Tanke xeen tas tëyer ti natuer.com pesuucht hot. Ti browser-wersioon woos tuu penutst, hot een limitiirt CSS-unterxtitsung. Fer ti pëste erleepnise ​​se kriin, tuun mer tich aan muute tas tuu ti neekste xprooch penutst (orer tas tuu te kompatibiliteet modus in te Internet Explorer aus mache khanst). Xtats tas, fer wayter hilef se kriin, tuut tiise site nët xtile orer JavaScript penutse.
Staub xtorme sin en serioose kefaar fer fiile natsioone uf te welt, weche sayn fernichtungs xwiirichkheete uf ti akrikultur, ti mënxliche kesuntheet, ti transport networke un ti infrastruktur. Soo, kept ti wint erosioon wii een weltwayt propleem aan kesiin. Eene fon te umwelt-frëntlich aanxtrëngunge fer ti wint erosioon se fermixe is ti penutsung fon mikroorganisme indutsierte karbonaat presipitatsioon (MICP). Awer, ti neekste protukte fon te urea-petaytungs-basierte MICP, wii ammoniak, sin net ideaal wën se in kroose kantiteete protutseert kewe. Ti xtuutium presentiert tswaay formulatsioone fon kalsium format bakterie fer ti ferxwinung fon MICP oone urea protutseere un umfasent ferklaycht tëne sayn performance mit tswaay formulatsioone fon net-ammoniak-produtsiirente kalsium asetat bakterie. Ti bakterie woo kekukt kewe sin ti Bacillo subtilis un ti Bacillo Amyloliquefaciens. Erste, ti optimaal weyert fon te faktoore woo ti CaCO3-formierung kontroliire, sin pextimt kep. Tan sin wint tunnel proope kemacht kep uf sant xpitse protukte woo mit te optimaal formulatsioone pehantel kep sin, un ti wint erosioons resistens, striip xpits xnelheet, un sant bombartement resistens sin kemeesert kep. Ti alomorfe fon te kalsium karbonaat (CaCO3) sin mit optixe mikroskopii, xpiichlungs eletroon mikroskopii (SEM) un xtraal tifratsioons analyse evaluiert kep. Ti formulatsioone woo uf kalsium format basiert sin, hon fiil peser kexaft wii ti formulatsioone woo uf asetaat basiert sin, in te richtung fon te kalsium karbonaat forterung. Tsum payxpiil, ti B. subtilis hot mee kalsium karbonaat protutseert wii ti B. SEM-mikrofoone hon klaych ti ferpintung un ti impriminatsioon fon aktiife un inaktiiwe bakterie uf te kalsium karbonaat ketsaycht, woo fon te sedimënte keproch kep waar. Al ti formulatsioone hon ti wint erosioon signifikant ferkreest.
Ti wint erosioon is lang tsayt erkhënt kep als en kroose propleem woo ti trokne un halpe trokne rechioone mit mache, wii te siit west fon te USA, te west fon China, ti Sahara Afrika un fiil fom Mitel Oosten1. Niter xtele fon te reen in te trokne un hyper-trokne kliimas hon kroose teele fon tëne rechioone in tesërte, sant xpitse un unkultiweyerte lante transformeyert. Ti forterung fon te wint erosioon pringt umwelts kefaare fer ti infraxtruktur wii transport networke, akrikultur lant, un industriaale lant, was xlechte leewens kontitsioone un hooche khoste fon te xtet entwiklung in tiise rechioon pringt2,3,4. Important is tas ti wint erosioon net ploos ti plets woo se sich aanxtrëngt, awer aach kesuntheet un ekonoomixe propleeme in te ferxiitne kemaynte pringe, wayl se ti partikele torich te wint transportiert uf plets woo wayt fon te xpringe5,6.
Ti kontrol fon te wint erosioon kept een weltwayt propleem. Ferxiitne methoote fer ti ëyert stabiliseere sin penutst kep fer ti wint erosioon kontroliire. Ti methoote sin materiaale wii waser apxlus7, ëyert mulche8, biopolimer5, mikroorganisme influëns (MICP)9,10,11,12 un enzyme influëns (EICP)1. Ti ëyert naas mache is en standart methote fer ti xtaap unertrikung im feld. Awer, sayn xnël fertiinung macht tas tiise methook en limiteyert effisiens hot in te trokne un halpe trokne rechioon1. Ti aan wënung fon te ëyert mulch ferpintunge ferkreest ti sant kohësioon un ti interpartikele friktsioon. Tii kohësioons propleem tuut ti sant kerne tsusamer hale; awer, ti ëyert mulche pringt aach anere propleeme; tii tunkel farp tuut ti hits uf nëme un pringt tsum toot fon te planse un mikroorganismus. Tii sayn kexmak un rauch khan atmungsprobleeme pringe, un tas haupste, sayn hooche khoste sin een aner hiinkepung. Biopolymer sin eene fon te friirixe eko-frëntliche methoote fer ti wint erosioon se mit hale; tii sin fon natierliche ërepxafte raus kehool kep, wii planse, tiere un bakterie. Xantan-gummi, guar-gummi, chitosan un gellan-gummi sin ti haupste penutsungs biopolymer in ingenieur applikatsioone5. Awer, ti waser-oploosliche biopolymer khëne ti kraft ferliire un aus te ëyert aus xpritse wën se in waser aus kexproch kewe13,14. EICP hot sich ketsaycht als en effektiif xtarek suppressioons methook fer fiile apteelunge, tepay unerxtitsungs weech, tailings pond un pau platse. Opwool sayn resultaate ufmunterung sin, mise ëtliche potensiaale fer ti xwiirichkheete fon te mënxe kekukt kewe, wii ti khoste un ti neetichkheet fer ti nukleotixe sites (was ti forterung un presipitatsioon fon CaCO3 kristaale ferxpeet15,16).
MICP is ëyerxt am ën fom 19a yoer hunert pexrip kep fon Murray un Irwin (1890) un Steinmann (1901) in sayn xtuutium fon te ureum ferxwine fon te marine mikroorganismus17. MICP is en natierlich biolookix protses woo en ferxiitne mikroorganisme aktiwiteete un kemixe protsese influëntsiert, woo ti kalsium karbonaat preserweere torich ti reaktsioon fon karbonaat ioone fon mikroorganisme metaboliite mit kalsium ioone in te umwelt18,19. MICP woo te urea-fertiinungs stik tsiklus influëntsiert (urea-fertiinungs MICP) is ti haupst sort fon mikroorganisme woo ti karbonaat preserweere, in was ti urease woo fon te bakterie protutseert kept, ti hydrolyse fon urea katalyseere20,21,22,23,24,27,2s wii fol:2.
In MICP woo te karbon tsiklus fon te organixe sals oksiitatsioon influëntsiert (MICP oone urea-petaytungs tiire), penutse ti heterotrofe bakterie ti organixe salse wii asetaat, laktaat, sitraat, suksinaat, oksalaat, malaat un glioksilat als enerjii kwel fer karbonaat mineraale se produseere28. In te prezëns fon kalsium laktat als kolt xprits un kalsium ione, kept ti kemixe reaktsioon fon te kalsium karbonaat forterung in te ekwatsioon (5) ketsaycht.
Im MICP-Protses, ti bakterie xtele ti nukleotixe sites woo ekstra important sin fer ti preserweerung fon kalsium karbonaat; ti bakterie xël oopst peem sin neekst neetich un khëne als adsorpënt fer ti tiwersiteet fon te katione wii kalsium ioone xafe. In te adsortsioon fon kalsium ioone uf ti bakterie xëlcher, wën ti karbonaat ioon konsentraatsioon kenuuch is, tuun ti kalsium katione un ti karbonaat anione reaktsioone un ti kalsium karbonaat uf te bakterie oopst peem preserweere29,30. Te protses khan soo tsusamer kefayert wëre31,32:
Ti kristaale fon te kalsium karbonaat sin in tray sorte keteelt kep: kalsium, waterit un aragonit. Uner tëne, sin ti kalsium un ti vaterite ti haupste bakterie indutsierte kalsium karbonaat alomorfe33,34. Kalsit is te thermodynamixe staapel fon te kalsium karbonaat alomorf35. Opwool ti vaterite metastaapil sin, tuut se sich am ën in kalsium transformeere36,37. Vaterite is tas tichtste fon tiise kristaale. Es is en hexagonaal kristal woo peser porem fële khan wii anere kalsium karbonaat kristale, weche sayn kreesere kroosheet38. Soo kaar ti urea-fertiint MICP khan ti presipitatsioon fon te vaterite13,39,40,41 pringe.
Opwool ti MICP en ferxprechende potensial ketsaycht hot fer ti stabiliteet fon te problemaatixe ërepxafte un ti ërepxafte woo ti wint erosioon uf nëme42,43,44,45,46,47,48, is eene fon te neekste protukte fon te urea hydrolyse ammoniak, woo milye pis xlim kesuntheet propleeme fon te ekspositsioon niwel pringe khan, tefoer te49. Tiise neekst effekt macht tas ti penutsung fon tiise spetsiifixe teknolokii kontrowersial is, haupstseechlich wën kroose pletse pehantelt wëre mise, wii fer ti xtaap uner xtele. Ausserdem, is te keroch fon te amoniak unfertiint kuutheet, wën te protses mit hooche apxlus rate un kroose volumine kefayert kept, was sayn praktixe apxlus petrefe khan. Opwool ti letste xtuutiums ketsaycht hon tas ti amonium ioone sich ferprayte khëne torich ti konwersatsioon fon anere protukte wii struwite, tuun tiise methoote net ti amoniak ioone kans wëch xafe50. Tesweche, kept es noch en prays fer alternatiife fer ti lënkung se fine, woo net ti amonium ioone produseere. Ti penutsung fon net-urea-petaytungs weech fer MICP khan en potensial lose woo xlecht erkhënt kep waar im kontekst fon te wint erosioon mitigatsioon. Fattahi un ti anere. unersuucht ti MICP-petaytung fon urea-frei mit te hilef fon kalsium asetat un Bacillus megaterium41, wën Mohebbi et al. kalsium asetat un Bacillus amyloliquefaciens9 penutst. Awer, sayn xtuutium waar net ferklaycht kep mit anere kalsium sorte un heterotrofe bakterie woo am ën ti wint erosioon resistens ferpesere khënte. Es kept aach en manktum fon literatuur woo ti urea-frei ferpintungs weech mit te urea-fertiinungs weech in te wint erosioon mitigatsioon ferklaycht.
Tsum payxpiil, ti meyerxte xtuutium fon te wint erosioon un xtaap kontrol sin uf te ëyert protukte mit flach oopst peem kemacht kep.1,51,52,53 Awer, ti flach oopst peem sin weenicher kewoonlich in te natuer wii ti heechste un xpitse. Tas is te uersach warom ti sant xpitse ti haupste lantxaate fon te tesërte rechioon sin.
Fer ti oowe kexprochne xwiirichkheete iwerwinere, hot ti xtuutium ti opjektiif kep fer en nay sets fon net-ammoniak-produtsiirente bakterie aktiwiteete in se xtele. Fer tas, hon mer net-urea-degradatsioon MICP-weech kekukt. Ti efisiëns fon tswaay kalsium xpiichle (kalsium format un kalsium asetat) is unersuucht kep. Soo wii ti autoore wise, is ti karbonaat preserweerung mit tswaay kalsium xprits un bakterie kombinatsioone (woo kalsium xprits-Bacillus subtilis un kalsium xprits-Bacillus amyloliquefaciens) net in foerxritne xtuutiums unersuucht kep. Ti ausxtëlung fon tëne bakterie waar fon te enzyme woo se protutseere, woo ti oksiijen ferpintung fon te kalsium formaat un kalsium asetat katalyseere, fer ti mikrobiolookix karbonaat presipitatsioon se forme. Meyer hon en kans kroos eksperimentaal xtuutium kepleent fer ti optimaale faktoore se fine, wii pH, sorte fon bakterie un kalsium khële un tëne iire konsentratsioone, ti ferklaychung fon te bakterie tsu te kalsium khële lose un ti hëlef tsayt. Tsum xlus, ti effisiens fon tëm set fon bakterie aktiwiteete in te unerxtitsung fon te wint erosioon torich kalsium karbonaat presipitatsioon is unersuucht kep torich en serie fon wint tunnel protuktsioons methooke uf te sant xpitse, fer ti wint erosioons magnituut, ti xpits puuwe xnelheet un ti wint bombartement resistens fon te sant, un Xtraal mee- tifratsioons analyse (XRD) un ti xpiichle fon te eletroon mikroskopii (SEM)) waare aach kemacht kep.
Ti protuktsioon fon kalsium karbonaat praucht kalsium ioone un karbonaat ioone. Kalsium ioone khëne fon ferxiitne kalsium kweele kriit kewe, wii kalsium chloride, kalsium hydroxide, un xwayn milk pulver54,55. Karbonaat ione khëne torich ferxiitne mikroorganisme protutseert kewe, wii ti ureum hydrolyse un ti aerobixe ore anaerobe oksiitatsioon fon te organixe materiaale56. In tee xtuutium, sin karbonaat ione fon te oksiijen reaktsioon fon format un asetat kefun kep. Tsum payxpiil, hon mer kalsium salse fon format un asetat penutst fer pure kalsium karbonaat protutseere, soo tas mer ploos CO2 un H2O als neekste protukte kriit hon. In tëm protses, tuut ploos een substans als kalsium xprits un karbonaat xprits tiine, un khee amoniak kept produtsiert. Tiise karakteristike mache ti kalsium xprits un ti karbonaat protuktsioons methook woo mer aarich hofnungsvoll aan kesiin hon.
Ti entsprechende reaktsioone fon kalsium format un kalsium asetat fer ti kalsium karbonaat se forme sin in te formule (7)-(14) ketsaycht kep. Ti formule (7)-(11) tsayche tas te kalsium formitel sich in waser lose tuut fer formle orer formitel se mache. Ti lësung is soo en xprits fon frixe kalsium un hydroksiid ioone (formule 8 un 9). Soo wii ti oksiitatsioon fon te formixe asiate, kewe ti atome fon te kolt in te formixe asiate in kolt dioxiit um kewanert (formula 10). Kalsium karbonaat is am ën kemacht kep (formule 11 un 12).
Tas selwiche, is te kalsium karbonaat fon te kalsium asetat kemacht kep (ekwatsioone 13–15), ekstra tas es ësmitel ore asetaat anxtat ti formixe asiat kemacht kept.
Oone ti presëns fon enzyme, khëne ti asetaat un ti formitel nët in te kamare temperatuur oksiiert kewe. FDH (formaat dehydrogenase) un CoA (koenzym A) katalyseere ti oksiitatsioon fon formaat un asetat fer ti form fon kolt, respektiif (Eq. 16, 17) 57, 58, 59. Ferxiitne bakterie sin in kontitsioon fer tiise enzyme se produseere, un heterotrofixe bakterie, CCPT #1204 (Persixe Type Kultur Samlung), aach pekhant als NCIMB #13061 (Internatsionaal Samlung fon Bakterie, Hefe, Fayer, Plasmide, Planse Saame un Planse Xël Tiskusioons Kulture) un Bacillus Amyloliquefaciens (PTCC #1732, use7), waare in NCIMB #1732, 7.7. Ti bakterie waare in en mittel keplanst kep woo flayx peptoon (5 g/l) un flayx ekstrakt (3 g/l) enthalung hot, woo nutsungs xwayn (NBR) kenënt kep waar (105443 Merck).
Soo, sin fier formulatsioone foer kexlaa kep fer ti presipitatsioon fon kalsium karbonaat influëntsiire, mit te penutsung fon tswaay kalsium xpiichle un tswaay bakterie: kalsium formaat un Bacillus subtilis (FS), kalsium formaat un Bacillus amyloliquefaciens (FA), kalsium asetat un Bacillus subtilis (AS), un amiloliquefaciens (AA).
Im eyerxte teel fom xpiiriche proyekt, sin testitsioone kemacht kep fer ti optimaal kombinatsioon se pewayse woo ti maximaal kalsium karbonaat protuktsioon erkhëne teet. Wayl ti ërepxaft protukte kalsium karbonaat enthalung hate, is en set fon foerxritne evaluatsioons testitsioone kepleent kep fer ti CaCO3 woo fon te ferxiitne kombinatsioone protutseert kep waar, un ti mixe fon kultiweyerter mitel un kalsium xprits solutsioone sin evaluiert kep. Fer yeete kombinatsioon fon kalsium xprits un bakterie lose woo too heer definiert kep sin (FS, FA, AS, un AA), waare ti optimatsioons faktoore (kalsium xprits konsentratsioon, xprits tsayt, bakterie xprits konsentratsioon kemeesert kep torich optixe tichtkheet fon te xprits (OD), kalsium xprits in te tunnel xprits fertiint, un pH) kexrip kep un penutst kep in te trefung . sektsioone.
Fer yeete kombinatsioon, sin 150 eksperimente kemacht kep fer te efekt fon te CaCO3-presipitatsioon xtuteere un ferxiitne faktoore ewalyeere, neekst ti kanse konsentraatsioon fon te kalsium xprits, ti xrooe xpoteray tsayt, ti OD-wert fon te bakterie, ti kalsium xprits fer ti bakterie lose un te pH iwer ti aerobixe oksiitatsioon fon te organixe materiaale (T). Ti pH-rechioon fer te optimaal protses is raus kesuucht kep noo te wakstum krupe fon te Bacillus Subtilis un Bacillus Amyloliquefaciens, tas ti xnël wakstum kriin khëne. Tas wërt mee aus keleet in te sektsioon Resultados.
Ti neekste xrite sin penutst kep fer ti protuktsioon fon te protuktsioons phase foer perayte. Ti MICP-Lösung is eyerxt foer kexlaa kep torich ti aanfangs pH fom kultiweyerts mitel un tan is se in 121 °C fer 15 min autoklaaf kep. Ti xtam waar tan in en laminaar luft fliis inkexpërt kep un in en xtek inkubatoor mit 30 °C un 180 rpm kehal kep. Wën ti OD fon te bakterie tas kewëntliche niwel erkhënt hot, is se mit te kalsium xprits lose in te kewëntliche proportsioon kemikst kep (Figura 1a). Ti MICP-Lösung is erlaupt kep fer se reakteere un ferxtërke in en xtek inkubatoor mit 220 rpm un 30 °C fer en tsayt woo te zil weyert erkhënt hot. Ti preserweerung fon te CaCO3 is noo 6000 g fer 5 min sentrifukeert kep un tan is se in 40 °C ketrokt kep fer ti protuktsioon fon te protukte fer te kalsimeter test foer perayte (Figura 1b). Ti presipitatsioon fon CaCO3 is tan mit en Bernard-Kalsimeter kemeesert kep, woo CaCO3-Pulwer mit 1,0 N HCl (ASTM-D4373-02) reaktsioone macht, fer CO2 produseere, un te Volumen fon tëm Gas is en meechlichkheet fon te CaCO3-Inhalt (Figura 1c). Fer tas volumin fon CO2 in CaCO3 inhalt konwerteyere, is en kalifikatsioons krupe kexrip kep, torich tas waser fon pure CaCO3 pulver mit 1 N HCl un ploose keeche te ewolutsioons CO2. Ti morfolokii un raynheet fon te preserweerung fon te CaCO3-pulwer sin mit SEM-imaging un XRD-analyse unersuucht kep. En optixe mikroskoop mit en ferkreesung fon 1000 is penutst kep fer ti forterung fon te kalsium karbonaat um ti bakterie rom, ti phase fon te keformte kalsium karbonaat un ti aktiwiteet fon te bakterie xtuteere.
Tas Dejegh Basin is en pekhant hooch erosioons rechioon im siit west Prowins Fars fom Iran, un ti forxer hon wint-erotitsioons protukte fon tëm plats samer ketuun. Ti proope sin fon te ëyert oopst peem fer ti xtuutium kehool kep. Indikatoore testitsioone uf te ërepxaft protukte hon ketsaycht tas ti ërepxaft xlecht sorteere waar mit xlam un is als SP-SM kexproch kep noo em Uniwersaal ërepxaft Klasifikatsioon Sisteem (USC) (Figura 2a). XRD-analyse hot ketsaycht tas te Dejegh-Platz hauptseechlich fon kalsium un kwarts komponiert kep waar (Figura 2b). Tsum payxpiil, ti EDX analyse hot ketsaycht tas anere elemënte wii Al, K un Fe aach in kleenere proportsioone present waare.
Fer ti laboratoorium tunkelheet fer ti wint erosioon proope foer perayte, is te ëyert fon en hoochheet fon 170 mm torich en 10 mm hooch trichter kexnit kep, was en tipix tunkelheet fon 60 mm hooch un 210 mm hooch keprung hot. In te natuer sin ti niterxt tichtkheet fon te sant xpitse fon eolixe protsese keformt kep. Tas selwiche, ti protuktsioon woo mit te oowe kexprochne protses foer kexlaa kep waar, hat ti niterxt relatiif tichtkheet, γ = 14,14 kN/m3, was en sant kexwintichkheet uf en horisontaal oopst peem mit en rutxichkheet winkel fon unkefeyer 29,7° formt.
Ti optimaal MICP-Lösung woo in te foerxtelunge kriit kep waar, is uf te xpits fon te tunkelheet kexpritst kep mit apxlus rate fon 1, 2 un 3 lm-2 un tan sin ti protukte in en inkubatoor mit 30 °C (Figura 3) fer 9 taache kexpaart kep (woo ti optimaal tunkelheet tsayt sin) un tan sin se raus kehool kep fer te wind.
Fer yeete tratamënt, waare fier protukte foer kexlaa kep, eene fer ti kalsium karbonaat inhalt un ti oopst peem mit en penetrometer se meese, un ti restlich tray protukte sin penutst kep fer ti erosioons proope in tray unerxiitliche xnelkheete. In te wint tunnel proope, is ti kans erosioon in te ferxiitne wint xnelkheete pextimt kep, un tan is ti xtraal tirektsioon fer yeete tratamënt protukt pextimt kep mit en ploos fon erosioons kans keeche ti wint xnelheet. Neekst ti kanse wint erosioon proope, waare ti pehantelte protukte mit sant bombarteerung (woo xpringe eksperimente sin). Tswaay ekstra protukte sin fer tiise opjektiif foer kexlaa kep mit apteelungs rate fon 2 un 3 L m−2. Ti sant bombartement test hot 15 min ketauert mit en flus fon 120 gm−1, was in te xpanung fon te weyerte woo in te foerxritne xtuutium raus kesuucht kep sin60,61,62. Ti horisontaal entfertung tswixe te xpits puuwe un te xpits puuwe waar 800 mm, woo 100 mm iwer em tunkel xpits puuwe kextelt kep waar. Tiise positsioon waar soo kextëlt kep tas neekst al ti xpringe sant partikele uf te tunkelheet kefal sin.
Ti wint tunnel protuktsioon is in en ufne wint tunnel mit 8 m lang, 0,4 m prayt un 1 m hooch kefaar kep (Figura 4a). Te wint tunnel is fon xteen plats kemacht kep un khan en wint xnelheet fon pis 25 m/s pringe. Tsum payxpiil, een frekwëns konwerter kept penutst fer ti frekwëns fon te xpiichle aanpase un ti frekwëns xnël ferkreese fer ti xpiichle fon te wint xpiichle. Ti fikuur 4b tsaycht tas xkemaatixe diagram fon te sant xpitse woo fom wint erotiert kep sin un te wint xnelheet profiil woo in te wint tunnel kemeesert kept.
Tsum xlus, fer ti resultaate fon te net-urealytixe MICP-Formulatsioon woo in tiise xtuutium foer kexlaa kep waar, mit te resultaate fon te urealytixe MICP-Kontrole Test ferklayche, kewe ti protuktsioons methooke fon te mënxe aach foer kexlaa un mit en piolookix lose woo urea, kalsium chloride un Sporosarcina pasteurii enthalung hot (wayl Sporosarcina pasteurii protuktiwiteet6 hot). Ti optixe tichtkheet fon te bakterie lose waar 1,5, un ti kontitsioone fon urea un kalsium kloride waare 1 M (kesuucht kep noo te weyerte woo in te foerxritne xtuutiums empfohle kep sin36,64,65). Tas kultiweyerter mitel waar fon nutsungs mitel (8 g/L) un urea (20 g/L). Ti bakterie lose waar uf te tunkelheet kexpritst kep un 24 xtune fer ti bakterie aanpasung kelos kep. Noo 24 xtune aankextelt, is en xmier xprits (kalsium chloride un urea) kexpritst kep. Te urealitixe MICP-kontrole test is hier UMC kenënt. Ti kalsium karbonaat inhalt fon urealitixe un net-urealitixe ërepxafte protukte is kefun kep torich ti waser xprits noo te protses woo fon Choi et al.66 foer kexlaa kep waar.
Ti fikuur 5 tsaycht ti wakstum kurwe fon te Bacillus Amyloliquefaciens un Bacillus Subtilis in te kultiweyerter mitel (nutriente solutsioon) mit en aanfangs pH-raum fon 5 pis 10. Soo wii in te fikuur ketsaycht kept, sin ti Bacillus amyloliquefaciens un ti Bacillus subtilis xnël wakse un pH-6. Tesweche, is tee pH-wert in te optimatsioons phase aan kenom kep.
Wachstum kurwe fon (a) Bacillo Amyloliquefaciens un (b) Bacillo Subtilis in unerxiitliche aanfangs pH-werte fom nutsungs mitel.
Ti fikuur 6 tsaycht ti kans numer fon te kolt xif woo im Bernard Limemeter protutseert kept, woo te presipitatsioons kalsium karbonaat (CaCO3) representeyert. Wayl een faktoor in yeete kombinatsioon fest kextelt kep waar un ti anere faktoore variiert kep sin, yeete phunkt uf tiise xrite entspringt te maximaal volumin fon kolt xif in tëm sets fon eksperimente. Soo wii in te fikuur ketsaycht kept, wii ti kalsium xprits konsentraatsioon sich ferkreest hot, is ti protuktsioon fon kalsium karbonaat ferkreest kep. Tesweche, tuut ti konsentraatsioon fon te kalsium xprits tirekt ti protuktsioon fon kalsium karbonaat petrefe. Wayl ti kalsium xprits un ti karbon xprits ti selwiche sin (woo tas kalsium format un ti kalsium asetat macht), was mee kalsium ione raus khomt, was mee kalsium karbonaat keformt kept (Figura 6a). In te AS un AA formulatsioone, hot ti protuktsioon fon kalsium karbonaat wayter kewakst mit te wakstum fon te xwayn tsayt, pis ti kans presipitatsioon noo 9 taache neekst net ferënert kep waar. In te FA formulatsioon, is ti rate fon te kalsium karbonaat forterung runer kang wën ti xroo tsayt 6 taache iwer kefaar hot. Im ferklaych mit anere formulatsioone, hot ti formulatsioon FS en relativ niter xtele fon te kalsium karbonaat noo 3 taache ketsaycht (Figura 6b). In te formulatsioone FA un FS, kewe 70% un 87% fom kanse kalsium karbonaat protuktsioon noo tray taache kriit, wën in te formulatsioone AA un AS, ti proportsioon ploos ungefeer 46% un 45% waar, respektiwlich. Tas tsaycht tas ti formulierung fon te formixe asiate en heecher CaCO3-formierungs rate in te ëyerxte xrit hot, ferklaycht mit te formulatsioon fon te asetaat-basierte. Awer, ti formatsioons rate tuut sich ferkreese mit te wakstum fon te heele tsayt. Es khan fon te fikuur 6c raus kehool kewe tas soo kaar in te bakterie konsentratsioone iwer OD1, es kept khee signifikante kontripuytsioon fer ti kalsium karbonaat forterung.
Ënerung in te CO2-volumin (un entsprechende CaCO3-inhalt) woo torich te Bernard-Kalsimeter kemeesert kept als funtamënt fon (a) ti kalsium xprits konsentratsioon, (b) ti influëns tsayt, (c) OD, (d) aanfangs pH, (e) ti ferklaychung fon te kalsium xprits tsu te bakterie lose (fer yeete formulatsioon); un (f) maximaal numer fon kalsium karbonaat woo fer yeete kombinatsioon fon kalsium xprits un bakterie protutseert kept.
Wën mer te efekt fon te aanfangs pH fom mittel aan nëmt, tsaycht ti fikuur 6d tas fer FA un FS, ti CaCO3 protuktsioon en maximaal weyert hot uf pH 7. Ti opserwatsioon is konsistent mit te foerxritne xtuutium woo ti FDH enzyme am mëyeste staapel sin uf pH 7-6,7. Awer, fer AA un AS, is ti CaCO3 presipitatsioon kewakst wën te pH 7% iwer kefaar hot, un ti foerxritne xtuutium hon aach ketsaycht tas te optimaal pH-rechioon fer ti CoA-enzym aktiwiteet fon 8 pis 9,2-6,8 is. Wën mer aan nëmt tas ti optimaale pH-rechioone fer ti CoA-enzym aktiwiteet un ti wakstum fon te B. amyloliquefaciens sin (8-9,2) un (6-8), respektiif (Figura 5a), kept es en optimaal pH-rechioon fon te AA-formulierung 8, un ti tswaay pH-rechioone tuun sich iwerxpreche. Tas fakt is torich ti xprooch pekhant kep, wii in te fikuur 6d ketsaycht kept. Wayl te optimaal pH fer ti wakstum fon te B. subtilis 7-9 is (Fikuur 5b) un te optimaal pH fer ti CoA-Enzyme Aktiwiteet 8-9,2, kept es en maximaal CaCO3-petaytungs ërnt in te pH-rechioon fon 8-9, was ti fikuur 6d konfirmiert kept (tas petayt, te optimaal presipitatsioons pH is 9). Ti resultaate woo in te fikuur 6e ketsaycht kep sin, tsayche tas ti optimaal fertiinung fon te kalsium xprits lose fer ti bakterie lose 1 is fer ti tswaay asetaat un format lose. Fer se ferklayche, is ti performance fon te ferxiitne formulatsioone (woo, AA, AS, FA, un FS) evaluiert kep waar, noo te maximaal CaCO3 protuktsioon uner unerxiitliche kontitsioone (woo ti kalsium xprits konsentraatsioon, ti xrooe xprits tsayt, OD, kalsium xprits fer ti bakterie xprits fertiint, un aanfangs pH). Uf te formulatsioone woo xtuteyert kep sin, hat ti formulatsioon FS ti heechste CaCO3 protuktsioon, was unkefeyer tray mool soo fiil waar wii ti formulatsioon AA (Figura 6f). Vier bakterie-frei kontrol eksperimente sin fer ti tswaay kalsium sorte kemacht kep un noo 30 taache waar khee CaCO3-presipitatsioon ketsaycht kep.
Ti optixe mikroskopii pilter fon ale formulatsioone hon ketsaycht tas ti vaterite ti haupst phase waar woo te kalsium karbonaat keformt hot (Figura 7). Ti vaterite kristaale waare sfëre in te form69,70,71. Es is kefun kep tas te kalsium karbonaat uf te bakterie xëlcher preserweyert kep waar, wayl ti oopst peem fon te bakterie xëlcher neekst neetich waare un khonte als adsorpënt fer ti tiwalente katione xafe. Wën mer ti formulatsioon FS als payxpiil in tiise xtuutium nëmt, noo 24 xtune, hot te kalsium karbonaat aankefang sich uf etliche bakterie xtele se forme (Figura 7a), un noo 48 xtune, hot ti kans numer fon te bakterie xtele woo mit kalsium karbonaat kexnit kep sin, sich fiil ferkreest. Ausserdem, wii in te fikuur 7b ketsaycht kept, khonte aach ti vaterite partikele kefun kewe. Tsum xlus, noo 72 xtune, hot en kroos numer fon te bakterie sich ferpint mit te vaterite kristale, un ti kans numer fon te vaterite partikele is fiil kewakst (Figura 7c).
Optixe mikroskopixe opserwayrunge fon CaCO3-petaytung in FS-Kompozitsioone iwer tsayt: (a) 24, (b) 48 un (c) 72 h.
Fer ti morfolokii fon te preserweerungs phase noch mool unersuuche, sin xtraal tifratsioon (XRD) un SEM analyse fon te pulver kemacht kep. Ti XRD-xpektre (Figura 8a) un ti SEM-mikrofoone (Figura 8b, c) hon ti presëns fon te vaterite kristale pekhant kemach, wayl se en salaat-fërtich form hate un en korrektsioon tswixe te vaterite-peech un te presipitatsioons-peech waar ketsaycht kep.
(a) Ferklaychung fon te xtraal tifratsioons xpiichle fon te keformte CaCO3 un vaterite. SEM-mikrofoone fon vaterite in (b) 1 kHz un (c) 5,27 kHz ferkreesung, respektiif.
Ti resultaate fon te wint tunkelheet sin in te fikuur 9a, b ketsaycht kep. Es khan fon te fikuur 9a kesiin kewe tas ti xtroos erosioons xnelheet (TDV) fon te unerxiitliche sant pis 4,32 m/s is. In te apxlus rate fon 1 l/m2 (Figura 9a), sin ti xpitse fon te xpitse fon te xpitse fer ti fraktsioone FA, FS, AA un UMC unkefeyer ti selwiche wii fer ti net-pehantelte xpitse. Tas tsaycht tas ti tratamënt an tiise apxlus rate inefektiif is un soo lang wii ti wint xrooe xrit noo runer keet, tuut ti tunkelheet fon te ëyert ferxwine un ti erosioons rate fon te tunkelheet is ti selwich wii fer ti net-pehantelte tunkelheet. Ti erosioons xpiichel fon te fraktsioon AS is aach niter khom wii ti anere fraktsioone mit niter apxlus (woo TDV sin) (Figura 9a). Ti xpitse in te fikuur 9b tsayche tas in te maximaal wint xnelheet fon 25 m/s, khee erosioon in te tratitsioons xpitse mit te apxlus rate fon 2 un 3 l/m2 paseyert. In anere wërter, fer FS, FA, AS un UMC, waare ti tunkelheet mee resistent keeche ti wint erosioon woo fon CaCO3-petaytungs xpiichelcher petrof kep waar, in te apxlus rate fon 2 un 3 l/m2, wii in te maximaal wint xnelheet (woo 25 m/s sin). Soo, is te TDV-wert fon 25 m/s woo in tiise protuktsioons methooke kefun kep waar, ti unerxiitliche xpiichelcher fon te apteelungs xpiichelcher woo in te fikuur 9b ketsaycht kep sin, ekstra fer te AA, woo te TDV xon neekst ti maximaal wint tunnel xnelheet is.
Wind erosioon proop (a) Kewichts ferlust keeche wint xnelheet (apxlus rate 1 l/m2), (b) Xtreet xtraal xnelheet keeche apxlus rate un formulatsioon (CA fer kalsium asetat, CF fer kalsium formaat).
Ti fikuur 10 tsaycht ti oopst peem fon te sant xpitse woo mit unerxiitliche formulatsioone un apxlus rate pehantelt kep sin noo em sant bombartement proop un ti kwantitatiif resultaate sin in te fikuur 11. Te net pehantelt kep waar net ketsaycht kep wayl es khee resistens ketsaycht hot un waar komplet erotiert kep (total mass ferlust) iwer te sant bombartement proop. Es is klaar fon te fikuur 11 tas ti protuktsioon fon te protuktsioons mitel woo mit te Biokompositsioon AA pehantelt kep waar, 83,5% fon sayn kewicht ferloer hot in te apxlus rate fon 2 l/m2, wën ale anere protuktsioons mitel weenicher wii 30% erosioon ketsaycht hon iwer te sant bombartement protses. Wën ti apxlus rate pis 3 l/m2 kehoop kep waar, hon ale tratamënte protukte weenicher wii 25% fon sayn kewicht ferloer. In te tswaay apxlus rate, hot te komplët FS ti peste resistens keeche ti sant bombartement ketsaycht. Ti maximaal un minimal bombartement resistens in te FS un AA-petaytungs protukte khan sich fer ti maximaal un minimal CaCO3-presipitatsioon aan kewe (Figura 6f).
Resultaate fon te bombartement fon sant xpitse fon unerxiitliche kompozitsioone mit 2 un 3 l/m2 (ti xpitse tsayche ti wint richtung, ti xpitse tsayche ti wint richtung perpendikulaar an te plans fon te xpitse).
Soo wii in te fikuur 12 ketsaycht kept, is te kalsium karbonaat inhalt fon ale formule kewakst, wii ti apxlus rate fon 1 L/m2 pis 3 L/m2 kewakst hot. Ausserdem, in ale apteelungs rate, waar ti formule mit te hoochste kalsium karbonaat inhalt FS, noo kefaar fon FA un UMC. Tas tsaycht tas tiise formule khëne een heecher oopst peem hon.
Ti fikuur 13a tsaycht ti ënerung in te oopst peem fon te unerxiitliche, kontrolierte un pehantelte ërepxafte protukte woo mit perfëkt test kemeesert kep sin. Aus tëm fikuur, is es taytlich tas ti oopst peem fon te UMC, AS, FA un FS formulatsioone sich fiil ferkreest hon mit te ferkreesung fon te apxlus rate. Awer, ti ferkreesung fon te oopst peem waar relatiif kleen in te AA formulatsioon. Soo wii in te fikuur ketsaycht kept, hon FA un FS formulatsioone fon net-urea-petaytungs MICP peser uf te oopst peem ferklaycht mit urea-petaytungs MICP. Ti fikuur 13b tsaycht ti ënerung in te TDV mit te ërepxaft oopst peem. Aus tee fikuur, is es klaar tas fer ti tunkelheet mit te oopst peem woo mee wii 100 kPa sin, ti xtreet xtreet xnelheet 25 m/s iwertreye tuut. Wayl ti in situ oopst peem resistens laycht torich perfëktsioon kemeesert kewe khan, khan ti khëntnise helfe ti TDV in te absëns fon te wint tunnel protuktsioon se xtime, was als kwaliteet kontrol indikatoor fer ti feld applikatsioone tiint.
Ti SEM-Resultaate sin in te Fikuur 14 ketsaycht kep, ti fikuure 14a-b tsayche ti ferkreeserte partikele fon te unerxiitliche xprooche, was klaych tsaycht tas se kohërent is un khee natierlich ferpintung ore sementatsioon hot. Ti fikuur 14c tsaycht ti SEM-mikrofoon fon te kontrol protuktsioon woo mit urea-degradatsioon MICP pehantelt kep waar. Tas pilt tsaycht ti presëns fon CaCO3-presipitatsioon als kalsium polimorfe. Soo wii in te fikuure 14d-o ketsaycht kept, tuut ti preserweerung fon te CaCO3 ti partikele tsusamer hale; sferixe vaterite kristale khëne aach in te SEM-mikrofoone identifitsiert wëre. Ti resultaate fon tee xtuutium un foerxritne xtuutium tsayche tas ti CaCO3-petaytungs xpiichelcher woo als vaterite polimorfe keformt kep sin, aach en ferninftiche mekaanixe kraft pringe khëne; unser resultaate tsayche tas ti oopst peem sich ferkreese pis 350 kPa un ti xtreet separatsioons xnelheet fon 4,32 pis mee wii 25 m/s. Ti resultaat is konsistent mit te resultaate fon te foerxritne xtuutium tas ti matrix fon MICP-Presipitatsioons CaCO3 vaterite is, woo ti richtich mechanixe kraft un ti wint erosioon resistens hot13,40 un khan ti richtich wint erosioon resistens hale soo kaar noo 180 taache fon ekspositsioon an fels umwantungs kontitsioone13.
(a, b) SEM-mikrofoone fon net-pehantelt ërepxaft, (c) MICP-urea-pehantelt kontrol, (df) AA-pehantelt protukte, (gi) AS-pehantelt protukte, (jl) FA-pehantelt protukte, un (mo) FS-pehantelt protukte mit en apxlus rate fon 3 L/m2 in unerxiitliche ferkreesung.
Ti fikuur 14d-f tsaycht tas noo te tratamënt mit AA-komponiirunge, te kalsium karbonaat uf te oopst peem un tswixe te sant xpitse preserweyert kep waar, wën aach etliche unkexnitne sant xpitse ketsaycht kep sin. Fer ti AS komponënte, opwool ti kans numer fon CaCO3 woo keformt kep waar net signifikant kewakst hot (Figura 6f), is ti kans numer fon kontakte tswixe sant khërner woo fon CaCO3 keproch kep sin, signifikant kewakst im ferklaych mit AA-komponënte (Figura 14g-i).
Aus te fikuure 14j-l un 14m-o is klaar tas ti penutsung fon te kalsium formaat als kalsium xprits pis an en wayter ferkreeserung fon te CaCO3 preserweerung pringt, im ferklaych mit te AS-komponiert, was konsistent is mit te kalsium meter meechlichkheete in te fikuur 6f. Ti ekstra CaCO3 xteet hauptseechlich uf te sant partikele un macht net ti kontakt kwaliteet nootwenich. Tas konfirmiert tas foer heyer peopacht kep waar: troknt ti unerxiite in te kans numer fon CaCO3-petaytungs xpiichelcher (Figura 6f), ti tray formulatsioone (AS, FA un FS) tuun sich net kans ferënere in te anti-eolixe (wint) preserweerung (Figura 11) un uf te oopst peem (Figura 13a).
Um ti CaCO3-petaytung fon te bakterie xëlcher un te bakterie imprint uf te preserweerungs kristale peser se siin, kewe SEM-mikrofoone mit hooche xpiichelcher ketsaycht un ti resultaate sin in te fikuur 15. Soo wii ketsaycht kept, tuut te kalsium karbonaat preserweyert uf ti bakterie xëlcher un pringt ti kerneel preserweerung woo too fer ti preserweerung neetich is. Ti fikuur tsaycht aach ti aktiwiteete un inaktiiwe ferpintunge woo fon CaCO3 indutsiert kewe. Es khan kexlos wëre tas yeete ferkreesung fon te inatiiwe ferpintunge nët nootwenich pis an ti mechanixe kewoonheete noch mee ferpësere tuut. Tesweche, ti ferkreesung fon te CaCO3 presipitatsioon nëmt net nootwenich ti heechste mechanixe kraft un te presipitatsioons musterum xpiilt en important rol. Tiise phunkt is aach in te aarwat fon Terzis un Laloui72 un Soghi un Al-Kabani45,73 xtuteyert kep. Fer ti relatsioon tswixe presipitatsioons musterum un mekaanixe kraft noch mool se xtuteere, kewe MICP xtuutium mit μCT-imaging empfohle, was aus em xpiichel fon tëm xtuutium is (woo ti introtutsioon fon unerxiitliche kombinatsioone fon kalsium kwel un bakterie fer amoniak-frei MICP).
CaCO3 hot aktiif un inaktiiwe ferpintunge in protukte woo mit (a) AS kompozitsioon un (b) FS kompozitsioon pehantel kep sin un hot en imprint fon bakterie xtele uf em sedimënt kelos.
Soo wii in te fikuure 14j-o un 15b ketsaycht kept, kept es en CaCO-Film (noo em EDX-Analyse, ti prosentxaft fon yeete elemënt im film is 11% fom karbon, 46,62% fom Sauerstof un 42,39% fom Kalsium, was kans ticht an te prosentxaft fon CaCO in te fikuur 16 is). Tiise film tuut ti vaterite kristaale un ti ëyert partikele umfase, was ti intekriteet fom ëyert-sedimënt systeem hale tuut. Ti presëns fon tëm film waar ploos in te protuktsioon fon te protukte woo mit te format-basierte formulatsioon pehantelt kep sin, ketsaycht kep.
Ti Tawel 2 ferklaycht ti oopst peem kraft, ti xroo xwiirichkheet fon te xpiirungs xpiirung, un ti bio-influëns fon te CaCO3 inhalt fon te ërepxafte woo mit urea-petaytungs mitel un net-urea-petaytungs MICP weech pehantelt kep sin in te foerxritne xtuutium un tiise xtuutium. Studies iwer ti wint erosioon resistens fon MICP-pehantelte tunkel protukte sin limiteyert. Meng un ti. unersuucht ti wint erosioon resistens fon MICP-pehantelte urea-petaytungs protukte mit en xlisel,13 wën in tëm xtuutium, net-urea-petaytungs protukte (soo wii ti urea-petaytungs kontrole) in en wint tunnel keproch kep sin un mit fier unerxiitliche kombinatsioone fon bakterie un.
Soo wii mer siin khan, hon ëtliche foerxritne xtuutiums ti hooche apteelungs rate fon 4 L/m213,41,74 ketsaycht. Es is important se wise tas ti hooche apxlus rate net laycht sin im feld fon en ekonoomixe phunkt, weche te khoste woo mit waser sorte, transport un apxlus fon kroose volumine fon waser se tuun hon. Niter xtele fon te apxlus rate wii 1,62-2 L/m2 hon aach en kans kuut ufpasungs kraft erkhënt fon pis 190 kPa un TDV iwer 25 m/s. In te present xtuutium, hon ti tunkelheet woo mit formaat-basiert MICP oone urea-pehantelt pehantelt kep sin, hooche oopjektiife erkhënt woo ferklaychbar waare mit tëne woo mit te urea-petaytungs weech kriit kep sin in te selwich reechle fon apxlus rate (i.e., protukte woo mit format-basiert MICP pehantelt kep sin oone urea-petaytung, waare aach in kontitsioon fer ti surfme weyert fon safaching soo wii fon Meng et al., 13, Fikuur 13a) in heechste apxlus rate. Es khan aach kesiin kewe tas an te apxlus rate fon 2 L/m2, ti ërnt fon te kalsium karbonaat fer ti wint erosioon mit 25 m/s 2,25% waar fer ti MICP oone urea-petaytung, was kans ticht an te ferlangte kans numer fon CaCO3 mit te MI2 ferklaycht kep waar (%). urea ferxwine in te selwich apxlus rate un ti selwich wint xnelheet (25 m/s).
Soo, khan mer fon tee taach konkluteere tas tswaay ti urea-petaytungs weech un ti urea-frei-petaytungs weech kans akseptaapler preserweerung in te richtung fon te oopst peem un TDV. Te haupste unerxiit is tas ti urea-frei ferxwinungs weech net ammoniak enthalet un tesweche en niter xtele fon te umwelt. Tsum payxpiil, ti MICP-Methode woo in te xtuutium foer kexlaa kep waar, woo in te formaat-basiert kep waar, xteet peser foer als ti MICP-Methode oone urea-petaytung woo ti asetat-basiert is. Obwohl Mohebbi un ti. xtuteyert ti asetaat-basierte MICP-methode oone urea-petaytung, sayn xtuutium hot protukte uf flache oopst peem9. Weeche tëm heechste xpiichel fon te erosioon woo fon te xpits puuwe um ti tunkle protukte rom kepleent kep sin un ti resultaate fon te xpits puuwe, woo en niter xtele fon te TDV resulteere, kept ti wint erosioon fon te tunkelheet protukte erkhënt als mee klaar wii tii fon te flache oopst peem mit te selwich xnelheet.