א דאנק פארן באזוכן nature.com. די בראַוזער ווערסיע וואָס איר ניצט האט באַגרענעצטע CSS שטיצע. פֿאַר די בעסטע דערפאַרונג, מיר רעקאָמענדירן אַז איר ניצט די לעצטע בראַוזער ווערסיע (אָדער דיאַקטיווירט קאָמפּאַטיביליטי מאָדע אין אינטערנעט עקספּלאָרער). דערצו, צו ענשור ווייטערדיקע שטיצע, וועט די וועבזייטל נישט אַנטהאַלטן סטילן אָדער דזשאַוואַסקריפּט.
שטויב שטורעמס שטעלן פאר א ערנסטע סכנה פאר פילע לענדער ארום דער וועלט צוליב זייער דעסטרוקטיוון איינפלוס אויף לאנדווירטשאפט, מענטשלעכע געזונט, טראנספארטאציע נעטוואָרקס און אינפראַסטרוקטור. אלס רעזולטאט, ווערט ווינט עראָזיע באַטראַכט ווי א גלאבאלע פּראָבלעם. איינער פון די ענווייראָנמענטאַלי פרייַנדלעך צוגאַנגען צו באַגרענעצן ווינט עראָזיע איז די נוצן פון מיקראָביאַל-ינדוסט קאַרבאָנאַט אָפּזאַץ (MICP). אָבער, די ביי-פּראָדוקטן פון ורעאַ-דעגראַדאַציע-באַזירט MICP, אַזאַ ווי אַמאָניאַק, זענען נישט ידעאַל ווען געשאפן אין גרויסע קוואַנטאַטיז. די לערנען פּרעזענטירט צוויי פאָרמולאַציעס פון קאַלסיום פאָרמאַט באַקטעריע פֿאַר די דעגראַדאַציע פון ​​MICP אָן פּראָדוצירן ורעאַ און קאַמפּריכענסיוולי קאַמפּערז זייער פאָרשטעלונג מיט צוויי פאָרמולאַציעס פון ניט-אַמאָניאַק-פּראָדוצירנדיק קאַלסיום אַסעטאַט באַקטעריע. די באַקטעריע באַטראַכט זענען Bacillus subtilis און Bacillus amyloliquefaciens. ערשטער, די אָפּטימיזעד ווערטן פון די סיבות קאַנטראָולינג CaCO3 פאָרמירונג זענען באַשטימט. ווינט טונעל טעסץ זענען דעמאָלט געפירט אויף זאַמד דונע סאַמפּאַלז באהאנדלט מיט די אָפּטימיזעד פאָרמולאַציעס, און ווינט עראָזיע קעגנשטעל, סטריפּינג שוועל גיכקייַט, און זאַמד באָמבאַרדמענט קעגנשטעל זענען געמאסטן. קאַלסיום קאַרבאָנאַט (CaCO3) אַלאָמאָרפֿן זענען עוואַלויִרט געוואָרן מיט אָפּטישע מיקראָסקאָפּיע, סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (SEM), און X-שטראַל דיפראַקציע אַנאַליז. קאַלסיום פֿאָרמאַט-באַזירטע פֿאָרמולאַציעס האָבן אויפֿגעפֿירט באַדייטנד בעסער ווי אַצעטאַט-באַזירטע פֿאָרמולאַציעס אין טערמינען פֿון קאַלסיום קאַרבאָנאַט פֿאָרמאַציע. אין דערצו, B. subtilis האָט פּראָדוצירט מער קאַלסיום קאַרבאָנאַט ווי B. amyloliquefaciens. SEM מיקראָגראַפֿן האָבן קלאָר געוויזן די ביינדינג און ימפּרינטינג פֿון אַקטיווע און אינאַקטיווע באַקטעריעס אויף קאַלסיום קאַרבאָנאַט געפֿירט דורך סעדימענטאַציע. אַלע פֿאָרמולאַציעס האָבן באַדייטנד פֿאַרקלענערט ווינט עראָזיע.
ווינט עראָזיע איז לאַנג אנערקענט געוואָרן ווי אַ הויפּט פּראָבלעם פֿאַר טרוקענע און האַלב-טרוקענע געגנטן ווי די דרום-מערב פֿאַראייניקטע שטאַטן, מערב כינע, סאַהאַראַן אַפֿריקע, און אַ גרויס טייל פֿון מיטל מזרח1. נידעריקע רעגן אין טרוקענע און היפּער-טרוקענע קלימאַטן האָט פֿאַרוואַנדלט גרויסע טיילן פֿון די געגנטן אין מדבריות, זאַמד דונעס, און נישט-קולטיווירטע לענדער. ווײַטערדיקע ווינט עראָזיע שטעלט פֿאָר ענווייראָנמענטאַלע סכנות פֿאַר אינפֿראַסטרוקטור ווי טראַנספּאָרטאַציע נעטוואָרקס, לאַנדווירטשאַפטלעכע לאַנד, און אינדוסטריעלע לאַנד, וואָס פֿירט צו שלעכטע לעבנס-באַדינגונגען און הויכע קאָסטן פֿון שטאָטישער אַנטוויקלונג אין די געגנטן2,3,4. וויכטיק איז, אַז ווינט עראָזיע ניט נאָר האָט אַן השפּעה אויף דער לאָקאַציע וווּ עס פּאַסירט, נאָר עס פֿאַראורזאַכט אויך געזונט און עקאָנאָמישע פּראָבלעמען אין ווײַטע קהילות, ווײַל עס טראַנספּאָרטירט פּאַרטיקלען דורך ווינט צו געגנטן ווײַט פֿון דער מקור5,6.
ווינט עראָזיע קאָנטראָל בלייבט אַ גלאָבאַלע פּראָבלעם. פֿאַרשידענע מעטאָדן פֿון באָדן סטאַביליזאַציע ווערן גענוצט צו קאָנטראָלירן ווינט עראָזיע. די מעטאָדן אַרייַננעמען מאַטעריאַלן ווי וואַסער אַפּליקאַציע7, בוימל מולטשעס8, ביאָפּאָלימערס5, מיקראָביאַל-ינדוסט קאַרבאָנאַט אָפּזאַץ (MICP)9,10,11,12 און ענזיים-ינדוסט קאַרבאָנאַט אָפּזאַץ (EICP)1. באָדן נאַס מאַכן איז אַ נאָרמאַל מעטאָד פֿון שטויב סאַפּרעשאַן אין פֿעלד. אָבער, זיין שנעל פֿאַרדאַמפּונג מאַכט דעם מעטאָד פֿון לימיטעד עפֿעקטיווקייט אין טרוקענע און האַלב-טרוקענע געגנטן1. די אַפּליקאַציע פֿון בוימל מולטשינג קאַמפּאַונדז פֿאַרגרעסערט זאַמד קאָוכיזשאַן און ינטערפּאַרטיקל רייַבונג. זייער קאָוכיזיוו אייגנשאַפֿט בינדט זאַמד קערלעך צוזאַמען; אָבער, בוימל מולטשעס שטעלן אויך אַנדערע פּראָבלעמען; זייער טונקל קאָליר פֿאַרגרעסערט היץ אַבזאָרפּשאַן און פֿירט צו דעם טויט פֿון געוויקסן און מיקראָאָרגאַניזמען. זייער שמעק און רויך קענען פֿאַראורזאַכן רעספּעראַטאָרישע פּראָבלעמען, און מערסטנס, זייער הויך קאָסטן איז נאָך אַ שטערונג. ביאָפּאָלימערס זענען איינער פֿון די לעצטנס פֿאָרגעלייגט עקאָ-פֿרײַנדלעך מעטאָדן פֿאַר פֿאַרמינדערן ווינט עראָזיע; זיי זענען עקסטראַקטעד פֿון נאַטירלעך קוואלן ווי געוויקסן, חיות און באַקטיריאַ. קסאַנטהאַן גומע, גואַר גומע, טשיטאָסאַן און געלאַן גומע זענען די מערסט אָפֿט געניצטע ביאָפּאָלימערס אין אינזשעניריע אַפּליקאַציעס5. אבער, וואסער-לעזלעכע ביאָפּאָלימערן קענען פארלירן שטאַרקייט און אויסשפּרינגען פון באָדן ווען זיי ווערן אויסגעשטעלט צו וואַסער13,14. EICP איז געוויזן געוואָרן צו זיין אַן עפעקטיווער שטויב-אונטערדריקונג מעטאָד פֿאַר אַ פאַרשיידנקייט פון אַפּליקאַציעס, אַרייַנגערעכנט נישט-געפּלאַסטערטע וועגן, טיילינגז פּאָנדס און קאַנסטרוקציע זייטלעך. כאָטש זייַנע רעזולטאַטן זענען ענקערידזשינג, מוזן עטלעכע פּאָטענציעלע חסרונות באַטראַכט ווערן, אַזאַ ווי קאָסטן און דער מאַנגל פון נוקלעאַציע זייטלעך (וואָס אַקסעלערירט די פאָרמירונג און אָפּזאַץ פון CaCO3 קריסטאַלן15,16).
MICP איז ערשט באשריבן געווארן אין די שפעטע 19טע יארהונדערט דורך Murray און Irwin (1890) און Steinmann (1901) אין זייער שטודיע פון ​​אורעא דעגראַדאַציע דורך מאַרינע מיקראָאָרגאַניזמען17. MICP איז אַ נאַטירלעך בייאַלאַדזשיקאַל פּראָצעס וואָס ינוואַלווז אַ פאַרשיידנקייַט פון מיקראָביאַל אַקטיוויטעטן און כעמישע פּראָצעסן אין וועלכע קאַלסיום קאַרבאָנאַט איז פּרעסיפּיטיד דורך די רעאַקציע פון ​​קאַרבאָנאַט יאָנען פון מיקראָביאַל מעטאַבאָליץ מיט קאַלסיום יאָנען אין דער סביבה18,19. MICP ינוואַלווז די אורעא-דעגראַדינג נייטראָגען ציקל (אורעא-דעגראַדינג MICP) איז די מערסט פּראָסט טיפּ פון מיקראָביאַל-ינדוסט קאַרבאָנאַט פּרעסיפּיטיאָן, אין וועלכער אורעאסע געשאפן דורך באַקטעריאַ קאַטאַליזירט די הידראָליז פון אורעא20,21,22,23,24,25,26,27 ווי גייט:
אין MICP וואָס באַטראַפֿט דעם קאַרבאָן ציקל פֿון אָרגאַנישער זאַלץ אָקסידאַציע (MICP אָן אורעאַ דעגראַדאַציע טיפּ), נוצן העטעראָטראָפֿישע באַקטעריעס אָרגאַנישע זאַלץ ווי אַצעטאַט, לאַקטאַט, ציטראַט, סוקסינאַט, אָקסאַלאַט, מאַלאַט און גליאָקסילאַט ווי ענערגיע קוואלן צו פּראָדוצירן קאַרבאָנאַט מינעראַלס28. אין דער אנוועזנהייט פֿון קאַלסיום לאַקטאַט ווי אַ קאַרבאָן מקור און קאַלסיום יאָנען, ווערט די כעמישע רעאַקציע פֿון קאַלסיום קאַרבאָנאַט פֿאָרמאַציע געוויזן אין גלייכונג (5).
אין דעם MICP פּראָצעס, צושטעלן באַקטיריעלע צעלן נוקלעאַציע זייטלעך וואָס זענען באַזונדער וויכטיק פֿאַר די אָפּזאַץ פון קאַלסיום קאַרבאָנאַט; די באַקטיריעלע צעל ייבערפלאַך איז נעגאַטיוו טשאַרדזשד און קען אַקט ווי אַן אַדסאָרבענט פֿאַר דיוואַלענט קאַטיאָנען אַזאַ ווי קאַלסיום יאָנען. דורך אַדסאָרבירן קאַלסיום יאָנען אויף באַקטיריעלע צעלן, ווען די קאַרבאָנאַט יאָן קאַנסאַנטריישאַן איז גענוג, רעאַגירן קאַלסיום קאַטיאָנען און קאַרבאָנאַט אַניאָנען און קאַלסיום קאַרבאָנאַט ווערט אָפּגעזאָגט אויף דער באַקטיריעלע ייבערפלאַך29,30. דער פּראָצעס קען זיין סאַמערייזד ווי גייט31,32:
ביאָגענערירטע קאַלסיום קאַרבאָנאַט קריסטאַלן קענען צעטיילט ווערן אין דריי טיפּן: קאַלסיט, וואַטעריט, און אַראַגאָניט. צווישן זיי, קאַלסיט און וואַטעריט זענען די מערסט פּראָסט באַקטעריאַלי ינדוסט קאַלסיום קאַרבאָנאַט אַלאָמאָרפס33,34. קאַלסיט איז די מערסט טערמאָדינאַמיש סטאַביל קאַלסיום קאַרבאָנאַט אַלאָמאָרף35. כאָטש וואַטעריט איז געמאלדן צו זיין מעטאַסטאַבאַל, עס יווענטשאַוואַלי טראַנספאָרמז אין קאַלסיט36,37. וואַטעריט איז די דענסאַסט פון די קריסטאַלן. עס איז אַ העקסאַגאָנאַל קריסטאַל וואָס האט בעסער פּאָרע פילונג פיייקייט ווי אנדערע קאַלסיום קאַרבאָנאַט קריסטאַלן רעכט צו זיין גרעסערע גרייס38. ביידע ורעאַ-דעגראַדעד און ורעאַ-נישט-דעגראַדעד MICP קענען פירן צו די אָפּזאַץ פון וואַטעריט13,39,40,41.
כאָטש MICP האָט געוויזן פּראָמיסינג פּאָטענציאַל אין סטאַביליזירן פּראָבלעמאַטישע באָדנס און באָדנס וואָס זענען סאַסעפּטאַבאַל צו ווינט עראָוזיע42,43,44,45,46,47,48, איינער פון די ביי-פּראָדוקטן פון אורעאַ הידראָליז איז אַמאָניאַק, וואָס קען פאַרשאַפן מילד ביז שווערע געזונט פּראָבלעמען דיפּענדינג אויף די מדרגה פון ויסשטעלן49. דעם זייַט ווירקונג מאכט די נוצן פון דעם באַזונדער טעכנאָלאָגיע קאָנטראָווערסיאַל, ספּעציעל ווען גרויסע געביטן דאַרפֿן צו זיין באהאנדלט, אַזאַ ווי פֿאַר שטויב סאַפּרעשאַן. אין דערצו, דער שמעק פון אַמאָניאַק איז נישט טאָלעראַבאַל ווען דער פּראָצעס איז דורכגעפירט אין הויך אַפּלאַקיישאַן ראַטעס און גרויס וואַליומז, וואָס קען ווירקן זייַן פּראַקטיש אַפּפּליקאַביליטי. כאָטש לעצטע שטודיעס האָבן געוויזן אַז אַמאָניום יאָנען קענען זיין רידוסט דורך קאָנווערטינג זיי אין אנדערע פּראָדוקטן אַזאַ ווי סטרווויט, די מעטהאָדס טאָן ניט גאָר באַזייַטיקן אַמאָניום יאָנען50. דעריבער, עס איז נאָך אַ נויט צו ויספאָרשן אָלטערנאַטיווע סאַלושאַנז וואָס טאָן ניט דזשענערייט אַמאָניום יאָנען. די נוצן פון ניט-אורעאַ דעגראַדיישאַן פּאַטווייז פֿאַר MICP קען צושטעלן אַ פּאָטענציעל לייזונג וואָס איז געווען שוואַך יקספּלאָרד אין דעם קאָנטעקסט פון ווינט עראָוזיע מיטיגיישאַן. פאַטאַהי עט על. האבן אויסגעפארשט אורעא-פרייע MICP דעגראַדאַציע ניצנדיק קאַלסיום אַצעטאַט און Bacillus megaterium41, בשעת מאָהעבי און אַנדערע האבן גענוצט קאַלסיום אַצעטאַט און Bacillus amyloliquefaciens9. אָבער, זייער שטודיע איז נישט געווען קאַמפּערד מיט אַנדערע קאַלסיום קוועלער און העטעראָטראָפֿישע באַקטעריעס וואָס קענען לעסאָף פֿאַרבעסערן ווינט עראָוזיע קעגנשטעל. עס איז אויך אַ מאַנגל אין ליטעראַטור וואָס פאַרגלייכט אורעא-פרייע דעגראַדאַציע פּאַטווייז מיט אורעא דעגראַדאַציע פּאַטווייז אין ווינט עראָוזיע מיטיגאַציע.
דערצו, רוב ווינט עראָזיע און שטויב קאָנטראָל שטודיעס זענען דורכגעפירט געוואָרן אויף באָדן מוסטערן מיט פלאַכע ייבערפלאַכן.1,51,52,53 אָבער, פלאַכע ייבערפלאַכן זענען ווייניקער געוויינטלעך אין נאַטור ווי בערג און דעפּרעסיעס. דאָס איז פארוואס זאַמד דונעס זענען די מערסט פּראָסט לאַנדשאַפט שטריך אין מדבר געגנטן.
כדי צו איבערקומען די אויבן דערמאנטע חסרונות, האט די שטודיע געצילט צו איינפירן א נייע סעט פון נישט-אמאניאק פראדוצירנדיקע באַקטיריעלע אגענטן. פאר דעם צוועק, האבן מיר באטראכט נישט-אורעא דעגראדירנדיקע MICP וועגן. די עפעקטיווקייט פון צוויי קאלציום קוועלער (קאלציום פארמאט און קאלציום אצעטאט) איז געווארן אויסגעפארשט. לויט די מחברים' וויסן, איז קארבאנאט פרעציפיטאציע מיט צוויי קאלציום קוועלער און באקטעריע קאמבינאציעס (למשל קאלציום פארמאט-באצילוס סובטיליס און קאלציום פארמאט-באצילוס אמילאליקוועפאסיענס) נישט אויסגעפארשט געווארן אין פריערדיגע שטודיעס. די אויסוואל פון די באקטעריע איז געווען באזירט אויף די ענזימען וואס זיי פראדוצירן וואס קאטאליזירן די אקסידאציע פון ​​קאלציום פארמאט און קאלציום אצעטאט צו פארמירן מיקראביאלע קארבאנאט פרעציפיטאציע. מיר האבן דיזיינט א גרינטלעכע עקספערימענטאלע שטודיע צו געפינען די אפטימאלע פאקטארן ווי pH, טיפן באקטעריע און קאלציום קוועלער און זייערע קאנצענטראציעס, די פראפארציע פון ​​באקטעריע צו קאלציום קאל לייזונג און אויסהארטונג צייט. צום סוף, די עפעקטיווקייט פון דעם סעט פון באַקטיריעלע אגענטן אין אונטערדריקן ווינט עראָזיע דורך קאַלסיום קאַרבאָנאַט אָפּזאַץ איז געווען אויסגעפאָרשט דורך דורכפירן אַ סעריע פון ​​ווינט טונעל טעסץ אויף זאַמד דונעס צו באַשטימען די ווינט עראָזיע מאַגניטוד, שוועל ברייקאַוועי גיכקייט און ווינט באָמבאַרדמענט קעגנשטעל פון די זאַמד, און פּענעטראָמעטער מעסטונגען און מיקראָסטרוקטוראַל שטודיעס (למשל X-שטראַל דיפראַקשאַן (XRD) אַנאַליסיס און סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּי (SEM)) זענען אויך דורכגעפירט געוואָרן.
קאַלסיום קאַרבאָנאַט פּראָדוקציע דאַרף קאַלסיום יאָנען און קאַרבאָנאַט יאָנען. קאַלסיום יאָנען קענען באַקומען ווערן פון פֿאַרשידענע קאַלסיום קוועלער ווי קאַלסיום קלאָריד, קאַלסיום הידראָקסייד, און אָפּגעשעפּטע מילך פּודער54,55. קאַרבאָנאַט יאָנען קענען פּראָדוצירט ווערן דורך פֿאַרשידענע מיקראָביאַלע מעטאָדן ווי אורעאַ הידראָליז און אַעראָביק אָדער אַנעראָוביק אַקסאַדיישאַן פון אָרגאַניש מאַטעריע56. אין דעם לערנען, קאַרבאָנאַט יאָנען זענען באַקומען פון די אַקסאַדיישאַן רעאַקציע פון ​​פֿאָרמאַט און אַצעטאַט. אין דערצו, מיר האָבן געניצט קאַלסיום זאַלץ פון פֿאָרמאַט און אַצעטאַט צו פּראָדוצירן ריין קאַלסיום קאַרבאָנאַט, אַזוי בלויז CO2 און H2O זענען באַקומען ווי ביי-פּראָדוקטן. אין דעם פּראָצעס, בלויז איין סאַבסטאַנס דינט ווי אַ קאַלסיום מקור און אַ קאַרבאָנאַט מקור, און קיין אַמאָניאַק איז פּראָדוצירט. די קעראַקטעריסטיקס מאַכן די קאַלסיום מקור און קאַרבאָנאַט פּראָדוקציע מעטאָד וואָס מיר האָבן באַטראַכט זייער פּראַמאַסינג.
די קארעספאנדירנדיקע רעאקציעס פון קאלציום פארמאט און קאלציום אצעטאט צו שאפן קאלציום קארבאנאט ווערן געוויזן אין די פארמלען (7)-(14). די פארמלען (7)-(11) ווייזן אז קאלציום פארמאט צעשמעלצט זיך אין וואסער צו שאפן פארמיש זויער אדער פארמאט. די לייזונג איז אזוי א מקור פון פרייע קאלציום און הידראקסייד יאנען (פארמלען 8 און 9). אלס רעזולטאט פון דער אקסידאציע פון ​​פארמיש זויער, ווערן די קוילנשטאף אטאמען אין פארמיש זויער פארוואנדלט אין קוילנשטאף דיאקסייד (פארמל 10). קאלציום קארבאנאט ווערט עווענטועל געשאפן (פארמלען 11 און 12).
אזוי אויך, ווערט קאַלסיום קאַרבאָנאַט געשאפן פון קאַלסיום אַצעטאַט (גלייכונגען 13-15), אַחוץ אַז עסיק זויער אָדער אַצעטאַט ווערט געשאפן אַנשטאָט פאָרמיק זויער.
אָן דער אנוועזנהייט פון ענזימען, קען מען נישט אַקסאַדירן אַצעטאַט און פֿאָרמאַט ביי צימער טעמפּעראַטור. FDH (פאָרמאַט דעהידראָגענאַזע) און CoA (קאָענזיים A) קאַטאַליזירן די אַקסאַדיישאַן פון פֿאָרמאַט און אַצעטאַט צו פאָרמירן קאַרבאָן דייאַקסייד, ריספּעקטיוולי (Eqs. 16, 17) 57, 58, 59. פֿאַרשידענע באַקטעריעס זענען פֿעיִק צו פּראָדוצירן די ענזימען, און העטעראָטראָפֿישע באַקטעריעס, נעמלעך Bacillus subtilis (PTCC #1204 (פּערסיש טיפּ קולטור זאַמלונג), אויך באַקאַנט ווי NCIMB #13061 (אינטערנאַציאָנאַלע זאַמלונג פון באַקטעריעס, הייוון, פאַגע, פּלאַזמידן, פּלאַנט זאמען און פּלאַנט צעל געוועב קולטורן)) און Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732, NCIMB #12077), זענען געניצט געוואָרן אין דער דאָזיקער שטודיע. די באַקטעריעס זענען געקולטיווירט געוואָרן אין אַ מעדיום וואָס האָט ענטהאַלטן פלייש פּעפּטאָן (5 ג/ל) און פלייש עקסטראַקט (3 ג/ל), גערופֿן נוטריאַנט בראָט (NBR) (105443 Merck).
אזוי, פיר פאָרמולאַציעס זענען צוגעגרייט געוואָרן צו אינדוצירן קאַלסיום קאַרבאָנאַט אָפּזאַץ ניצנדיק צוויי קאַלסיום קוועלער און צוויי באַקטעריעס: קאַלסיום פֿאָרמאַט און Bacillus subtilis (FS), קאַלסיום פֿאָרמאַט און Bacillus amyloliquefaciens (FA), קאַלסיום אַצעטאַט און Bacillus subtilis (AS), און קאַלסיום אַצעטאַט און Bacillus amyloliquefaciens (AA).
אין דעם ערשטן טייל פון דעם עקספּערימענטאַלן פּלאַן, זענען דורכגעפירט געוואָרן טעסץ צו באַשטימען די אָפּטימאַלע קאָמבינאַציע וואָס וואָלט דערגרייכן מאַקסימום קאַלסיום קאַרבאָנאַט פּראָדוקציע. ווײַל די באָדן מוסטערן האָבן ענטהאַלטן קאַלסיום קאַרבאָנאַט, איז אַ סכום פאָרלייפיקע עוואַלואַציע טעסץ דיזיינד געוואָרן צו גענוי מעסטן די CaCO3 פּראָדוצירט דורך די פֿאַרשידענע קאָמבינאַציעס, און געמישן פון קולטור מעדיום און קאַלסיום מקור לייזונגען זענען עוואַלויִרט געוואָרן. פֿאַר יעדער קאָמבינאַציע פון ​​קאַלסיום מקור און באַקטעריע לייזונג דעפינירט אויבן (FS, FA, AS, און AA), זענען אָפּטימיזאַציע פאַקטאָרן (קאַלסיום מקור קאָנצענטראַציע, קיורינג צייט, באַקטעריע לייזונג קאָנצענטראַציע געמאָסטן דורך אָפּטיש געדיכטקייט פון דער לייזונג (OD), קאַלסיום מקור צו באַקטעריע לייזונג פאַרהעלטעניש, און pH) דעריווד און געניצט אין די זאַמד דונע באַהאַנדלונג ווינט טונעל טעסץ באַשריבן אין די פאלגענדע סעקציעס.
פֿאַר יעדער קאָמבינאַציע, זענען דורכגעפֿירט געוואָרן 150 עקספּערימענטן צו שטודירן דעם עפֿעקט פֿון CaCO3 אָפּזאַץ און צו אָפּשאַצן פֿאַרשידענע פֿאַקטאָרן, נעמלעך קאַלסיום קוואַל קאָנצענטראַציע, קיורינג צייט, באַקטיריעל OD ווערט, קאַלסיום קוואַל צו באַקטיריעל לייזונג פאַרהעלטעניש און pH בעת אַעראָביק אָקסידאַציע פֿון אָרגאַנישער מאַטעריע (טאַבעלע 1). דער pH קייט פֿאַר דעם אָפּטימיזירטן פּראָצעס איז אויסגעקליבן באַזירט אויף די וווּקס קורוועס פֿון Bacillus subtilis און Bacillus amyloliquefaciens כּדי צו באַקומען שנעלער וווּקס. דאָס ווערט דערקלערט אין מער דעטאַל אין די רעזולטאַטן אָפּטייל.
די פאלגענדע טריט זענען גענוצט געווארן צו צוגרייטן די מוסטערן פאר דער אפטימיזאציע פאזע. די MICP לייזונג איז ערשט צוגעגרייט געווארן דורך צופאסן דעם אנפאנגלעכן pH פון דעם קולטור מעדיום און דערנאך אויטאקלאווירט ביי 121 °C פאר 15 מינוט. דער שטאַם איז דערנאך אינאקולירט געווארן אין א לאמינארן לופט שטראם און געהאלטן אין א שאקלענדיקן אינקובאטאר ביי 30 °C און 180 rpm. אזוי שנעל ווי די OD פון די באקטעריע האט דערגרייכט דעם געוואונטשענעם לעוועל, איז עס געמישט געווארן מיט דער קאלציום קוואל לייזונג אין דעם געוואונטשענעם פראפארציע (פיגור 1a). די MICP לייזונג איז ערלויבט געווארן צו רעאגירן און פארפעסטיקט ווערן אין א שאקלענדיקן אינקובאטאר ביי 220 rpm און 30 °C פאר א צייט וואס האט דערגרייכט דעם ציל ווערט. די אויסגעפריצירטע CaCO3 איז אפגעשיידט געווארן נאך צענטריפוגאציע ביי 6000 g פאר 5 מינוט און דערנאך געטריקנט ביי 40 °C צו צוגרייטן די מוסטערן פארן קאלסימעטער טעסט (פיגור 1b). די אָפּזאַץ פון CaCO3 איז דעמאָלט געמאָסטן געוואָרן מיט אַ בערנאַרד קאַלסימעטער, וואו CaCO3 פּודער רעאַגירט מיט 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) צו פּראָדוצירן CO2, און דער באַנד פון דעם גאַז איז אַ מאָס פון דעם CaCO3 אינהאַלט (פיגור 1c). צו קאָנווערטירן דעם באַנד פון CO2 צו CaCO3 אינהאַלט, איז אַ קאַליבראַציע קורווע גענערירט געוואָרן דורך וואַשן ריין CaCO3 פּודער מיט 1 N HCl און פּלאַטן עס קעגן דעם יוואַלווד CO2. די מאָרפאָלאָגיע און ריינקייט פון דעם אָפּגעזעצטן CaCO3 פּודער זענען אויסגעפאָרשט געוואָרן מיט SEM בילדגעבונג און XRD אַנאַליז. אַן אָפּטישער מיקראָסקאָפּ מיט אַ מאַגניפיקאַציע פון ​​1000 איז גענוצט געוואָרן צו שטודירן די פאָרמירונג פון קאַלסיום קאַרבאָנאַט אַרום די באַקטעריע, די פאַזע פון ​​דעם געשאַפענעם קאַלסיום קאַרבאָנאַט, און די טעטיקייט פון די באַקטעריע.
דער דעדזשעך בעקן איז א באוואוסטע שטארק עראדירטע ראיאן אין דעם דרום-מערב פארס פראווינץ פון איראן, און די פארשער האבן געזאמלט ווינט-עראדירטע באָדן מוסטערן פון דעם געגנט. די מוסטערן זענען גענומען געווארן פון דער באָדן ייבערפלאַך פאר דער שטודיע. אינדיקאַטאָר טעסץ אויף די באָדן מוסטערן האבן געוויזן אז דער באָדן איז געווען שלעכט סאָרטירטע זאַמדיקע באָדן מיט שלאַם און איז קלאַסיפיצירט געוואָרן ווי SP-SM לויטן יוניפייד באָדן קלאַסיפיקאַציע סיסטעם (USC) (פיגור 2a). XRD אַנאַליז האט געוויזן אז דער דעדזשעך באָדן איז געווען מערסטנס צוזאַמענגעשטעלט פון קאַלסיט און קוואַרץ (פיגור 2b). אין דערצו, EDX אַנאַליז האט געוויזן אז אנדערע עלעמענטן ווי Al, K, און Fe זענען אויך פאָרשטעלן אין קלענערע פּראָפּאָרציעס.
כדי צו צוגרייטן די לאַבאָראַטאָריע דונעס פֿאַר ווינט עראָזיע טעסטינג, איז דער באָדן צעקוועטשט געוואָרן פֿון אַ הייך פֿון 170 מ"מ דורך אַ 10 מ"מ דיאַמעטער טריכטער צו אַ פעסטער ייבערפלאַך, וואָס האָט רעזולטירט אין אַ טיפּישער דונע פֿון 60 מ"מ אין הייך און 210 מ"מ אין דיאַמעטער. אין נאַטור, די נידעריקסטע געדיכטקייט זאַמד דונעס ווערן געשאַפֿן דורך עאָלישע פּראָצעסן. ענלעך, די מוסטער צוגעגרייט מיט די אויבן דערמאָנטע פּראָצעדור האָט געהאַט די נידעריקסטע רעלאַטיווע געדיכטקייט, γ = 14.14 kN/m³, שאַפֿנדיק אַ זאַמד קאָן אָפּגעלייגט אויף אַ האָריזאָנטאַלער ייבערפלאַך מיט אַ ווינקל פֿון רו פֿון אַפּראָקסימאַטיוו 29.7°.
די אָפּטימאַלע MICP לייזונג באַקומען אין דעם פריערדיקן אָפּטייל איז געשפּריצט געוואָרן אויף דעם דין-שיפּוע מיט אַפּליקאַציע ראַטעס פון 1, 2 און 3 lm-2 און דערנאָך זענען די מוסטערן געהאַלטן געוואָרן אין אַן אינקובאַטאָר ביי 30 °C (פיגור 3) פֿאַר 9 טעג (ד"ה די אָפּטימאַלע קיורינג צייט) און דערנאָך אַרויסגענומען פֿאַר ווינט-טונעל טעסטינג.
פאר יעדער באַהאַנדלונג, זענען פיר ספּעסאַמאַנז צוגעגרייט געוואָרן, איינס פֿאַר מעסטן קאַלסיום קאַרבאָנאַט אינהאַלט און ייבערפלאַך שטאַרקייט מיט אַ פּענעטראָמעטער, און די איבעריקע דריי ספּעסאַמאַנז זענען געניצט געוואָרן פֿאַר עראָזיע טעסטן ביי דריי פֿאַרשידענע גיכקייטן. אין די ווינט טונעל טעסטן, איז די סומע פון ​​עראָזיע באַשטימט געוואָרן ביי פֿאַרשידענע ווינט גיכקייטן, און דערנאָך איז די שוועל ברייקאַוועי גיכקייט פֿאַר יעדן באַהאַנדלונג ספּעסאַמאַן באַשטימט געוואָרן מיט אַ פּלאַנעווען פון עראָזיע סומע קעגן ווינט גיכקייט. אין דערצו צו די ווינט עראָזיע טעסטן, זענען די באַהאַנדלטע ספּעסאַמאַנז אונטערגעוואָרפן געוואָרן צו זאַמד באָמבאַרדירן (ד"ה, שפּרינגען עקספּערימענטן). צוויי נאָך ספּעסאַמאַנז זענען צוגעגרייט געוואָרן פֿאַר דעם צוועק ביי אַפּליקאַציע ראַטעס פון 2 און 3 ל מ−2. דער זאַמד באָמבאַרדירן טעסט האָט געדויערט 15 מינוט מיט אַ פֿלוס פון 120 גמ−1, וואָס איז אין די קייט פון ווערטן אויסגעקליבן אין פריערדיקע שטודיעס60,61,62. די האָריזאָנטאַלע דיסטאַנס צווישן די אַברייסיוו נאָזל און די דיון באַזע איז געווען 800 מם, ליגן 100 מם העכער די טונעל דנאָ. די פּאָזיציע איז געשטעלט געוואָרן אַזוי אַז כּמעט אַלע די שפּרינגען זאַמד פּאַרטיקאַלז זענען געפֿאַלן אויף די דיון.
דער ווינט טונעל טעסט איז דורכגעפירט געווארן אין אן אפענעם ווינט טונעל מיט א לענג פון 8 מעטער, א ברייט פון 0.4 מעטער און א הייך פון 1 מעטער (פיגור 4א). דער ווינט טונעל איז געמאכט פון גאלוואנסירטע שטאל בלעטער און קען דזשענערירן א ווינט גיכקייט פון ביז 25 מעטער/סעקונדע. דערצו, ווערט א פרעקווענץ קאנווערטער גענוצט צו סטרויערן די פען פרעקווענץ און ביסלעכווייז פארגרעסערן די פרעקווענץ צו באקומען די ציל ווינט גיכקייט. פיגור 4ב ווייזט די סכעמאטישע דיאגראם פון די זאמד דונעס עראדירט דורך ווינט און דעם ווינט גיכקייט פראפיל געמאסטן אין ווינט טונעל.
צום סוף, צו פארגלייכן די רעזולטאטן פון דער נישט-אורעאליטישער MICP פארמולאציע פארגעשלאגן אין דעם שטודיע מיט די רעזולטאטן פון דעם אורעאליטישן MICP קאנטראל טעסט, זענען דין מוסטערן אויך צוגעגרייט און באהאנדלט געווארן מיט א ביאלאגישע לייזונג וואס אנטהאלט אורעא, קאלציום כלוריד און ספאראסארסינע פאסטעריי (ווייל ספאראסארסינע פאסטעריי האט א באדייטנדע פעאיקייט צו פראדוצירן אורעאז63). די אפטישע געדיכטקייט פון דער באקטעריעלער לייזונג איז געווען 1.5, און די קאנצענטראציעס פון אורעא און קאלציום כלוריד זענען געווען 1 M (אויסגעקליבן באזירט אויף די ווערטן רעקאמענדירט אין פריערדיגע שטודיעס36,64,65). די קולטור מעדיום האט באשטאנען פון נוטריענט בראָט (8 ג/ל) און אורעא (20 ג/ל). די באקטעריעלער לייזונג איז געשפריצט ​​געווארן אויף דער דין ייבערפלאך און געלאזט פאר 24 שעה פאר באקטעריעלער אטעטשמענט. נאך 24 שעה פון אטעטשמענט, איז א צעמענטירנדיקע לייזונג (קאלציום כלוריד און אורעא) געשפריצט ​​געווארן. דער אורעאליטישער MICP קאנטראל טעסט ווערט ווייטער באצייכנט אלס UMC. דער קאַלסיום קאַרבאָנאַט אינהאַלט פון אורעאַליטיש און נישט-אורעאַליטיש באַהאַנדלטע באָדן מוסטערן איז באַקומען געוואָרן דורך וואַשן לויט דער פּראָצעדור פארגעשלאָגן דורך טשוי עט אַל.66
פיגור 5 ווייזט די וואוקס קורוועס פון Bacillus amyloliquefaciens און Bacillus subtilis אין דעם קולטור מעדיום (נוטריענט לייזונג) מיט אן אנפאנגלעכן pH קייט פון 5 ביז 10. ווי געוויזן אין דער פיגור, Bacillus amyloliquefaciens און Bacillus subtilis זענען געוואקסן שנעלער ביי pH 6-8 און 7-9, בהתאמה. דעריבער, איז די pH קייט אנגענומען געווארן אין דער אָפּטימיזאַציע בינע.
וואוקס קורוועס פון (א) Bacillus amyloliquefaciens און (ב) Bacillus subtilis ביי פארשידענע אנפאנגליכע pH ווערטן פון די נוטריענט מעדיום.
פיגור 6 ווייזט די מאָס קוילן דייאַקסייד וואָס ווערט פּראָדוצירט אין דעם בערנאַרד קאַלך-מעטער, וואָס רעפּרעזענטירט אָפּגעזעצטע קאַלסיום קאַרבאָנאַט (CaCO3). ווייל איין פאַקטאָר איז געווען פיקסירט אין יעדער קאָמבינאַציע און די אַנדערע פאַקטאָרן זענען געווען ווערייִרט, יעדער פּונקט אויף די גראַפיקס קאָרעספּאָנדירט צו דעם מאַקסימום באַנד פון קוילן דייאַקסייד אין יענעם סכום עקספּערימענטן. ווי געוויזן אין דער פיגור, ווי די קאַלסיום-קוואַל קאָנצענטראַציע איז געוואַקסן, איז די פּראָדוקציע פון ​​קאַלסיום קאַרבאָנאַט געוואַקסן. דעריבער, די קאָנצענטראַציע פון ​​דער קאַלסיום-קוואַל אַפעקטירט גלייך די פּראָדוקציע פון ​​קאַלסיום קאַרבאָנאַט. ווייל די קאַלסיום-קוואַל און די קוילן-קוואַל זענען די זעלבע (ד"ה, קאַלסיום פֿאָרמאַט און קאַלסיום אַסעטאַט), וואָס מער קאַלסיום יאָנען ווערן באַפרייט, אַלץ מער קאַלסיום קאַרבאָנאַט ווערט געשאַפֿן (פיגור 6אַ). אין די AS און AA פֿאָרמולאַציעס, האָט די קאַלסיום קאַרבאָנאַט פּראָדוקציע ווייטער געוואַקסן מיט דער פאַרגרעסערונג פון די קיורינג צייט ביז די מאָס אָפּזעצונג איז כּמעט נישט געביטן געוואָרן נאָך 9 טעג. אין דער FA פֿאָרמולאַציע, איז די ראַטע פון ​​קאַלסיום קאַרבאָנאַט פאָרמאַציע געפֿאַלן ווען די קיורינג צייט האָט איבערגעשטיגן 6 טעג. אין פאַרגלייך מיט אַנדערע פֿאָרמולאַציעס, האָט די פֿאָרמולאַציע FS געוויזן אַ רעלאַטיוו נידעריקע קאַלסיום קאַרבאָנאַט פאָרמאַציע ראַטע נאָך 3 טעג (פיגור 6ב). אין די פאָרמולאַציעס FA און FS, איז 70% און 87% פון דער גאַנצער קאַלסיום קאַרבאָנאַט פּראָדוקציע באַקומען געוואָרן נאָך דריי טעג, בשעת אין די פאָרמולאַציעס AA און AS, איז דער פּראָפּאָרציע געווען בלויז אַרום 46% און 45%, ריספּעקטיוולי. דאָס ווײַזט אָן אַז די פאָרמיק זויער-באַזירטע פאָרמולאַציע האט אַ העכערע CaCO3 פאָרמאַציע קורס אין דער ערשטער בינע קאַמפּערד מיט דער אַצעטאַט-באַזירטער פאָרמולאַציע. אָבער, די פאָרמאַציע קורס פאַרלאַנגזאַמט זיך מיט דער פאַרגרעסערונג פון די קיורינג צייט. מען קען אויספירן פון פיגור 6c אַז אפילו ביי באַקטיריעלע קאָנצענטראַציעס העכער OD1, איז נישטאָ קיין באַדײַטנדיקער בײַשטײַער צו קאַלסיום קאַרבאָנאַט פאָרמאַציע.
ענדערונג אין CO2 באַנד (און קאָרעספּאָנדירנדיק CaCO3 אינהאַלט) געמאָסטן דורך די בערנאַרד קאַלסימעטער ווי אַ פונקציע פון ​​(אַ) קאַלסיום מקור קאָנצענטראַציע, (ב) האַלטונג צייט, (ג) OD, (ד) ערשט pH, (ה) פאַרהעלטעניש פון קאַלסיום מקור צו באַקטיריעל לייזונג (פֿאַר יעדער פאָרמולאַציע); און (ו) מאַקסימום סומע פון ​​קאַלסיום קאַרבאָנאַט געשאפן פֿאַר יעדער קאָמבינאַציע פון ​​קאַלסיום מקור און באַקטיריאַ.
בנוגע דעם עפעקט פון דעם אנפאנגלעכן pH פונעם מעדיום, ווייזט פיגור 6ד אז פאר FA און FS, האט די CaCO3 פראדוקציע דערגרייכט א מאקסימום ווערט ביי pH 7. די באאבאכטונג איז קאנסיסטענט מיט פריערדיגע שטודיעס אז FDH ענזימען זענען מערסט סטאביל ביי pH 7-6.7. אבער, פאר AA און AS, האט די CaCO3 אויסראטונג געוואקסן ווען דער pH האט איבערגעשטיגן 7. פריערדיגע שטודיעס האבן אויך געוויזן אז דער אפטימאלער pH קייט פאר CoA ענזיים אקטיוויטעט איז פון 8 ביז 9.2-6.8. באטראכטנדיג אז די אפטימאלע pH קייטן פאר CoA ענזיים אקטיוויטעט און B. amyloliquefaciens וואוקס זענען (8-9.2) און (6-8), בהתאמה (פיגור 5א), ווערט ערווארטעט אז דער אפטימאלער pH פון AA פארמולאציע וועט זיין 8, און די צוויי pH קייטן איבערדעקן זיך. דעם פאקט איז באשטעטיקט געווארן דורך עקספערימענטן, ווי געוויזן אין פיגור 6ד. זינט דער אָפּטימאַלער pH פֿאַר B. subtilis וואוקס איז 7-9 (פיגור 5ב) און דער אָפּטימאַלער pH פֿאַר CoA ענזיים טעטיקייט איז 8-9.2, ווערט ערוואַרטעט אַז די מאַקסימום CaCO3 אָפּזאַץ וועט זיין אין די pH קייט פון 8-9, וואָס ווערט באַשטעטיקט דורך פיגור 6ד (ד"ה, דער אָפּטימאַלער אָפּזאַץ pH איז 9). די רעזולטאַטן געוויזן אין פיגור 6ע ווייַזן אַז די אָפּטימאַלע פאַרהעלטעניש פון קאַלסיום מקור לייזונג צו באַקטיריעל לייזונג איז 1 פֿאַר ביידע אַצעטאַט און פֿאָרמאַט לייזונגען. פֿאַר פאַרגלייַך, די פאָרשטעלונג פון פאַרשידענע פאָרמולאַציעס (ד"ה, AA, AS, FA, און FS) איז געווען עוואַלואַטעד באַזירט אויף די מאַקסימום CaCO3 פּראָדוקציע אונטער פאַרשידענע באדינגונגען (ד"ה, קאַלסיום מקור קאַנסאַנטריישאַן, קיורינג צייט, OD, קאַלסיום מקור צו באַקטיריעל לייזונג פאַרהעלטעניש, און ערשט pH). צווישן די פאָרמולאַציעס וואָס זענען געשטודירט געוואָרן, האָט פאָרמולאַציע FS געהאַט די העכסטע CaCO3 פּראָדוקציע, וואָס איז געווען בעערעך דריי מאָל אַז פון פאָרמולאַציע AA (פיגור 6ו). פיר באַקטיריאַ-פֿרייַ קאָנטראָל עקספּערימענטן זענען דורכגעפירט געוואָרן פֿאַר ביידע קאַלסיום מקורים און קיין CaCO3 אָפּזאַץ איז נישט באמערקט געוואָרן נאָך 30 טעג.
די אפּטישע מיקראָסקאָפּיע בילדער פון אַלע פאָרמולאַציעס האָבן געוויזן אַז וואַטעריט איז געווען די הויפּט פאַזע אין וועלכער קאַלסיום קאַרבאָנאַט איז געשאפן געוואָרן (פיגור 7). די וואַטעריט קריסטאַלן זענען געווען ספעריש אין פאָרעם69,70,71. מען האָט געפונען אַז קאַלסיום קאַרבאָנאַט האָט זיך אָפּגעזעצט אויף די באַקטיריעלע צעלן ווייל די ייבערפלאַך פון די באַקטיריעלע צעלן איז געווען נעגאַטיוו באַלאָדן און קען דינען ווי אַן אַדסאָרבענט פֿאַר דיוואַלענט קאַטיאָנען. נעמענדיג פאָרמולאַציע FS ווי אַ בייַשפּיל אין דעם לערנען, נאָך 24 שעה, האָט קאַלסיום קאַרבאָנאַט אָנגעהויבן צו פאָרעם אויף עטלעכע באַקטיריעלע צעלן (פיגור 7a), און נאָך 48 שעה, האָט די צאָל באַקטיריעלע צעלן באדעקט מיט קאַלסיום קאַרבאָנאַט באַדייטנד געוואקסן. אין דערצו, ווי געוויזן אין פיגור 7b, קען מען אויך דעטעקטירן וואַטעריט פּאַרטיקלען. צום סוף, נאָך 72 שעה, האָט עס אויסגעזען ווי אַ גרויסע צאָל באַקטיריע איז געבונדן געוואָרן דורך די וואַטעריט קריסטאַלן, און די צאָל וואַטעריט פּאַרטיקלען האָט באַדייטנד געוואקסן (פיגור 7c).
אָפּטישע מיקראָסקאָפּיע אָבסערוואַציעס פון CaCO3 אָפּזאַץ אין FS קאָמפּאָזיציעס איבער צייט: (אַ) 24, (ב) 48 און (ג) 72 שעה.
כדי ווייטער אויסצופארשן די מאָרפאָלאָגיע פון ​​דער אָפּגעזעצטער פאַזע, זענען דורכגעפירט געוואָרן X-שטראַל דיפראַקציע (XRD) און SEM אַנאַליזן פון די פּודערס. די XRD ספּעקטראַ (פיגור 8אַ) און SEM מיקראָגראַפן (פיגור 8ב, ג) האָבן באַשטעטיקט די אנוועזנהייט פון וואַטעריט קריסטאַלן, ווייל זיי האָבן געהאַט אַ לאַטוכ-ווי פאָרעם און אַ קאָרעספּאָנדענץ צווישן די וואַטעריט שפּיצן און די אָפּגעזעצטע שפּיצן איז באמערקט געוואָרן.
(א) פארגלייך פון X-שטראַל דיפראַקציע ספּעקטראַ פון געשאַפענע CaCO3 און וואַטעריט. SEM מיקראָגראַפס פון וואַטעריט ביי (ב) 1 kHz און (ג) 5.27 kHz פארגרעסערונג, ריספּעקטיוולי.
די רעזולטאַטן פון די ווינט טונעל טעסץ ווערן געוויזן אין פיגור 9a, b. מען קען זען פון פיגור 9a אז די שוועל עראָוזיע גיכקייט (TDV) פון דעם נישט-באהאנדלטן זאמד איז בערך 4.32 m/s. ביי דער אַפּליקאַציע קורס פון 1 l/m² (פיגור 9a), די סלאָפּעס פון די באָדן פארלוסט קורס ליניעס פאר פראַקציעס FA, FS, AA און UMC זענען בערך די זעלבע ווי פאר דעם נישט-באהאנדלטן דון. דאָס ווייזט אז די באַהאַנדלונג ביי דעם אַפּליקאַציע קורס איז נישט עפעקטיוו און אזוי שנעל ווי די ווינט גיכקייט יקסידז די TDV, די דין באָדן סקאָרינקע פארשווינדט און די דון עראָוזיע קורס איז די זעלבע ווי פאר דעם נישט-באהאנדלטן דון. די עראָוזיע סלאָפּע פון ​​פראַקציע AS איז אויך נידעריקער ווי די פון די אנדערע פראַקציעס מיט נידעריקער אַבססיסאַס (ד"ה TDV) (פיגור 9a). די פייַלן אין פיגור 9b ווייַזן אז ביי דער מאַקסימום ווינט גיכקייט פון 25 m/s, קיין עראָוזיע איז נישט פארגעקומען אין די באהאנדלטע דונעס ביי די אַפּליקאַציע קורסן פון 2 און 3 l/m². מיט אנדערע ווערטער, פאר FS, FA, AS און UMC, זענען די דונעס געווען מער קעגנשטעליק צו ווינט עראָזיע געפֿירט דורך CaCO³ דעפּאָזיציע ביי די אַפּליקאַציע ראַטעס פון 2 און 3 ל/מ² ווי ביי דער מאַקסימום ווינט גיכקייט (ד"ה 25 מ/ס). אזוי, דער TDV ווערט פון 25 מ/ס באַקומען אין די טעסץ איז דער נידעריקער גרענעץ פֿאַר די אַפּליקאַציע ראַטעס געוויזן אין פיגור 9ב, אַחוץ פֿאַר דעם פאַל פון AA, וואו דער TDV איז כּמעט גלייך צו דער מאַקסימום ווינט טונעל גיכקייט.
ווינט עראָזיע טעסט (א) וואָג אָנווער קעגן ווינט גיכקייט (אַפּליקאַציע קורס 1 ל/מ²), (ב) שוועל אָפּריס גיכקייט קעגן אַפּליקאַציע קורס און פאָרמולאַציע (CA פֿאַר קאַלסיום אַסעטאַט, CF פֿאַר קאַלסיום פֿאָרמאַט).
פיגור 10 ווייזט די אויבערפלאך עראזיע פון ​​זאמד דונעס באהאנדלט מיט פארשידענע פארמולאציעס און אפליקאציע ראטעס נאך ​​די זאמד באמבארדירונג טעסט און די קוואנטיטאטיווע רעזולטאטן ווערן געוויזן אין פיגור 11. דער נישט באהאנדלטער פאל ווערט נישט געוויזן ווייל ער האט נישט געוויזן קיין קעגנשטאנד און איז געווען אינגאנצן עראדירט (טאטאלע מאסע פארלוסט) בעת די זאמד באמבארדירונג טעסט. עס איז קלאר פון פיגור 11 אז די מוסטער באהאנדלט מיט ביאקאמאפאזיציע AA האט פארלוירן 83.5% פון איר וואג ביי די אפליקאציע ראטע פון ​​2 ל/מ² בשעת אלע אנדערע מוסטערן האבן געוויזן ווייניגער ווי 30% עראזיע בעת די זאמד באמבארדירונג פראצעס. ווען די אפליקאציע ראטע איז געוואקסן צו 3 ל/מ², האבן אלע באהאנדלט מוסטערן פארלוירן ווייניגער ווי 25% פון זייער וואג. ביי ביידע אפליקאציע ראטעס, האט קאמפאונד FS געוויזן די בעסטע קעגנשטאנד צו זאמד באמבארדירונג. די מאקסימום און מינימום באמבארדירונג קעגנשטאנד אין די FS און AA באהאנדלט מוסטערן קענען ווערן צוגעשריבן צו זייער מאקסימום און מינימום CaCO3 רעזיפּיטאציע (פיגור 6f).
רעזולטאַטן פון באָמבאַרדירן זאַמד דונעס פון פאַרשידענע קאָמפּאָזיציעס ביי לויפן ראַטעס פון 2 און 3 ל/מ² (פייַלן ווייַזן ווינט ריכטונג, קרייַזן ווייַזן ווינט ריכטונג פּערפּענדיקולאַר צו דער פלאַך פון דער צייכענונג).
ווי געוויזן אין פיגור 12, איז דער קאַלסיום קאַרבאָנאַט אינהאַלט פון אַלע פאָרמולעס געוואַקסן ווען די אַפּליקאַציע קורס איז געוואַקסן פון 1 ל/מ² צו 3 ל/מ². דערצו, ביי אַלע אַפּליקאַציע ראַטעס, איז די פאָרמולע מיטן העכסטן קאַלסיום קאַרבאָנאַט אינהאַלט געווען FS, נאכגעפאָלגט דורך FA און UMC. דאָס סאַגדזשעסטירט אַז די פאָרמולעס קענען האָבן העכערע ייבערפלאַך קעגנשטעל.
פיגור 13א ווייזט די ענדערונג אין ייבערפלאך קעגנשטעל פון נישט-באהאנדלטע, קאנטראל און באהאנדלטע באָדן מוסטערן געמאסטן דורך פּערמעאַמעטער טעסט. פון דעם פיגור, איז עס קלאָר אז די ייבערפלאך קעגנשטעל פון UMC, AS, FA און FS פאָרמולאַציעס איז געוואקסן באַדייטנד מיט דער פאַרגרעסערונג פון אַפּליקאַציע קורס. אָבער, די פאַרגרעסערונג אין ייבערפלאך שטאַרקייט איז געווען לעפיערעך קליין אין AA פאָרמולאַציע. ווי געוויזן אין דעם פיגור, FA און FS פאָרמולאַציעס פון ניט-ורעאַ-דעגראַדעד MICP האָבן בעסער ייבערפלאך פּערמעאַביליטי קאַמפּערד צו ורעאַ-דעגראַדעד MICP. פיגור 13ב ווייזט די ענדערונג אין TDV מיט באָדן ייבערפלאך קעגנשטעל. פון דעם פיגור, איז עס קלאָר אז פֿאַר דונעס מיט ייבערפלאך קעגנשטעל גרעסער ווי 100 kPa, וועט די שוועל סטריפּינג גיכקייט יקסיד 25 m/s. זינט אין סיטו ייבערפלאך קעגנשטעל קען לייכט געמאסטן ווערן דורך פּערמעאַמעטער, קען דאָס וויסן העלפֿן צו אָפּשאַצן TDV אין דער אַוועק פון ווינט טונעל טעסטינג, דערמיט דינען ווי אַ קוואַליטעט קאָנטראָל גראדן פֿאַר פעלד אַפּלאַקיישאַנז.
די SEM רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיגור 14. פיגורן 14a-b ווייַזן די פארגרעסערטע פּאַרטיקלען פון די נישט-באַהאַנדלטע באָדן מוסטער, וואָס קלאָר ווייזט אַז עס איז קאָוכיסיוו און האט קיין נאַטירלעכע פֿאַרבינדונג אָדער צעמענטאַציע. פיגור 14c ווייזט די SEM מיקראָגראַף פון די קאָנטראָל מוסטער באַהאַנדלט מיט אורעאַ-דעגראַדעד MICP. דאָס בילד ווייזט די בייַזייַן פון CaCO3 פּרעסיפּיטייץ ווי קאַלסיט פּאָלימאָרפס. ווי געוויזן אין פיגורן 14d-o, די פּרעסיפּיטעד CaCO3 בינדט די פּאַרטיקלען צוזאַמען; ספערישע וואַטעריט קריסטאַלן קענען אויך זיין יידענטיפיצירט אין די SEM מיקראָגראַפס. די רעזולטאַטן פון דעם לערנען און פריערדיקע שטודיעס ווייַזן אַז די CaCO3 בינדונגען געשאפן ווי וואַטעריט פּאָלימאָרפס קענען אויך צושטעלן גלייַך מעכאַנישע שטאַרקייַט; אונדזער רעזולטאַטן ווייַזן אַז די ייבערפלאַך קעגנשטעל ינקריסיז צו 350 kPa און די שוועל סעפּאַריישאַן גיכקייַט ינקריסיז פון 4.32 צו מער ווי 25 m/s. דאס רעזולטאַט איז קאָנסיסטענט מיט די רעזולטאַטן פון פריערדיקע שטודיעס אַז די מאַטריץ פון MICP-פּרעסיפּיטירט CaCO3 איז וואַטעריט, וואָס האט גלייַך מעכאַנישע שטאַרקייט און ווינט עראָוזיע קעגנשטעל13,40 און קען האַלטן גלייַך ווינט עראָוזיע קעגנשטעל אפילו נאָך 180 טעג פון ויסשטעלן צו פעלד סוויווע באדינגונגען13.
(א, ב) SEM מיקראָגראַפס פון נישט-באַהאַנדלטן באָדן, (ג) MICP אורעאַ דעגראַדאַציע קאָנטראָל, (דף) AA-באַהאַנדלטע מוסטערן, (גי) AS-באַהאַנדלטע מוסטערן, (דזשל) FA-באַהאַנדלטע מוסטערן, און (מאָ) FS-באַהאַנדלטע מוסטערן מיט אַן אַפּליקאַציע קורס פון 3 ל/מ² ביי פאַרשידענע מאַגניפיקאַטיאָנס.
פיגור 14ד-ו ווייזט אז נאך באהאנדלונג מיט AA פארבינדונגען, איז קאלציום קארבאנאט אויסגעזעצט געווארן אויף דער ייבערפלאך און צווישן די זאמד קערלעך, בשעת עטלעכע נישט-באדעקטע זאמד קערלעך זענען אויך באמערקט געווארן. פאר AS קאמפאנענטן, כאטש די צאל CaCO3 וואס איז געשאפן געווארן האט זיך נישט באדייטנד פארגרעסערט (פיגור 6ו), איז די צאל קאנטאקטן צווישן זאמד קערלעך וואס זענען געפארעמט געווארן דורך CaCO3 באדייטנד פארגרעסערט געווארן קאמפערד מיט AA פארבינדונגען (פיגור 14ג-י).
פֿון פֿיגורן 14j-l און 14m-o איז קלאָר, אַז די נוצֿונג פֿון קאַלסיום פֿאָרמאַט ווי אַ קאַלסיום מקור פֿירט צו אַ ווײַטערדיקער פֿאַרגרעסערונג אין CaCO3 אָפּזאַץ קאַמפּערד צו דער AS פֿאַרבינדונג, וואָס איז קאָנסיסטענט מיט די קאַלסיום מעטער מעסטונגען אין פֿיגור 6f. דאָס נאָך CaCO3 שיינט צו זײַן דער עיקר אָפּגעלייגט אויף די זאַמד פּאַרטיקלען און פֿאַרבעסערט נישט דאַווקע די קאָנטאַקט קוואַליטעט. דאָס באַשטעטיקט די פֿריִער באַאָבאַכטע נאַטור: טראָץ די אונטערשיידן אין דער סומע פֿון CaCO3 אָפּזאַץ (פֿיגור 6f), די דרײַ פֿאָרמולאַציעס (AS, FA און FS) אַנדערשן זיך נישט באַדײַטנדיק אין טערמינען פֿון אַנטי-עאָליאַן (ווינט) פאָרשטעלונג (פֿיגור 11) און ייבערפֿלאַך קעגנשטעל (פֿיגור 13a).
כּדי בעסער צו וויזואַליזירן די CaCO3 באדעקטע באַקטיריעלע צעלן און דעם באַקטיריעלע אָפּדרוק אויף די אויסגעפּרעסיפּיטירטע קריסטאַלן, זענען גענומען געוואָרן הויך-פאַרגרעסערונג SEM מיקראָגראַפן און די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיגור 15. ווי געוויזן, פּרעציפּיטירט קאַלסיום קאַרבאָנאַט אויף די באַקטיריעלע צעלן און גיט די קערנס וואָס זענען נויטיק פֿאַר דער פּרעציפּאַציע דאָרט. די פיגור ווייזט אויך די אַקטיווע און אינאַקטיווע פֿאַרבינדונגען וואָס ווערן אינדוצירט דורך CaCO3. מען קען אויספירן אַז יעדע פאַרגרעסערונג אין אינאַקטיווע פֿאַרבינדונגען פירט נישט שטענדיק צו ווייטערדיקע פֿאַרבעסערונג אין מעכאַנישן נאַטור. דעריבער, פאַרגרעסערונג פון CaCO3 פּרעציפּאַציע פירט נישט שטענדיק צו העכערע מעכאַנישע שטאַרקייט און דער פּרעציפּאַציע מוסטער שפּילט אַ וויכטיקע ראָלע. דעם פּונקט איז אויך געלערנט געוואָרן אין די אַרבעטן פון טערזיס און לאַלוי72 און סאָגי און אַל-קאַבאַני45,73. כּדי ווייטער צו אויספאָרשן די באַציִונג צווישן פּרעציפּאַציע מוסטער און מעכאַנישע שטאַרקייט, ווערן רעקאָמענדירט MICP שטודיעס מיט µCT בילדגעבונג, וואָס איז ווייטער פון דעם פאַרנעם פון דער שטודיע (ד"ה, איינפירן פאַרשידענע קאָמבינאַציעס פון קאַלסיום מקור און באַקטיריע פֿאַר אַמאָניאַק-פֿרייַ MICP).
CaCO3 האט אינדוצירט אקטיווע און אינאקטיווע בונדן אין מוסטערן באהאנדלט מיט (א) AS קאמפאזיציע און (ב) FS קאמפאזיציע און האט איבערגעלאזט אן אפדרוק פון באַקטיריעלע צעלן אויף די סעדימענט.
ווי געוויזן אין פיגורן 14j-o און 15b, איז דא א CaCO3 פילם (לויט EDX אנאליז, איז די פראצענט קאמפאזיציע פון ​​יעדן עלעמענט אין דעם פילם קוילן 11%, זויערשטאף 46.62% און קאלציום 42.39%, וואס איז זייער נאנט צום פראצענט פון CaCO3 אין פיגור 16). דער פילם באדעקט די וואטעריט קריסטאלן און באָדן טיילכלעך, און העלפט אויפהאלטן די אינטעגריטעט פון דעם באָדן-סעדימענט סיסטעם. די אנוועזנהייט פון דעם פילם איז באמערקט געווארן נאר אין די מוסטערן באהאנדלט מיט דער פארמאט-באזירטער פארמולאציע.
טאַבעלע 2 פאַרגלייכט די ייבערפלאַך שטאַרקייט, שוועל דיטאַטשמאַנט גיכקייט, און ביאָינדוסט CaCO3 אינהאַלט פון באָדנס באַהאַנדלט מיט אורעאַ-דעגראַדינג און ניט-אורעאַ-דעגראַדינג MICP פּאַטווייז אין פריערדיקע שטודיעס און דעם לערנען. שטודיעס אויף די ווינט עראָוזשאַן קעגנשטעל פון MICP-באַהאַנדלטע דין סאַמפּאַלז זענען לימיטעד. מענג עט על. האָבן אויסגעפאָרשט די ווינט עראָוזשאַן קעגנשטעל פון MICP-באַהאַנדלטע אורעאַ-דעגראַדינג דין סאַמפּאַלז ניצן אַ בלאַט בלאָזער,13 כוועראַז אין דעם לערנען, ניט-אורעאַ-דעגראַדינג דין סאַמפּאַלז (ווי געזונט ווי אורעאַ-דעגראַדינג קאָנטראָלס) זענען טעסטעד אין אַ ווינט טונעל און באהאנדלט מיט פיר פאַרשידענע קאָמבינאַציעס פון באַקטיריאַ און סאַבסטאַנסיז.
ווי מען קען זען, האבן עטלעכע פריערדיגע שטודיעס באטראכט הויכע אפליקאציע ראטעס וואס זענען העכער 4 ל/מ²13,41,74. עס איז ווערט צו באמערקן אז הויכע אפליקאציע ראטעס זענען אפשר נישט גרינג צו נוצן אין פעלד פון אן עקאנאמישן שטאנדפונקט צוליב די קאסטן פארבונדן מיט וואסער צושטעל, טראנספארטאציע און אפליקאציע פון ​​גרויסע וואליומען וואסער. נידעריגערע אפליקאציע ראטעס ווי 1.62-2 ל/מ² האבן אויך דערגרייכט גאנץ גוטע אייבערפלאך שטארקייטן פון ביז 190 קפא און TDV העכער 25 מ/ס. אין דער יעצטיגער שטודיע, האבן דינעס באהאנדלט מיט פארמאט-באזירט MICP אן אורעא דעגראדאציע דערגרייכט הויכע אייבערפלאך שטארקייטן וואס זענען געווען פארגלייכבאר צו די וואס זענען באקומען געווארן מיט דעם אורעא דעגראדאציע וועג אין דער זעלבער קייט פון אפליקאציע ראטעס (ד.ה., מוסטערן באהאנדלט מיט פארמאט-באזירט MICP אן אורעא דעגראדאציע זענען אויך געווען ביכולת צו דערגרייכן די זעלבע קייט פון אייבערפלאך שטארקייט ווערטן ווי באריכטעט דורך מענג עט אל., 13, פיגור 13א) ביי העכערע אפליקאציע ראטעס. מען קען אויך זען אז ביי דער אַפּליקאַציע קורס פון 2 ל/מ², איז די פּראָדוקציע פון ​​קאַלסיום קאַרבאָנאַט פֿאַר ווינט עראָוזיע מיטיגאַציע ביי אַ ווינט גיכקייט פון 25 מ/ס געווען 2.25% פֿאַר די פֿאָרמאַט-באַזירט MICP אָן אורעאַ דעגראַדאַציע, וואָס איז זייער נאָענט צו דער פארלאנגטער סומע פון ​​CaCO3 (ד"ה 2.41%) קאַמפּערד צו דונעס באַהאַנדלט מיט די קאָנטראָל MICP מיט אורעאַ דעגראַדאַציע ביי דער זעלביקער אַפּליקאַציע קורס און דער זעלביקער ווינט גיכקייט (25 מ/ס).
אזוי, קען מען אויספירן פון דעם טאבעלע אז סיי דער אורעא דעגראַדאַציע וועג און סיי דער אורעא-פֿרייער דעגראַדאַציע וועג קענען צושטעלן גאַנץ אַקצעפּטאַבלע פאָרשטעלונג אין טערמינען פון ייבערפלאַך קעגנשטעל און TDV. דער הויפּט חילוק איז אז דער אורעא-פֿרייער דעגראַדאַציע וועג אנטהאלט נישט אַמאָניאַק און דעריבער האט א נידעריקערע ענווייראָנמענטאַלע פּראַל. אין דערצו, די פֿאָרמאַט-באַזירטע MICP מעטאָדע אָן אורעא דעגראַדאַציע פארגעלייגט אין דעם לערנען מיינט צו פונקציאָנירן בעסער ווי די אַצעטאַט-באַזירטע MICP מעטאָדע אָן אורעא דעגראַדאַציע. כאָטש מאָהעבי און אַנדערע האָבן געלערנט די אַצעטאַט-באַזירטע MICP מעטאָדע אָן אורעא דעגראַדאַציע, זייער לערנען אַרייַנגערעכנט סאַמפּאַלז אויף פלאַך ייבערפלאַכן9. רעכט צו דעם העכערן גראַד פון עראָוזיע געפֿירט דורך עדי פאָרמאַציע אַרום די דין סאַמפּאַלז און די ריזאַלטינג שעאַר, וואָס רעזולטאַטן אין נידעריקער TDV, די ווינט עראָוזיע פון ​​די דין סאַמפּאַלז איז געריכט צו זיין מער קלאָר ווי די פון פלאַך ייבערפלאַכן אין דער זעלביקער גיכקייַט.