تحسين التربة الرملية من خلال هطول الأمطار الكالسيت الناجم عن الميكروبات (MICP) عن طريق الغمر
Summary
هنا، يتم تقديم تكنولوجيا هطول الأمطار الكالسيت المستحث ة الميكروبية (MICP) لتحسين خصائص التربة عن طريق الغمر.
Abstract
الهدف من هذه المقالة هو تطوير طريقة الغمر لتحسين هطول الأمطار الكالسيت الناجم عن الميكروبات (MICP) عينات المعالجة. وتم تجميع مفاعل دفعي لتزج عينات التربة في وسائط الإسمنت. يمكن لوسائل التقوية أن تنتشر بحرية في عينات التربة في المفاعل الدفعي بدلاً من حقن وسائل التقوية. تم استخدام قالب مرن اتصال كامل، والعفن الاتصال الكامل جامدة، والعفن الطوب النواة لإعداد أصحاب عينة التربة المختلفة. وقد تم اختيار الألياف الاصطناعية والألياف الطبيعية لتعزيز عينات التربة المعالجة بـ MICP. وقد تم قياس CaCO3 المعبّر في مناطق مختلفة من العينات المعالجة بـ MICP. وأظهرت نتائج توزيع CaCO3 أن CaCO3 المعدرجة تم توزيعها بشكل موحد في عينة التربة بواسطة طريقة الغمر.
Introduction
وكتكنولوجيا بيولوجية لتحسين الأرض، فإن هطول الأمطار الناجم عن الكالسيت الناجم عن الميكروبات قادر على تحسين الخصائص الهندسية للتربة. وقد استخدمت لتعزيز قوة، وصلابة، ونفاذية التربة. وقد اكتسبت تقنية MICP الكثير من الاهتمام لتحسين التربة في جميع أنحاء العالم1،2،3،4. هطول الأمطار كربونات يحدث بشكل طبيعي ويمكن أن يسببها الكائنات غير المسببة للأمراض التي هي أصلية في بيئة التربة5. والدافع وراء التفاعل البيوكيميائي MICP وجود بكتيريا الإحليل، واليوريا والحل الغني بالكالسيوم5،6. Sporosarcina pasteurii هو إنزيم urease نشط للغاية يحفز شبكة التفاعل نحو هطول الأمطار من الكالسيت7،8. تنتج عملية التحلل المائي لليوريا الأمونيوم المذاب (NH4+) وكربونات غير عضوية (CO32-). تتفاعل أيونات الكربونات مع أيونات الكالسيوم للتعجيل ببلورات كربونات الكالسيوم. تظهر ردود فعل التحلل المائي لليوريا هنا:
يمكن للCaCO3 المعبّر ربط جزيئات الجسيمات البحرية معًا لتحسين الخصائص الهندسية للتربة المعالجة بـ MICP. وقد تم تطبيق تقنية MICP في تطبيقات مختلفة، مثل تحسين قوة وصلابة التربة، وإصلاح الخرسانة، وإصلاح البيئة9،10،11،12، 13 , 14 سنة , 15.
وقد طور Zhao et al.16 طريقة غمر لإعداد العينات المعالجة بـ MICP. تم استخدام قالب مرن اتصال كامل مصنوع ة من النسيج الأرضي في هذه الطريقة. ال يعجل [ككو]3 يوزّع بشكل متّسق طوال هم [ميكب]-يعالج عينات. طوّر Bu et al.17 قالب اتصال كامل صلب لإعداد عينات شعاع ية معالجة MICP بطريقة الغمر. يمكن للعينة المعالجة MICP التي أعدت من قبل هذه الطريقة باستخدام قالب اتصال كامل جامدة تشكل شكل شعاع مناسب. وقُسِّمت العينة المعالجة بـ MICP إلى أربعة وتم قياس محتويات CaCO3. وتراوح محتوى كاكو3 بين 8.4 ± 1.5٪ إلى 9.4 ± 1.2٪ من حيث الوزن، مما يشير إلى أن CaCO3 وزعت بشكل موحد في العينات المعالجة MICP بواسطة طريقة الغمر. كما حققت هذه العينات المعالجة MICP خصائص ميكانيكية أفضل. وقد وصلت هذه العينات البيولوجية المعالجة بـ MICP إلى قوة ثني 950 كيلوباسكال، والتي كانت مماثلة لتلك التي كانت تحتوي على 20-25% من العينات المعالجة بالأسمنت (600-1300 كيلوباسكال). وأضاف لي وآخرون10 الألياف المنفصلة الموزعة عشوائيا في التربة الرملية ومعالجة التربة عن طريق طريقة الغمر MICP. وجدوا أن قوة القص، وليونة، وسلالة الفشل من التربة المعالجة MICP تعززت بوضوح عن طريق إضافة الألياف المناسبة.
وقد تم تحسين طريقة الغمر لMICP باستمرار10،16،17. ويمكن استخدام هذه الطريقة لإعداد عينات التربة المعالجة بـ MICP ومواد البناء الجاهزة المعالجة بـ MICP، مثل الطوب والعوارض. تم تطوير أبعاد هندسية مختلفة من قالب إعداد العينة. وأضيفت الألياف في العينات المعالجة MICP لتعزيز خصائصها. وكان الغرض من هذا البروتوكول المفصل هو توثيق أساليب الغمر لعلاج الـ MICP.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد عرضت تقنية MICP عن طريق الغمر في هذه الورقة. وقد انغمست عينات التربة في المفاعل الدفعي للحصول على اختراق كامل من قبل وسائل التقوية في عملية MICP. في هذه الطريقة، تم تطبيق قالب مرن اتصال كامل، والعفن الاتصال الكامل جامدة، والعفن الطوب النواة لإعداد عينات المعالجة MICP.
يمكن تصم…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا العمل بمنحة المؤسسة الوطنية للعلوم رقم 1531382 وMarTREC.
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).
