Name: Miglioramento del suolo sabbioso attraverso la precipitazione calcittica indotta microbica (MICP) per immersione (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Scopri il metodo di immersione per la precipitazione calcittica indotta microbica (MICP) nel miglioramento del suolo sabbioso. Questa tecnica garantisce una distribuzione uniforme del carbonato di calcio e proprietà meccaniche superiori.

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Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation Grant No. 1531382 e MarTREC.

NOTA: Tutto il materiale pertinente utilizzato nelle seguenti procedure non è pericoloso. Sono ancora necessari dispositivi di protezione personale (occhiali di sicurezza, guanti, camice da laboratorio, pantaloni a figura intera, scarpe chiuse).
1. Preparazione della soluzione batterica
<ol><li>Preparazione del mezzo di crescita (NH4-YE medio) NOTA: I componenti dei mezzi di crescita per litro di acqua deionizzata sono: 20 g di estratto di lievito; 10 g di (NH4)2SO4; e 0,13 M Buffer Tris (pH 9.0).<ol>
<li>Ingredienti autoclavi separatamente.</li>
		<li>Sciogliere 20 g di estratto di lievito e 10 g di (NH4)2SO4 in 1 L di acqua deionizzata contenente 0,13 M Tris tampone.</li>
		<li>Mescolare i componenti utilizzando agitatore magnetico post-sterilizzazione.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Procedura di propagazione di Sporosarcina pasteurii NOTA: utilizzare tubi di centrifuga di 50 mL in questo esperimento.<ol>
<li>Scongelare i batteri congelati in una fiala.</li>
		<li>Aprire la fiala.</li>
		<li>Trasferire 0,1 mL di sospensione batterica in un tubo di centrifuga con 10 mL di mezzo di crescita fresco. Mescolare bene a mano (il tasso di inoculazione è 1:100). Ripetere altre 5 sospensioni batteriche con mezzo di crescita. Preparare un tubo di controllo solo con 10 di mezzo di crescita fresco all'interno. NOTA: Il crioprotettore utilizzato nella procedura di congelamento/essiccazione può inibire la crescita nel tubo primario. I coperchi dei tubi sono stati serrati liberamente al fine di mantenere la condizione aerobica.</li>
		<li>Incubare tutti i tubi in uno shaker a 200 giri/min a 30 gradi centigradi per 48-72 ore. Fermare l'incubazione se il mezzo di crescita diventa torbido dopo 48 h. Altrimenti, estendere l'incubazione fino a un massimo di 72 h.</li>
		<li>Centrifugare i tubi con batteri e mezzo di crescita a 4.000 x g per 20 min.</li>
		<li>Rimuovere il supernatante, sostituire con 25 mL di mezzo di crescita fresco, e mescolare bene utilizzando una macchina vortice.</li>
		<li>Ripetere i passaggi 1.2.3-1.2.6 due volte per stimolare completamente l'attività dei batteri.</li>
		<li>Utilizzare la sospensione dai tubi nel passaggio 1.2.7 per inoculare più tubi con 25 mL di mezzo di crescita per migliorare la coltura dei batteri (tasso di inoculazione è 1:100).</li>
		<li>Incubare tutti i tubi in uno shaker a 200 giri/min a 30 gradi centigradi per 48 ore.</li>
		<li>Centrifugare i tubi con batteri e mezzo di crescita a 4.000 x g per 20 min.</li>
		<li>Rimuovere il supernatante, sostituire con un mezzo di crescita fresco e mescolare bene con una macchina a vortice.</li>
		<li>Regolare la concentrazione batterica utilizzando un mezzo di crescita fresco prima degli esperimenti MICP. Calcolare la concentrazione di batteri per densità ottica della sospensione a 600 nm, che è stato misurato utilizzando uno spettrofotometro. L'OD600 in questo esperimento era 0.6.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Preparazione dei mezzi di cementazione
NOTA: I supporti di cementazione vengono utilizzati per fornire sostanze chimiche per indurre la precipitazione di calcite durante il trattamento MICP. Il rapporto urea-Ca2 molare è 1:1. I componenti chimici dei supporti di cementazione sono riportati nella Tabella 1. La seguente procedura è per 20 L di supporti di cementazione con 0,5 M Ca.
<ol><li>Preparare 20 L di acqua in una scatola di plastica.</li>
	<li>Sciogliere 200 g di NH4Cl, 60 g di brodo nutritivo, 42,4 g di NaHCO3, 600 g di urea e 1470 g di CaCl2x2H Onei 20 L di acqua distillata. Mescolare bene con asta di agitazione.</li>
</ol>3. Preparazione degli stampi
<ol><li>Preparazione dello stampo flessibile a contatto completo (FCFM) NOTA: La muffa flessibile a contatto completo è fatta di geotessile. Il geotessile ha una resistenza di tenuta di presa di 1.689 N, una forza di lacrima trapezoidale di 667 N, una dimensione di apertura apparente di 0,15 mm, una portata d'acqua di 34 mm / s, uno spessore di 1,51 mm, e una massa unitaria di 200 g/m2. La dimensione dello stampo può essere variata per preparare diverse dimensioni del campione (ad esempio, un campione di prova di compressione non confinato o un campione di prova di taglio diretto).<ol>
<li>Poiché l'FCFM è costituito da una parte anulare, un fondo e una copertura, tagliare il geotessile in parti costitutive di FCFM.</li>
		<li>Cucire insieme le tre parti di FCFM, come illustrato nella Figura 1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione di stampi a contatto completo rigidi (RFCM) per bio-mattoni NOTA: Lo stampo rigido a contatto completo è costituito da uno strato flessibile e da un supporto rigido. Lo strato flessibile è fatto dello stesso geotessile del FCFM. Il supporto rigido è costituito da un foglio perforato in polipropilene con fori sfalsati di 6,35 mm di diametro distribuiti sul foglio forgiato in polipropilene e la distanza di distanza tra fori adiacenti è di 9,53 mm. Uno stampo è costituito da tre camere e la dimensione di ogni camera è 177,8 mm di lunghezza, 76,2 mm di larghezza e 38,1 mm di altezza. La dimensione del modello RFCM può essere variata per preparare diverse dimensioni del campione. I fori nel supporto rigido consentono il flusso del supporto di cementazione attraverso lo strato flessibile liberamente.<ol>
<li>Preparare il foglio perforato in polipropilene per i pezzi costitutivi del supporto rigido.</li>
		<li>Assemblare i pezzi di supporto rigido con viti di plastica e dadi.</li>
		<li>Preparare le parti costitutive dello strato geotessile flessibile. Lo strato flessibile è costituito da un fondo e una copertura.</li>
		<li>Racchiudere la parte inferiore dello strato flessibile nel supporto rigido.</li>
		<li>Una volta che la sabbia viene aggiunta nello stampo, posizionare il coperchio dello strato flessibile e fissare cucendo sulla parte superiore del campione di sabbia, come mostrato nella Figura 2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione di stampo in mattoni cavi NOTA: Lo stampo in mattoni cavi include un supporto rigido, uno strato flessibile e tubi di cartone. La dimensione del tubo di cartone è 60 mm x 140 mm x 60 mm. Tre camere sono incluse in uno stampo e la dimensione di ogni camera di stampo è 177,8 mm di lunghezza, 76,2 mm di larghezza e 38,1 mm di altezza in questa procedura.<ol>
<li>Preparare il foglio perforato in polipropilene per i pezzi costitutivi del supporto rigido.</li>
		<li>Forare fori sul fondo del pezzo di supporto rigido. La dimensione dei fori è di 61 mm di diametro. La posizione dei fori in ogni camera è mostrata nella Figura 3a.</li>
		<li>Assemblare i pezzi del supporto rigido con viti e dadi di plastica.</li>
		<li>Assemblare i tubi di cartone nei fori sul fondo del supporto rigido.</li>
		<li>Preparare le parti costitutive dello strato geotessile flessibile. Lo strato flessibile è costituito da un fondo e una copertura. Sono necessari anche fori sullo strato flessibile nella stessa posizione dei tubi di cartone.</li>
		<li>Una volta che la sabbia viene aggiunta nello stampo, posizionare il coperchio dello strato flessibile e fissare cucendo sulla parte superiore del campione di sabbia come mostrato nella Figura 3b.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Preparazione del reattore a lotti
NOTA: Il reattore illustrato nella Figura 4 è costituito da una scatola di plastica, supporti di cementazione, un scaffale di supporto campione e pompe ad aria. I campioni di terreno possono immergersi completamente nel supporto di cementazione, mentre i supporti di cementazione possono diffondersi liberamente nei campioni del suolo con questo metodo. La pompa dell'aria nel reattore fornisce ossigeno per i batteri. Per determinare gli effetti di diversi effetti di approvvigionamento di ossigeno sul trattamento MICP catalizzato da Sporosarcina pasteurii, Li et al. 201718 hanno condotto test di contrasto in tre condizioni diverse: una condizione aerata, una condizione di all'aperto. Hanno scoperto che una condizione ben ossigenata è essenziale per migliorare i processi MICP catalizzati dai batteri aerobici.
<ol><li>Collegare la pompa dell'aria con l'alimentazione dell'aria utilizzando un tubo di plastica.</li>
	<li>Posizionare la pompa dell'aria nella scatola di plastica.</li>
	<li>Versare i mezzi di cementazione nella scatola di plastica.</li>
</ol>5. Preparazione di campioni di suolo
<ol><li>Preparazione del campione di terreno trattato con MICP NOTA: la sabbia di Ottawa (99,7% di quarzo) viene utilizzata negli esperimenti. La sabbia è uniforme con una dimensione mediana delle particelle di 0,46 mm e non sono incluse multe. È classificato come sabbia scarsamente graduata sulla base del sistema classificato del suolo unificato (USCS).<ol>
<li>Aggiungere sabbia secca negli stampi con il metodo di pluviazione dell'aria (FCFM, RFCM, stampo in mattoni cavi) per raggiungere una condizione densa mediana (Dr nell'intervallo di circa 42-55%, e densità secca di sabbia nell'intervallo di 1,58–1,64g/3cm ). NOTA: Il peso della sabbia varia a seconda dei diversi tipi di stampi: sabbia di 145 x 5 g per il campione di prova UCS, che ha un diametro di 38,6 mm e un'altezza di 76,2 mm.</li>
		<li>Posizionare il coperchio sulla parte superiore dei campioni e fissarlo cucendo.</li>
		<li>Versare la soluzione batterica con un valore di densità ottica fissa attraverso la copertura geotessile permeabile nei campioni e assicurarsi che siano saturi. NOTA: La soluzione della quantità di batteri variava in base a diversi campioni: soluzione di 50 mL di batteri per un campione di prova UCS, che ha un diametro di 38,6 mm e 76,2 mm di altezza.</li>
		<li>Inserire i campioni sullo scaffale supportato di esempio, come illustrato nella Figura 5a.</li>
		<li>Immergere l'intero scaffale nel reattore a lotti pieno di supporti di cementazione.</li>
		<li>Accendere l'alimentazione dell'aria e regolare l'uscita dell'aria per mantenere la saturazione dell'aria al 100%. Attendere 7 giorni di reazione MICP.</li>
		<li>Estrarre i campioni dal reattore come illustrato nella Figura 5b.</li>
		<li>Rimuovere i campioni tagliando lo stampo flessibile a contatto completo o smascherando il supporto rigido e quindi tagliando lo strato flessibile.</li>
		<li>Lavare i campioni con acqua per rimuovere la soluzione residua nello spazio dei pori.</li>
		<li>Mettete i campioni nel forno a 105 gradi centigradi per 48 ore fino a quando i loro pesi rimangono costanti. I campioni possono essere testati o trattati anche dopo l'essiccazione del forno.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione del campione di terreno trattato con MICP rinforzato in fibra NOTA: in queste procedure vengono utilizzate le fibre sintetiche (vedere Tabella dei materiali) e la fibra di palma naturale, come illustrato nella Figura 6.<ol>
<li>Per la fibra sintetica, mescolare il contenuto proposto di fibre e 900 g di sabbia secca in piccoli incrementi a mano per ottenere una miscela uniforme. Il contenuto di fibre in questo esperimento è fissato come 0.3% in peso della sabbia secca.</li>
		<li>Per la fibra di palma naturale, distribuire 760 g di sabbia in quattro parti uguali. Aggiungere queste quattro parti di sabbia e tre strati di fibra in RFCM a intervalli.</li>
		<li>Ripetere la stessa procedura dei passaggi 5.1.2-5.1.10 per ottenere il campione trattato con MICP.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione di mattoni trattati in cemento con trattamento bio-superficie NOTA: il cemento di Portland (TIPO I/II) con gravità specifica di 3.15 viene utilizzato come agente di cementazione per i campioni trattati con cemento in questo esperimento. Il guadagno precoce di questo cemento ha permesso ai vari tempi di stagionatura variando da 7 a 21 giorni. La percentuale di cemento aggiunto in questa procedura è del 10% in peso di sabbia secca.<ol>
<li>Mescolare 900 g di sabbia, 90 g di cemento e 200 mL di acqua per ottenere una miscela uniforme.</li>
		<li>Aggiungere il composto allo stampo rigido. La dimensione dello stampo rigido è 177,8 mm di lunghezza, 76,2 mm di larghezza e 38,1 mm di altezza.</li>
		<li>Curare per 7 giorni con un'umidità costante del 100% e una temperatura costante di 25 gradi centigradi.</li>
		<li>Mettere i campioni nel forno a 105 gradi centigradi per 48 ore fino a quando i loro pesi rimangono costanti.</li>
		<li>Ripetere la stessa procedura dei passaggi 5.1.3-5.1.8.</li>
		<li>Mettere i campioni nel forno a 105 gradi centigradi per 48 ore fino a quando i loro pesi rimangono costanti. I campioni possono essere testati o trattati anche dopo l'essiccazione del forno.</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>

Non abbiamo niente da rivelare.

La tecnica MICP per immersione è stata presentata in questo documento. I campioni di suolo sono stati immersi nel reattore a lotti per essere completamente penetrati dai supporti di cementazione nel processo MICP. In questo metodo, sono stati applicati uno stampo flessibile a contatto completo a contatto completo, uno stampo rigido a contatto completo e uno stampo in mattoni cored per preparare campioni trattati con MICP.
Diversi stampi possono essere progettati per diversi requisiti di geomet...

Come tecnologia biologica di miglioramento del suolo, la precipitazione di calcite microbicamente indotta (MICP) è in grado di migliorare le proprietà ingegneristiche del suolo. È stato utilizzato per migliorare la forza, rigidità, e permeabilità del suolo. La tecnica MICP ha guadagnato molta attenzione per il miglioramento del suolo in tutto il mondo1,2,3,4. Le precipitazioni carboniate avvengono naturalmente e possono essere indotte da organismi non patogeni nativi dell'ambiente del suolo5. La reazione biogeochimica MICP è guidata dall'esistenza di batteri ureolitici, urea e una soluzione ricca di calcio5,6. Sporosarcina pasteurii è un enzima uretra altamente attivo che catalizza la rete di reazione verso la precipitazione di calcite7,8. Il processo di idrolisi dell'urea produce ammonio disciolto (NH4)e carbonato inorganico (CO32-). Gli ioni carbonati reagiscono con gli ioni di calcio per precipitare come cristalli di carbonato di calcio. Le reazioni di idrolisi dell'urea sono mostrate qui:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
Il CaCO3 precipitato può legare le particelle di sabbia insieme per migliorare le proprietà ingegneristiche del suolo trattato con MICP. La tecnica MICP è stata applicata in varie applicazioni, come il miglioramento della resistenza e della rigidità del suolo, la riparazione del calcestruzzo e la bonifica ambientale9,10,11,12, 13 del sistema , 14 Del sistema , 15.
Il sistema di installazione hasviluppato un metodo di immersione per preparare campioni trattati con MICP. In questo metodo è stato utilizzato uno stampo flessibile a contatto completo in geotessile. Il CaCO3 precipitato distribuito uniformemente in tutti i campioni trattati con MICP. 17 ha sviluppato uno stampo rigido a contatto completo per preparare campioni di fascio trattati con MICP con un metodo di immersione. Il campione trattato con MICP preparato con questo metodo utilizzando uno stampo rigido a contatto completo può formare la forma appropriata del fascio. Il campione trattato con MICP è stato diviso in quattro e il contenuto di CaCO3 è stato misurato. Il contenuto di CaCO3 variava da 8,4 x 1,5% a 9,4 x 1,2% in peso, il che indicava che la CaCO3 si distribuiva uniformemente nei campioni trattati con MICP con il metodo di immersione. Questi campioni trattati con MICP hanno anche ottenuto migliori proprietà meccaniche. Questi biocampioni trattati con MICP hanno raggiunto una resistenza alla flessione di 950 kPa, simile a quella di 20- 25% di campioni trattati con cemento (600- 1300 kPa). Li et al.10 aggiunto casualmente distribuito fibra discreta nel terreno sabbioso e trattato il terreno con il metodo di immersione MICP. Hanno scoperto che la forza di taglio, la duttilità e il ceppo di guasto del suolo trattato con MICP sono stati migliorati ovviamente con l'aggiunta di fibra appropriata.
Il metodo di immersione per MICP è stato continuamente migliorato10,16,17. Questo metodo può essere utilizzato per preparare campioni di suolo trattati con MICP e materiali da costruzione prefabbricati trattati con MICP, come mattoni e travi. Sono state sviluppate diverse dimensioni geometriche dello stampo di preparazione del campione. Le fibre sono state aggiunte nei campioni trattati con MICP per migliorare le loro proprietà. Questo protocollo dettagliato era destinato a documentare i metodi di immersione per il trattamento MICP.

<table><tbody><tr><td>Cloruro di ammonio, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40100196-3 (705033)</td><td></td></tr><tr><td>Solfato di ammonio</td><td>Bio-world</td><td>30635330-3</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro di calcio diidrato, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40300016-3 (705111)</td><td></td></tr><tr><td>Brodo nutriente</td><td>Bio-world</td><td>30620056-3</td><td></td></tr><tr><td>Bicarbonato di sodio, >99%</td><td>Bio-world</td><td>41900068-3 (705727)</td><td></td></tr><tr><td>Sporosarcina pasteurii</td><td>American Type Collezione di colture</td><td>ATCC 11859</td><td></td></tr><tr><td>Fibra sintetica</td><td>FIBERMESH Fibermesh</td><td>150e3</td><td></td></tr><tr><td>Tris-Base, grado biotecnologico, >99,7%</td><td>Bio-world</td><td>42020309-2 (730205)</td><td></td></tr><tr><td>Urea, grado USP, >99%</td><td>Bio-world</td><td>42100008-2 (705986)</td><td></td></tr><tr><td>Estratto di lievito</td><td>Bio-mondo</td><td>30620096-3 (760095)</td><td></td></tr></tbody></table>

miglioramento del suolo sabbioso attraverso la precipitazione calcittica indotta microbica (micp) per immersione

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

L'obiettivo di questo articolo è quello di sviluppare un metodo di immersione per migliorare i campioni trattati con precipitazioni di calcite microbicamente indotte (MICP). È stato assemblato un reattore a lotti per immergere i campioni di suolo in supporti di cementazione. I mezzi di cementazione possono diffondersi liberamente nei campioni del suolo nel reattore a lotti invece di iniettare i supporti di cementazione. Uno stampo flessibile a contatto completo, uno stampo rigido a contatto completo e uno stampo in mattoni a corone sono stati utilizzati per preparare diversi portacampioni del suolo. Sono state selezionate fibre sintetiche e fibre naturali per rinforzare i campioni di suolo trattati con MICP. È stato misurato il CaCO3 precipitato in diverse aree dei campioni trattati con MICP. I risultati della distribuzione di CaCO3 hanno dimostrato che il CaCO3 precipitato è stato distribuito uniformemente nel campione del suolo con il metodo di immersione.

La figura 7 mostra la distribuzione del CaCO3 precipitato in tutto il campione trattato con MICP. Il campione trattato con MICP è stato suddiviso in tre aree diverse. Il contenuto di CaCO3 in ogni area è stato testato dal metodo di lavaggio acido. Per sciogliere i carbonati precipitati, i campioni secchi trattati con MICP sono stati lavati in una soluzione HCl (0,1 M), quindi sciacquati, drenati e essiccati a forno per 48 ore. Il valore di differenza tra le masse di cam...

Qui, la tecnologia di precipitazione di calcite microbicamente indotta (MICP) viene presentata per migliorare le proprietà del suolo per immersione.

Miglioramento del suolo sabbioso attraverso la precipitazione calcittica indotta microbica (MICP) per immersione

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

Il metodo di immersione dimostrato in questo protocollo aiuta il ricercatore a rimuovere il campione di terreno ininterrotto trattato con MICP per test meccanici attraverso diversi stampi. Questa tecnica aiuta il campione di terreno trattato con MICP a ottenere carbonato di calcio precipitato più uniforme. Questi campioni di terreno trattati con MICP ottengono anche migliori proprietà meccaniche attraverso questo metodo.L'aspetto più importante di questa tecnica è garantire che l'attività dei batteri sia abbastanza buona per il processo MICP per evitare di dispendioso in termini di tempo e di materiale. La progettazione di stampi appropriati per diverse applicazioni è considerata un altro aspetto importante per i ricercatori che intendono selezionare questa tecnica per la prima volta. Per iniziare, trasferire 0,1 millilitro di sospensione batterica in un tubo di centrifuga riempito con 10 millilitri di mezzo di crescita fresco.Mescolare bene invertendo e quindi allentare il coperchio del tubo per mantenere le condizioni aerobiche. Preparare sei tubi di sospensioni batteriche con mezzo di crescita e un tubo di controllo con 10 millilitri di mezzo di crescita fresco da solo. Incubare tutti i tubi in uno shaker a 200 giri/min e 30 gradi Celsius per 48-72 ore.Se il mezzo di crescita diventa torbido dopo 48 ore, interrompere l'incubazione. Centrifugare i tubi con batteri e mezzo di crescita a 4.000 volte g per 20 minuti. Rimuovere il supernatante, sostituire con 25 millilitri di mezzo di crescita fresco e mescolare bene utilizzando una macchina a vortice.Quindi, per migliorare la coltura dei batteri, trasferire 0,25 millilitri della sospensione dai tubi in nuovi tubi con 25 millilitri di mezzo di crescita per inoculare. Incubare tutti i tubi in uno shaker a 200 giri/min e 30 gradi Celsius per 48 ore. Centrifugare i tubi con batteri e mezzo di crescita a 4.000 volte g per 20 minuti.Rimuovere il supernatante, sostituire con un mezzo di crescita fresco e mescolare bene utilizzando una macchina a vortice. Misurare la densità ottica della sospensione a 600 nanometri su uno spettrofotometro. Regolare la concentrazione di batteri utilizzando un mezzo di crescita fresco a un OD600 di 0,6.Aggiungere circa 140 grammi di sabbia secca di Ottawa con corde del 99,7% negli stampi con il metodo di pluviazione dell'aria per raggiungere una condizione mediana densa con densità relativa nell'intervallo dal 42 al 55% e densità secca di sabbia nell'intervallo da 1,58 a 1,64 grammi per centimetro cubo. Posizionare una copertura sopra i campioni e fissarla cucendo. Versare la soluzione batterica attraverso il coperchio geotessile permeabile nei campioni.Quando si osserva una soluzione batterica fluida sul fondo dei campioni di terreno, sono considerati saturi. Quindi, posizionare i campioni sullo scaffale. Immergere l'intero ripiano in un reattore batch riempito con mezzi di cementazione.Accendere l'alimentazione dell'aria e regolare l'uscita dell'aria per mantenere la saturazione dell'aria al 100%. Attendere sette giorni di reazione micp. Eserti i campioni dal reattore.Utilizzare un coltello per tagliare lo stampo flessibile a contatto completo. Quindi, lavare i campioni con acqua per rimuovere la soluzione residua negli spazi dei pori. Posizionare i campioni in un forno Celsius di 105 gradi per 48 ore fino a quando i loro pesi rimangono costanti.Per la fibra sintetica, mescolare 2,7 grammi delle fibre e 900 grammi di sabbia secca in piccoli incrementi a mano per ottenere una miscela uniforme con contenuto di fibre allo 0,3%. Per la fibra di palma naturale, preparare quattro parti di sabbia con 190 grammi ciascuna. Preparare tre strati di fibre con circa 1,8 grammi ciascuno.Aggiungere le quattro parti di sabbia e tre strati di fibre in stampo rigido a contatto completo a intervalli. Successivamente, ripetere il trattamento MICP come in precedenza. In questo protocollo, il carbonato di calcio precipitato è stato osservato in tutto il campione trattato con MICP.Il campione trattato con MICP è stato suddiviso in tre diverse aree. Il tenore di carbonato di calcio del campione trattato con MICP con il metodo di immersione variava dal 9,0% al 9,5% indicando che il carbonato di calcio precipitato è stato distribuito uniformemente in tutto il campione di suolo. Le curve di sollecitazione del bio-mattone rinforzate con tre strati di fibra di palma e bio-mattone non rinforzato hanno mostrato che la forza di flessione del bio-mattone non rinforzato era di 1.150 kilopascal, mentre quella del bio-mattone rinforzato era di 980 kilopascal.Lo sforzo di flessione è stato migliorato significativamente con l'aggiunta della fibra di palma. È molto importante garantire l'attività della soluzione batterica prima del processo MICP. In caso meno, non è certo avere successo nell'esperimento.Una volta che l'esperimento fallisce, dovrebbe essere una perdita di tempo e materiali. Seguendo questa procedura, diversi stampi possono essere progettati per diversi scopi sperimentali attraverso la tecnica MICP. L'influenza di MICP su diversi tipi di struttura o materiali diversi può essere simulata da questi stampi.

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Fonte: Bhaduri, S., et al., Precipitazione di calcite microbiologicamente indotta mediata da Sporosarcina pasteurii. J. Vis. Exp. (2016)Questo video mostra il metodo di arricchimento di Sporosarcina pasteurii con urea e cloruro di calcio per innescare l'attività dell'ureasi, portando alla formazione di cristalli di calcite visibili attraverso la precipitazione di calcite microbiologicamente indotta, o MICP.

Precipitazione di calcite indotta microbiologicamente da Sporosarcina pasteurii

Qui vengono presentati i protocolli per la precipitazione microbiologicamente indotta della calcite (MICP) utilizzando il batterio Sporosarcina pasteurii. Il carbonato di calcio precipitato è stato caratterizzato mediante microscopia ottica e microscopia elettronica a scansione (SEM). È inoltre dimostrato che l'esposizione a MICP aumenta la resistenza alla compressione della spugna.

Microbiologicamente indotta Calcite Precipitazioni Mediata da<em&gt; Sporosarcina pasteurii</em

Viene presentato un protocollo per la produzione parallela di carbonato di calcio precipitato e materiale zeolitico da scorie d'altoforno tramite carbonatazione minerale e conversione idrotermale alcalina, rispettivamente. Vengono testate le prestazioni del materiale zeolitico nei confronti dell'adsorbimento del nichel.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

Dimostriamo l'uso di vari metodi di microscopia utili per osservare la calcificazione di un verme tubolare, Hydroides elegans, oltre a localizzare e caratterizzare il primo materiale calcificato. La microscopia dal vivo e la microscopia elettronica vengono utilizzate insieme per fornire informazioni funzionali e materiali importanti nello studio della biomineralizzazione.

Caratterizzazione di calcificazione eventi utilizzando dal vivo ottica ed elettronica Microscopia tecniche in un tubeworm Marine

Modelli spaziali di erosione e deposizione possono essere dedotte dalle differenze in elevazione di terreno mappato a incrementi di tempo appropriato. Tali cambiamenti in elevazione sono correlati ai cambiamenti in carbonati vicino alla superficie del suolo. Qui vengono descritti metodi ripetibile per misure in campo e in laboratorio di questi metodi di analisi quantitativi e dati.

Misura e mappatura modelli di erosione e deposizione relazionati al suolo carbonato concentrazioni sotto gestione agricola

Descriviamo un protocollo per la precipitazione e la caratterizzazione di cristalli di carbonato di calcio che si formano in presenza di biopolimeri.

Formazione carbonato di calcio in presenza di additivi biopolimerici

La quantificazione accurata del potenziale di desorption del fosforo (P) nei terreni e nei sedimenti saturi è importante per la modellazione P e gli sforzi di mitigazione del trasporto. Per tenere meglio conto delle dinamiche di redox in situ suolo-acqua e della mobilitazione P in saturazione prolungata, è stato sviluppato un approccio semplice basato sul campionamento ripetuto di microcosmi di laboratorio.

Misurazione del rilascio di fosforo nei microcosmi di laboratorio per la valutazione della qualità dell'acqua

Il metodo di verifica qui descritto è adattabile per il monitoraggio del sequestro del carbonio inorganico pedogenico in vari suoli agricoli modificati con rocce contenenti silicati di terra alcalina, come wollastonite, basalto e olivina. Questo tipo di convalida è essenziale per i programmi di credito al carbonio, che possono avvantaggiare gli agricoltori che sequestreranno carbonio nei loro campi.

Monitoraggio dell'accumulo di carbonio inorganico pedogenico a causa dell'erosione dei minerali silicati modificati nei suoli agricoli.

Il presente protocollo descrive una piattaforma microfluidica per studiare lo sviluppo di biofilm in mezzi porosi quasi-2D combinando l'imaging al microscopio ad alta risoluzione con misurazioni simultanee della differenza di pressione. La piattaforma quantifica l'influenza della dimensione dei pori e delle portate del fluido nei mezzi porosi sul biointasamento.

Una piattaforma microfluidica per studiare il bioclogging in mezzi porosi

Qui presentiamo la costruzione e il funzionamento di un setup sperimentale per migliorare l'alterazione minerale attraverso l'attività degli organismi del suolo manipolando contemporaneamente variabili abiotiche note per stimolare l'erosione. Vengono discussi i risultati rappresentativi del funzionamento del setup e delle analisi del campione, insieme ai punti di miglioramento.

Progettazione e realizzazione di un setup sperimentale per il miglioramento dell'alterazione dei minerali attraverso l'attività degli organismi del suolo

La Sporosarcina pasteurii è un batterio ureolitico che scompone l'urea in carbonato e ammonio. Il carbonato si combina con il calcio per formare carbonato di calcio, creando un reticolo cristallino che ancora le particelle circostanti per produrre biocemento. Questo è un protocollo conveniente per l'utilizzo di stampi stampati in 3D per creare mattoni di biocemento adatti ai test di compressione.

Produzione e analisi di mattoni in biocemento Sporosarcina pasteurii utilizzando stampi personalizzati stampati in 3D per prove di compressione non confinate

Scopri il metodo di immersione per la precipitazione calcittica indotta microbica (MICP) nel miglioramento del suolo sabbioso. Questa tecnica garantisce una distribuzione uniforme del carbonato di calcio e proprietà meccaniche superiori.

Miglioramento del suolo sabbioso attraverso la precipitazione calcittica indotta microbica (MICP) per immersione

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