Name: Sandige Bodenverbesserung durch mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) durch Eintauchen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Lernen Sie die Eintauchmethode für mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) zur Verbesserung sandiger Böden. Diese Technik ermöglicht gleichmäßige Calciumcarbonat-Ausfällung und bessere mechanische Eigenschaften.

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Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation Grant No. 1531382 und MarTREC unterstützt.

HINWEIS: Alle relevanten Materialien, die in den folgenden Verfahren verwendet werden, sind ungefährlich. Persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Labormantel, Hose in voller Länge, geschlossene Schuhe) werden weiterhin benötigt.
1. Herstellung von Bakterienlösung
<ol><li>Vorbereitung des Wachstumsmediums (NH4-YE mittel) HINWEIS: Die Komponenten der Wachstumsmedien pro Liter entionisiertem Wasser sind: 20 g Hefeextrakt; 10 g (NH4)2SO4; und 0,13 M Tris-Puffer (pH 9,0).<ol>
<li>Autoklav-Zutaten separat.</li>
		<li>20 g Hefeextrakt und 10 g (NH4)2SO4 in 1 L entionisiertem Wasser mit 0,13 M Tris Puffer auflösen.</li>
		<li>Mischen Sie die Komponenten mit magnetischem Rührer nach der Sterilisation.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ausbreitungsverfahren von Sporosarcina pasteurii HINWEIS: Verwenden Sie 50 ml Zentrifugenrohre in diesem Experiment.<ol>
<li>Die gefrorenen Bakterien in einer Durchstechflasche auftauen.</li>
		<li>Öffnen Sie die Durchstechflasche.</li>
		<li>0,1 ml Bakteriensuspension auf ein Zentrifugenrohr mit 10 ml frischem Wachstumsmedium übertragen. Gut von Hand mischen (Impfrate ist 1:100). Wiederholen Sie 5 weitere bakterielle Suspensionen mit Wachstumsmedium. Bereiten Sie ein Steuerrohr nur mit 10 frischem Wachstumsmedium im Inneren vor. HINWEIS: Das im Gefrier-/Trocknungsverfahren verwendete Kryoprotektor kann das Wachstum in der Primärröhre hemmen. Die Deckel der Rohre wurden lose angezogen, um den aeroben Zustand zu erhalten.</li>
		<li>Alle Rohre in einem Shaker bei 200 U/min bei 30 °C 48 bis 72 Stunden bebrüten. Stoppen Sie die Inkubation, wenn das Wachstumsmedium nach 48 h trüb wird. Andernfalls verlängern Sie die Inkubation auf maximal 72 h.</li>
		<li>Zentrifugieren Sie die Röhrchen mit Bakterien und Wachstumsmedium bei 4.000 x g für 20 min.</li>
		<li>Entfernen Sie den Überstand, ersetzen Sie ihn durch 25 ml frisches Wachstumsmedium, und mischen Sie ihn gut mit einer Wirbelmaschine.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.2.3-1.2.6 zweimal, um die Aktivität von Bakterien vollständig zu stimulieren.</li>
		<li>Verwenden Sie die Suspension aus den Rohren in Schritt 1.2.7, um mehr Röhren mit 25 ml Wachstumsmedium zu impfen, um die Kultur von Bakterien zu verbessern (Impfrate ist 1:100).</li>
		<li>Alle Rohre in einem Shaker bei 200 U/min bei 30 °C 48 Stunden inkubieren.</li>
		<li>Zentrifugieren Sie die Röhrchen mit Bakterien und Wachstumsmedium bei 4.000 x g für 20 min.</li>
		<li>Entfernen Sie den Überstand, ersetzen Sie mit frischem Wachstumsmedium, und mischen Sie gut mit einer Wirbelmaschine.</li>
		<li>Passen Sie die Bakterienkonzentration mit frischem Wachstumsmedium vor den MICP-Experimenten an. Berechnen Sie die Bakterienkonzentration anhand der optischen Dichte der Suspension bei 600 nm, die mit einem Spektralphotometer gemessen wurde. Die OD600 in diesem Experiment war 0,6.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Herstellung von Zementierungsmedien
HINWEIS: Zementierungsmedien werden verwendet, um Chemikalien bereitzustellen, um die Calcitfällung während der MICP-Behandlung zu induzieren. Das Harnstoff-Ca2+ Molverhältnis beträgt 1:1. Die chemischen Komponenten von Zementierungsmedien sind in Tabelle 1dargestellt. Das folgende Verfahren ist für 20 L Zementierungsmedien mit 0,5 M Ca.
<ol><li>20 L Wasser in einer Plastikbox vorbereiten.</li>
	<li>200 g NH4Cl, 60 g Nährbrühe, 42,4 g NaHCO3, 600 g Harnstoff und 1470 g CaCl2 x2H2O in den 20 L destilliertem Wasser auflösen. Mit Rührstab gut mischen.</li>
</ol>3. Vorbereitung von Formen
<ol><li>Vorbereitung der Vollkontakt-Flexible Form (FCFM) HINWEIS: Die Vollkontakt-Flexible-Form besteht aus Geotextil. Das Geotextil hat eine Greifzugfestigkeit von 1.689 N, eine trapezförmige Reißfestigkeit von 667 N, eine scheinbare Öffnungsgröße von 0,15 mm, eine Wasserdurchflussrate von 34 mm/s, eine Dicke von 1,51 mm und eine Einheitsmasse von 200 g/m2. Die Größe der Form kann variiert werden, um verschiedene Probengrößen vorzubereiten (z. B. ungewollte Kompressionstestprobe oder direkte Scherprobe).<ol>
<li>Da der FCFM aus einem ringförmigen Teil, einem Boden und einer Abdeckung besteht, schneiden Sie das Geotextil in Bestandteile von FCFM.</li>
		<li>Nähen Sie die drei Teile von FCFM zusammen, wie in Abbildung 1dargestellt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstellung von starrer Vollkontaktform (RFCM) für Bio-Steine HINWEIS: Die starre Vollkontaktform besteht aus einer flexiblen Schicht und einem starren Halter. Die flexible Schicht besteht aus dem gleichen Geotextil wie der FCFM. Der starre Halter besteht aus einem perforierten Polypropylenblech mit gestaffelten Löchern mit 6,35 mm Durchmesser, die auf der perforierten Polypropylenplatte verteilt sind, und der Abstand zwischen benachbarten Löchern beträgt 9,53 mm. Eine Form besteht aus drei Kammern und die Größe jeder Kammer ist 177,8 mm lang, 76,2 mm breit und 38,1 mm hoch. Die Größe von RFCM kann variiert werden, um unterschiedliche Stichprobengrößen vorzubereiten. Die Löcher im starren Halter ermöglichen einen freien Zementierungsmedienfluss durch die flexible Schicht.<ol>
<li>Bereiten Sie das perforierte Polypropylenblech auf Bestandteile des starren Halters vor.</li>
		<li>Montieren Sie die Teile des starren Halters mit Kunststoffschrauben und Muttern.</li>
		<li>Bereiten Sie die Bestandteile der geotextilen flexiblen Schicht vor. Die flexible Schicht besteht aus einem Boden und einer Abdeckung.</li>
		<li>Schließen Sie den Boden der flexiblen Schicht in den starren Halter ein.</li>
		<li>Sobald der Sand in die Form gegeben ist, legen Sie die Abdeckung der flexiblen Schicht und fixieren sie durch Nähen auf der Oberseite der Sandprobe, wie in Abbildung 2dargestellt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung von Hohlziegelform HINWEIS: Die Hohlziegelform enthält einen starren Halter, eine flexible Schicht und Papprohre. Die Größe des Kartonrohres beträgt 60 mm x 140 mm x 60 mm. Drei Kammern sind in einer Form enthalten und die Größe jeder Formkammer ist 177,8 mm lang, 76,2 mm in der Breite und 38,1 mm in der Höhe in diesem Verfahren.<ol>
<li>Bereiten Sie das perforierte Polypropylenblech auf die Bestandteile des starren Halters vor.</li>
		<li>Bohren Sie Löcher auf der Unterseite des starren Halterstücks. Die Größe der Löcher beträgt 61 mm im Durchmesser. Die Position der Löcher in jeder Kammer ist in Abbildung 3adargestellt.</li>
		<li>Montieren Sie die Teile des starren Halters mit Kunststoffschrauben und Muttern.</li>
		<li>Montieren Sie die Kartonrohre in den gebohrten Löchern auf der Unterseite des starren Halters.</li>
		<li>Bereiten Sie die Bestandteile der geotextilen flexiblen Schicht vor. Die flexible Schicht besteht aus einem Boden und einer Abdeckung. Auch auf der flexiblen Schicht an der gleichen Stelle von Kartonrohren werden Löcher benötigt.</li>
		<li>Sobald der Sand in die Form gegeben ist, legen Sie die Abdeckung der flexiblen Schicht und fixieren durch Nähen auf der Oberseite der Sandprobe, wie in Abbildung 3bgezeigt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Vorbereitung des Chargenreaktors
HINWEIS: Der in Abbildung 4 dargestellte Reaktor besteht aus einer Kunststoffbox, Zementierungsmedien, einem probengestützten Regal und Luftpumpen. Die Bodenproben können vollständig in die Zementierungsmedien eintauchen, während die Zementierungsmedien auf diese Weise frei in die Bodenproben diffundieren können. Die Luftpumpe im Reaktor liefert Sauerstoff für Bakterien. Um die Auswirkungen unterschiedlicher Sauerstoffversorgung auf die von Sporosarcina pasteuriikatalysierte MICP-Behandlung zu bestimmen, führten Li et al. 201718 Kontrasttests unter drei verschiedenen Bedingungen durch: einen belüfteten Zustand, eine Unter-Luft-Zustand. Sie fanden heraus, dass ein gut sauerstoffhaltiger Zustand unerlässlich ist, um MICP-Prozesse zu verbessern, die von aeroben Bakterien katalysiert werden.
<ol><li>Schließen Sie die Luftpumpe mit Luftzufuhr über einen Kunststoffschlauch an.</li>
	<li>Legen Sie die Luftpumpe in die Kunststoffbox.</li>
	<li>Gießen Sie Zementiermedien in die Kunststoffbox.</li>
</ol>5. Vorbereitung von Bodenproben
<ol><li>Vorbereitung der mit MICP behandelten Bodenprobe HINWEIS: Ottawa Sand (99,7% Quarz) wird in den Experimenten verwendet. Der Sand ist einheitlich mit einer mittleren Partikelgröße von 0,46 mm und es sind keine Feinstrafen enthalten. Es wird als schlecht sortierter Sand auf der Grundlage des Unified Soil Classified System (USCS) klassifiziert.<ol>
<li>Fügen Sie trockenen Sand in Formen durch die Luftpluviation Methode (FCFM, RFCM, Hohlziegelform) zu erreichen eine mittlere dichte Zustand zu erreichen(Dr im Bereich von etwa 42-55%, und trockendichte Sand im Bereich von 1,58–1,64 g/cm3). HINWEIS: Das Gewicht des Sandes variiert je nach Formart: 145 x 5 g Sand für die UCS-Prüfprobe, die 38,6 mm im Durchmesser und 76,2 mm in der Höhe ist.</li>
		<li>Legen Sie die Abdeckung auf die Oberseite der Proben und fixieren Sie sie durch Nähen.</li>
		<li>Gießen Sie die Bakterienlösung mit einem festen optischen Dichtewert durch die durchlässige geotextile Abdeckung in die Proben und stellen Sie sicher, dass sie gesättigt sind. HINWEIS: Die Menge der Bakterienlösung variierte nach verschiedenen Proben: 50 ml Bakterienlösung für eine UCS-Testprobe, die 38,6 mm im Durchmesser und 76,2 mm in der Höhe ist.</li>
		<li>Legen Sie Proben auf das stichprobenunterstützte Regal, wie in Abbildung 5adargestellt.</li>
		<li>Tauchen Sie das gesamte Regal in den mit Zementierungsmedien gefüllten Chargenreaktor ein.</li>
		<li>Schalten Sie die Luftzufuhr ein und passen Sie die Luftleistung an, um 100 % Luftsättigung zu halten. Warten Sie 7 Tage der MICP-Reaktion.</li>
		<li>Nehmen Sie die Proben aus dem Reaktor gemäß Abbildung 5b.</li>
		<li>Entfernen Sie die Proben, indem Sie die flexible Form mit vollem Kontakt schneiden oder den starren Halter entformen und dann die flexible Schicht schneiden.</li>
		<li>Waschen Sie die Proben mit Wasser, um die Restlösung im Porenraum zu entfernen.</li>
		<li>Legen Sie die Proben 48 h lang in den 105 °C-Ofen, bis ihre Gewichte konstant bleiben. Die Proben können nach der Ofentrocknung zusätzlich geprüft oder behandelt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstellung einer faserverstärkten MICP-behandelten Bodenprobe HINWEIS: Synthetische Faser (siehe Materialtabelle)und natürliche Palmfasern, wie in Abbildung 6 dargestellt, werden in diesen Verfahren verwendet.<ol>
<li>Für die synthetische Faser, mischen Sie den vorgeschlagenen Gehalt an Fasern und 900 g trockenen Sand in kleinen Schritten von Hand, um eine einheitliche Mischung zu erhalten. Der Fasergehalt in diesem Experiment wird auf 0,3% des Trockensandes festgelegt.</li>
		<li>Für die natürliche Palmfaser 760 g Sand in vier gleiche Teile verteilen. Fügen Sie diese vier Teile Sand und drei Faserschichten in RFCM in Intervallen hinzu.</li>
		<li>Wiederholen Sie das gleiche Verfahren wie die Schritte 5.1.2 – 5.1.10, um die mit DEM MICP behandelte Probe abzubekommen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstellung von zementbehandelten Ziegeln mit Bio-Oberflächenbehandlung HINWEIS: Portlandzement (TYPE I/II) mit einer spezifischen Schwerkraft von 3,15 wird als Zementierungsmittel für die zementbehandelten Proben in diesem Experiment verwendet. Die frühe Festigkeitsverstärkung dieses Zements ermöglichte die verschiedenen Aushärtungszeiten von 7 bis 21 Tagen. Der Anteil des zugesetzten Zements in diesem Verfahren beträgt 10 Gewichtsprozent Trockensand.<ol>
<li>Mischen Sie 900 g Sand, 90 g Zement und 200 ml Wasser, um eine gleichmäßige Mischung zu erreichen.</li>
		<li>Fügen Sie die Mischung der starren Form hinzu. Die Größe der starren Form ist 177,8 mm lang, 76,2 mm in der Breite und 38,1 mm in der Höhe.</li>
		<li>7 Tage bei konstanter Luftfeuchtigkeit von 100% und konstanter Temperatur von 25 °C aushärten.</li>
		<li>Legen Sie die Proben 48 Stunden lang in den 105 °C-Ofen, bis ihre Gewichte konstant bleiben.</li>
		<li>Wiederholen Sie den gleichen Vorgang wie die Schritte 5.1.3 – 5.1.8.</li>
		<li>Legen Sie die Proben 48 Stunden lang in den 105 °C-Ofen, bis ihre Gewichte konstant bleiben. Die Proben können nach der Ofentrocknung zusätzlich geprüft oder behandelt werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+key+environmental+conditions+on+microbially+induced+cementation+for+soil+stabilization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Influence of key environmental conditions on microbially induced cementation for soil stabilization.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 143 (1), 04016083-04016091 (2016).</li>
<li>Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., Harkes, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+carbonate+precipitation+as+a+soil+improvement+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Geomicrobiology+Journal%22%5BJournal%5D)">Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique.</a> Geomicrobiology Journal. 24 (5), 417-423 (2007).</li>
<li>van Paassen, L. A., Ghose, R., van der Linden, T. J., van der Star, W. R., van Loosdrecht, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+biomediated+ground+improvement+by+ureolysis%3A+large-scale+biogrout+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+And+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis: large-scale biogrout experiment.</a> Journal of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering. 136 (12), 1721-1728 (2010).</li>
<li>Montoya, B. M., DeJong, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress-strain+behavior+of+sands+cemented+by+microbially+induced+calcite+precipitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Stress-strain behavior of sands cemented by microbially induced calcite precipitation.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 141 (6), 04015019(2015).</li>
<li>DeJong, J. T., Fritzges, M. B., Nüsslein, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbially+induced+cementation+to+control+sand+response+to+undrained+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 132 (11), 1381-1392 (2006).</li>
<li>Zhao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+improvement+of+engineering+properties+of+MICP-treated+soil+catalyzed+by+bacteria+and+urease%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+in+Civil+Engineering%22%5BJournal%5D)">Factors affecting improvement of engineering properties of MICP-treated soil catalyzed by bacteria and urease.</a> Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (12), 04014094(2014).</li>
<li>Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ca-carbonates+precipitation+and+limestone+genesis%E2%80%94the+microbiogeologist+point+of+view%5BTitle%5D)+AND+%22Sedimentary+Geology%22%5BJournal%5D)">Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view.</a> Sedimentary Geology. 126 (1-4), 9-23 (1999).</li>
<li>Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+ureases+in+infectious+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Microbes+and+Infection%22%5BJournal%5D)">Bacterial ureases in infectious diseases.</a> Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).</li>
<li>Bernardi, D., DeJong, J. T., Montoya, B. M., Martinez, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-bricks%3A+biologically+cemented+sandstone+bricks%5BTitle%5D)+AND+%22Construction+and+Building+Materials%22%5BJournal%5D)">Bio-bricks: biologically cemented sandstone bricks.</a> Construction and Building Materials. 55, 462-469 (2014).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+fiber+addition+on+mechanical+properties+of+MICP-treated+sand%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+in+Civil+Engineering%22%5BJournal%5D)">Influence of fiber addition on mechanical properties of MICP-treated sand.</a> Journal of Materials in Civil Engineering. 28 (4), 04015166(2015).</li>
<li>Achal, V., Kawasaki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biogrout%3A+a+novel+binding+material+for+soil+improvement+and+concrete+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair.</a> Frontiers in Microbiology. 7, 314(2016).</li>
<li>Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+efficiency+of+microbially+induced+calcite+precipitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138 (8), 992-1001 (2011).</li>
<li>Lin, H., Suleiman, M. T., Brown, D. G., Kavazanjian, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+behavior+of+sands+treated+by+microbially+induced+carbonate+precipitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanical behavior of sands treated by microbially induced carbonate precipitation.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 142 (2), 04015066(2015).</li>
<li>Lauchnor, E. G., Topp, D. M., Parker, A. E., Gerlach, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+cell+kinetics+of+ureolysis+by+sporosarcina+pasteurii%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Whole cell kinetics of ureolysis by sporosarcina pasteurii.</a> Journal of Applied Microbiology. 118 (6), 1321-1332 (2015).</li>
<li>Nafisi, A., Montoya, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+framework+for+identifying+cementation+level+of+MICP-treated+sands%5BTitle%5D)+AND+%22IFCEE%22%5BJournal%5D)">A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands.</a> IFCEE. , conference paper (2018).</li>
<li>Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+full+contact+flexible+mold+for+preparing+samples+based+on+microbial-induced+calcite+precipitation+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Geotechnical+Testing+Journal%22%5BJournal%5D)">A full contact flexible mold for preparing samples based on microbial-induced calcite precipitation technology.</a> Geotechnical Testing Journal. 37 (5), 917-921 (2014).</li>
<li>Bu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Rigid+Full-Contact+Mold+for+Preparing+Biobeams+through+Microbial-Induced+Calcite+Precipitation%5BTitle%5D)+AND+%22Geotechnical+Testing+Journal%22%5BJournal%5D)">Development of a Rigid Full-Contact Mold for Preparing Biobeams through Microbial-Induced Calcite Precipitation.</a> Geotechnical Testing Journal. 42 (3), 656-669 (2018).</li>
<li>Li, M., Wen, K., Li, Y., Zhu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+oxygen+availability+on+microbially+induced+calcite+precipitation+%28MICP%29+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Geomicrobiology+Journal%22%5BJournal%5D)">Impact of oxygen availability on microbially induced calcite precipitation (MICP) treatment.</a> Geomicrobiology Journal. 35 (1), 15-22 (2018).</li>
<li>Martinez, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+optimization+of+microbial-induced+carbonate+precipitation+for+soil+improvement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geotechnical+and+Geoenvironmental+Engineering%22%5BJournal%5D)">Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).</li>
</ol>

Wir haben nichts zu verraten.

Die MICP-Technik durch Eintauchen wurde in diesem Beitrag vorgestellt. Bodenproben wurden in den Batch-Reaktor eingetaucht, um im MICP-Prozess vollständig durch Zementierungsmedien durchdrungen zu werden. Bei dieser Methode wurden eine flexible Vollkontaktform, eine starre Vollkontaktform und eine entkernte Ziegelform zur Herstellung von MICP-behandelten Proben aufgebracht.
Verschiedene Formen können für unterschiedliche Geometrieanforderungen ausgelegt werden. Die faserige Struktur des Geotex...

Als biologische Bodenverbesserungstechnologie ist mikrobiell induzierte Calcitfällung (MICP) in der Lage, die technischen Eigenschaften des Bodens zu verbessern. Es wurde verwendet, um die Festigkeit, Steifigkeit und Durchlässigkeit des Bodens zu verbessern. Die MICP-Technik hat viel Aufmerksamkeit für Bodenverbesserung weltweitgewonnen 1,2,3,4. Karbonatfällung geschieht natürlich und kann durch nicht pathogene Organismen induziert werden, die in der Bodenumgebung beheimatet sind5. Die biogeochemische MikL-Reaktion wird durch die Existenz von ureolytischen Bakterien, Harnstoff und einer kalziumreichen Lösung5,6angetrieben. Sporosarcina pasteurii ist ein hochaktives Urease-Enzym, das das Reaktionsnetzwerk in Richtung Ausfällung von Calcit7,8katalysiert. Das Harnstoffhydrolyseverfahren produziert gelöstes Ammonium (NH4+)und anorganisches Karbonat (CO32-). Die Karbonationen reagieren mit Calciumionen, um als Calciumcarbonatkristalle auszufallen. Die Harnstoffhydrolysereaktionen werden hier gezeigt:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
Der gefällte CaCO3 kann die Sandpartikel miteinander verbinden, um die technischen Eigenschaften von MICP-behandeltem Boden zu verbessern. Die MICP-Technik wurde in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit des Bodens, Reparatur von Beton, und Umweltsanierung9,10,11,12, 13 , 14 , 15.
Zhao et al.16 entwickelten eine Tauchmethode zur Herstellung von MICP-behandelten Proben. Bei dieser Methode wurde eine vollkontaktflexible Form aus Geotextil verwendet. Die gefällten CaCO3 verteilten sich gleichmäßig über ihre MICP-behandelten Proben. Bu et al.17 entwickelte eine starre Vollkontaktform zur Herstellung von MICP-behandelten Strahlproben nach einem Tauchverfahren. Die mit dem MICP behandelte Probe, die mit einer starren Vollkontaktform hergestellt wird, kann die geeignete Strahlform bilden. Die MICP-behandelte Probe wurde in vier Teile geteilt und der CaCO3-Gehalt gemessen. Der CaCO3-Gehalt reichte von 8,4 x 1,5 % bis 9,4 % bis 1,2 Gewichtsprozent, was darauf hindeutete, dass sich der CaCO3 in den mit MICP behandelten Proben nach dem Immersionsverfahren gleichmäßig verteilte. Diese MIT MICP behandelten Proben erreichten auch bessere mechanische Eigenschaften. Diese MICP-behandelten Bio-Proben erreichten eine Biegefestigkeit von 950 kPa, was der von 20- 25% zementbehandelten Proben (600- 1300 kPa) ähnelte. Li et al.10 fügten zufällig verteilte diskrete Fasern in den sandigen Boden ein und behandelten den Boden nach der MICP-Tauchmethode. Sie fanden heraus, dass die Scherfestigkeit, Duktilität und Ausfallbelastung des MIT MICP behandelten Bodens offensichtlich durch Zugabe geeigneter Fasern verstärkt wurden.
Die Immersionsmethode für MICP wurde kontinuierlich verbessert10,16,17. Mit dieser Methode können MICP-behandelte Bodenproben und MICP-behandelte fertige Baustoffe wie Ziegel und Balken hergestellt werden. Es wurden verschiedene Geometriemaße der Probenvorbereitungsform entwickelt. Fasern wurden in den MIT MICP behandelten Proben hinzugefügt, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Dieses detaillierte Protokoll sollte die Tauchmethoden für die MICP-Behandlung dokumentieren.

<table><tbody><tr><td>Ammoniumchlorid, >99%</td><td>Biowelt</td><td>40100196-3 (705033)</td><td></td></tr><tr><td>Ammoniumsulfat</td><td>Biowelt</td><td>30635330-3</td><td></td></tr><tr><td>Calciumchlorid-Dihydrat, >99%</td><td>Biowelt</td><td>40300016-3 (705111)</td><td></td></tr><tr><td>Nährstoffbrühe</td><td>Biowelt</td><td>30620056-3</td><td></td></tr><tr><td>Natriumbicarbonat, >99%</td><td>Biowelt</td><td>41900068-3 (705727)</td><td></td></tr><tr><td>Sporosarcina pasteurii</td><td>American Type Culture Collection</td><td>ATCC 11859</td><td></td></tr><tr><td>Kunstfaser</td><td>FIBERMESH</td><td>Fibermesh 150e3</td><td></td></tr><tr><td>Tris-Base, Biotechnologie-Qualität, >99.7%</td><td>Bio-world</td><td>42020309-2 (730205)</td><td></td></tr><tr><td>Harnstoff, USP Grade, >99%</td><td>Bio-world</td><td>42100008-2 (705986)</td><td></td></tr><tr><td>Hefeextrakt</td><td>Bio-Welt</td><td>30620096-3 (760095)</td><td></td></tr></tbody></table>

sandige bodenverbesserung durch mikrobiell induzierte calcit-fällung (micp) durch eintauchen

Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation (MICP) by Immersion

Das Ziel dieses Artikels ist es, eine Tauchmethode zu entwickeln, um die mikrobiell induzierten Calcit-Fällungsproben (MICP) zu verbessern. Ein Batch-Reaktor wurde montiert, um Bodenproben in Zementierungsmedien einzutauchen. Die Zementierungsmedien können frei in die Bodenproben im Batch-Reaktor diffundieren, anstatt Zementierungsmedien injiziert zu werden. Zur Vorbereitung verschiedener Bodenprobenhalter wurden eine flexible Vollkontaktform, eine starre Vollkontaktform und eine entkernte Ziegelform verwendet. Synthetische Fasern und Naturfasern wurden ausgewählt, um die MIT MICP behandelten Bodenproben zu verstärken. Der gefällte CaCO3 wurde in verschiedenen Bereichen der MICP-behandelten Proben gemessen. Die CaCO 3-Verteilungsergebnisse zeigten, dass der gefällte CaCO3 durch die Tauchmethode gleichmäßig in der Bodenprobe verteilt wurde.

Abbildung 7 zeigt die Verteilung des gefällten CaCO3 in der MICP-behandelten Probe. Die MICP-behandelte Probe wurde in drei verschiedene Bereiche unterteilt. Der CaCO3-Gehalt in jedem Bereich wurde mit der Säurewaschmethode getestet. Um gefällte Karbotaten aufzulösen, wurden die trockenen MICP-behandelten Proben in einer HCl-Lösung (0,1 M) gewaschen, dann 48 Stunden lang gespült, entwässert und ofentgetrocknet. Der Differenzwert zwischen den Probenmassen vor und nach de...

Hier wird mikrobiell induzierte Calcitfällung (MICP) Technologie vorgestellt, um die Bodeneigenschaften durch Eintauchen zu verbessern.

Sandige Bodenverbesserung durch mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) durch Eintauchen

The goal of this article is to develop an immersion method to improve the microbially induced calcite precipitation (MICP) treated samples. A batch ...

Die in diesem Protokoll demonstrierte Tauchmethode hilft Forschern, ungebrochene, mit MICP behandelte Bodenproben für mechanische Tests durch verschiedene Formen zu entfernen. Diese Technik hilft MICP-behandelten Bodenproben, gleichmäßiger ausgefälltes Calciumcarbonat zu erhalten. Diese MICP-behandelten Bodenproben erhalten durch diese Methode auch bessere mechanische Eigenschaften.Der wichtigste Aspekt dieser Technik ist sicherzustellen, dass die Aktivität von Bakterien gut genug für micP-Prozess ist, um Zeitaufwand und Materialverschwendung zu vermeiden. Die Entwicklung geeigneter Formen für unterschiedliche Anwendungen wird als ein weiterer wichtiger Aspekt für Forscher angesehen, die diese Technik zum ersten Mal auswählen wollen. Um zu beginnen, übertragen Sie 0,1 Milliliter bakterielle Suspension auf ein Zentrifugenrohr gefüllt mit 10 Milliliter frisches Wachstumsmedium.Durch Invertieren und dann den Deckel des Rohres lösen, um die aeroben Bedingungen zu erhalten. Bereiten Sie sechs Röhren bakterielle Suspensionen mit Wachstumsmedium und ein Steuerrohr mit 10 Milliliter frisches Wachstumsmedium allein vor. Alle Rohre in einem Shaker bei 200 U/min und 30 Grad Celsius für 48 bis 72 Stunden inkubieren.Wenn das Wachstumsmedium nach 48 Stunden trüb wird, stoppen Sie die Inkubation. Zentrifugieren Sie die Röhrchen mit Bakterien und Wachstumsmedium bei 4.000 mal g für 20 Minuten. Entfernen Sie den Überstand, ersetzen Sie mit 25 Milliliter frisches Wachstumsmedium, und mischen Sie gut mit einer Wirbelmaschine.Um die Bakterienkultur zu verbessern, übertragen Sie 0,25 Milliliter der Suspension aus den Röhren in neue Schläuche mit 25 MilliliterWachstumsmedium zu Impfmittel. Inkubieren Sie alle Rohre in einem Shaker bei 200 U/min und 30 Grad Celsius für 48 Stunden. Zentrifugieren Sie die Röhrchen mit Bakterien und Wachstumsmedium bei 4.000 mal g für 20 Minuten.Entfernen Sie den Überstand, ersetzen Sie mit frischem Wachstumsmedium, und mischen Sie gut mit einer Wirbelmaschine. Messen Sie die optische Dichte der Suspension mit 600 Nanometern auf einem Spektralphotometer. Passen Sie die Bakterienkonzentration mit frischem Wachstumsmedium auf einen OD600 von 0,6 an.Fügen Sie etwa 140 Gramm trockenen Ottawa Sand mit 99,7% Schnüre in Formen durch die Luft-Pluviation-Methode, um einen mittleren dichten Zustand mit relativer Dichte im Bereich von 42 bis 55% und Sand Trockendichte im Bereich von 1,58 bis 1,64 Gramm pro Kubikzentimeter zu erreichen. Legen Sie eine Abdeckung auf die Proben und fixieren Sie sie durch Nähen. Gießen Sie die bakterielle Lösung durch die durchlässige geotextile Abdeckung in die Proben.Wenn fließende bakterielle Lösung auf dem Boden von Bodenproben beobachtet wird, werden sie als gesättigt betrachtet. Als nächstes legen Sie die Proben in das Regal. Tauchen Sie das gesamte Regal in einen mit Zementierungsmedien gefüllten Chargenreaktor ein.Schalten Sie die Luftzufuhr ein und passen Sie die Luftleistung an, um 100 % Luftsättigung zu halten. Warten Sie sieben Tage der MICP-Reaktion. Nehmen Sie die Proben aus dem Reaktor heraus.Verwenden Sie ein Messer, um die vollkontaktflexible Form zu schneiden. Dann waschen Sie die Proben mit Wasser, um die Restlösung in den Porenräumen zu entfernen. Legen Sie die Proben 48 Stunden lang in einen 105-Grad-Celsius-Ofen, bis ihre Gewichte konstant bleiben.Für die synthetische Faser 2,7 Gramm der Fasern und 900 Gramm des trockenen Sandes in kleinen Schritten von Hand mischen, um eine gleichmäßige Mischung mit 0,3% Fasergehalt zu erhalten. Für die natürliche Palmfaser vier Teile Sand mit je 190 Gramm zubereiten. Bereiten Sie drei Schichten Fasern mit jeweils etwa 1,8 Gramm vor.Fügen Sie die vier Teile des Sandes und drei Schichten von Fasern in starren Vollkontaktform in Intervallen. Wiederholen Sie als Nächstes die MICP-Behandlung wie zuvor. In diesem Protokoll wurde gefälltes Calciumcarbonat in der gesamten MICP-behandelten Probe beobachtet.Die MICP-behandelte Probe wurde in drei verschiedene Bereiche unterteilt. Der Calciumcarbonatgehalt der MICP-behandelten Probe nach dem Tauchverfahren lag zwischen 9,0 und 9,5 %, was darauf hindeutet, dass das gefällte Calciumcarbonat gleichmäßig über die Bodenprobe verteilt war. Die Spannungsdehnungskurven von Bio-Brick, verstärkt mit drei Schichten Palmfaser und unverstärktem Bio-Stein, zeigten die Biegefestigkeit von unverstärktem Bio-Stein bei 1,150 Kilopascal, während die von verstärktem Bio-Stein 980 Kilopascal betrug.Die Flexure-Sorte wurde durch Zugabe der Palmfaser deutlich verbessert. Es ist sehr wichtig, die Aktivität der Bakterienlösung vor dem MICP-Prozess zu gewährleisten. Wenn nicht, ist es ungewiss, im Experiment erfolgreich zu sein.Sobald das Experiment fehlschlägt, sollte es eine Verschwendung von Zeit und Materialien sein. Nach diesem Verfahren können verschiedene Formen für verschiedene experimentelle Zwecke durch MICP-Technik entworfen werden. Der Einfluss von MICP auf verschiedene Arten von Struktur oder verschiedene Materialien kann durch diese Formen simuliert werden.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Quelle: Bhaduri, S., et al., Mikrobiologisch induzierte Calcitfällung vermittelt durch Sporosarcina pasteurii. J. Vis. Exp. (2016)Dieses Video zeigt die Methode der Anreicherung von Sporosarcina pasteurii mit Harnstoff und Calciumchlorid, um die Ureaseaktivität auszulösen, was zur Bildung von sichtbaren Calcitkristallen durch mikrobiologisch induzierte Calcitfällung (MICP) führt.

Mikrobiologisch induzierte Calcitfällung durch Sporosarcina pasteurii

Protokolle für die mikrobiologisch induzierte Calcitfällung (MICP) mit dem Bakterium Sporosarcina pasteurii werden hier vorgestellt. Das gefällte Calciumcarbonat wurde mittels optischer Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Es wird auch gezeigt, dass die Exposition gegenüber MICP die Druckfestigkeit des Schwamms erhöht.

Mikrobiologisch Induzierte Calcitausfällung Vermittelt durch<em&gt; Sporosarcina pasteurii</em

Ein Protokoll für die parallele Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat und zeolithischem Material aus Hochofenschlacke durch mineralische Karbonatisierung bzw. alkalische hydrothermale Umwandlung wird vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des zeolithischen Materials gegenüber der Nickeladsorption wird getestet.

Zwei-Wege-Valorisierung von Hochofenschlacke: Synthese von gefälltes Calciumcarbonat und Zeolithmaterialien Heavy Metal Adsorbent

Wir demonstrieren die Verwendung verschiedener Mikroskopiemethoden, die nützlich sind, um die Verkalkung eines Röhrenwurms, Hydroides elegans, zu beobachten sowie das erste verkalkte Material zu lokalisieren und zu charakterisieren. Lebendmikroskopie und Elektronenmikroskopie werden zusammen verwendet, um funktionelle und materielle Informationen zu liefern, die für die Untersuchung der Biomineralisation wichtig sind.

Charakterisierung von Verkalkungen Events Verwendung von Live-optische und Elektronenmikroskopie-Techniken in einem Marine-Tubeworm

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Wir beschreiben ein Protokoll zur Ausfällung und Charakterisierung von Calciumcarbonatkristallen, die sich in Gegenwart von Biopolymeren bilden.

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Messung der Phosphorfreisetzung in Labormikrokosmen zur Wasserqualitätsbewertung

Die hier beschriebene Nachweismethode ist anpassbar für die Überwachung der pedogenen anorganischen Kohlenstoffbindung in verschiedenen landwirtschaftlichen Böden, die mit Erdalkalimetallsilikat-haltigen Gesteinen wie Wollastonit, Basalt und Olivin ergänzt werden. Diese Art der Validierung ist für Emissionsgutschriftenprogramme unerlässlich, von denen Landwirte profitieren können, die Kohlenstoff auf ihren Feldern binden.

Überwachung der anorganischen Kohlenstoffakkumulation pedogener Kohlenstoff aufgrund der Verwitterung von geänderten Silikatmineralien in landwirtschaftlichen Böden.

Das vorliegende Protokoll beschreibt eine mikrofluidische Plattform zur Untersuchung der Biofilmentwicklung in quasi-2D-porösen Medien durch die Kombination von hochauflösender Mikroskopie-Bildgebung mit gleichzeitigen Druckdifferenzmessungen. Die Plattform quantifiziert den Einfluss von Porengröße und Flüssigkeitsdurchflussraten in porösen Medien auf die Bioverstopfung.

Eine mikrofluidische Plattform zur Untersuchung von Bioverstopfung in porösen Medien

In dieser Arbeit stellen wir den Aufbau und Betrieb eines Versuchsaufbaus vor, um die Mineralverwitterung durch die Aktivität von Bodenorganismen zu verbessern und gleichzeitig abiotische Variablen zu manipulieren, von denen bekannt ist, dass sie die Verwitterung stimulieren. Repräsentative Ergebnisse aus der Funktionsweise des Aufbaus und Probenanalysen werden zusammen mit Verbesserungspunkten diskutiert.

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Sporosarcina pasteurii ist ein ureolytisches Bakterium, das Harnstoff in Karbonat und Ammonium aufspaltet. Das Karbonat verbindet sich mit Kalzium zu Kalziumkarbonat, wodurch ein Kristallgitter entsteht, das die umgebenden Partikel miteinander verankert, um Biozement herzustellen. Dies ist ein praktisches Protokoll für die Verwendung von 3D-gedruckten Formen zur Herstellung von Biozementziegeln, die für die Druckprüfung geeignet sind.

Herstellung und Analyse von Sporosarcina pasteurii Biozementziegeln unter Verwendung von kundenspezifischen 3D-gedruckten Formen für uneingeschränkte Kompressionstests

Lernen Sie die Eintauchmethode für mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) zur Verbesserung sandiger Böden. Diese Technik ermöglicht gleichmäßige Calciumcarbonat-Ausfällung und bessere mechanische Eigenschaften.

Sandige Bodenverbesserung durch mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) durch Eintauchen

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