Name: Zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) door onderdompeling (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Leer de onderdompelingsmethode voor MICP-behandeling van zandgrond om uniforme calciumcarbonaat-precipitatie te bereiken. Deze techniek verbetert mechanische eigenschappen en helpt onderzoekers bij het ontwerpen van geschikte mallen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gesteund door de National Science Foundation Grant No. 1531382 en MarTREC.

Opmerking: alle relevante materialen die in de volgende procedures worden gebruikt, zijn niet-gevaarlijk. Persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, Labcoat, broek van volledige lengte, schoenen met gesloten teen) zijn nog steeds nodig.
1. bereiding van de bacterie oplossing
<ol><li>Voorbereiding van het groeimedium (NH4-ye medium) Opmerking: de componenten van de groeimedia per liter gedeïoniseerd water zijn: 20 g gistextract; 10 g van (NH4)2dus4; en 0,13 M Tris-buffer (pH 9,0).<ol>
<li>Autoclaaf ingrediënten afzonderlijk.</li>
		<li>Los 20 g gistextract op en 10 g (NH4)2, dus4 in 1 L gedeïoniseerd water dat 0,13 M Tris-buffer bevat.</li>
		<li>Meng de componenten met behulp van magnetische roerder na sterilisatie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voortplantings procedure van Sporosarcina pasteurii Opmerking: gebruik in dit experiment 50 mL centrifugebuizen.<ol>
<li>De bevroren bacteriën in een injectieflacon ontdooien.</li>
		<li>Open de injectieflacon.</li>
		<li>Breng 0,1 mL bacterie suspensie over naar een centrifugebuis met 10 mL vers groeimedium. Meng goed met de hand (inoculatie snelheid is 1:100). Herhaal 5 meer bacteriële suspensies met groeimedium. Bereid een controle buis alleen met 10 van verse groeimedium binnen. Opmerking: de cryoprotectant die in de Vries/droog procedure wordt gebruikt, kan de groei in de primaire buis remmen. De deksels van buizen werden losjes aangescherpt om de aërobe toestand te behouden.</li>
		<li>Inincuberen alle buisjes in een shaker bij 200 rpm bij 30 °C gedurende 48 tot 72 uur. Stop de incubatie als het groeimedium wordt troebel na 48 h. anders, de incubatie uitbreiden tot het maximum van 72 h.</li>
		<li>Centrifugeer de buisjes met bacteriën en groeimedium bij 4.000 x g gedurende 20 minuten.</li>
		<li>Verwijder het supernatant, vervang het met 25 mL vers groeimedium en meng goed met behulp van een Vortex-machine.</li>
		<li>Herhaal stappen 1.2.3-1.2.6 tweemaal om de activiteit van bacteriën volledig te stimuleren.</li>
		<li>Gebruik de suspensie van de buizen in stap 1.2.7 om meer buizen met 25 mL groeimedium te enten om de cultuur van bacteriën te verbeteren (inoculatie percentage is 1:100).</li>
		<li>Inincuberen alle buisjes in een shaker bij 200 rpm bij 30 °C gedurende 48 uur.</li>
		<li>Centrifugeer de buisjes met bacteriën en groeimedium bij 4.000 x g gedurende 20 minuten.</li>
		<li>Verwijder de supernatant, vervang met Fresh Growth medium en meng goed door een Vortex-machine.</li>
		<li>Pas de bacterie concentratie aan met behulp van het verse groeimedium vóór de MICP-experimenten. Bereken de concentratie van bacteriën door de optische dichtheid van de suspensie bij 600 nm, die werd gemeten met een spectrofotometer. De OD600 in dit experiment was 0,6.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. bereiding van de cementings media
Opmerking: Cementings media worden gebruikt om chemicaliën te leveren om de calciet precipitatie te induceren tijdens de MICP behandeling. De ureum-CA2 + molaire verhouding is 1:1. De chemische bestanddelen van cement dragers worden weergegeven in tabel 1. De volgende procedure is voor 20 L cementingsmedia met 0,5 M ca.
<ol><li>Bereid 20 liter water in een plastic doos.</li>
	<li>Los 200 g van NH4Cl, 60 g nutriënt bouillon, 42,4 g NaHCO3, 600 g ureum en 1470 g CACL2 ∙2H2O op in de 20 L gedistilleerd water. Meng goed met roerstaaf.</li>
</ol>3. bereiding van de mallen
<ol><li>Voorbereiding van volledig contact flexibele matrijs (FCFM) Opmerking: de volledige contact flexibele mal is gemaakt van geotextiel. De geotextiel heeft een grijp treksterkte van 1.689 N, een trapeziumvormige Scheursterkte van 667 N, een schijnbare openingsgrootte van 0,15 mm, een waterdebiet van 34 mm/s, een dikte van 1,51 mm en een eenheids massa van 200 g/m2. De grootte van de mal kan worden gevarieerd om verschillende monster groottes te bereiden (bijvoorbeeld, niet-gesloten Compressietest monster of direct shear testmonster).<ol>
<li>Omdat de FCFM bestaat uit een ringvormige deel, een bodem en een omslag, snijd de geotextiel in de samenstellende delen van FCFM.</li>
		<li>Naai de drie delen van FCFM samen, zoals weergegeven in Figuur 1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voorbereiding van stijve full contact matrijs (RFCM) voor bio-bakstenen Let op: de stijve full contact mal bestaat uit een flexibele laag en een stijve houder. De flexibele laag is gemaakt van hetzelfde geotextiel als de FCFM. De stijve houder is gemaakt van een polypropyleen geperforeerde plaat met 6,35 mm diameter gespreide gaten verdeeld over de polypropyleen geperforeerde plaat en de speling afstand tussen de aangrenzende gaten is 9,53 mm. Een mal bestaat uit drie kamers en de grootte van elke kamer is 177,8 mm lang, 76,2 mm breed en 38,1 mm in hoogte. De grootte van RFCM kan worden gevarieerd om verschillende steekproefgrootte voor te bereiden. De gaten in de stijve houder maken het mogelijk om cement media vrij door de flexibele laag te laten stromen.<ol>
<li>Bereid de polypropyleen geperforeerde plaat voor de samenstellende stukken van de stijve houder.</li>
		<li>Monteer de stukjes stijve houder met plastic schroeven en moeren.</li>
		<li>Bereid de samenstellende delen van de geotextiele flexibele laag. De flexibele laag bestaat uit een bodem en een omslag.</li>
		<li>Plaats de onderkant van de flexibele laag in de stijve houder.</li>
		<li>Zodra het zand in de mal is toegevoegd, plaatst u de cover van de flexibele laag en fixeert u door op de bovenkant van het zand monster te naaien, zoals weergegeven in Figuur 2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bereiding van holle baksteen mal Opmerking: de holle bakstenen mal bevat een stijve houder, een flexibele laag en kartonnen buizen. De grootte van de kartonnen buis is 60 mm x 140 mm x 60 mm. Drie kamers zijn opgenomen in één mal en de grootte van elke mal kamer is 177,8 mm lang, 76,2 mm breed en 38,1 mm in de hoogte in deze procedure.<ol>
<li>Bereid het polypropyleen geperforeerde blad voor de samenstellende delen van de stijve houder.</li>
		<li>Boorgaten aan de onderkant van het stijve houder stuk. De grootte van de gaten is 61 mm in diameter. De plaats van de gaten in elke kamer wordt weergegeven in Figuur 3a.</li>
		<li>Monteer de stukken van de stijve houder met plastic schroeven en moeren.</li>
		<li>Monteer de kartonnen buizen in de geboorde gaten aan de onderkant van de stijve houder.</li>
		<li>Bereid de samenstellende delen van de geotextiele flexibele laag. De flexibele laag bestaat uit een bodem en een omslag. Gaten zijn ook nodig op de flexibele laag op dezelfde locatie van kartonnen buizen.</li>
		<li>Zodra het zand in de mal is toegevoegd, plaatst u de cover van de flexibele laag en fixeert u door op de bovenkant van het zand monster te naaien, zoals afgebeeld in Figuur 3b.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. voorbereiding van de batch reactor
Opmerking: de in Figuur 4 getoonde reactor bestaat uit een plastic doos, cementings media, een voorbeeld ondersteunde plank en luchtpompen. De bodemmonsters kunnen volledig onderdompelen in de cement-media, terwijl de cementingmedia vrij kunnen diffuus in de bodemmonsters door deze methode. De luchtpomp in de reactor levert zuurstof voor bacteriën. Om de effecten van verschillende zuurstoftoevoer op MICP-behandeling te bepalen die door Sporosarcina pasteuriiworden gekatalyseerd, voerde Li et al. 201718 contrast tests uit onder drie verschillende omstandigheden: een beluchte toestand, een lucht beperkings voorwaarde en een Open-Air conditie. Ze vonden dat een goed-oxygenated voorwaarde essentieel is om MICP processen gekatalyseerd door aërobe bacteriën te verbeteren.
<ol><li>Verbind de luchtpomp met de luchttoevoer met een kunststof slang.</li>
	<li>Plaats de luchtpomp in de plastic doos.</li>
	<li>Giet de cement media in de plastic doos.</li>
</ol>5. bereiding van bodemmonsters
<ol><li>Bereiding van het met MICP behandelde bodemmonster Let op: Ottawa Sand (99,7% Quartz) wordt gebruikt in de experimenten. Het zand is uniform met een mediane deeltjesgrootte van 0,46 mm en er zijn geen boetes inbegrepen. Het is geclassificeerd als slecht gegradeerd zand op basis van de uniforme bodem geclassificeerd systeem (USCS).<ol>
<li>Voeg droog zand toe in mallen door de lucht pluviatie methode (FCFM, RFCM, holle bakstenen mal) om een mediane dichte toestand te bereiken (Dr in het bereik van ongeveer 42 – 55%, en droge dichtheid van zand in het bereik van 1.58 – 1,64 g/cm3). Opmerking: het gewicht van zand varieert volgens verschillende soorten mallen: 145 ± 5 g zand voor het UCS-testmonster, dat 38,6 mm in diameter en 76,2 mm hoog is.</li>
		<li>Plaats het deksel op de bovenkant van de samples en bevestig het door te naaien.</li>
		<li>Giet de bacterie oplossing met een vaste waarde voor de extinctie door de permeabele geotextiele afdekking in de monsters en zorg ervoor dat deze verzadigd zijn. Opmerking: de hoeveelheid bacterie oplossing varieerde volgens verschillende monsters: 50 mL bacterie oplossing voor een UCS-testmonster, met een diameter van 38,6 mm en een hoogte van 76,2 mm.</li>
		<li>Plaats de monsters op het voorbeeld ondersteunde plank zoals afgebeeld in Figuur 5a.</li>
		<li>Dompel de hele plank onder in de batch reactor gevuld met cement.</li>
		<li>Zet de luchttoevoer aan en pas de luchtuitgang aan om de lucht verzadiging van 100% te behouden. Wacht 7 dagen MICP-reactie.</li>
		<li>Neem de monsters uit de reactor, zoals afgebeeld in Figuur 5b.</li>
		<li>Verwijder de monsters door de volledige contact buigzame mal te snijden of de stijve houder te degraderen en vervolgens de flexibele laag te snijden.</li>
		<li>Was de monsters met water om de rest oplossing in de poriën ruimte te verwijderen.</li>
		<li>Plaats de monsters in de 105 °C oven voor 48 uur totdat hun gewichten constant blijven. De monsters kunnen na het drogen van de oven ook worden getest of behandeld.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bereiding van met vezels versterkt MICP-behandeld bodemmonster Opmerking: synthetische vezels (Zie tabel met materialen) en natuurlijke palm vezels zoals afgebeeld in Figuur 6 worden in deze procedures gebruikt.<ol>
<li>Meng voor de synthetische vezel de voorgestelde inhoud van vezels en 900 g droog zand in kleine stappen met de hand om een uniform mengsel te verkrijgen. Het vezelgehalte in dit experiment is vastgesteld op 0,3% van het gewicht van het droge zand.</li>
		<li>Verdeel voor de natuurlijke Palm vezel 760 g zand in vier gelijke delen. Voeg deze vier delen zand en drie lagen vezels in RFCM toe met intervallen.</li>
		<li>Herhaal dezelfde procedure als stappen 5.1.2 — 5.1.10 om het MICP-behandelde monster te krijgen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bereiding van met cement behandelde bakstenen met bio-oppervlaktebehandeling Opmerking: Portland Cement (TYPE I/II) met een soortelijk gewicht van 3,15 wordt gebruikt als cementeer middel voor de met cement behandelde monsters in dit experiment. De vroege sterkte winst van dit cement toegestaan de verschillende uithardingstijden varieerden van 7 tot 21 dagen. Het aandeel toegevoegde cement in deze procedure is 10% van het gewicht van het droge zand.<ol>
<li>Meng 900 g zand, 90 g cement en 200 mL water om een uniform mengsel te bereiken.</li>
		<li>Voeg het mengsel toe aan de stijve mal. De grootte van de stijve mal is 177,8 mm lang, 76,2 mm breed en 38,1 mm in hoogte.</li>
		<li>Genezing gedurende 7 dagen bij een constante luchtvochtigheid van 100% en een constante temperatuur van 25 °C.</li>
		<li>Plaats de monsters in de 105 °C oven gedurende 48 uur totdat de gewichten constant blijven.</li>
		<li>Herhaal dezelfde procedure als stappen 5.1.3 — 5.1.8.</li>
		<li>Plaats de monsters in de 105 °C oven gedurende 48 uur totdat de gewichten constant blijven. De monsters kunnen na het drogen van de oven ook worden getest of behandeld.</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>

We hebben niets te onthullen.

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...

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:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
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.

<table><tbody><tr><td>Ammonium Chloride, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40100196-3 (705033)</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium Sulfate</td><td>Bio-world</td><td>30635330-3</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Chloride Dihydrate, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40300016-3 (705111)</td><td></td></tr><tr><td>Nutrient Broth</td><td>Bio-world</td><td>30620056-3</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Bicarbonate, >99%</td><td>Bio-world</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>Synthetic fiber</td><td>FIBERMESH</td><td>Fibermesh 150e3</td><td></td></tr><tr><td>Tris-Base, Biotechnology Grade, >99.7%</td><td>Bio-world</td><td>42020309-2 (730205)</td><td></td></tr><tr><td>Urea, USP Grade, >99%</td><td>Bio-world</td><td>42100008-2 (705986)</td><td></td></tr><tr><td>Yeast Extract</td><td>Bio-world</td><td>30620096-3 (760095)</td><td></td></tr></tbody></table>

zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (micp) door onderdompeling

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

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.

Figuur 7 toont de verdeling van neergeprecipiteerde CaCO3 gedurende het door micp behandelde monster. Het met MICP behandelde monster werd onderverdeeld in drie verschillende gebieden. Het CaCO3 -gehalte in elk gebied werd getest met de zure wasmethode. Om neergeprecipiteerde carbonaten op te lossen, werden de droge MICP-behandelde monsters gewassen in een HCl-oplossing (0,1 M), vervolgens gespoeld, afgevoerd en in de oven gedroogd gedurende 48 uur. De verschil waarde t...

Hier, microbieel geïnduceerde calciet neerslag (micp) technologie wordt gepresenteerd ter verbetering van de bodemeigenschappen door onderdompeling.

Zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) door onderdompeling

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

De onderdompeling methode aangetoond in dit protocol helpen onderzoeker verwijderen ongebroken MICP-behandelde bodemmonster voor mechanische testen door middel van verschillende schimmel. Deze techniek helpt MICP-behandeld bodemmonster krijgen meer uniforme neergeslagen calciumcarbonaat. Die MICP-behandelde bodemmonsters krijgen ook betere mechanische eigenschappen via deze methode.Het belangrijkste aspect van deze techniek is om ervoor te zorgen dat de activiteit van bacteriën goed genoeg is voor MICP-proces om tijdrovende en materiële verspilling te voorkomen. Het ontwerpen van geschikte mallen voor verschillende toepassing wordt beschouwd als een ander belangrijk aspect voor onderzoekers die van plan zijn om deze techniek te selecteren voor de eerste keer. Om te beginnen, breng 0,1 milliliter bacteriële suspensie over naar een centrifugebuis gevuld met 10 milliliter vers groeimedium.Meng goed door het omkeren en vervolgens los het deksel van de buis om aërobe omstandigheden te handhaven. Bereid zes buizen van bacteriële suspensies met groeimedium en een controle buis met 10 milliliter van verse groei medium alleen. Incubeer alle buizen in een shaker bij 200 RPM en 30 graden Celsius gedurende 48 tot 72 uur.Als het groeimedium troebel wordt na 48 uur, stop dan de incubatie. Centrifugeren de buizen met bacteriën en groeimedium op 4.000 keer g gedurende 20 minuten. Verwijder de supernatant, vervang door 25 milliliter vers groeimedium en meng goed met behulp van een vortexmachine.Dan, om de cultuur van bacteriën te verbeteren, breng 0,25 milliliter van de suspensie van de buizen in nieuwe buizen met 25 milliliter groeimedium om te inenten. Incubeer alle buizen in een shaker bij 200 RPM en 30 graden Celsius gedurende 48 uur. Centrifugeren de buizen met bacteriën en groeimedium op 4.000 keer g gedurende 20 minuten.Verwijder de supernatant, vervang met vers groeimedium en meng goed met behulp van een vortexmachine. Meet de optische dichtheid van de ophanging op 600 nanometer op een spectrofotometer. Pas de bacterieconcentratie aan met vers groeimedium op een OD600 van 0,6.Voeg ongeveer 140 gram droog Ottawa zand met 99,7% snoeren in mallen door de lucht pluviatie methode om een mediane dichte toestand met relatieve dichtheid te bereiken in het bereik van 42 tot 55%en zand droge dichtheid in het bereik van 1,58 tot 1,64 gram per kubieke centimeter. Plaats een deksel op de top van de monsters en bevestig het door naaien. Giet de bacteriële oplossing door de doorlaatbare geotextielbekleding in de monsters.Wanneer stromende bacteriële oplossing wordt waargenomen op de bodem van bodemmonsters, worden ze beschouwd als verzadigd. Plaats vervolgens de monsters op de plank. Dompel de hele plank onder in een batchreactor gevuld met cementeringsmedia.Zet de luchttoevoer aan en pas de luchtoutput aan om 100% luchtverzadiging te behouden. Wacht op zeven dagen van MICP reactie. Haal de monsters uit de reactor.Gebruik een mes om de full-contact flexibele mal te snijden. Was vervolgens de monsters met water om de restoplossing in de porieruimten te verwijderen. Plaats de monsters in een oven van 105 graden Celsius gedurende 48 uur totdat hun gewichten constant blijven.Voor de synthetische vezel, meng 2,7 gram van de vezels en 900 gram van het droge zand in kleine stappen met de hand om een uniform mengsel met 0,3% vezelgehalte te verkrijgen. Voor de natuurlijke palmvezel, bereid vier delen van zand met 190 gram per stuk. Bereid drie lagen vezels met ongeveer 1,8 gram per stuk.Voeg de vier delen van zand en drie lagen vezels in stijve full-contact mal met tussenpozen. Herhaal vervolgens de MICP-behandeling zoals voorheen. In dit protocol werd neergeslagen calciumcarbonaat waargenomen in het met MICP behandelde monster.Het met MICP behandelde monster was verdeeld in drie verschillende gebieden. Het calciumcarbonaatgehalte van het met MICP behandelde monster door de onderdompelingsmethode varieerde van 9,0 tot 9,5%, wat aangeeft dat het neergeslagen calciumcarbonaat gelijkmatig over het bodemmonster werd verdeeld. De stress stam curven van bio-baksteen versterkt met drie lagen van palmvezel en onversterkte bio-baksteen toonde de flexure sterkte van onversterkte bio-baksteen was 1, 150 kilopascals, terwijl die van versterkte bio-baksteen was 980 kilopascals.De flexurest werd aanzienlijk verbeterd door toevoeging van de palmvezel. Het is zeer belangrijk om de activiteit van bacteriën oplossing voor MICP proces te waarborgen. Zo niet, dan is het onzeker om succesvol te zijn in het experiment.Zodra het experiment mislukt, moet het een verspilling van tijd en materialen. Na deze procedure kunnen verschillende mallen worden ontworpen voor verschillende experimentele doeleinden door middel van MICP techniek. De invloed van MICP op verschillende soorten structuur of verschillende materialen kan worden gesimuleerd door deze mallen.

sandy-soil-improvement-through-microbially-induced-calcite

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Source: Bhaduri, S., et al., Microbiologically Induced Calcite Precipitation Mediated by Sporosarcina pasteurii. J. Vis. Exp. (2016)This video demonstrates the method of enriching Sporosarcina pasteurii with urea and calcium chloride to trigger urease activity, leading to the formation of visible calcite crystals through Microbiologically Induced Calcite Precipitation, or MICP.

Microbiologically Induced Calcite Precipitation by Sporosarcina pasteurii

Protocollen voor microbiologisch geïnduceerde calcietprecipitatie (MICP) met behulp van de bacterie Sporosarcina pasteurii worden hier gepresenteerd. Het geprecipiteerde calciumcarbonaat werd gekarakteriseerd door middel van optische microscopie en rasterelektronenmicroscopie (SEM). Er wordt ook aangetoond dat blootstelling aan MICP de druksterkte van spons verhoogt.

Microbiologisch Induced calciet Neerslag gemedieerd door<em&gt; Sporosarcina pasteurii</em

Een protocol voor de parallelle productie van geprecipiteerd calciumcarbonaat en zeolitisch materiaal uit hoogovenslakken via respectievelijk minerale carboratie en alkalische hydrothermische conversie wordt gepresenteerd. De prestaties van het zeolitische materiaal ten aanzien van nikkeladsorptie worden getest.

Twee-weg Valorisatie van hoogovenslakken: Synthese van neergeslagen calciumcarbonaat en Zeolitische Heavy Metal Adsorbent

We demonstreren het gebruik van verschillende microscopiemethoden die nuttig zijn bij het observeren van de verkalking van een buisworm, Hydroides elegans, evenals het lokaliseren en karakteriseren van het eerste verkalkte materiaal. Live microscopie en elektronenmicroscopie worden samen gebruikt om functionele en materiaalinformatie te verstrekken die belangrijk zijn bij het bestuderen van biomineralisatie.

Karakterisering van calcificatie Events met Live optische en elektronenmicroscopie technieken in een Marine tubeworm

Ruimtelijke patronen van bodemerosie en depositie kunnen van verschillen in hoogte van de grond toegewezen op tijdig stappen worden afgeleid. Dergelijke wijzigingen in de hoogte hebben betrekking op wijzigingen in in de buurt van-oppervlakte bodem carbonaten. Herhaalbare methoden voor veld en laboratorium metingen van deze hoeveelheden en data analysemethoden worden hier beschreven.

Meten en in kaart brengen van patronen van bodemerosie en afzetting aan de bodem carbonaat concentraties onder beheer van de landbouw gerelateerde

We beschrijven een protocol voor de precipitatie en karakterisering van calciumcarbonaat kristallen die vormen in de aanwezigheid van biopolymeren.

Vorming van calcium carbonaat in aanwezigheid van Bioolymeer additieven

Nauwkeurige kwantificering van fosfor (P) desorptie potentiaal in verzadigde bodems en sedimenten is belangrijk voor P Modeling en transport mitigatie inspanningen. Om beter rekening te kunnen maken voor in situ bodem-water redox dynamiek en P mobilisatie onder langdurige verzadiging, werd een eenvoudige aanpak ontwikkeld op basis van herhaalde bemonstering van laboratorium microcosm's.

Meting van de fosfor afgifte in laboratorium Microcosms voor de beoordeling van de water kwaliteit

De hier beschreven verificatiemethode is aanpasbaar voor het monitoren van pedogene anorganische koolstofvastlegging in verschillende landbouwgronden, gewijzigd met alkalische aardmetaalsilicaathoudende gesteenten, zoals wollastoniet, basalt en olivijn. Dit type validatie is essentieel voor koolstofkredietprogramma's, die ten goede kunnen komen aan boeren die koolstof in hun velden in beslag neemt.

Monitoring pedogene anorganische koolstofaccumulatie als gevolg van verwering van gewijzigde silicaatmineralen in landbouwgronden.

Het huidige protocol beschrijft een microfluïdisch platform om de ontwikkeling van biofilms in quasi-2D poreuze media te bestuderen door microscopiebeeldvorming met hoge resolutie te combineren met gelijktijdige drukverschilmetingen. Het platform kwantificeert de invloed van poriegrootte en vloeistofstroomsnelheden in poreuze media op bioclogging.

Een microfluïdisch platform om bioclogging in poreuze media te bestuderen

Hier presenteren we de constructie en werking van een experimentele opstelling om minerale verwering te verbeteren door de activiteit van bodemorganismen, terwijl tegelijkertijd abiotische variabelen worden gemanipuleerd waarvan bekend is dat ze verwering stimuleren. Representatieve resultaten uit de werking van de opstelling en steekproefanalyses worden besproken samen met verbeterpunten.

Ontwerp en bouw van een experimentele opstelling om minerale verwering te verbeteren door de activiteit van bodemorganismen

Sporosarcina pasteurii is een ureolytische bacterie die ureum afbreekt tot carbonaat en ammonium. Het carbonaat combineert met calcium om calciumcarbonaat te vormen, waardoor een kristalrooster ontstaat dat omringende deeltjes aan elkaar verankert om biocement te produceren. Dit is een handig protocol voor het gebruik van 3D-geprinte mallen om biocementstenen te maken die geschikt zijn voor compressietesten.

Productie en analyse van Sporosarcina pasteuri biocement bakstenen met behulp van op maat gemaakte 3D-geprinte mallen voor onbeperkte compressietests

Leer de onderdompelingsmethode voor MICP-behandeling van zandgrond om uniforme calciumcarbonaat-precipitatie te bereiken. Deze techniek verbetert mechanische eigenschappen en helpt onderzoekers bij het ontwerpen van geschikte mallen.

Zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) door onderdompeling

Meer video's verkennen