試驗(yàn)研究

菌液注入方式主要影響的是碳酸鈣在土體中的分布．常規(guī)注射混合液的固化結(jié)果一般不太理想，通過調(diào)節(jié)生物質(zhì)濃度、脲酶活性和pH值來控制MICP過程給予一定的滯后時(shí)間，從而在注入混合液后暫時(shí)不會發(fā)生沉淀，在非優(yōu)先流動(dòng)路徑條件下可以使得混合溶液均勻分布在土基質(zhì)中．以上一些試驗(yàn)證明在小規(guī)模的土體中是可行的，但在實(shí)際工程中，大規(guī)模的土體改良的效果需進(jìn)一步研究．

2.7 纖維加筋的影響

微生物固土可以提高土體強(qiáng)度，但是土體在受到破壞時(shí)，會表現(xiàn)為一定的脆性，所以部分學(xué)者嘗試采用纖維加筋的改良方法來平衡固化砂土所表現(xiàn)出來的脆性．通過在土體中摻入均勻的纖維，以增加土體的抗剪性和殘余強(qiáng)度(見表6)．

表6 纖維加筋對微生物固化土體的試驗(yàn)研究

纖維加筋可以彌補(bǔ)微生物固土上的劣勢．土顆粒能與纖維形成接觸點(diǎn)，增強(qiáng)了土顆粒和纖維混合物之間的黏結(jié)性，同時(shí)碳酸鈣的沉積作用，進(jìn)一步提高了土的強(qiáng)度，改善了MICP固土的脆性問題．但纖維摻量達(dá)到一定量后，繼續(xù)增加纖維摻量，會導(dǎo)致碳酸鈣分布不均勻，影響固化效果．

3 應(yīng)用領(lǐng)域

MICP作為一種新型技術(shù)，目前已經(jīng)在加固土體、減少入滲、巖體修復(fù)、防風(fēng)固沙、減少河(海)岸侵蝕和除重金屬等領(lǐng)域開展了一系列應(yīng)用．

1)加固土體．通過所生成的碳酸鈣將土壤顆粒之間進(jìn)行膠結(jié)，從而提高土體強(qiáng)度和剛度．MICP膠結(jié)砂土對內(nèi)摩擦角強(qiáng)度參數(shù)的影響較大，特別是中膠結(jié)和重膠結(jié)砂土；而MICP反應(yīng)對黏聚力參數(shù)的影響較小，尤其是輕膠結(jié)和中膠結(jié)砂土[59]．在工程中，可運(yùn)用于土石壩、水壩等內(nèi)部及外部的加固與防護(hù)．土石壩是通過當(dāng)?shù)氐脑牧夏雺盒纬傻膿跛畨?，是世界上最常用的擋水壩之一．但是由于壩體內(nèi)部的土體不斷地受到侵蝕，會存在一定的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，MICP固化處理有助于減少砂土混合物的侵蝕和體積收縮．通過直接膠結(jié)細(xì)顆粒和橋接粗顆粒的接觸，提高了砂土混合物的抗沖蝕性[60]．并且MICP可以對污泥進(jìn)行無害化處理，將污泥進(jìn)行安全填埋或資源的再利用[61]．

2)減少入滲．MICP反應(yīng)產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀可填充巖土體縫隙，從而降低滲透性．此外，微生物產(chǎn)生氣泡和微生物膜也起到了防滲作用[62-63]．微生物減少入滲在實(shí)際工程中有很多應(yīng)用，如水壩、水庫的表層防滲，通過填充混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的縫隙降低滲透性．

3)巖體和文物修復(fù)．MICP固化反應(yīng)產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀在巖石縫隙中進(jìn)行填充可以改善巖石的防滲性能、單軸抗壓強(qiáng)度以及峰后承壓能力，對巖石具有很好的修復(fù)效果[64]．裂縫同時(shí)也是三合土遺址的一種典型的破壞方式，利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀對其進(jìn)行修復(fù)，可以修復(fù)和保護(hù)三合土遺址，并且其與遺址的基材兼容性很好，不會產(chǎn)生環(huán)境的破壞[65]．近年來，MICP技術(shù)快速發(fā)展也在部分文物修復(fù)中使用，如王瑞興等[66]利用巴氏芽孢桿菌誘導(dǎo)礦化技術(shù)對大理石文物表面進(jìn)行防護(hù)，提高了文物的抗侵蝕能力．岳建偉等[67]通過MICP改性古建筑灰漿，加快提升其修復(fù)效果．對傳統(tǒng)水泥建筑長時(shí)間的侵蝕問題，Jonkers等[68]提出自我修復(fù)的生物水泥，利用巴氏芽孢桿菌，不但能夠適應(yīng)堿性的干燥環(huán)境，并且其芽孢能夠以休眠的狀態(tài)存活數(shù)十年，通過自身的修復(fù)能力完成對裂縫的修補(bǔ)工作，環(huán)保且省力．

4)防風(fēng)固沙．風(fēng)蝕是干旱和半干旱地區(qū)土壤和環(huán)境退化、空氣污染以及懸浮顆粒物運(yùn)移的主要因素之一．風(fēng)在風(fēng)蝕過程中由于沙丘具有低黏聚力，會刮起沙丘上的沙子產(chǎn)生灰塵．這會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下，污染空氣和地表水，危害人類健康．MICP可以顯著抵御風(fēng)蝕，隨著時(shí)間的增加，噴灑后表層強(qiáng)度增加，可以通過二次噴灑進(jìn)一步增加強(qiáng)度[69]．

5)減少河(海)岸侵蝕．在許多河口環(huán)境中，裂流和相關(guān)潮汐流對前濱斜坡的侵蝕是一個(gè)主要問題．在大多數(shù)海岸和河口環(huán)境中，這些潮流導(dǎo)致的邊坡破壞和侵蝕仍然是巖土工程方面的挑戰(zhàn)[70]．其中沙丘可以作為一種天然的防御機(jī)制，抑制波浪侵蝕作用的影響，保護(hù)了內(nèi)陸的基礎(chǔ)設(shè)施．但是較大的波浪可能會引起的過度沖刷，如果風(fēng)暴條件持續(xù)存在，這可能導(dǎo)致沙丘完全破壞．所以可以采用MICP固化反應(yīng)對沙丘進(jìn)行固化，從而抑制風(fēng)浪侵蝕，減少了岸邊基礎(chǔ)設(shè)備頻繁的維護(hù)，延長了部署的基礎(chǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命周期[71]．

6)除重金屬．土壤重金屬修復(fù)主要是通過清除或固定污染物，減少其遷移性和生物可利用性[72]．MICP除重金屬即通過MICP過程使大部分重金屬離子由可溶交換態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}沉淀的形式[73]．目前，國內(nèi)外對這方面開展了相應(yīng)的研究，除陽離子型重金屬Cu、Pb、Cd等[74-75]及陰離子型重金屬Cr、Mn等[76]和類金屬As[77]．這些經(jīng)MICP過程，重金屬的去除率達(dá)到了50%以上，可見MICP技術(shù)具有較好的修復(fù)效果．同時(shí)，在工業(yè)廢污處理和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力等方面也發(fā)揮著重要作用．

7)混凝土裂縫修復(fù)和再生骨料強(qiáng)化．混凝土是脆性材料，在使用過程中由于疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和老化等不利因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生損傷積累和抗力衰減，從而不可避免地會產(chǎn)生微開裂和局部損傷[78]．MICP反應(yīng)產(chǎn)物碳酸鈣沉積在混凝土裂紋表面，能防止裂紋繼續(xù)擴(kuò)展[79]．混凝土呈堿性，細(xì)菌必須能適應(yīng)堿性的環(huán)境，保證后期能修復(fù)混凝土．目前利用微生物修復(fù)需借助載體，研究者們一般選用微膠囊作為載體，保護(hù)微生物修復(fù)時(shí)避免芽孢與外界接觸而過早萌發(fā)，保證微生物的活性[80]．同時(shí)在MICP強(qiáng)化再生骨料方面，相關(guān)研究表明[81-82]，經(jīng)處理后的再生骨料，其主要物理力學(xué)性能表觀密度、吸水率和壓碎指標(biāo)有明顯改善．

4 存在缺陷及未來展望

本文歸納了鈣離子源、溫度、pH、膠結(jié)液濃度、營養(yǎng)液濃度、土顆粒大小和菌液注射方式等關(guān)鍵因素對MICP技術(shù)的影響，但研究成果也存在一定缺陷，需要進(jìn)一步開展研究：

1)MICP固化反應(yīng)在不同影響因素條件下會導(dǎo)致固化效果不同，產(chǎn)生的碳酸鈣結(jié)晶大小及類型也不同，但未對碳酸鈣沉淀復(fù)雜晶體類型的形成原因以及碳酸鈣晶體類型與礦化產(chǎn)物強(qiáng)度關(guān)系深入分析和系統(tǒng)探究，并能否在應(yīng)用過程中有效調(diào)控微生物誘導(dǎo)的碳酸鈣晶型認(rèn)識不足．同時(shí)，研究MICP固化反應(yīng)所采用的菌種都是單一菌種，而目前多種菌共同作用加固土體的研究相對較少，這個(gè)問題仍需進(jìn)行探究．

2)MICP固化反應(yīng)更多的是依靠微生物自身的生理反應(yīng)而產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，所以眾多環(huán)境因素甚至物種間的協(xié)同競爭作用都會對固化反應(yīng)產(chǎn)生影響．目前大多數(shù)論文更多的是研究較溫和的反應(yīng)環(huán)境，而未對高壓、嚴(yán)寒、無氧以及多生物等極端復(fù)雜環(huán)境進(jìn)一步研究，包括在極端環(huán)境下礦化產(chǎn)物的耐久性和長期強(qiáng)度如何突破的技術(shù)問題．

3)上述眾多實(shí)驗(yàn)文章中對土體的研究更多的是土顆粒對固化反應(yīng)的影響效果，如砂土的研究．但不同類型、不同土壤母質(zhì)等因素沒進(jìn)行綜合考慮，且固化處理的最適用方式也需要更多的現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)實(shí)際施工區(qū)域的土顆粒類型并不是局限于某一區(qū)間，而是多種多樣的顆粒大小混雜在一起，并且實(shí)際土體中也會含有眾多物質(zhì)對膠結(jié)結(jié)果進(jìn)行影響，如何能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際工程中仍需進(jìn)行深入研究，例如堤壩加固和防滲、海岸河岸侵蝕防護(hù)、地基抗液化等應(yīng)用方案改進(jìn)．

4)MICP技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好程度還需深入探討研究．微生物礦化過程中產(chǎn)生的大量NH4+的處理問題；大量脲酶菌加入，是否會對其周圍微生物生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響等．