微生物矿化动力学理论与模拟

摘要

微生物矿化技术作为一个新兴研究课题,近些年来得到了广泛关注,然而因其反应机制复杂,很难从时间和空间尺度对矿化反应过程进行定量表示。在微生物诱导碳酸盐沉淀原理的基础上,考虑细菌的吸附和筛滤效应,以及尿素水解动力学和沉淀动力学模型,对微生物矿化反应动力学理论进行了探究,并结合孔隙尺度下的微生物矿化反应试验,采用有限元软件进行多物理场耦合模拟。结果表明,细菌吸附和筛滤行为引起了细菌分布的差异性,而这种差异性进而影响了碳酸钙的沉积分布;溶液汇合初始段碳酸钙生成量横向分布不均匀,纵向分布呈增长趋势;经历40h的反应时间,渗透率可降低80%左右;当钙离子含量丰富时,碳酸钙沉淀速率受限于尿素水解速率;附着细菌量和沉淀速率的叠加效应表现为细菌被沉淀包裹的衰亡速率。本模型验证了微生物矿化沉积反应过程,丰富了微生物矿化反应理论,并有望为现场工程应用的效果预测提供参考。