一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的方法
阅读说明：本技术 一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的方法 (Method for repairing stalactite by inducing mineralization of microorganisms ) 是由 陈思 李�东 阳畅 杨瀚 甘夏 沈孟林 李鸿儒 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于岩溶洞穴沉积物保护与修复领域,具体公开了一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的方法,包括配置菌液、配置胶凝液、喷涂和修复处理四个步骤,针对未被污染破坏的洞穴沉积物,采用喷涂法轮换对钟乳石表面进行喷涂胶凝液和菌液,使其表面形成一层均匀透明的微米级碳酸钙薄膜；针对已被污染破坏的洞穴沉积物,增加喷涂的次数,覆盖原先发黄、发黑的洞穴沉积物表面；针对体积上的物理破损,直接以滴注的方式将菌液和胶凝液混合对局域进行填充修复。通过以上步骤使得碳酸钙薄膜细致和均匀,并其可有效的使钟乳石与空气隔绝,进而减弱物理、化学风化,达到保护修复的目的。(The invention belongs to the field of protection and restoration of karst cave sediments, and particularly discloses a method for restoring stalactite by utilizing microorganism induced mineralization, which comprises four steps of bacterial liquid preparation, gel liquid preparation, spraying and restoration treatment, wherein aiming at the cave sediments which are not polluted and damaged, a spraying method is adopted to alternately spray the gel liquid and the bacterial liquid on the surface of the stalactite, so that a layer of uniform and transparent micron-grade calcium carbonate film is formed on the surface of the stalactite; aiming at the polluted and damaged cave sediments, increasing the spraying times and covering the surfaces of the original yellow and black cave sediments; and aiming at physical damage on the volume, the bacteria liquid and the gel liquid are directly mixed in an instillation mode to fill and repair the local area. The calcium carbonate film is fine and uniform through the steps, and the stalactite can be effectively isolated from the air, so that physical and chemical weathering is weakened, and the aim of protecting and repairing is fulfilled.)
技术领域
本发明属于岩溶洞穴沉积物保护与修复领域。
背景技术
伴随洞穴观光游览活动的日渐火热，洞穴环境遭到不同程度的破坏，美不胜收的洞穴沉积物景观的硬度、颜色发生变化，局部区域甚至生长灯光植物，导致其美学价值大打折扣，严重影响游客体验和旅游洞穴的可持续性开发。
目前国内针对洞穴沉积物保护的措施还多停留在较为传统的方式，如：通过在旅游洞穴洞口设置“双重门”、吸尘器，或在洞穴游道两边设置泡沫等，阻止颗粒、粉尘、植物孢子、种子等被游客带入洞穴空间；定期清理旅游洞穴内的垃圾和泥土，减少洞穴沉积物污染源；改善旅游洞穴灯光设备、灯光光谱、光照度，减少洞穴内灯光的光照时间，以抑制或杀死灯光植物。而针对已生长灯光植物或被污染***变色的洞穴沉积物的修复措施则多采取人工铲除、高温蒸汽喷射、高温热水浇洒、紫外光照射等物理方法，和向灯光植物喷洒甲醛、除草剂、硫酸、盐酸、氢氧化钠、次氯酸、双氧水、漂白粉，或用配制的化学药水清洗等化学方法进行处理。
目前的岩溶洞穴沉积物保护措施，只能一定程度减少污染，无法根源杜绝。而目前的修复措施无论是物理、还是化学的方法都会对洞穴沉积物表面造成一定程度的损毁。可见岩溶洞穴沉积物的保护与修复仍然是一个亟待解决的难题。
同时，专利申请号为CN201810377205.X的专利，公开了一种微生物合成钟乳石及石笋的方法和装置，利用好氧性微生物水解尿素与钙盐的结合过程包括微生物富集培养、微生物水解尿素诱导碳酸钙产生沉淀两部分合成实心结构的钟乳石及石笋。该方案提供的一种微生物合成钟乳石及石笋的方法和装置，利用好氧性微生物水解尿素与钙盐的结合过程合成所需钟乳石及石笋，不会对环境造成污染，采用人为干涉微生物反应过程合成人工钟乳石及石笋产生碳酸钙的速率。然而，该方案主要是钟乳石的合成方法，与岩溶洞穴沉积物保护与修复是不同的领域，没有多大的借鉴意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的技术，在不影响洞穴沉积物原始形态特征呈现，保证景观美学价值的前提下，使其与空气隔绝，进而减弱物理、化学风化，达到保护修复的目的。
为了达到上述目的，本方案提供一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的方法，包括以下步骤:
步骤一，配置菌液：在营养液中接种菌体36小时得到菌液，所述营养液的重量组成比包括：牛肉膏2-4份、蛋白胨3-8份、尿素15-25份和蒸馏水1000份；
步骤二，配置胶凝液：按照尿素溶液和氯化钙溶液1：1的比例配制胶凝液，所述氯化钙溶液和尿素溶液浓度均为1mol/L；
步骤三，分别将菌液和凝胶液灌入不同的喷灌中；
步骤四，修复处理：针对未被污染破坏的洞穴沉积物，采用喷涂***换对钟乳石表面进行喷涂胶凝液和菌液，使其表面形成一层均匀透明的微米级碳酸钙薄膜；针对已被污染破坏的洞穴沉积物，增加喷涂的次数，覆盖原先发黄、发黑的洞穴沉积物表面；针对体积上的物理破损，直接将菌液和胶凝液以滴注的方式混合，对局域进行填充修复。
进一步，所述营养液的重量组成比包括：牛肉膏3份、蛋白胨5份、尿素20份和蒸馏水1000份。
进一步，所述喷涂法为：所述喷涂法为：每隔30分钟喷涂一次，每次以喷雾的形式喷涂湿润，喷涂距离保持在30cm，胶凝液和菌液轮换喷涂，每天喷涂12个轮次，连续喷涂12-18天。
进一步，所述菌体为巴氏芽孢杆菌。
进一步，所述凝胶液中还包括钛粉。可以通过加入钛粉的量来增白碳酸钙覆盖层，根据需求（颜色和原生钟乳石保持一致）确定钛粉的加入量，根据原生钟乳石的颜色确定钛粉量，一般情况不加钛粉的情况下就挺白了够用了，只是如果特色需求，特色环境，如丰都雪玉洞，洞穴沉积物洁白度很高，就需要加入少量钛粉，让碳酸盐岩更白。
本方案的原理和有益效果在于：基于利用巴氏芽孢杆菌能够产生高活性的脲酶，能够将尿素高效的分解。分解后的尿素又能够为矿化反应提供所必须的碳酸根离子，而分解出来的碳酸根离子一旦遇到钙离子将会立即生成碳酸钙沉淀。反应方程式如下：
反应生成的碳酸钙沉淀将会很快的聚集沉淀在洞穴沉积物表面，经扫描电镜鉴定，生成碳酸钙沉淀的矿物形态为球霰石，是原生洞穴沉积物的矿物——方解石的同质异相体，化学成分均为碳酸钙。碳酸钙薄膜与洞穴沉积物表面粘结相当紧密，很难分开，且具有与原生洞穴沉积物相似的硬度和强度。
附图说明
图1为本发明实施例中钟乳石修复后的效果对比图；
图2为本发明实施例中钟乳石修复前后在体式电镜下的微观效果；
图3为本发明实施例中钟乳石修复前后在扫描电镜下的微观效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
一种利用微生物诱导矿化修复钟乳石的方法，包括以下步骤:
步骤一，配置菌液：在营养液中接种巴氏芽孢杆菌36小时得到菌液，所述营养液包括：牛肉膏3g、蛋白胨5g、尿素20g和蒸馏水1L；
步骤二，配置胶凝液：按照尿素溶液和氯化钙溶液1：1的比例配制胶凝液，所述氯化钙溶液和尿素溶液浓度均为1mol/L；其中尿素溶液和氯化钙溶液均为500ML。
步骤三，分别将菌液和凝胶液灌入不同的喷灌中；
步骤四，修复处理：针对未被污染破坏的洞穴沉积物，采用喷涂***换对钟乳石表面进行喷涂胶凝液和菌液，使其表面形成一层均匀透明的微米级碳酸钙薄膜。每隔30分钟喷涂一次，每次喷涂5ml，胶凝液和菌液轮换喷涂，每天喷涂12个轮次，连续喷涂14天。
在配置营养液的时候，其重量可以根据实际的来调整，牛肉膏可以选用2-4g；蛋白胨采用3-8g，尿素选用15-25g效果也基本能够满足要求。
针对已被污染破坏的洞穴沉积物，增加喷涂的次数，覆盖原先发黄、发黑的洞穴沉积物表面；如果多次喷涂均无法覆盖，则可在凝胶液中加入2g的钛粉，再进行一轮的喷涂即可。针对体积上的物理破损，直接将菌液和胶凝液以滴注的方式混合对局域进行填充修复。
如图1、图2和图3所示，经过14天的喷涂修复，效果十分明显。本方案基于利用巴氏芽孢杆菌能够产生高活性的脲酶，能够将尿素高效的分解。分解后的尿素又能够为矿化反应提供所必须的碳酸根离子，而分解出来的碳酸根离子一旦遇到钙离子将会立即生成碳酸钙薄膜。特别是层层的喷涂过程，可使得碳酸钙薄膜细致和均匀，并其可有效的使钟乳石与空气隔绝，进而减弱物理、化学风化，达到保护修复的目的。
对比例1
本对比例与实施例1在相同的环境和相同的原料下进行，不同之处在于，在修复处理时，不是对钟乳石进行轮流的喷涂，而是将胶凝液和菌液混合后进行喷涂在钟乳石上。
实施例1与对比例1相比，明显的可以看出，对比例1中修复的钟乳石有很多人工的痕迹，不够均匀。而后续的测试实验也发现，其非常容易脱落，稳定性不好。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。