Name: Poprawa jakości gleby piaszczystej poprzez indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu (MICP) przez zanurzenie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Poznaj metodę zanurzenia w technologii MICP do poprawy właściwości mechanicznych gleby piaszczystej poprzez wytrącanie węglanu wapnia. Technika zapewnia jednorodne wytrącanie i umożliwia testowanie mechaniczne próbek.

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

Ta praca była wspierana przez National Science Foundation Grant No. 1531382 i MarTREC.

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
<ol>
	<li>Przygotowanie pożywki wzrostowej (pożywka NH 4-YE) 
	UWAGA: Składniki pożywki wzrostowej na litr wody dejonizowanej to: 20 g ekstraktu drożdżowego; 10 g (NH4)2SO4; i 0,13 M buforu Tris (pH 9,0).
	<ol>
		<li>Składniki autoklawu należy stosować osobno.</li>
		<li>Rozpuścić 20 g ekstraktu drożdżowego i 10 g (NH4)2SO4 w 1 l wody dejonizowanej zawierającej 0,13 M bufor Tris.</li>
		<li>Wymieszaj składniki ze sobą za pomocą mieszadła magnetycznego po sterylizacji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Procedura rozmnażania Sporosarcina pasteurii 
	UWAGA: W tym eksperymencie użyj probówek wirówkowych o pojemności 50 ml.
	<ol>
		<li>Rozmrozić zamrożone bakterie w fiolce.</li>
		<li>Otworzyć fiolkę.</li>
		<li>Przenieść 0,1 ml zawiesiny bakterii do probówki wirówkowej z 10 ml świeżej pożywki wzrostowej. Dobrze wymieszać ręcznie (szybkość inokulacji wynosi 1:100). Powtórz 5 kolejnych zawiesin bakteryjnych z pożywką wzrostową. Przygotuj probówkę kontrolną tylko z 10 świeżymi pożywkami w środku. 
		UWAGA: Krioprotektant stosowany w procedurze liofilizacji/suszenia może hamować wzrost w probówce pierwotnej. Pokrywy rurek były luźno dokręcone w celu utrzymania warunków tlenowych.</li>
		<li>Inkubować wszystkie probówki w wytrząsarce z prędkością 200 obr./min w temperaturze 30 °C przez 48 do 72 godzin. Przerwij inkubację, jeśli podłoże wzrostowe stanie się mętne po 48 godzinach. W przeciwnym razie wydłuż inkubację do maksymalnie 72 godzin.</li>
		<li>Odwirować probówki z bakteriami i pożywką wzrostową o sile 4 000 x g przez 20 minut.</li>
		<li>Usuń sklarowany nadnaton, zastąp go 25 ml świeżej pożywki wzrostowej i dobrze wymieszaj za pomocą maszyny wirowej.</li>
		<li>Powtórz kroki 1.2.3-1.2.6 dwukrotnie, aby w pełni stymulować aktywność bakterii.</li>
		<li>Użyj zawiesiny z probówek w kroku 1.2.7, aby zaszczepić więcej probówek 25 ml pożywki wzrostowej w celu wzmocnienia kultury bakterii (szybkość inokulacji wynosi 1:100).</li>
		<li>Inkubować wszystkie probówki w wytrząsarce z prędkością 200 obr./min w temperaturze 30 °C przez 48 godzin.</li>
		<li>Odwirować probówki z bakteriami i pożywką wzrostową o sile 4 000 x g przez 20 minut.</li>
		<li>Usuń supernatant, zastąp go świeżą pożywką wzrostową i dobrze wymieszaj za pomocą maszyny wirowej.</li>
		<li>Dostosuj stężenie bakterii przy użyciu świeżej pożywki wzrostowej przed eksperymentami MICP. Obliczyć stężenie bakterii na podstawie gęstości optycznej zawiesiny o długości fali 600 nm, która została zmierzona za pomocą spektrofotometru. OD600 w tym eksperymencie wynosił 0,6.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>Przygotuj 20 l wody w plastikowym pudełku.</li>
	<li>W 20 l wody destylowanej rozpuścić 200 g NH4Cl, 60 g bulionu odżywczego, 42,4 gNaHCO3, 600 g mocznika i 1470 g CaCl2∙2H2OO. Dobrze wymieszaj za pomocą mieszadła.</li>
</ol>
3. Przygotowanie form
<ol>
	<li>Przygotowanie formy elastycznej pełnokontaktowej (FCFM) 
	UWAGA: Elastyczna forma w pełni kontaktowa wykonana jest z geowłókniny. Geowłóknina ma wytrzymałość na rozciąganie 1 689 N, wytrzymałość na rozciąganie trapezowe 667 N, pozorny rozmiar otworu 0,15 mm, natężenie przepływu wody 34 mm/s, grubość 1,51 mm i masę jednostkową 200 g/m2. Wielkość formy można zmieniać, aby przygotować różne rozmiary próbek (na przykład nieograniczoną próbkę do próby ściskania lub próbkę do badania bezpośredniego ścinania).
	<ol>
		<li>Ponieważ FCFM składa się z części pierścieniowej, dna i pokrywy, pokrój geowłókninę na części składowe FCFM.</li>
		<li>Zszyj trzy części FCFM razem, jak pokazano na Rysunek 1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie sztywnej formy pełnokontaktowej (RFCM) do biocegieł 
	UWAGA: Sztywna forma w pełni kontaktowa składa się z elastycznej warstwy i sztywnego uchwytu. Elastyczna warstwa wykonana jest z tej samej geowłókniny co FCFM. Sztywny uchwyt wykonany jest z perforowanej blachy polipropylenowej z naprzemiennymi otworami o średnicy 6,35 mm rozmieszczonymi na perforowanej blasze polipropylenowej, a odległość między sąsiednimi otworami wynosi 9,53 mm. Jedna forma składa się z trzech komór, a wielkość każdej komory wynosi 177,8 mm długości, 76,2 mm szerokości i 38,1 mm wysokości. Wielkość RFCM można zmieniać, aby przygotować różną wielkość próby. Otwory w sztywnym uchwycie umożliwiają swobodny przepływ mediów cementowych przez elastyczną warstwę.
	<ol>
		<li>Przygotuj perforowany arkusz polipropylenowy na części składowe sztywnego uchwytu.</li>
		<li>Zamontuj części sztywnego uchwytu za pomocą plastikowych i nakrętek.</li>
		<li>Przygotuj części składowe elastycznej warstwy geowłókniny. Elastyczna warstwa składa się z dna i pokrywy.</li>
		<li>Zamknij dolną część elastycznej warstwy w sztywnym uchwycie.</li>
		<li>Po dodaniu piasku do formy umieść pokrywę elastycznej warstwy i przymocuj, przyszywając na wierzchu próbki piasku, jak pokazano na <silna klasa = "xfig" > Rysunek 2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie formy z pustaków 
	UWAGA: Forma z pustaku zawiera sztywny uchwyt, elastyczną warstwę i tekturowe rurki. Wymiary tuby kartonowej to 60 mm x 140 mm x 60 mm. W jednej formie znajdują się trzy komory, a wielkość każdej komory formy wynosi 177,8 mm długości, 76,2 mm szerokości i 38,1 mm wysokości w tej procedurze.
	<ol>
		<li>Przygotuj perforowany arkusz polipropylenowy na części składowe sztywnego uchwytu.</li>
		<li>Wywierć otwory w dolnej części sztywnego elementu uchwytu. Rozmiar otworów wynosi 61 mm średnicy. Rozmieszczenie otworów w każdej komorze pokazane jest w Rysunek 3a.</li>
		<li>Zamontuj części sztywnego uchwytu za pomocą plastikowych i nakrętek.</li>
		<li>Zamontuj tekturowe rurki w wywierconych otworach na spodzie sztywnego uchwytu.</li>
		<li>Przygotuj części składowe elastycznej warstwy geowłókniny. Elastyczna warstwa składa się z dna i pokrywy. Potrzebne są również otwory w elastycznej warstwie w tym samym miejscu rur kartonowych.</li>
		<li>Po dodaniu piasku do formy umieść pokrywę elastycznej warstwy i przymocuj, przyszywając na wierzchu próbki piasku, jak pokazano na <silna klasa = "xfig" > Rysunek 3b.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>Podłącz pompę powietrza do dopływu powietrza za pomocą plastikowego węża.</li>
	<li>Umieść pompę powietrza w plastikowym pudełku.</li>
	<li>Wlej pożywkę cementową do plastikowego pudełka.</li>
</ol>
5. Przygotowanie próbek gleby
<ol>
	<li>Przygotowanie próbki gleby poddanej działaniu MICP 
	UWAGA: W eksperymentach używany jest piasek ottawski (99,7% kwarcu). Piasek jest jednorodny, a mediana wielkości cząstek wynosi 0,46 mm i nie zawiera żadnych drobnych cząstek. Jest klasyfikowany jako piasek słabo urodzajny w oparciu o Unified Soil Classified System (USCS).
	<ol>
		<li>Do form należy dodać suchy piasek metodą pluwiacji powietrzem (FCFM, RFCM, forma z pustaków), aby osiągnąć medianę gęstości (Dr w zakresie około 42–55% i suchą gęstość piasku w zakresie 1,58–1,64 g/cm3). 
		UWAGA: Waga piasku różni się w zależności od rodzaju formy: 145 ± 5 g piasku na próbkę testową UCS o średnicy 38,6 mm i wysokości 76,2 mm.</li>
		<li>Umieść okładkę na wierzchu próbek i przymocuj ją przez zszycie.</li>
		<li>Wlać roztwór bakterii o ustalonej wartości gęstości optycznej przez przepuszczalną osłonę geowłókniny do próbek i upewnić się, że są one nasycone. 
		UWAGA: Ilość roztworu bakteryjnego różniła się w zależności od różnych próbek: 50 ml roztworu bakteryjnego na próbkę testową UCS o średnicy 38,6 mm i wysokości 76,2 mm.</li>
		<li>Umieść próbki na półce podpartej próbką, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 5a.</li>
		<li>Zanurz całą półkę w reaktorze wsadowym wypełnionym mediami cementacyjnymi.</li>
		<li>Włącz dopływ powietrza i wyreguluj wydatek powietrza, aby utrzymać 100% nasycenia powietrzem. Poczekaj 7 dni reakcji MICP.</li>
		<li>Pobrać próbki z reaktora, jak pokazano na rysunku Rysunek 5b.</li>
		<li>Usuń próbki, przecinając elastyczną formę z pełnym kontaktem lub wyjmując z formy sztywny uchwyt, a następnie przecinając elastyczną warstwę.</li>
		<li>Umyj próbki wodą, aby usunąć pozostałości roztworu z przestrzeni porów.</li>
		<li>Umieścić próbki w suszarce o temperaturze 105 °C na 48 godzin, aż ich masa pozostanie stała. Próbki mogą być badane lub poddawane dodatkowej obróbce po wysuszeniu w piecu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie próbki gleby wzmocnionej włóknem MICP 
	UWAGA: W tych procedurach stosuje się włókno syntetyczne (patrz Tabela materiałów) i naturalne włókno palmowe, jak pokazano na rysunku <silna klasa="xfig">Rysunek 6.
	<ol>
		<li>W przypadku włókna syntetycznego proponowaną zawartość włókien i 900 g suchego piasku należy ręcznie wymieszać w małych porcjach, aby uzyskać jednolitą mieszankę. Zawartość włókien w tym eksperymencie ustala się na 0,3% wagowo suchego piasku.</li>
		<li>W przypadku naturalnego włókna palmowego rozprowadź 760 g piasku na cztery równe części. Dodaj te cztery części piasku i trzy warstwy włókna w RFCM w odstępach czasu.</li>
		<li>Powtórz tę samą procedurę, co w krokach 5.1.2—5.1.10, aby uzyskać próbkę poddaną działaniu MICP.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie cegieł impregnowanych cementem z bioobróbką powierzchni 
	UWAGA: Cement portlandzki (TYP I/II) o ciężarze właściwym 3,15 jest używany jako środek cementujący do próbek poddanych obróbce cementem w tym doświadczeniu. Wczesny przyrost wytrzymałości tego cementu pozwolił na różne czasy utwardzania wynoszące od 7 do 21 dni. Udział dodanego cementu w tej procedurze wynosi 10% wagowo suchego piasku.
	<ol>
		<li>Wymieszaj 900 g piasku, 90 g cementu i 200 ml wody, aby uzyskać jednolitą mieszankę.</li>
		<li>Dodaj mieszaninę do sztywnej formy. Rozmiar sztywnej formy wynosi 177,8 mm długości, 76,2 mm szerokości i 38,1 mm wysokości.</li>
		<li>Utwardzać przez 7 dni przy stałej wilgotności 100% i stałej temperaturze 25 °C.</li>
		<li>Umieścić próbki w suszarce o temperaturze 105 °C na 48 godzin, aż ich masa pozostanie stała.</li>
		<li>Powtórz tę samą procedurę, co kroki 5.1.3—5.1.8.</li>
		<li>Umieścić próbki w suszarce o temperaturze 105 °C na 48 godzin, aż ich masa pozostanie stała. Próbki mogą być badane lub poddawane dodatkowej obróbce po wysuszeniu w piecu.</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>

Nie mamy nic do ujawnienia.

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...

Mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu (MICP), jako biologiczna technologia wzmacniania podłoża, pozwala na poprawę właściwości inżynieryjnych gleby. Była ona wykorzystywana do zwiększenia wytrzymałości, sztywności i zmiany przepuszczalności gleby. Technika MICP zyskała ogromną uwagę w zakresie poprawy właściwości gruntów na całym świecie1,2,3,4. Wytrącanie węglanów zachodzi naturalnie i może być indukowane przez niepatogenne organizmy rodzime dla środowiska glebowego5. Biogeochemiczna reakcja MICP jest napędzana przez obecność bakterii ureolitycznych, mocznika oraz roztworu bogatego w wapń5,6. Sporosarcina pasteurii posiada bardzo aktywny enzym ureazę, który katalizuje sieć reakcji prowadzących do wytrącania kalcytu7,8. Proces hydrolizy mocznika generuje rozpuszczony amon (NH4+) i nieorganiczny węglan (CO32-). Jony węglanowe reagują z jonami wapnia, wytrącając się w postaci kryształów węglanu wapnia. Reakcje hydrolizy mocznika przedstawiono poniżej:
<img alt="Równanie hydrolizy mocznika, CO(NH₂)₂ + 2H₂O → 2NH₄⁺ + CO₃²⁻, wzór reakcji chemicznej." src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1">
<img alt="Równanie reakcji chemicznej: Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃(s)↓; schemat wytrącania." src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 2">
Wytrącony CaCO3 może wiązać ze sobą ziarna piasku, co poprawia właściwości inżynieryjne gleby poddanej procesowi MICP. Technika MICP znajduje zastosowanie w różnych obszarach, takich jak poprawa wytrzymałości i sztywności gruntu, naprawa betonu oraz remediacja środowiska9,10,11,12,13,14,15.
Zhao i wsp.16 opracowali metodę zanurzeniową do przygotowywania próbek poddanych procesowi MICP. W metodzie tej zastosowano elastyczną formę pełnego kontaktu wykonaną z geowłókniny. Wytrącony CaCO3 rozłożył się równomiernie w ich próbkach poddanych MICP. Bu i wsp.17 opracowali sztywną formę pełnego kontaktu do przygotowywania belek testowych poddanych MICP metodą zanurzeniową. Próbka poddana MICP, przygotowana tą metodą przy użyciu sztywnej formy pełnego kontaktu, może przyjąć odpowiedni kształt belki. Próbkę poddaną MICP podzielono na cztery części i zmierzono zawartość CaCO3. Zawartość CaCO3 wynosiła od 8,4 ± 1,5% do 9,4 ± 1,2% wagowo, co wskazało, że CaCO3 rozłożył się równomiernie w próbkach poddanych MICP metodą zanurzeniową. Próbki te wykazały również lepsze właściwości mechaniczne. Te biologiczne próbki poddane MICP osiągnęły wytrzymałość na zginanie na poziomie 950 kPa, co było zbliżone do wyników próbek stabilizowanych cementem w ilości 20- 25% (600- 1300 kPa). Li i wsp.10 dodali losowo rozproszone włókna dyskretne do piaszczystej gleby i poddali ją obróbce metodą zanurzeniową MICP. Stwierdzili, że wytrzymałość na ścinanie, ciągliwość i odkształcenie krytyczne gleby poddanej MICP uległy wyraźnej poprawie po dodaniu odpowiednich włókien.
Metoda imersyjna w procesie MICP była stale udoskonalana10,16,17. Metoda ta może być stosowana do przygotowania próbek gleby poddanych procesowi MICP oraz prefabrykowanych materiałów budowlanych traktowanych metodą MICP, takich jak cegły i belki. Opracowano formy do przygotowania próbek o różnych wymiarach geometrycznych. W celu poprawy właściwości próbek traktowanych metodą MICP dodano do nich włókna. Niniejszy szczegółowy protokół ma na celu udokumentowanie metod imersyjnych stosowanych w procesie MICP.

<table><tbody><tr><td>Chlorek amonu, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40100196-3 (705033)</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan amonu</td><td>Bio-world</td><td>30635330-3</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek wapnia dwuwodny, >99%</td><td>Bio-world</td><td>40300016-3 (705111)</td><td></td></tr><tr><td>Bulion odżywczy</td><td>Bio-world</td><td>30620056-3</td><td></td></tr><tr><td>Wodorowęglan sodu, >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>Włókno syntetyczne</td><td>FIBERMESH</td><td>Fibermesh 150e3</td><td></td></tr><tr><td>Tris-Base, klasa biotechnologiczna, >99.7%</td><td>Bio-world</td><td>42020309-2 (730205)</td><td></td></tr><tr><td>Mocznik, klasa USP, >99%</td><td>Bio-world</td><td>42100008-2 (705986)</td><td></td></tr><tr><td>Ekstrakt z drożdży</td><td>Bio-świat</td><td>30620096-3 (760095)</td><td></td></tr></tbody></table>

poprawa jakości gleby piaszczystej poprzez indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu (micp) przez zanurzenie

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

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.

Rysunek 7 przedstawia rozkład wytrąconego CaCO3 w całej próbce poddanej procesowi MICP. Próbkę poddaną MICP podzielono na trzy różne obszary. Zawartość CaCO3 w każdym obszarze przebadano metodą płukania kwasem. W celu rozpuszczenia wytrąconych węglanów suche próbki poddane MICP przemyto roztworem HCl (0,1 M), a następnie przepłukano, odsączono i suszono w suszarce przez 48 h. Różnica między masami próbek przed i po płukaniu kwasem została uznana za masę węglanów wytrąco...

Tutaj prezentowana jest technologia mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) w celu poprawy właściwości gleby przez zanurzenie.

Poprawa jakości gleby piaszczystej poprzez indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu (MICP) przez zanurzenie

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

Metoda zanurzenia zademonstrowana w tym protokole pomaga naukowcom usunąć nieuszkodzoną próbkę gleby poddanej działaniu MICP do testów mechanicznych przez różne pleśnie. Technika ta pomaga próbce gleby poddanej działaniu MICP uzyskać bardziej jednorodny wytrącony węglan wapnia. Dzięki tej metodzie próbki gleby poddane działaniu MICP uzyskują również lepsze właściwości mechaniczne.Najważniejszym aspektem tej techniki jest zapewnienie, że aktywność bakterii jest wystarczająco dobra, aby proces MICP pozwolił uniknąć czasochłonności i marnotrawstwa materiału. Projektowanie odpowiednich form do różnych zastosowań jest uważane za kolejny ważny aspekt dla badaczy, którzy zamierzają wybrać tę technikę po raz pierwszy. Na początek przenieś 0,1 mililitra zawiesiny bakteryjnej do probówki wirówkowej wypełnionej 10 mililitrami świeżej pożywki wzrostowej.Dobrze wymieszaj, odwracając, a następnie poluzuj pokrywę tubki, aby utrzymać warunki tlenowe. Przygotuj sześć probówek zawiesin bakteryjnych z pożywką wzrostową i jedną probówkę kontrolną z 10 mililitrami samej świeżej pożywki. Inkubuj wszystkie probówki w wytrząsarce przy 200 obr./min i 30 stopniach Celsjusza przez 48 do 72 godzin.Jeśli podłoże stanie się mętne po 48 godzinach, przerwij inkubację. Odwirować probówki z bakteriami i pożywką wzrostową 4 000 razy g przez 20 minut. Usuń supernatant, zastąp 25 mililitrami świeżej pożywki wzrostowej i dobrze wymieszaj za pomocą maszyny wirowej.Następnie, aby wzmocnić hodowlę bakterii, przenieś 0,25 mililitra zawiesiny z probówek do nowych probówek z 25 mililitrami pożywki wzrostowej w celu zaszczepienia. Inkubuj wszystkie probówki w wytrząsarce przy 200 obr./min i 30 stopniach Celsjusza przez 48 godzin. Odwirować probówki z bakteriami i pożywką wzrostową 4 000 razy g przez 20 minut.Usuń supernatant, zastąp go świeżą pożywką wzrostową i dobrze wymieszaj za pomocą maszyny wirowej. Zmierz gęstość optyczną zawiesiny przy 600 nanometrach na spektrofotometrze. Dostosuj stężenie bakterii za pomocą świeżej pożywki wzrostowej do OD600 0,6.Dodaj około 140 gramów suchego piasku ottawskiego z 99,7% sznurami do form metodą pluwiacji powietrza, aby osiągnąć medianę gęstości o gęstości względnej w zakresie od 42 do 55% i suchą gęstość piasku w zakresie od 1,58 do 1,64 grama na centymetr sześcienny. Umieść okładkę na próbkach i przymocuj ją przez zszycie. Wlać roztwór bakteryjny przez przepuszczalną powłokę geowłókniny do próbek.Gdy na dnie próbek gleby obserwuje się płynący roztwór bakteryjny, uważa się je za nasycone. Następnie umieść próbki na półce. Zanurz całą półkę w reaktorze wsadowym wypełnionym mediami cementowymi.Włącz dopływ powietrza i wyreguluj wydatek powietrza, aby utrzymać 100% nasycenia powietrzem. Poczekaj na siedem dni reakcji MICP. Pobrać próbki z reaktora.Użyj noża, aby przeciąć elastyczną formę w pełnym kontakcie. Następnie umyj próbki wodą, aby usunąć pozostały roztwór w przestrzeniach porowych. Umieść próbki w piecu o temperaturze 105 stopni Celsjusza na 48 godzin, aż ich waga pozostanie stała.W przypadku włókna syntetycznego wymieszaj ręcznie 2,7 grama włókien i 900 gramów suchego piasku w małych odstępach, aby uzyskać jednolitą mieszankę o zawartości błonnika 0,3%. Aby uzyskać naturalne włókno palmowe, przygotuj cztery części piasku po 190 gramów każda. Przygotuj trzy warstwy włókien po około 1,8 grama każda.Dodaj cztery części piasku i trzy warstwy włókien w sztywnej, pełnokontaktowej formie w odstępach czasu. Następnie powtórz zabieg MICP jak poprzednio. W tym protokole zaobserwowano wytrącony węglan wapnia w całej próbce poddanej działaniu MICP.Próbka poddana działaniu MICP została podzielona na trzy różne obszary. Zawartość węglanu wapnia w próbce poddanej działaniu MICP metodą zanurzeniową wahała się od 9,0 do 9,5%, co wskazuje, że wytrącony węglan wapnia był równomiernie rozprowadzony w próbce gleby. Krzywe naprężeniowo-odkształceniowe biocegły wzmocnionej trzema warstwami włókna palmowego i niezbrojonej biocegły wykazały, że wytrzymałość na zginanie niezbrojonej biocegły wynosiła 1 150 kilopaskal, podczas gdy biocegły zbrojonej wynosiła 980 kilopaskal.Szczep zginania uległ znacznej poprawie dzięki dodatkowi włókna palmowego. Bardzo ważne jest, aby zapewnić aktywność roztworu bakteryjnego przed procesem MICP. Jeśli nie, nie ma pewności, czy eksperyment zakończy się sukcesem.Gdy eksperyment się nie powiedzie, powinna to być strata czasu i materiałów. Zgodnie z tą procedurą, różne formy mogą być projektowane do różnych celów eksperymentalnych za pomocą techniki MICP. Wpływ MICP na różne rodzaje konstrukcji lub różne materiały może być symulowany przez te formy.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Źródło: Bhaduri, S., et al., Mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu za pośrednictwem Sporosarcina pasteurii. J. Vis. Exp. (2016)Ten film przedstawia metodę wzbogacania Sporosarcina pasteurii w mocznik i chlorek wapnia w celu wywołania aktywności ureazy, co prowadzi do powstania widocznych kryształów kalcytu poprzez mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu lub MICP.

Mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu przez Sporosarcina pasteurii

Protokoły dla mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) przy użyciu bakterii Sporosarcina pasteurii są przedstawione tutaj. Wytrącony węglan wapnia scharakteryzowano za pomocą mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Wykazano również, że ekspozycja na MICP zwiększa wytrzymałość gąbki na ściskanie.

Mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu za pośrednictwem Sporosarcina pasteurii

Przedstawiono protokół równoległej produkcji wytrąconego węglanu wapnia i materiału zeolitowego z żużla wielkopiecowego poprzez karbonatyzację minerałów i alkaliczną konwersję hydrotermalną. Badana jest wydajność materiału zeolitowego w kierunku adsorpcji niklu.

Dwukierunkowa waloryzacja żużla wielkopiecowego: synteza wytrąconego węglanu wapnia i zeolitowego adsorbentu metali ciężkich

Pokazujemy użycie różnych metod mikroskopowych, które są przydatne do obserwacji zwapnienia tubeworma, Hydroides elegans, a także do lokalizowania i charakteryzowania pierwszego zwapniałego materiału. Mikroskopia na żywo i mikroskopia elektronowa są używane razem w celu dostarczenia informacji funkcjonalnych i materiałowych, które są ważne w badaniu biomineralizacji.

Charakterystyka zwapnień przy użyciu technik mikroskopii optycznej i elektronowej na żywo w rurowcu morskim

Przestrzenne wzorce erozji i osadzania się gleby można wywnioskować z różnic w wysokości gruntu odwzorowanych w odpowiednich przyrostach czasu. Takie zmiany wysokości są związane ze zmianami węglanów glebowych przy powierzchni. Opisano tutaj powtarzalne metody pomiarów terenowych i laboratoryjnych tych wielkości oraz metody analizy danych.

Pomiar i mapowanie wzorców erozji i depozycji gleby związanych ze stężeniami węglanów w glebie w ramach gospodarki rolnej

Opisujemy protokół wytrącania i charakterystyki kryształów węglanu wapnia, które powstają w obecności biopolimerów.

Tworzenie węglanu wapnia w obecności dodatków biopolimerowych

Dokładna kwantyfikacja potencjału desorpcyjnego fosforu (P) w nasyconych glebach i osadach jest ważna dla modelowania P i działań łagodzących transport. Aby lepiej wyjaśnić dynamikę redoks gleba-woda in situ i mobilizację fosforu przy przedłużonym nasyceniu, opracowano proste podejście oparte na wielokrotnym pobieraniu próbek z laboratoryjnych mikrokosmosów.

Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Opisana tutaj metoda weryfikacji jest przystosowana do monitorowania pedogenicznej sekwestracji węgla nieorganicznego w różnych glebach rolnych wzbogaconych skałami zawierającymi krzemian metali ziem alkalicznych, takich jak wollastonit, bazalt i oliwin. Ten rodzaj walidacji jest niezbędny dla programów kredytów węglowych, które mogą przynieść korzyści rolnikom, którzy sekwestrują dwutlenek węgla na swoich polach.

Monitorowanie pedogennej akumulacji węgla nieorganicznego spowodowanej wietrzeniem zmodyfikowanych minerałów krzemianowych w glebach rolnych.

Obecny protokół opisuje platformę mikroprzepływową do badania rozwoju biofilmu w porowatych ośrodkach quasi-2D poprzez połączenie obrazowania mikroskopowego o wysokiej rozdzielczości z jednoczesnymi pomiarami różnicy ciśnień. Platforma określa ilościowo wpływ wielkości porów i natężenia przepływu płynu w porowatych ośrodkach na biozatkanie.

Platforma mikroprzepływowa do badania biozatykania w pożywkach porowatych

Tutaj prezentujemy budowę i działanie eksperymentalnego zestawu do wzmacniania wietrzenia minerałów poprzez aktywność organizmów glebowych, przy jednoczesnym manipulowaniu zmiennymi abiotycznymi, o których wiadomo, że stymulują wietrzenie. Reprezentatywne wyniki z funkcjonowania konfiguracji i analizy próbek są omawiane wraz z punktami do poprawy.

Projekt i budowa układu doświadczalnego w celu poprawy wietrzenia minerałów poprzez aktywność organizmów glebowych

Sporosarcina pasteurii to bakteria ureolityczna, która rozkłada mocznik na węglan i amon. Węglan łączy się z wapniem, tworząc węglan wapnia, tworząc sieć krystaliczną, która zakotwicza otaczające cząstki w celu wytworzenia biocementu. Jest to wygodny protokół do używania form drukowanych w 3D do tworzenia cegieł biocementowych nadających się do testów ściskania.

Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania

Poznaj metodę zanurzenia w technologii MICP do poprawy właściwości mechanicznych gleby piaszczystej poprzez wytrącanie węglanu wapnia. Technika zapewnia jednorodne wytrącanie i umożliwia testowanie mechaniczne próbek.

Poprawa jakości gleby piaszczystej poprzez indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu (MICP) przez zanurzenie

Przeglądaj więcej filmów