Name: sandy soil improvement through microbially induced calcite precipitation (micp) by immersion
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00
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Ce travail a été soutenu par la Subvention no 1531382 de la National Science Foundation et MarTREC.

REMARQUE : Tous les documents pertinents utilisés dans les procédures suivantes ne sont pas dangereux. Des équipements de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse de laboratoire, pantalons pleine longueur, chaussures à bout fermé) sont toujours nécessaires.
1. Préparation de la solution de bactéries
<ol><li>Préparation du milieu de croissance (NH4-YE medium) REMARQUE : Les composants des supports de croissance par litre d'eau déionisée sont : 20...

<ol>
	<li>Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+key+environmental+conditions+on+microbially+induced+cementation+for+soil+stabilization.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+carbonate+precipitation+as+a+soil+improvement+technique.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+biomediated+ground+improvement+by+ureolysis:+large-scale+biogrout+experiment.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress-strain+behavior+of+sands+cemented+by+microbially+induced+calcite+precipitation.">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., N&#252;sslein, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbially+induced+cementation+to+control+sand+response+to+undrained+shear.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+improvement+of+engineering+properties+of+MICP-treated+soil+catalyzed+by+bacteria+and+urease.">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 M&#233;tayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ca-carbonates+precipitation+and+limestone+genesis&#8212;the+microbiogeologist+point+of+view.">Ca-carbonates precipitation and limestone genesis&#8212;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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+ureases+in+infectious+diseases.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-bricks:+biologically+cemented+sandstone+bricks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+fiber+addition+on+mechanical+properties+of+MICP-treated+sand.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogrout:+a+novel+binding+material+for+soil+improvement+and+concrete+repair.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+efficiency+of+microbially+induced+calcite+precipitation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+behavior+of+sands+treated+by+microbially+induced+carbonate+precipitation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+cell+kinetics+of+ureolysis+by+sporosarcina+pasteurii.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+framework+for+identifying+cementation+level+of+MICP-treated+sands.">A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands.</a> IFCEE. , (2018).</li><li>Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+full+contact+flexible+mold+for+preparing+samples+based+on+microbial-induced+calcite+precipitation+technology.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+Rigid+Full-Contact+Mold+for+Preparing+Biobeams+through+Microbial-Induced+Calcite+Precipitation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+oxygen+availability+on+microbially+induced+calcite+precipitation+(MICP)+treatment.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+optimization+of+microbial-induced+carbonate+precipitation+for+soil+improvement.">Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement.</a> Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).</li></ol>

La technique MICP par immersion a été présentée dans cet article. Des échantillons de sol ont été immergés dans le réacteur de lot pour être entièrement pénétrés par les supports de cimentation dans le processus MICP. Dans cette méthode, un moule flexible de contact complet, un moule rigide de contact complet, et un moule de brique noyauté ont été appliqués pour préparer des échantillons MICP-traités.
Différents moules peuvent être conçus pour différentes exigences de...

En tant que technologie biologique d'amélioration du sol, les précipitations de calcite induites par les microbiens (MICP) sont capables d'améliorer les propriétés techniques du sol. Il a été utilisé pour améliorer la force, la rigidité et la perméabilité du sol. La technique MICP a gagné beaucoup d'attention pour l'amélioration du sol dans le monde entier1,2,3,4. Les précipitations de carbonate se produisent naturellement et peuvent être induites par des organismes non pathogènes qui sont indigènes à l'environnement du sol5. La réaction biogéochimique MICP est entraînée par l'existence de bactéries uréolytiques, l'urée et une solution riche en calcium5,6. Sporosarcina pasteurii est une enzyme urease très active qui catalyse le réseau de réaction vers la précipitation de la calcite7,8. Le processus d'hydrolyse de l'urée produit de l'ammonium dissous (NH4)et du carbonate inorganique (CO32-). Les ions carbonateux réagissent avec les ions de calcium pour précipiter les cristaux de carbonate de calcium. Les réactions d'hydrolyse d'urée sont montrées ici :
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
Le CaCO3 précipité peut lier les particules de sable ensemble pour améliorer les propriétés d'ingénierie du sol traité par le MICP. La technique MICP a été appliquée dans diverses applications, telles que l'amélioration de la résistance et la rigidité du sol, la réparation du béton, et l'assainissement de l'environnement9,10,11,12, 13 (en) , 14 (en) , 15.
Zhao et coll.16 ont mis au point une méthode d'immersion pour préparer des échantillons traités par le MICP. Un moule flexible de contact complet fait de géotextile a été employé dans cette méthode. Le CaCO3 précipité a distribué uniformément dans leurs échantillons traités par le MICP. Bu et coll.17 ont mis au point un moule rigide à contact complet pour préparer des échantillons de faisceautraités par MICP par une méthode d'immersion. L'échantillon traité par LE MICP préparé par cette méthode à l'aide d'un moule rigide de contact complet peut former la forme de faisceau appropriée. L'échantillon traité par le MICP a été divisé en quatre et le contenu de CaCO3 a été mesuré. La teneur en CaCO3 variait de 8,4 à 1,5 % à 9,4 % et 1,2 % en poids, ce qui indique que le CaCO3 a été distribué uniformément dans les échantillons traités par le MICP selon la méthode d'immersion. Ces échantillons traités par le MICP ont également obtenu de meilleures propriétés mécaniques. Ces biospécimens traités par le MICP ont atteint une résistance de flexion de 950 kPa, qui était semblable à celle des échantillons traités au ciment de 20 à 25 % (600- 1300 kPa). Li et coll.10 ont ajouté des fibres discrètes distribuées au hasard dans le sol sablonneux et ont traité le sol par la méthode d'immersion du MICP. Ils ont constaté que la force de cisaillement, la ductilité, et la contrainte de défaillance du sol MICP-traité ont été augmentées évidemment par l'ajout de fibre appropriée.
La méthode d'immersion pour MICP a été continuellement améliorée10,16,17. Cette méthode peut être utilisée pour préparer des échantillons de sol traités par le MICP et des matériaux de construction préfabriqués traités par le MICP, comme des briques et des poutres. Différentes dimensions géométriques du moule de préparation d'échantillon ont été développées. Des fibres ont été ajoutées dans les échantillons traités par le MICP pour améliorer leurs propriétés. Ce protocole détaillé était destiné à documenter les méthodes d'immersion pour le traitement MICP.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ammonium Chloride, &#62;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, &#62;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, &#62;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, &#62;99.7%</td>
			<td>Bio-world</td>
			<td>42020309-2 (730205)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea, USP Grade, &#62;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>

sandy soil improvement through microbially induced calcite precipitation (micp) by immersion

Le but de cet article est de développer une méthode d'immersion pour améliorer les précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) échantillons traités. Un réacteur par lots a été assemblé pour immerger des échantillons de sol dans des supports de cimentation. Le support de cimentation peut librement se diffuser dans les échantillons de sol dans le réacteur de lot au lieu du support de cimentation étant injecté. Un moule flexible de contact complet, un moule rigide de contact complet, et un moule de brique noyaulé ont été employés pour préparer différents supports d'échantillon de sol. Des fibres synthétiques et des fibres naturelles ont été sélectionnées pour renforcer les échantillons de sol traités par le MICP. Le CaCO3 précipité dans différentes zones des échantillons traités par le MICP a été mesuré. Les résultats de distribution de CaCO3 ont démontré que le CaCO3 précipité était distribué uniformément dans l'échantillon de sol par la méthode d'immersion.

La figure 7 montre la répartition du CaCO3 précipité dans l'échantillon traité par le MICP. L'échantillon traité par le MICP a été divisé en trois zones différentes. La teneur en CaCO3 dans chaque zone a été testée par la méthode de lavage à l'acide. Pour dissoudre les carbonates précipités, les échantillons secs traités par le MICP ont été lavés dans une solution HCl (0,1 M), puis rincés, égouttés et séchés au four pendant 48 heures. La vale...

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Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation MICP by Immersion

Ici, la technologie des précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) est présentée pour améliorer les propriétés du sol par immersion.

Amélioration du sol sablonneux par les précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) par immersion

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

La méthode d’immersion démontrée dans ce protocole aide le chercheur à enlever l’échantillon ininterrompu de sol traité par le MICP pour des essais mécaniques par différents moules. Cette technique aide l’échantillon de sol traité par le MICP à obtenir un carbonate de calcium précipité plus uniforme. Ces échantillons de sol traités par le MICP obtiennent également de meilleures propriétés mécaniques grâce à cette méthode.L’aspect le plus important de cette technique est de s’assurer que l’activité des bactéries est assez bonne pour le processus MICP pour éviter de prendre du temps et de gaspiller des matériaux. La conception de moules appropriés pour différentes applications est considérée comme un autre aspect important pour les chercheurs qui ont l’intention de choisir cette technique pour la première fois. Pour commencer, transférer 0,1 millilitre de suspension bactérienne dans un tube de centrifugeuse rempli de 10 millilitres de milieu de croissance frais.Bien mélanger en inversant, puis, desserrer le couvercle du tube afin de maintenir des conditions aérobies. Préparez six tubes de suspensions bactériennes avec un milieu de croissance et un tube de commande avec 10 millilitres de milieu de croissance frais seul. Incuber tous les tubes dans un shaker à 200 RPM et 30 degrés Celsius pendant 48 à 72 heures.Si le milieu de croissance devient trouble après 48 heures, arrêter l’incubation. Centrifuger les tubes avec des bactéries et du milieu de croissance à 4000 fois g pendant 20 minutes. Retirer le supernatant, le remplacer par 25 millilitres de milieu de croissance frais et bien mélanger à l’aide d’une machine vortex.Ensuite, pour améliorer la culture des bactéries, transférer 0,25 millilitres de la suspension des tubes dans de nouveaux tubes avec 25 millilitres de milieu de croissance à inoculer. Incuber tous les tubes dans un shaker à 200 RPM et 30 degrés Celsius pendant 48 heures. Centrifuger les tubes avec des bactéries et du milieu de croissance à 4000 fois g pendant 20 minutes.Retirer le surnatant, remplacer par un milieu de croissance frais et bien mélanger à l’aide d’une machine vortex. Mesurer la densité optique de la suspension à 600 nanomètres sur un spectrophotomètre. Ajuster la concentration des bactéries à l’aide d’un milieu de croissance frais à un OD600 de 0,6.Ajouter environ 140 grammes de sable sec d’Ottawa avec 99,7 % de cordons dans les moules selon la méthode de pluviation de l’air pour atteindre un état médian dense avec une densité relative de l’âge de 42 à 55 % et une densité sèche de sable de l’âge de 1,58 à 1,64 gramme par centimètre cube. Placez un couvercle sur les échantillons et fixez-le en le cousant. Verser la solution bactérienne à travers la couverture géotextile perméable dans les échantillons.Lorsque la solution bactérienne qui coule est observée sur le fond des échantillons de sol, ils sont considérés comme saturés. Ensuite, placez les échantillons sur l’étagère. Immerger toute l’étagère dans un réacteur par lots rempli de supports de ciment.Allumez l’alimentation en air et ajustez la puissance de l’air pour maintenir la saturation en air à 100 %. Attendez sept jours de réaction du MICP. Sortez les échantillons du réacteur.Utilisez un couteau pour couper le moule flexible à contact complet. Ensuite, lavez les échantillons avec de l’eau pour enlever la solution résiduelle dans les espaces poreux. Placer les échantillons dans un four de 105 degrés Celsius pendant 48 heures jusqu’à ce que leur poids reste constant.Pour la fibre synthétique, mélanger 2,7 grammes de fibres et 900 grammes de sable sec par petites incréments à la main pour obtenir un mélange uniforme avec une teneur en fibres de 0,3%. Pour la fibre naturelle de palmier, préparer quatre parties de sable avec 190 grammes chacun. Préparer trois couches de fibres avec environ 1,8 grammes chacune.Ajouter les quatre parties de sable et les trois couches de fibres dans un moule rigide à contact complet à intervalles réguliers. Ensuite, répétez le traitement MICP comme précédemment. Dans ce protocole, le carbonate de calcium précipité a été observé dans tout l’échantillon MICP-traité.L’échantillon traité par le MICP a été divisé en trois domaines différents. La teneur en carbonate de calcium de l’échantillon traité par le MICP selon la méthode d’immersion 9,0 à 9,5 %, ce qui indique que le carbonate de calcium précipité a été réparti uniformément dans l’échantillon du sol. Les courbes de contrainte de la bio-brique renforcées avec trois couches de fibre de palmier et de bio-brique non forcée ont montré que la force flexure de la bio-brique non forcée était de 1 150 kilopascales, tandis que celle de la bio-brique renforcée était de 980 kilopascales.La contrainte de flexion a été améliorée de manière significative par l’ajout de la fibre de paume. Il est très important d’assurer l’activité de la solution bactérienne avant le processus MICP. Sinon, il est incertain de réussir l’expérience.Une fois que l’expérience échoue, il devrait être une perte de temps et de matériaux. Suivant cette procédure, différents moules peuvent être conçus à des fins expérimentales différentes grâce à la technique MICP. L’influence du MICP sur différents types de structure ou différents matériaux peut être simulée par ces moules.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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