Experimental Study on Wind Erosion Resistance of Sandy Soil Stabilized by Enzyme‑Induced Carbonate Precipitation with Urease from Soybean Skin

TAN Huiming; ZHAO Xiangyun; XU Ye

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230824001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Experimental Study on Wind Erosion Resistance of Sandy Soil Stabilized by Enzyme‑Induced Carbonate Precipitation with Urease from Soybean Skin

更新时间：2025-01-13

- Experimental Study on Wind Erosion Resistance of Sandy Soil Stabilized by Enzyme‑Induced Carbonate Precipitation with Urease from Soybean Skin
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 6, Pages: 1408-1417(2024)
- 作者机构：
  
  1.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京 210098
  2.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京 210098
  2.江苏省震灾风险防治中心，江苏南京 210014
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230824001
  CLC： TU411
- Received：24 August 2023，
  
  Revised：2023-12-11，
  
  Published：15 December 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
谭慧明,赵祥运,徐烨.豆皮脲酶诱导碳酸盐沉淀固化砂土抗风蚀性能试验研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(06):1408-1417.

TAN Huiming,ZHAO Xiangyun,XU Ye.Experimental Study on Wind Erosion Resistance of Sandy Soil Stabilized by Enzyme‑Induced Carbonate Precipitation with Urease from Soybean Skin[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(06):1408-1417.
谭慧明,赵祥运,徐烨.豆皮脲酶诱导碳酸盐沉淀固化砂土抗风蚀性能试验研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(06):1408-1417. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230824001.

TAN Huiming,ZHAO Xiangyun,XU Ye.Experimental Study on Wind Erosion Resistance of Sandy Soil Stabilized by Enzyme‑Induced Carbonate Precipitation with Urease from Soybean Skin[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(06):1408-1417. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230824001.

摘要

为控制海岸风沙侵蚀灾害、探索可行高效的海岸防风固沙新技术，基于酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）原理开发以浓缩海水为可溶性钙盐溶液、以废弃豆皮为脲酶源的EICP固沙技术，开展了固化砂土风蚀试验，研究分析了脲酶活性、反应液喷洒量、处理次数、固化时间以及海盐浓度对固化效果的影响。研究发现，大豆种皮脲酶的活性在10~65 ℃范围内随温度升高而增加，随豆皮用量增大而增加，但脲酶提取时的离心时间和离心转速对脲酶活性无明显影响。采用大豆种皮与海水作为原料的EICP固化试样，能达到防风固砂的效果。当脲酶活性固定时，增加处理次数、喷洒量和固化时间可提高表面贯入强度，但达到一定阈值后效果逐渐减弱。在反应液总量相同的情况下，分批多次处理的碳酸盐沉淀生成率更高；起动风速较大，抗风蚀效果较好，相比之下，一次集中处理的效果较差。为获得较好的抗风蚀效果，浓缩海水的浓度不应低于0.6 mmol/L，固化时间不超过12 h。

Abstract

To control coastal wind erosion and explore feasible and efficient new technologies for coastal windbreaks and sand fixation

this study developed the Enzyme-Induced Calcium Carbonate Precipitation (EICP) sand stabilization technique. The technique used concentrated seawater as a soluble calcium salt solution and discarded soybean husks as a source of enzyme urease. Wind erosion tests on stabilized sand were conducted

and the effects of urease activity

spray volume of the reaction fluid

number of treatments

curing time

and seawater salinity on stabilization efficacy were analyzed. Results indicated that the activity of urease from soybean skin increased with rising temperatures within the range of 10-65°C and also increased with the amount of soybean skin used. Centrifugation time and speed during urease extraction had no significant effect on urease activity. Samples solidified with soybean skin and seawater demonstrated effective windbreak and sand fixation. When urease activity was fixed

an increased number of treatments

spray volume

and curing time enhanced surface penetration strength

though the effect gradually diminished beyond a certain threshold. With the same total volume of reaction fluid

multiple incremental treatments resulted in higher carbonate precipitation rates

higher threshold wind velocities

and better wind erosion resistance compared to a single centralized treatment. For optimal wind-erosion resistance

the concentration of concentrated seawater should not be lower than 0.6 mmol/L

and the curing time should not exceed 12 hours.

关键词

Keywords

references

何岩雨，刘建辉，蔡锋，等 . 潮汐作用下的海滩风沙运动若干特征研究：以福建平潭岛远垱澳海滩为例［J］. 海洋学报， 2018 ， 40 （ 9 ）： 90 - 102 .

He Y Y ， Liu J H ， Cai F ， et al . Several characteristics of beach aeolian sand transport influenced by tide：A case study in the Yuandangao Beach，Pingtan Island，Fujian Province ［J］. Haiyang Xuebao ， 2018 ， 40 （ 9 ）： 90 - 102 . （in Chinese）

屈建军，凌裕泉，刘宝军，等 . 我国风沙防治工程研究现状及发展趋势［J］. 地球科学进展， 2019 ， 34 （ 3 ）： 225 - 231 .

Qu J J ， Ling Y Q ， Liu B J ， et al . Research status and development trends of wind-sand engineering in China ［J］. Advances in Earth Science ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 225 - 231 . （in Chinese）

程瑶佳，唐朝生，泮晓华，等 . 微生物矿化作用（MICP）：铺砂联合提高黄土抗侵蚀性试验研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1010 - 1018 .

Cheng J Y ， Tang C S ， Pan X H ， et al . Experimental study on erosion resistance improvement in loess through coupled microbial mineralization （MICP）-sand paving ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1010 - 1018 . （in Chinese）

陆爱灵，朱东云，张宏，等 . EICP联合生物炭固化修复重金属污染土试验［J］. 环境工程， 2023 ， 41 （ 8 ）： 176 - 180 .

Lu A L ， Zhu D Y ， Zhang H ， et al . Experimental study on

remediation of heavy metal contaminatedsoil by EICP combined with biochar ［J］. Environmental Engineering ， 2023 ， 41 （ 8 ）： 176 - 180 . （in Chinese）

Yang Y ， Li M ， Tao X ， et al . The effect of nucleating agents on enzyme-induced carbonate precipitation and corresponding microscopic mechanisms ［J］. Materials ， 2022 ， 15 （ 17 ）： 5814 .

范广才，缪林昌，孙潇昊，等 . 脲酶抑制剂对EICP防风固沙效果的影响研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1019 - 1027 .

Fan G C ， Miao L C ， Sun X H ， et al . Effects researches of urease inhibitor on wind-breaking andsand-fixation of EICP ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1019 - 1027 . （in Chinese）

原华，刘帅星，刘康 . EICP联合Na-Mt固化粉砂抗剪特性［J］. 中国科技论文， 2022 ， 17 （ 12 ）： 1358 - 1362，1375 .

Yuan H ， Liu S X ， Liu K . Shear resistance of silty sand treated by EICP combined with Na-Mt ［J］. China Sciencepaper ， 2022 ， 17 （ 12 ）： 1358 - 1362，1375 . （in Chinese）

张建伟，韩一，边汉亮，等 . 大豆脲酶诱导碳酸钙固化粉土抗风侵蚀性能的试验研究［J］. 工业建筑， 2020 ， 50 （ 12 ）： 19 - 24，118 .

Zhang J W ， Han Y ， Bian H L ， et al . Experimental research on wind resistance of silty soil cemented by soybean urease induced calcium carbonate precipitation ［J］. Journal of Industrial Architecture ， 2020 ， 50 （ 12 ）： 19 - 24，118 . （in Chinese）

Gao Y ， Meng H ， He J ， et al . Field trial on use of soybean crude extract for carbonate precipitation and wind erosion control of sandy soil ［J］. Journal of Central South University ， 2020 ， 27 （ 11 ）： 3320 - 3333 .

冯丽娟，符浩东，窦润雪，等 . 大豆种皮中脲酶提取的研究进展［J］. 绿色科技， 2018 （ 12 ）： 173 - 174，177 .

Feng L J ， Fu H D ， Dou R X ， et al . Research progress on urease extraction from soybean seed coats ［J］. Journal of Green Science and Technology ， 2018 （ 12 ）： 173 - 174，177 . （in Chinese）

杨司盟，彭劼，温智力，等 . 浓缩海水作为钙源在微生物诱导碳酸钙加固砂土中的应用［J］. 岩土力学， 2021 ， 42 （ 3 ）： 746 - 754 .

Yang S M ， Peng J ， Wen Z L ， et al . Application of concentrated seawater as calcium source solution in sandreinforcement using MICP ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2021 ， 42 （ 3 ）： 746 - 754 . （in Chinese）

肖瑶，邓华锋，李建林，等 . 海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化及钙质砂固化效果研究［J］. 岩土力学， 2022 ， 43 （ 2 ）： 395 - 404 .

Xiao Y ， Deng H F ， Li J L ， et al . Study on the domestication of sporosar cina pasteuri and strengthening effectof calcareous sand in seawater environment ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2022 ， 43 （ 2 ）： 395 - 404 . （in Chinese）

李昊，唐朝生，刘博，等 . 模拟海水环境下MICP固化钙质砂的力学特性［J］. 岩土工程学报， 2020 ， 42 （ 10 ）： 1931 - 1939 .

Li H ， Tang C S ， Liu B ， et al . Mechanical behavior of MICP-cemented calcareous sand in simulatedseawater environment ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2020 ， 42 （ 10 ）： 1931 - 1939 . （in Chinese）

李艺隆，国振，徐强，等 . 海水环境下 MICP 胶结钙质砂干湿循环试验研究［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2022 ， 56 （ 9 ）： 1740 - 1749 .

Li Y L ， Guo Z ， Xu Q ， et al . Experimental research on wet-dry cycle of MICP cemented calcareous sand in seawater environment ［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2022 ， 56 （ 9 ）： 1740 - 1749 . （in Chinese）

Whiffin V S ， Van Paassen L A ， Harkes M P . Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique ［J］. Geomicrobiology Journal ， 2007 ， 24 （ 5 ）： 417 - 423 .

曹晨，赵志峰，王玮 . 养护温度和冻融循环等对微生物胶结试样强度的影响［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1046 - 1052 .

Cao C ， Zhao Z F ， Wang W . Influence of curing temperature and freeze-thaw cycleon reinforcement strength by microbial cementation ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1046 - 1052 . （in Chinese）

Lang C ， Li M ， Dai R ， et al . Discussion on the review and outlook of microbial geotechnical mineralization technology ［C］∥ The 6th International Conference on Environmental Science and Civil Engineering（ESCE 2020） . Nanchang ： IOP Publishing ， 2020 ： 609 - 615 .

水质钙和镁总量的测定EDTA滴定法： GB/T 7477—1987 ［S］. 北京：国家环境保护局， 1987 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Experimental Study on Impact of Moisture Content in Sandy Soil on DAS Amplitude Response

Effects Researches of Urease Inhibitor on Wind‑breaking and Sand‑fixation of EICP

Related Author

LI Junpeng

ZHANG Chengcheng

SHI Bin

CHEN Zhuo

XIE Tao

GUO Junyi

FAN Guangcai

MIAO Linchang

Related Institution

School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University

Institute of Geotechnical Engineering, Southeast University

⁰