Tutaj prezentowana jest technologia mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) w celu poprawy właściwości gleby przez zanurzenie.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentowana jest technologia mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) w celu poprawy właściwości gleby przez zanurzenie.
Celem tego artykułu jest opracowanie metody immersji w celu poprawy próbek poddanych działaniu mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP). Zmontowano reaktor wsadowy w celu zanurzenia próbek gleby w pożywkach cementowych. Media cementowe mogą swobodnie dyfundować do próbek gleby w reaktorze wsadowym zamiast wstrzykiwać media cementacyjne. Do przygotowania różnych uchwytów na próbki gleby użyto elastycznej formy w pełni kontaktowej, sztywnej formy pełnokontaktowej i formy z cegły rdzeniowej. Wybrano włókna syntetyczne i włókna naturalne w celu wzmocnienia próbek gleby poddanych działaniu MICP. Zmierzono wytrącony CaCO3 w różnych obszarach próbek poddanych działaniu MICP. Wyniki rozkładu CaCO3 wykazały, że wytrącony CaCO3 był równomiernie rozprowadzany w próbce gleby metodą zanurzeniową.
Jako technologia biologicznej poprawy gruntu, mikrobiologicznie indukowane opady kalcytu (MICP) są w stanie poprawić właściwości inżynieryjne gleby. Został zastosowany w celu zwiększenia wytrzymałości, sztywności i przepuszczalności gleby. Technika MICP zyskała duże zainteresowanie w ulepszaniu gleby na całym świecie1,2,3,4. Wytrącanie węglanów występuje naturalnie i może być wywołane przez organizmy niepatogenne, które są rodzime dla środowiska glebowego5. Reakcja biogeochemiczna MICP jest napędzana przez obecność bakterii ureolitycznych, mocznika i roztworu bogatego w wapń5,6. Sporosarcina pasteurii jest wysoce aktywnym enzymem ureazowym, który katalizuje sieć reakcji w kierunku wytrącania kalcytu 7,8. W procesie hydrolizy mocznika powstaje rozpuszczony amon (NH4+) i węglan nieorganiczny (CO32-). Jony węglanowe reagują z jonami wapnia, wytrącając się w postaci kryształów węglanu wapnia. Reakcje hydrolizy mocznika przedstawiono tutaj:


Wytrącony CaCO3 może łączyć ze sobą cząsteczki piasku, aby poprawić właściwości inżynieryjne gleby poddanej działaniu MICP. Technika MICP została zastosowana w różnych zastosowaniach, takich jak poprawa wytrzymałości i sztywności gruntu, naprawa betonu i remediacja środowiska9,10,11,12,13,14,15.
Zhao et al.16 opracowali metodę zanurzeniową do przygotowania próbek poddanych działaniu MICP. W metodzie tej zastosowano elastyczną formę full contact wykonaną z geowłókniny. Wytrącony CaCO3 rozprowadzono równomiernie w próbkach poddanych działaniu MICP. Bu et al.17 opracowali sztywną, pełnokontaktową formę do przygotowania próbek wiązki poddanych działaniu MICP metodą zanurzeniową. Próbka poddana działaniu MICP przygotowana tą metodą przy użyciu sztywnej formy kontaktowej może uformować odpowiedni kształt wiązki. Próbkę poddaną działaniu MICP podzielono na cztery części i zmierzono zawartość CaCO3 . Zawartość CaCO3 wahała się od 8,4 ± 1,5% do 9,4 ± 1,2% wagowo, co wskazywało, że CaCO3 rozkłada się równomiernie w próbkach poddanych działaniu MICP metodą zanurzeniową. Próbki poddane działaniu MICP osiągnęły również lepsze właściwości mechaniczne. Te biopróbki poddane działaniu MICP osiągnęły wytrzymałość na zginanie 950 kPa, która była podobna do 20-25% próbek poddanych działaniu cementu (600-1300 kPa). Li et al.10 dodali losowo rozmieszczone dyskretne włókno do piaszczystej gleby i potraktowali glebę metodą zanurzeniową MICP. Odkryli, że wytrzymałość na ścinanie, ciągliwość i odkształcenie niszczące gleby poddanej działaniu MICP zostały oczywiście zwiększone przez dodanie odpowiedniego włókna.
Metoda zanurzenia w MICP jest stale ulepszana10,16,17. Metodę tę można wykorzystać do przygotowania próbek gruntu poddanych działaniu MICP oraz prefabrykowanych materiałów budowlanych poddanych działaniu MICP, takich jak cegły i belki. Opracowano różne wymiary geometryczne formy do przygotowania próbek. Włókna zostały dodane do próbek poddanych działaniu MICP w celu poprawy ich właściwości. Ten szczegółowy protokół miał na celu udokumentowanie metod zanurzania w leczeniu MICP.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Wszystkie istotne materiały użyte w poniższych procedurach nie są niebezpieczne. Nadal potrzebne są środki ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny, długie spodnie, buty z zakrytymi palcami).
1. Przygotowanie roztworu bakteryjnego
2. Przygotowanie podłoża cementowego
UWAGA: Media cementowe są używane do dostarczania substancji chemicznych do indukowania wytrącania kalcytu podczas obróbki MICP. Stosunek molowy mocznika-Ca2+ wynosi 1:1. Składniki chemiczne mediów cementowych przedstawiono w tabeli 1. Poniższa procedura dotyczy 20 l podłoża cementowego o stężeniu 0,5 M Ca.
3. Przygotowanie form
4. Przygotowanie reaktora wsadowego
UWAGA: Reaktor pokazany w Rysunek 4 składa się z plastikowego pudełka, podłoża cementowego, półki na próbki i pomp powietrza. Próbki gleby mogą całkowicie zanurzyć się w mediach cementowych, podczas gdy media cementowe mogą swobodnie dyfundować do próbek gleby za pomocą tej metody. Pompa powietrza w reaktorze dostarcza tlen bakteriom. Aby określić wpływ różnego dopływu tlenu na leczenie MICP katalizowane przez Sporosarcina pasteurii, Li i in. 201718 przeprowadzili testy kontrastowe w trzech różnych warunkach: stan napowietrzony, stan ograniczenia powietrza i stan na otwartym powietrzu. Odkryli, że stan dobrego natlenienia jest niezbędny do poprawy procesów MICP katalizowanych przez bakterie tlenowe.
5. Przygotowanie próbek gleby
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 7 pokazuje rozkład wytrąconego CaCO3 w próbce poddanej działaniu MICP. Próbka poddana działaniu MICP została podzielona na trzy różne obszary. Zawartość CaCO3 w każdym obszarze została przetestowana metodą mycia kwasem. Aby rozpuścić wytrącone węglany, suche próbki poddane działaniu MICP przemyto w roztworze HCl (0,1 M), a następnie wypłukano, osuszono i wysuszono w piecu przez 48 godzin. Za wartość różnicy między masami próbek przed i po przemyciu kwasem uznano...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W artykule przedstawiono technikę MICP przez zanurzenie. Próbki gleby zanurzono w reaktorze wsadowym, aby w pełni spenetrować je przez media cementowe w procesie MICP. W tej metodzie zastosowano elastyczną formę pełnokontaktową, sztywną formę pełnokontaktową i formę z cegły rdzeniowej w celu przygotowania próbek poddanych działaniu MICP.
Różne formy mogą być zaprojektowane dla różnych wymagań geometrycznych. Włóknista struktura geowłókniny zwiększyła powierzchnię kontaktu piasku z mediami ceme...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez National Science Foundation Grant No. 1531382 i MarTREC.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Chlorek amonu, >99% | Bio-world | 40100196-3 (705033) | |
| Siarczan amonu | Bio-world | 30635330-3 | |
| Chlorek wapnia dwuwodny, >99% | Bio-world | 40300016-3 (705111) | |
| Bulion odżywczy | Bio-world | 30620056-3 | |
| Wodorowęglan sodu, >99% | Bio-world | 41900068-3 (705727) | |
| Sporosarcina pasteurii | American Type Culture Collection | ATCC 11859 | |
| Włókno syntetyczne | FIBERMESH | Fibermesh 150e3 | |
| Tris-Base, klasa biotechnologiczna, >99.7% | Bio-world | 42020309-2 (730205) | |
| Mocznik, klasa USP, >99% | Bio-world | 42100008-2 (705986) | |
| Ekstrakt z drożdży | Bio-świat | 30620096-3 (760095) |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie