Name: sandy soil improvement through microbially induced calcite precipitation (micp) by immersion
Uploaded: 2019-09-12T14:30:00
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Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de ciência Grant n º 1531382 e MarTREC.

Nota: todo o material relevante utilizado nos seguintes procedimentos não é perigoso. Equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calças de corpo inteiro, sapatos fechados) ainda são necessários.
1. preparação de solução de bactérias
<ol><li>Preparação do meio de crescimento (NH4-Ye Medium) Nota: os componentes de meios de crescimento por litro de água deionizada são: 20 g de extrato de levedura; 10 g de (NH4)2</sub...

<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>

A técnica de MICP por imersão foi apresentada neste trabalho. As amostras de solo foram imersas no reator de lote para serem totalmente penetrado por meio de cimentação no processo MICP. Neste método, um molde flexível do contato cheio, um molde cheio rígido do contato, e um molde cored do tijolo foram aplicados para preparar amostras MICP-tratadas.
Os moldes diferentes podem ser projetados para exigências diferentes da geometria. A estrutura fibrosa do geotêxtil aumentou a área de c...

Como uma tecnologia biológica da melhoria de terra, a precipitação microbialmente induzida da calcita (MICP) é capaz de melhorar Propriedades da engenharia do solo. Foi usado para realçar a força, a rigidez, e a permeabilidade do solo. A técnica de micp tem ganhado muita atenção para a melhoria do solo no mundo1,2,3,4. A precipitação do carbonato ocorre naturalmente e pode ser induzida por organismos não patogénicos que são nativos ao ambiente do solo5. A reação biogeoquímica do micp é impulsionada pela existência de bactérias ureolíticas, ureia e uma solução rica em cálcio5,6. A Bacillus de sporosarcina é uma enzima de urease altamente ativa que catalisa a rede de reação em direção à precipitação da calcita7,8. O processo de hidrólise da ureia produz amônio dissolvido (NH4 +) e carbonato inorgânico (co32-). Os íons carbonáticos reagem com íons de cálcio para precipitar como cristais de carbonato de cálcio. As reações de hidrólise da ureia são mostradas aqui:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60059/60059equ02.jpg">
O CaCO precipitado3 pode lig as partículas da areia junto para melhorar as propriedades da engenharia do solo micp-Tratado. A técnica de micp tem sido aplicada em diversas aplicações, como a melhora da força e rigidez do solo, reparo de concreto e remediação ambiental9,10,11,12, 13 anos de , 14 anos de , quinze anos.
Zhao et al.16 desenvolveram um método de imersão para preparar amostras tratadas com micp. Um molde flexível do contato cheio feito do geotêxtil foi usado neste método. O CaCO precipitado3 distribuiu uniformemente ao longo de suas amostras tratadas com micp. Bu et al.17 desenvolveram um molde de contato completo rígido para preparar amostras de feixe tratadas com micp por meio de um método de imersão. A amostra tratada com MICP preparada por este método usando um molde de contato completo rígido pode formar a forma de feixe adequado. A amostra tratada com MICP foi dividida em quatro e os teores de CaCO3 foram medidos. O teor de CaCO3 variou de 8,4 ± 1,5% a 9,4 ± 1,2% em peso, o que indicou que o caco3 distribuiu uniformemente nas amostras tratadas com micp pelo método de imersão. Estas amostras tratadas com MICP também obtiveram melhores propriedades mecânicas. Esses bioespécimes tratados com MICP atingiram uma força de flexão de 950 kPa, semelhante à de 20-25% de amostras tratadas com cimento (600-1300 kPa). Li et al.10 adicionaram fibra discreta distribuída aleatoriamente no solo arenoso e trataram o solo pelo método de imersão do micp. Encontraram que a força de cisalhamento, a ductilidade, e a tensão da falha do solo MICP-tratado foram realçadas obviamente adicionando a fibra apropriada.
O método de imersão para o micp tem sido melhorado continuamente10,16,17. Este método pode ser usado para preparar amostras de solo tratadas com MICP e materiais de construção pré-fabricados tratados com MICP, como tijolos e vigas. As dimensões diferentes da geometria do molde da preparação da amostra foram desenvolvidas. As fibras foram adicionadas nas amostras tratadas com MICP para aprimorar suas propriedades. Este protocolo detalhado foi pretendido documentar os métodos da imersão para o tratamento de 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

O objetivo deste artigo é desenvolver um método de imersão para melhorar a precipitação de calcita induzida microbialmente (MICP) amostras tratadas. Um reator de lote foi montado para mergulhar amostras de solo em meio de cimentação. Os meios da cimentação podem livremente difundir nas amostras do solo no reator do grupo em vez dos meios do cimentação que estão sendo injetados. Um molde flexível do contato cheio, um molde cheio rígido do contato, e um molde cored do tijolo foram usados para preparar suportes diferentes da amostra do solo. Fibras sintéticas e fibras naturais foram selecionadas para reforçar as amostras de solo tratadas com MICP. O CaCO precipitado3 em diferentes áreas das amostras tratadas com micp foi medido. Os resultados da distribuição do CaCO3 demonstraram que o caco3 precipitado foi distribuído uniformemente na amostra de solo pelo método de imersão.

A Figura 7 mostra a distribuição do caco3 precipitado em toda a amostra tratada com micp. A amostra tratada com MICP foi dividida em três áreas distintas. O conteúdo de CaCO3 em cada área foi testado pelo método de lavagem ácida. Para dissolver os carbonatos precipitados, as amostras tratadas com MICP secas foram lavadas em solução de HCl (0,1 M), depois enxaguadas, escorridas e secas ao forno por 48 horas. O valor de diferença entre as massas de amostras ant...

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Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation MICP by Immersion

Aqui, a tecnologia micróbios induzida da precipitação da calcita (micp) é apresentada para melhorar Propriedades do solo pela imersão.

Melhoramento do solo de Sandy através da precipitação Microbialmente induzida da calcita (MICP) pela imersão

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

O método de imersão demonstrado neste protocolo ajuda o pesquisador a remover amostras de solo ininterruptas tratadas com MICP para testes mecânicos através de diferentes moldes. Esta técnica ajuda a amostra de solo tratada com MICP a obter carbonato de cálcio precipitado mais uniforme. Essas amostras de solo tratadas com MICP também recebem melhores propriedades mecânicas através deste método.O aspecto mais importante desta técnica é garantir que a atividade das bactérias seja boa o suficiente para o processo MICP para evitar o consumo de tempo e o desomamento de materiais. Projetar moldes apropriados para diferentes aplicações é considerado outro aspecto importante para pesquisadores que pretendem selecionar essa técnica pela primeira vez. Para começar, transfira 0,1 mililitro de suspensão bacteriana para um tubo de centrífuga cheio de 10 mililitros de meio de crescimento fresco.Misture bem invertendo e, em seguida, solte a tampa do tubo para manter as condições aeróbicas. Prepare seis tubos de suspensões bacterianas com meio de crescimento e um tubo de controle com 10 mililitros de meio de crescimento fresco sozinho. Incubar todos os tubos em um shaker a 200 RPM e 30 graus Celsius por 48 a 72 horas.Se o meio de crescimento ficar turva após 48 horas, pare a incubação. Centrifugar os tubos com bactérias e meio de crescimento a 4.000 vezes g por 20 minutos. Remova o supernascente, substitua por 25 mililitros de meio de crescimento fresco e misture bem usando uma máquina de vórtice.Em seguida, para melhorar a cultura das bactérias, transfira 0,25 mililitros da suspensão dos tubos para novos tubos com 25 mililitros de meio de crescimento para inoculado. Incubar todos os tubos em um shaker a 200 RPM e 30 graus Celsius por 48 horas. Centrifugar os tubos com bactérias e meio de crescimento a 4.000 vezes g por 20 minutos.Remova o supernatante, substitua-o por meio de crescimento fresco e misture bem usando uma máquina de vórtice. Meça a densidade óptica da suspensão em 600 nanômetros em um espectrômetro. Ajuste a concentração de bactérias usando meio de crescimento fresco para um OD600 de 0,6.Adicione aproximadamente 140 gramas de areia seca de Ottawa com cabos de 99,7% em moldes pelo método de pluvição de ar para atingir uma condição mediana densa com densidade relativa na faixa de 42 a 55% e densidade seca de areia na faixa de 1,58 a 1,64 gramas por centímetro cúbico. Coloque uma tampa em cima das amostras e fixe-a costurando. Despeje a solução bacteriana através da cobertura geotêxtil permeável nas amostras.Quando a solução bacteriana fluindo é observada no fundo das amostras do solo, elas são consideradas saturadas. Em seguida, coloque as amostras na prateleira. Mergulhe toda a prateleira em um reator de lote cheio de mídia de cimentação.Ligue a fonte de ar e ajuste a saída de ar para manter a saturação 100% do ar. Aguarde sete dias de reação micp. Tire as amostras do reator.Use uma faca para cortar o molde flexível de contato total. Em seguida, lave as amostras com água para remover a solução residual nos espaços dos poros. Coloque as amostras em um forno Celsius de 105 graus por 48 horas até que seus pesos permaneçam constantes.Para a fibra sintética, misture 2,7 gramas das fibras e 900 gramas da areia seca em pequenos incrementos à mão para obter uma mistura uniforme com 0,3% de teor de fibra. Para a fibra natural da palma da mão, prepare quatro partes de areia com 190 gramas cada. Prepare três camadas de fibras com aproximadamente 1,8 gramas cada.Adicione as quatro partes de areia e três camadas de fibras em molde rígido de contato total em intervalos. Em seguida, repita o tratamento MICP como anteriormente. Neste protocolo, observou-se carbonato de cálcio precipitado em toda a amostra tratada pelo MICP.A amostra tratada pelo MICP foi dividida em três áreas diferentes. O teor de carbonato de cálcio da amostra tratada pelo MICP pelo método de imersão variou de 9,0 a 9,5%, indicando que o carbonato de cálcio precipitado foi distribuído uniformemente em toda a amostra do solo. As curvas de tensão de bioveneção reforçadas com três camadas de fibra de palma e biovendes não reforçados mostraram que a força flexure de biovendes não reforçado foi de 1.150 quilopascals, enquanto a de biovendescal reforçado foi de 980 quilopascals.A tensão de flexão foi melhorada significativamente pela adição da fibra da palma. É muito importante garantir a atividade da solução de bactérias antes do processo MICP. Se não, é incerto ter sucesso no experimento.Uma vez que o experimento falha, deve ser uma perda de tempo e materiais. Após este procedimento, diferentes moldes podem ser projetados para diferentes propósitos experimentais através da técnica MICP. A influência do MICP em diferentes tipos de estrutura ou materiais diferentes pode ser simulada por esses moldes.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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Engenharia

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