Zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) door onderdompeling
Summary
Hier, microbieel geïnduceerde calciet neerslag (micp) technologie wordt gepresenteerd ter verbetering van de bodemeigenschappen door onderdompeling.
Abstract
Het doel van dit artikel is om een immersie methode te ontwikkelen om de door microbieel geïnduceerde calciet precipitatie (micp) behandelde monsters te verbeteren. Een batch reactor werd geassembleerd om bodemmonsters onder te dompelen in cementings media. De cematie media kunnen vrij diffuus in de bodemmonsters in de batch reactor in plaats van de cementatie media worden geïnjecteerd. Een volledig contact flexibele mal, een stijve full contact schimmel, en een gevulde baksteen mal werden gebruikt om verschillende bodemmonster houders voor te bereiden. Synthetische vezels en natuurlijke vezels werden geselecteerd om de met MICP behandelde bodemmonsters te versterken. De neergeprecipiteerde CaCO3 in verschillende delen van de micp-behandelde monsters werd gemeten. De CaCO3 -distributie resultaten toonden aan dat de neergeprecipiteerde CaCO3 op uniforme wijze in het bodemmonster werd verdeeld door de immersie methode.
Introduction
Als biologische grondverbeterings technologie is microbiologisch geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) in staat om de technische eigenschappen van de bodem te verbeteren. Het is gebruikt om de sterkte, stijfheid, en permeabiliteit van de bodem te verbeteren. De micp-techniek heeft veel aandacht gekregen voor bodemverbetering wereldwijd1,2,3,4. Carbonaat neerslag gebeurt natuurlijk en kan worden geïnduceerd door niet-pathogene organismen die inheems zijn in het bodemmilieu5. De biogeochemische reactie van micp wordt gedreven door het bestaan van ureolytische bacteriën, ureum en een calcium-rijke oplossing5,6. Sporosarcina pasteurii is een zeer actief urease-enzym dat het reactie netwerk naar precipitatie van calciet7,8katalyseert. Het ureum hydrolyseproces produceert opgeloste ammonium (NH4 +) en anorganische carbonaat (co32-). De carbonaat ionen reageren met calciumionen om neer te slaan als calciumcarbonaat kristallen. De ureum hydrolyse reacties worden hier getoond:
De neergeprecipiteerde CaCO3 kan de zand deeltjes samenvoegen om de technische eigenschappen van de met micp behandelde grond te verbeteren. De micp-techniek is toegepast in verschillende toepassingen, zoals de verbetering van de sterkte en stijfheid van de bodem, reparatie van beton en milieusanering9,10,11,12, 13 , 14 , 15.
Zhao et al.16 ontwikkelde een immersie methode om micp-behandelde monsters voor te bereiden. Een volledig contact flexibele mal gemaakt van geotextiel werd gebruikt in deze methode. De neergeprecipiteerde CaCO3 is gelijkmatig verdeeld over de door micp behandelde monsters. Bu et al.17 ontwikkelde een stijve full-contact mal om met een Onderdompelings methode micp-behandelde bundel monsters te bereiden. Het MICP-behandelde monster dat door deze methode wordt bereid met behulp van een stijve volledige contact vorm kan de geschikte bundel vorm vormen. Het MICP-behandelde monster werd verdeeld in vier en de CaCO3 -inhoud werd gemeten. Het CaCO3 -gehalte varieerde van 8,4 ± 1,5% tot 9,4 ± 1,2% van het gewicht, wat aangaf dat de CaCO3 op uniforme wijze in de met micp behandelde monsters werd verdeeld via de Dompel methode. Deze MICP-behandelde monsters bereikten ook betere mechanische eigenschappen. Deze met micp behandelde bio-specimens bereikten een 950 kPa buiging sterkte, die vergelijkbaar was met die van 20-25% met cement behandelde monsters (600-1300 kPa). Li et al.10 toegevoegd willekeurig verdeelde afzonderlijke vezels in de zandgrond en behandelde de bodem door de micp onderdompeling methode. Ze ontdekten dat de shear Strength, ductiliteit en falen stam van de MICP-behandelde grond duidelijk werden versterkt door het toevoegen van geschikte vezels.
De immersie methode voor micp is voortdurend verbeterd10,16,17. Deze methode kan worden gebruikt om door MICP behandelde bodemmonsters en met MICP behandelde geprefabriceerde bouwmaterialen, zoals bakstenen en balken, voor te bereiden. Verschillende geometrie afmetingen van monster preparaat schimmel werden ontwikkeld. In de met MICP behandelde monsters werden vezels toegevoegd om hun eigenschappen te verbeteren. Dit gedetailleerde protocol was bedoeld om de Dompel methoden voor MICP behandeling te documenteren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De MICP techniek door onderdompeling werd in dit artikel gepresenteerd. Bodemmonsters werden ondergedompeld in de batch reactor om volledig gepenetreerd te worden door cementingsmedia in het MICP proces. Bij deze methode werd een volledige contact flexibele mal, een stijve full-contact mal en een gevulde bakstenen mal aangebracht om MICP-behandelde monsters voor te bereiden.
Verschillende mallen kunnen worden ontworpen voor verschillende geometrie-eisen. De vezelstructuur van geotextiel verhoo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de National Science Foundation Grant No. 1531382 en MarTREC.
Materials
| Ammonium Chloride, >99% | Bio-world | 40100196-3 (705033) | |
| Ammonium Sulfate | Bio-world | 30635330-3 | |
| Calcium Chloride Dihydrate, >99% | Bio-world | 40300016-3 (705111) | |
| Nutrient Broth | Bio-world | 30620056-3 | |
| Sodium Bicarbonate, >99% | Bio-world | 41900068-3 (705727) | |
| Sporosarcina pasteurii | American Type Culture Collection | ATCC 11859 | |
| Synthetic fiber | FIBERMESH | Fibermesh 150e3 | |
| Tris-Base, Biotechnology Grade, >99.7% | Bio-world | 42020309-2 (730205) | |
| Urea, USP Grade, >99% | Bio-world | 42100008-2 (705986) | |
| Yeast Extract | Bio-world | 30620096-3 (760095) |
References
- Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. Influence of key environmental conditions on microbially induced cementation for soil stabilization. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 143 (1), 04016083-04016091 (2016).
- Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., Harkes, M. P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal. 24 (5), 417-423 (2007).
- van Paassen, L. A., Ghose, R., van der Linden, T. J., van der Star, W. R., van Loosdrecht, M. C. Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis: large-scale biogrout experiment. Journal of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering. 136 (12), 1721-1728 (2010).
- Montoya, B. M., DeJong, J. T. Stress-strain behavior of sands cemented by microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 141 (6), 04015019 (2015).
- DeJong, J. T., Fritzges, M. B., Nüsslein, K. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 132 (11), 1381-1392 (2006).
- Zhao, Q., et al. Factors affecting improvement of engineering properties of MICP-treated soil catalyzed by bacteria and urease. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (12), 04014094 (2014).
- Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. 126 (1-4), 9-23 (1999).
- Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).
- Bernardi, D., DeJong, J. T., Montoya, B. M., Martinez, B. C. Bio-bricks: biologically cemented sandstone bricks. Construction and Building Materials. 55, 462-469 (2014).
- Li, M., et al. Influence of fiber addition on mechanical properties of MICP-treated sand. Journal of Materials in Civil Engineering. 28 (4), 04015166 (2015).
- Achal, V., Kawasaki, S. Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair. Frontiers in Microbiology. 7, 314 (2016).
- Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C. Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138 (8), 992-1001 (2011).
- Lin, H., Suleiman, M. T., Brown, D. G., Kavazanjian, E. Mechanical behavior of sands treated by microbially induced carbonate precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 142 (2), 04015066 (2015).
- Lauchnor, E. G., Topp, D. M., Parker, A. E., Gerlach, R. Whole cell kinetics of ureolysis by sporosarcina pasteurii. Journal of Applied Microbiology. 118 (6), 1321-1332 (2015).
- Nafisi, A., Montoya, B. M. A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands. IFCEE. , (2018).
- Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. A full contact flexible mold for preparing samples based on microbial-induced calcite precipitation technology. Geotechnical Testing Journal. 37 (5), 917-921 (2014).
- Bu, C., et al. Development of a Rigid Full-Contact Mold for Preparing Biobeams through Microbial-Induced Calcite Precipitation. Geotechnical Testing Journal. 42 (3), 656-669 (2018).
- Li, M., Wen, K., Li, Y., Zhu, L. Impact of oxygen availability on microbially induced calcite precipitation (MICP) treatment. Geomicrobiology Journal. 35 (1), 15-22 (2018).
- Martinez, B. C., et al. Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).
