Name: sandy soil improvement through microbially induced calcite precipitation (micp) by immersion
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00
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이 작품은 국립 과학 재단 보조금 번호 1531382 및 MarTREC에 의해 지원되었다.

참고: 다음 절차에서 사용되는 모든 관련 물질은 위험하지 않습니다. 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지, 닫힌 발가락 신발)는 여전히 필요합니다.
1. 박테리아 용액의 준비
<ol><li>성장배지 준비(NH4-YE미디엄) 참고 : 탈이온수 의 리터 당 성장 매체의 구성 요소는 다음과 같습니다 : 효모 추출물 20 g; 10g (NH4)2SO4; 및 0...

<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. 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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>

침수에 의한 MICP 기법을 이 백서에 제시하였습니다. 토양 샘플을 MICP 공정에서 시멘트 매체에 의해 완전히 침투하기 위해 배치 반응기로 침지하였다. 이 방법에서는 MICP 처리 된 샘플을 준비하기 위해 전체 접촉 플렉시블 금형, 단단한 전체 접촉 금형 및 코어드 벽돌 금형을 적용했습니다.
다양한 형상 요구 사항에 따라 다양한 금형을 설계할 수 있습니다. 지오텍의 섬유질 구?...

생물학적 지반 개선 기술로서, 미생물로 유도된 방해석 침전(MICP)은 토양의 엔지니어링 특성을 개선할 수 있습니다. 그것은 강도 향상 시키기 위해 사용 되었습니다., 강성, 그리고 토양의 투과성. MICP 기술은 전 세계적으로 토양 개선에 대한 많은 관심을 얻고있다1,2,3,4. 탄산염 침전은 자연적으로 발생하며 토양 환경에 고유한 비병원성 유기체에 의해 유도될 수 있다5. MICP 생화학반응은 요도용해균, 요소 및 칼슘이 풍부한용액의존재에 의해 구동된다5,6. 스포로사르키나 파스퇴레리는 방해석7,8의침전을 향해 반응 네트워크를 촉매하는 고활성 우르아제 효소이다. 요소 가수 분해 공정은 용존 암모늄 (NH4 +)및 무기 탄산염 (CO32-)을 생성합니다. 탄산염 이온은 칼슘 이온과 반응하여 탄산칼슘 결정으로 침전됩니다. 요소 가수 분해 반응은 여기에 표시됩니다 :
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
침전된 CaCO3는 MICP 처리 된 토양의 엔지니어링 특성을 개선하기 위해 모래 입자를 결합 할 수 있습니다. MICP 기술은 토양의 강도 및 강성 개선, 콘크리트 수리 및 환경 개선9, 10,11,12, 13세 , 14세 , 15.
Zhao 등16MICP 처리 된 샘플을 제조하는 침지 방법을 개발했습니다. 이 방법에는 지오텍으로 만들어진 완전한 접촉 플렉시블 금형이 사용되었습니다. 침전된 CaCO3은 MICP 처리 된 샘플 전체에 균일하게 분포되었습니다. Bu et al.17은 침지 방법으로 MICP 처리 빔 샘플을 제조하기 위해 견고한 전체 접촉 금형을 개발했습니다. 이 방법에 의해 제조된 MICP 처리 된 샘플은 경질 전체 접촉 금형을 사용하여 적합한 빔 형상을 형성 할 수 있습니다. MICP 처리 된 샘플을 4 개로 나누고 CaCO3 내용을 측정하였다. 상기 CaCO3 함량은 8.4±1.5% ~ 9.4±1.2 중량 중량의 범위로, 이는 침지 방법에 의해 MICP 처리 된 샘플에서 CaCO3이 균일하게 분포되어 있음을 나타냈다. 이러한 MICP 처리 샘플은 또한 더 나은 기계적 특성을 달성했습니다. 이러한 MICP 처리 된 바이오 시편은 950 kPa 굴곡 강도에 도달했으며, 이는 20-25 % 시멘트 처리 샘플 (600- 1300 kPa)과 유사했습니다. Li 등10은 모래 토양에 무작위로 분산된 이산 섬유를 첨가하고 MICP 침지 방법으로 토양을 처리하였다. 그(것)들은 MICP 처리한 토양의 전단 힘, 연성 및 실패 긴장이 적당한 섬유를 추가해서 명백하게 강화되었다는 것을 것을을 발견했습니다.
MICP에 대한 침수 방법은 지속적으로10,16,17개선되었습니다. 이 방법은 MICP 처리 된 토양 샘플 및 벽돌 및 빔과 같은 MICP 처리 조립식 건축 자재를 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 시료 전대 금형의 다양한 형상 치수가 개발되었습니다. 섬유는 그들의 성질을 향상시키기 위해 MICP 처리 된 샘플에 첨가되었다. 이러한 상세한 프로토콜은 MICP 치료를 위한 침수 방법을 문서화하기 위한 것이었다.

<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

이 문서의 목적은 미생물로 유도된 방해석 침전(MICP) 처리 샘플을 개선하기 위한 침수 방법을 개발하는 것이다. 토양 샘플을 시멘트 매체에 침지시키기 위해 배치 반응기를 조립하였다. 시멘트 매미는 주입되는 시멘트 매체 대신 배치 반응기의 토양 샘플로 자유롭게 확산될 수 있습니다. 전체 접촉 플렉시블 금형, 단단한 전체 접촉 금형 및 코어드 브릭 금형을 사용하여 다양한 토양 샘플 홀더를 준비했습니다. MICP 처리 된 토양 샘플을 보강하기 위해 합성 섬유 및 천연 섬유를 선택했습니다. MICP 처리 된 샘플의 상이한 영역에서 침전 된CaCO3를 측정하였다. 상기 CaCO3 분포 결과는 침전된 CaCO3이 침지 방법에 의해 토양 시료에 균일하게 분포되었다는 것을 입증하였다.

도 7은 MICP 처리 된 샘플 전체에 걸쳐 침전 된 CaCO3의 분포를 나타낸다. MICP 처리된 샘플을 3개의 상이한 영역으로 나누었다. 각 영역에서의 CaCO3 함량은 산 세척 방법에 의해 시험되었다. 침전된 탄산염을 용해시키기 위해, 건조MICP 처리된 샘플을 HCl 용액(0.1 M)으로 세척한 다음, 헹구고, 배수하고, 오븐에서 48시간 동안 건조시켰다. 산 세척 전후의 시료 질량 간?...

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Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation MICP by Immersion

여기서, 미생물로 유도된 방해석 침전(MICP) 기술은 침수에 의해 토양 특성을 개선하기 위해 제시된다.

침수에 의한 미생물 유발 방해석 침전(MICP)을 통한 모래 토양 개선

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

이 프로토콜에서 입증된 침수 방법은 연구원이 다른 금형을 통해 기계적 테스트를 위해 깨지지 않은 MICP 처리 토양 샘플을 제거하는 데 도움이 됩니다. 이 기술은 MICP 처리한 토양 견본이 더 균일한 침전한 탄산칼슘을 얻는 것을 돕습니다. 그 MICP 처리된 토양 견본은 또한 이 방법을 통해 더 나은 정비자 속성을 얻습니다.이 기술의 가장 중요한 측면은 박테리아의 활동이 시간이 많이 걸리고 재료 낭비를 피하기 위해 MICP 공정에 충분히 좋은지 확인하는 것입니다. 다양한 어플리케이션에 적합한 금형을 설계하는 것은 처음으로 이 기술을 선택하려는 연구자에게 또 다른 중요한 측면으로 간주됩니다. 시작하려면, 신선한 성장 매체의 10 밀리리터로 채워진 원심분리기 튜브에 세균 현탁액의 0.1 밀리리터를 전송합니다.반전을 통해 잘 섞은 다음, 호기성 조건을 유지하기 위해 튜브의 뚜껑을 느슨하게 합니다. 성장 배지와 10 밀리리터의 신선한 성장 매체만으로 세균 현탁액6개의 튜브를 준비합니다. 모든 튜브를 셰이커에 200 RPM, 섭씨 30도에서 48~72시간 동안 배양합니다.성장 배지가 48시간 후에 혼탁상태가 되면 인큐베이션을 중지하십시오. 박테리아와 성장 배지를 가진 튜브를 4, 000배 g에서 20분 동안 원심분리합니다. 상체를 제거하고 신선한 성장 매체의 25 밀리리터로 대체하고 소용돌이 기계를 사용하여 잘 섞습니다.그런 다음 박테리아의 문화를 향상시키기 위해 튜브에서 0.25 밀리리터를 새로운 튜브로 옮기고 25 밀리리터의 성장 배지를 접종한다. 모든 튜브를 셰이커에 200 RPM, 섭씨 30도에서 48시간 동안 배양합니다. 박테리아와 성장 배지를 가진 튜브를 4, 000배 g에서 20분 동안 원심분리합니다.상체를 제거하고 신선한 성장 매체로 대체하고 소용돌이 기계를 사용하여 잘 섞습니다. 분광계에서 600 나노미터에서 서스펜션의 광학 밀도를 측정합니다. 0.6의 OD600에 신선한 성장 매체를 사용하여 박테리아 농도를 조정합니다.공기 압출 방법에 의해 금형에 99.7 %의 코드와 건조 오타와 모래의 약 140 그램을 추가42 받는 사람의 범위에서 상대 밀도와 모래 건조 밀도의 범위에서 1.58 받는 르 1.64 입방 센티미터 당 그램. 샘플 위에 덮개를 놓고 바느질하여 수정합니다. 투과성 지오텍텍커버를 통해 세균용 용액을 시료에 붓습니다.흐르는 세균용 용액이 토양 샘플의 바닥에서 관찰될 때, 그들은 포화 된 것으로 간주됩니다. 다음으로 샘플을 선반에 놓습니다. 전체 선반을 시멘트 매체로 채워진 배치 반응기에 담급다.공기 공급을 켜고 공기 출력을 조정하여 100% 공기 포화를 유지합니다. 7 일간의 MICP 반응을 기다립니다. 반응기에서 샘플을 꺼낸다.칼을 사용하여 전체 접촉 유연한 금형을 절단합니다. 그런 다음, 물로 샘플을 세척하여 모공 공간에서 잔류 용액을 제거합니다. 시료를 섭씨 105도 오븐에 48시간 동안 두어 가중치가 일정하게 유지될 때까지 보관합니다.합성 섬유의 경우, 섬유 2.7 그램과 건조 모래 900 그램을 손으로 작은 증분에 섞어 0.3 %의 섬유 함량이있는 균일 한 혼합물을 얻습니다. 천연 야자섬유의 경우, 각각 190그램의 모래 4부분을 준비합니다. 각각 약 1.8그램의 섬유 3층을 준비합니다.모래의 네 부분과 단단한 풀 접촉 금형에 섬유의 세 층을 간격으로 추가합니다. 다음으로, MICP 치료를 이전과 같이 반복한다. 이 프로토콜에서, 침전된 탄산칼슘은 MICP 처리된 견본을 통해 관찰되었다.MICP 처리된 견본은 3개의 다른 지역으로 분할되었습니다. 침수 방법에 의한 MICP 처리시의 탄산칼슘 함량은 9.0에서 9.5%까지 다양하여 침전된 탄산칼슘을 나타내는 토양 시료 전체에 균일하게 분포되었다. 3층의 야자섬유와 강화되지 않은 바이오 벽돌로 보강된 바이오 벽돌의 스트레스 변형 곡선은 강화되지 않은 바이오 브릭의 굴곡 강도가 1, 150킬로파스칼이고, 강화된 바이오 벽돌은 980킬로파스칼이었다.굴곡 균주는 야자 섬유를 첨가하여 크게 개선되었습니다. MICP 프로세스 전에 박테리아 용액의 활성을 보장하는 것이 매우 중요합니다. 그렇지 않은 경우 실험에 성공하는 것은 불확실합니다.실험이 실패하면 시간과 재료가 낭비되어야 합니다. 이 절차에 따라 MICP 기술을 통해 다양한 실험 목적으로 다양한 금형을 설계할 수 있습니다. 다양한 종류의 구조 또는 다른 재료에 MICP의 영향을 이러한 금형에 의해 시뮬레이션할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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연구

공학

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