Daalụ maka ịga nature.com. Ụdị ihe nchọgharị ị na-eji nwere nkwado CSS pere mpe. Maka ahụmịhe kachasị mma, anyị na-akwado ka ị jiri ụdị ihe nchọgharị kachasị ọhụrụ (ma ọ bụ gbanyụọ ụdị ndakọrịta na Internet Explorer). Na mgbakwunye, iji hụ na nkwado na-aga n'ihu, saịtị a agaghị agụnye ụdị ma ọ bụ JavaScript.
Oké ifufe uzuzu na-eyi ọtụtụ mba gburugburu ụwa egwu nke ukwuu n'ihi mmetụta ọjọọ ha na-enwe n'ọrụ ugbo, ahụike mmadụ, netwọk njem na akụrụngwa. N'ihi ya, a na-ewere mbuze ifufe dị ka nsogbu zuru ụwa ọnụ. Otu n'ime ụzọ ndị na-adịghị emerụ gburugburu ebe obibi iji gbochie mbuze ifufe bụ iji mmiri ozuzo carbonate nke microbial induced (MICP). Agbanyeghị, ihe ndị sitere na MICP nke dabere na urea-degradation, dị ka ammonia, adịghị mma mgbe a na-emepụta ha n'ọtụtụ buru ibu. Ọmụmụ ihe a na-egosi usoro abụọ nke nje bacteria calcium formate maka mbibi nke MICP na-emepụtaghị urea ma jiri arụmọrụ ha tụnyere usoro abụọ nke nje bacteria calcium acetate na-emepụtaghị ammonia. Nje bacteria a na-atụle bụ Bacillus subtilis na Bacillus amyloliquefaciens. Nke mbụ, achọpụtara ụkpụrụ kachasị mma nke ihe ndị na-achịkwa nhazi CaCO3. Emechara mee nnwale ọwara ifufe na ihe nlele ájá ájá nke ejiri usoro kachasị mma gwọọ, a tụkwara iguzogide mbuze ifufe, ọsọ mwepụ nke oke, na iguzogide mbuze ájá. E jiri igwe onyonyo anya, igwe onyonyo elektrọn nyocha (SEM), na nyocha X-ray diffraction nyochaa allomorphs nke calcium carbonate (CaCO3). Usoro ndị dabere na calcium formate rụrụ ọrụ nke ọma karịa usoro dabere na acetate n'ihe gbasara nhazi calcium carbonate. Na mgbakwunye, B. subtilis mepụtara calcium carbonate karịa B. amyloliquefaciens. SEM micrographs gosiri nke ọma njikọ na ntinye nke nje bacteria na-arụ ọrụ na ndị na-adịghị arụ ọrụ na calcium carbonate nke sedimentation kpatara. Usoro niile belatara mbuze ikuku nke ukwuu.
Kemgbe oge ochie, a matala mbuze ifufe dị ka nnukwu nsogbu na-eche mpaghara kpọrọ nkụ na nke kpọrọ nkụ ihu dịka ndịda ọdịda anyanwụ United States, ọdịda anyanwụ China, Sahara Africa, na ọtụtụ akụkụ Middle East. Mmiri ozuzo dị ala na ihu igwe kpọrọ nkụ na nke kpọrọ nkụ agbanweela akụkụ buru ibu nke mpaghara ndị a ka ọ bụrụ ọzara, ájá ájá, na ala a na-akọbeghị. Mbuze ifufe na-aga n'ihu na-eyi ihe egwu gburugburu ebe obibi nye akụrụngwa dịka netwọk njem, ala ọrụ ugbo, na ala ụlọ ọrụ mmepụta ihe, na-ebute ọnọdụ obibi ndụ na-adịghị mma na nnukwu ọnụ ahịa mmepe obodo na mpaghara ndị a2,3,4. Ihe dị mkpa bụ na mbuze ifufe anaghị emetụta naanị ebe ọ na-eme, kamakwa ọ na-akpata nsogbu ahụike na akụ na ụba na obodo ndị dịpụrụ adịpụ ka ọ na-ebuga ihe ndị dị n'ikuku gaa ebe dị anya site na isi iyi5,6.
Njikwa mbuze ikuku ka bụ nsogbu zuru ụwa ọnụ. A na-eji ụzọ dị iche iche nke ime ka ala kwụsie ike iji chịkwaa mbuze ikuku. Usoro ndị a gụnyere ihe ndị dị ka itinye mmiri7, mulches mmanụ8, biopolymers5, microbial induced carbonate precipitation (MICP)9,10,11,12 na enzyme induced carbonate precipitation (EICP)1. Mmiri mmiri ala bụ usoro ọkọlọtọ nke igbochi uzuzu n'ọhịa. Agbanyeghị, mbuze ya ngwa ngwa na-eme ka usoro a dị irè nke ukwuu na mpaghara kpọrọ nkụ na ọkara kpọrọ nkụ1. Itinye ngwakọta mulching mmanụ na-eme ka njikọ ájá na esemokwu interparticle dịkwuo elu. Ihe onwunwe ha jikọtara ọnụ na-ejikọta mkpụrụ ájá ọnụ; agbanyeghị, mulches mmanụ na-ebutekwa nsogbu ndị ọzọ; agba gbara ọchịchịrị ha na-eme ka mmịpụta okpomọkụ dịkwuo elu ma na-eduga n'ọnwụ nke osisi na nje bacteria. Isi na anwụrụ ha nwere ike ibute nsogbu iku ume, nke kachasị mkpa bụ na ọnụ ahịa ha dị elu bụ ihe mgbochi ọzọ. Biopolymers bụ otu n'ime ụzọ ndị a tụrụ aro n'oge na-adịbeghị anya maka ibelata mbuze ikuku; a na-ewepụta ha site na isi mmalite eke dị ka osisi, anụmanụ na nje bacteria. Xanthan gum, guar gum, chitosan na gellan gum bụ biopolymers a na-ejikarị eme ihe n'ọrụ injinia5. Agbanyeghị, biopolymers ndị na-agbaze mmiri nwere ike ịla n'iyi ma gbapụta n'ala mgbe a na-ekpughere ha na mmiri13,14. Egosila na EICP bụ ụzọ dị irè iji gbochie uzuzu maka ọtụtụ ojiji gụnyere okporo ụzọ ndị a na-adịghị larịị, ọdọ mmiri ndị na-adọkpụ na ebe owuwu. Ọ bụ ezie na nsonaazụ ya na-agba ume, a ga-atụle ụfọdụ ihe ndọghachi azụ nwere ike ime, dị ka ọnụ ahịa na enweghị ebe nucleation (nke na-eme ka nhazi na mmiri ozuzo nke kristal CaCO3 dị ngwa ngwa15,16).
Murray na Irwin (1890) na Steinmann (1901) kọwara MICP na ngwụcha narị afọ nke 19 n'ọmụmụ ha gbasara mbibi urea site na nje ndị dị n'ime mmiri17. MICP bụ usoro ihe ndị dị ndụ nke na-eme n'onwe ya nke gụnyere ọtụtụ ọrụ nje na usoro kemịkalụ ebe mmeghachi omume nke ion carbonate sitere na metabolites microbial na ion calcium na gburugburu ebe obibi na-akpali calcium carbonate18,19. MICP metụtara okirikiri nitrogen nke urea na-emebi emebi (MICP nke na-emebi urea) bụ ụdị mmiri ozuzo carbonate kachasị na-akpata, nke urease nke nje bacteria mepụtara na-eme ka hydrolysis nke urea dịghachi ndụ20,21,22,23,24,25,26,27 dị ka ndị a:
Na MICP gụnyere usoro carbon nke oxidation nnu organic (MICP na-enweghị ụdị mmebi urea), nje bacteria heterotrophic na-eji nnu organic dịka acetate, lactate, citrate, succinate, oxalate, malate na glyoxylate dị ka isi iyi ike iji mepụta mineral carbonate28. N'ihu calcium lactate dị ka isi iyi carbon na ion calcium, a na-egosi mmeghachi omume kemịkalụ nke nhazi calcium carbonate na nha anya (5).
N'ime usoro MICP, mkpụrụ ndụ nje bacteria na-enye ebe nucleation dị mkpa karịsịa maka mmiri ozuzo nke calcium carbonate; elu mkpụrụ ndụ nje bacteria na-enweta chaja na-adịghị mma ma nwee ike ịrụ ọrụ dị ka ihe na-adọrọ adọrọ maka cations divalent dị ka calcium ions. Site n'ịmịnye calcium ions n'ime mkpụrụ ndụ nje bacteria, mgbe oke carbonate ion zuru oke, calcium cations na carbonate anions na-emeghachi omume ma calcium carbonate na-apụta na elu nje bacteria29,30. Enwere ike ịchịkọta usoro a dị ka ndị a31,32:
Enwere ike kewaa kristal calcium carbonate sitere na bioproducted n'ụdị atọ: calcite, vaterite, na aragonite. N'ime ha, calcite na vaterite bụ allomorphs calcium carbonate kachasị na-akpata site na nje bacteria33,34. Calcite bụ allomorph35 calcium carbonate nke kachasị sie ike na thermodynamically. Ọ bụ ezie na akọpụtala na vaterite nwere ike ime ka ọ dị mfe, ọ na-agbanwe ka ọ bụrụ calcite36,37. Vaterite bụ kristal kachasị n'ime kristal ndị a. Ọ bụ kristal hexagonal nke nwere ikike ijupụta oghere karịa kristal calcium carbonate ndị ọzọ n'ihi nha ya buru ibu38. Ma MICP urea-degraded na urea-degraded nwere ike ibute mmiri ozuzo nke vaterite13,39,40,41.
Ọ bụ ezie na MICP egosila na ọ ga-ekwe omume ime ka ala na ala ndị nwere nsogbu sie ike, nke nwere ike ibute mbuze ifufe42,43,44,45,46,47,48, otu n'ime ihe ndị sitere na urea hydrolysis bụ ammonia, nke nwere ike ibute nsogbu ahụike dị nro ruo nke siri ike dabere na ọkwa mkpughe49. Mmetụta a na-eme ka ojiji nke teknụzụ a na-ese okwu, karịsịa mgbe a chọrọ ọgwụgwọ buru ibu, dịka maka igbochi uzuzu. Na mgbakwunye, isi nke ammonia agaghị anabata mgbe a na-eme usoro ahụ na oke ngwa na nnukwu olu, nke nwere ike imetụta ojiji ya bara uru. Ọ bụ ezie na ọmụmụ ihe ndị na-adịbeghị anya egosila na enwere ike ibelata ammonium ions site na ịtụgharị ha ka ọ bụrụ ngwaahịa ndị ọzọ dị ka struvite, ụzọ ndị a anaghị ewepụ ammonium ions50 kpamkpam. Ya mere, ọ ka dị mkpa ịchọpụta ngwọta ndị ọzọ na-anaghị emepụta ammonium ions. Ojiji nke ụzọ mbibi na-abụghị urea maka MICP nwere ike inye ngwọta nwere ike nke a na-enyochaghị nke ọma n'ihe gbasara mbelata mbuze ifufe. Fattahi et al. nyochachara mmebi MICP na-enweghị urea site na iji calcium acetate na Bacillus megaterium41, ebe Mohebbi na ndị ọzọ jiri calcium acetate na Bacillus amyloliquefaciens9. Agbanyeghị, a tụleghị ọmụmụ ihe ha na isi iyi calcium ndị ọzọ na nje bacteria heterotrophic nke nwere ike imeziwanye iguzogide mbuze ifufe. Enwekwara enweghị akwụkwọ na-atụnyere ụzọ mbuze na-enweghị urea na ụzọ mbuze urea na mgbochi mbuze ifufe.
Tinyere nke a, e meela ọtụtụ nnyocha gbasara mbuze ifufe na njikwa uzuzu n'ihe nlele ala nwere elu dị larịị.1,51,52,53 Agbanyeghị, elu dị larịị anaghị adịkarị n'okike dịka ugwu na ala ndị dị n'okpuru ala. Ọ bụ ya mere ájá ájá ji bụrụ ihe a na-ahụkarị n'ala na mpaghara ọzara.
Iji merie adịghị ike ndị a kpọtụrụ aha n'elu, ọmụmụ ihe a bu n'obi iwebata usoro ọhụrụ nke ihe ndị na-akpata nje bacteria na-abụghị ammonia. Maka ebumnuche a, anyị tụlere ụzọ MICP na-emebi ihe na-abụghị urea. A nyochachara arụmọrụ nke isi iyi calcium abụọ (calcium formate na calcium acetate). Dịka ihe ndị edemede maara, a chọpụtabeghị mmiri ozuzo carbonate site na iji ngwakọta isi iyi calcium abụọ na nje bacteria (dịka calcium formate-Bacillus subtilis na calcium formate-Bacillus amyloliquefaciens) n'ọmụmụ ihe ndị gara aga. Nhọrọ nke nje bacteria ndị a dabere na enzymes ha na-emepụta nke na-akwalite oxidation nke calcium formate na calcium acetate iji mepụta mmiri ozuzo carbonate microbial. Anyị mere nnyocha zuru oke iji chọta ihe ndị kacha mma dị ka pH, ụdị nje bacteria na isi iyi calcium na mkpokọta ha, oke nke nje bacteria na ngwọta isi iyi calcium na oge ọgwụgwọ. N'ikpeazụ, e nyochakwara irè nke otu nje bacteria a n'igbochi mbuze ikuku site na mmiri ozuzo calcium carbonate site n'ime usoro nnwale ọwara ifufe na ájá ájá iji chọpụta oke mbuze ikuku, ọsọ mgbawa oke na iguzogide mgbọ ogbunigwe nke ájá, na nha penetrometer na ọmụmụ ihe owuwu (dịka ọmụmaatụ X-ray diffraction (XRD) analysis and scanning electron microscopy (SEM)).
Mmepụta calcium carbonate chọrọ calcium ion na carbonate ion. Enwere ike nweta calcium ion site na ọtụtụ calcium dịka calcium chloride, calcium hydroxide, na skim milk powder54,55. Enwere ike ịmepụta carbonate ion site na ụzọ dị iche iche microbial dị ka urea hydrolysis na aerobic ma ọ bụ anaerobic oxidation nke organic matter56. Na ọmụmụ ihe a, enwetara carbonate ion site na mmeghachi omume oxidation nke formate na acetate. Na mgbakwunye, anyị jiri calcium salts nke formate na acetate mepụta calcium carbonate dị ọcha, ya mere naanị CO2 na H2O ka enwetara dị ka ihe ndị sitere na ya. N'usoro a, naanị otu ihe na-eje ozi dị ka calcium na carbonate isi iyi, a naghịkwa emepụta ammonia. Àgwà ndị a na-eme ka isi iyi calcium na usoro mmepụta carbonate nke anyị weere dị ka ihe na-ekwe nkwa.
A na-egosi mmeghachi omume ndị kwekọrọ na calcium formate na calcium acetate iji mepụta calcium carbonate na usoro (7)-(14). Usoro (7)-(11) na-egosi na calcium formate na-agbaze n'ime mmiri iji mepụta formic acid ma ọ bụ formate. Ya mere, ngwọta ahụ bụ isi iyi nke calcium na ion hydroxide n'efu (usoro 8 na 9). N'ihi oxidation nke formic acid, a na-agbanwe atọm carbon dị na formic acid ka ọ bụrụ carbon dioxide (usoro 10). A na-emecha mepụta calcium carbonate (usoro 11 na 12).
N'otu aka ahụ, a na-esi na calcium acetate emepụta calcium carbonate (nhazi 13–15), ma e wezụga na a na-emepụta acetic acid ma ọ bụ acetate kama formic acid.
Ọ bụrụ na e nweghị enzymes, a gaghị enwe ike ịgbaze acetate na formate n'ime ụlọ okpomọkụ. FDH (formate dehydrogenase) na CoA (coenzyme A) na-akwalite oxidation nke formate na acetate iji mepụta carbon dioxide, n'otu n'otu (Eqs. 16, 17) 57, 58, 59. Ọtụtụ nje bacteria nwere ike imepụta enzymes ndị a, yana nje bacteria heterotrophic, ya bụ Bacillus subtilis (PTCC #1204 (Persian Type Culture Collection), nke a makwaara dị ka NCIMB #13061 (International Collection of Bacteria, Yist, Phage, Plasmids, Plant Seeds and Plant Cell Tissue Cultures)) na Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732, NCIMB #12077), ka ejiri mee ihe n'ọmụmụ ihe a. E tinyere nje bacteria ndị a n'ime ihe nwere peptone anụ (5 g/L) na ihe e si na anụ wepụta (3 g/L), nke a na-akpọ broth nutrient (NBR) (105443 Merck).
Ya mere, e mere usoro anọ iji kpalite mmiri ozuzo calcium carbonate site na iji isi iyi calcium abụọ na nje bacteria abụọ: calcium formate na Bacillus subtilis (FS), calcium formate na Bacillus amyloliquefaciens (FA), calcium acetate na Bacillus subtilis (AS), na calcium acetate na Bacillus amyloliquefaciens (AA).
N'akụkụ mbụ nke nhazi nnwale ahụ, e mere nnwale iji chọpụta ngwakọta kachasị mma nke ga-enweta mmepụta calcium carbonate kachasị elu. Ebe ọ bụ na ihe nlele ala nwere calcium carbonate, e mere usoro nnwale nyocha mbụ iji tụọ CaCO3 nke njikọta dị iche iche mepụtara nke ọma, a tụlekwara ngwakọta nke ngwọta ọdịbendị na isi iyi calcium. Maka njikọta ọ bụla nke ngwọta isi iyi calcium na nje bacteria akọwapụtara n'elu (FS, FA, AS, na AA), ihe ndị na-eme ka o kwe omume (ntinye isi iyi calcium, oge ọgwụgwọ, ntinye isi mmiri bacteria nke a tụrụ site na njupụta anya nke ngwọta (OD), oke ngwọta isi iyi calcium na nje bacteria, na pH) ka e si nweta ma jiri ya mee ihe na ule ọwara ikuku ọgwụgwọ ájá nke akọwara na ngalaba ndị a.
Maka njikọta ọ bụla, e mere nnwale 150 iji mụọ mmetụta nke mmiri ozuzo CaCO3 ma nyochaa ihe dị iche iche, dịka ntinye calcium, oge ọgwụgwọ, uru OD nke nje bacteria, oke calcium na ngwọta nje bacteria na pH n'oge aerobic oxidation nke ihe organic (Tebụl 1). A họọrọ oke pH maka usoro kachasị mma dabere na usoro uto nke Bacillus subtilis na Bacillus amyloliquefaciens iji nweta uto ngwa ngwa. A kọwara nke a nke ọma na ngalaba Nsonaazụ.
E jiri usoro ndị a kwadebe ihe nlele maka usoro nhazi. E buru ụzọ kwadebe ihe ngwọta MICP site na ịgbanwe pH mbụ nke ihe ọkụkụ wee kụọ ya na 121 °C maka nkeji 15. E wee gbanye ụdị nje ahụ n'ime ikuku laminar ma debe ya na ihe na-eme ka mmiri gbaa na 30 °C na 180 rpm. Ozugbo OD nke nje bacteria ruru ọkwa achọrọ, a gwakọtara ya na ihe ngwọta isi iyi calcium n'ogo achọrọ (Foto 1a). E kwere ka ihe ngwọta MICP meghachi omume ma sie ike na ihe na-eme ka mmiri gbaa na 220 rpm na 30 °C maka oge ruru uru ebumnuche. E kewapụrụ CaCO3 a kpọlitere mgbe centrifugation gasịrị na 6000 g maka nkeji 5 wee kpọọ nkụ na 40 °C iji kwadebe ihe nlele maka ule calcimeter (Foto 1b). E jirizi calcimeter Bernard tụọ mmiri ozuzo nke CaCO3, ebe ntụ ntụ CaCO3 na-emeghachi omume na 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) iji mepụta CO2, olu nke gas a bụkwa ihe nha nke ọdịnaya CaCO3 (Foto 1c). Iji gbanwee olu nke CO2 ka ọ bụrụ ọdịnaya CaCO3, e mepụtara usoro nhazi site na ịsa ntụ ntụ CaCO3 dị ọcha na 1 N HCl ma kpaa ya megide CO2 e mepụtara. E jiri onyonyo SEM na nyocha XRD nyochaa ọdịdị na ịdị ọcha nke ntụ ntụ CaCO3 e tinyere na mmiri. E jiri igwe onyonyo anya nke nwere mmụba nke 1000 mụọ nhazi nke calcium carbonate gburugburu nje bacteria, usoro nke calcium carbonate e guzobere, na ọrụ nke nje bacteria.
Dejegh Basin bụ mpaghara a ma ama nke mebiri emebi nke ukwuu na ndịda ọdịda anyanwụ Fars Province nke Iran, ndị nchọpụta ahụ chịkọtara ihe nlele ala nke ifufe gbawara site na mpaghara ahụ. E si n'elu ala wepụta ihe nlele ndị ahụ maka ọmụmụ ihe ahụ. Nnwale ihe ngosi na ihe nlele ala gosiri na a họpụtaghị ala ájá nke ọma na ájá ma kewaa ya dị ka SP-SM dịka Usoro Nhazi Ala Dị n'Otu (USC) si dị (Foto 2a). Nyocha XRD gosiri na ala Dejegh bụ nke calcite na quartz mejupụtara (Foto 2b). Na mgbakwunye, nyocha EDX gosiri na ihe ndị ọzọ dị ka Al, K, na Fe dịkwa na obere nha.
Iji kwadebe ájá ụlọ nyocha maka nnwale mbuze ifufe, a gweri ala ahụ site na elu nke 170 mm site na funnel dayameta 10 mm ruo n'elu siri ike, nke butere ájá nkịtị nke dị 60 mm n'ịdị elu na 210 mm na dayameta. N'okike, a na-emepụta ájá ájá kachasị njupụta site na usoro aeolian. N'otu aka ahụ, ihe nlele e ji usoro dị n'elu mee nwere njupụta kacha ala, γ = 14.14 kN/m³, na-emepụta cone ájá e tinyere n'elu ala kwụ ọtọ nke nwere akụkụ ezumike nke ihe dị ka 29.7°.
A fesachara mmiri MICP kacha mma e nwetara na ngalaba gara aga n'elu ugwu ájá na ọnụego ntinye nke 1, 2 na 3 lm-2, wee debe ihe nlele ndị ahụ n'ime ihe na-ekpo ọkụ na 30 Celsius (Foto 3) ruo ụbọchị itoolu (ya bụ, oge kachasị mma ịgwọ) wee wepụta ya maka nnwale ọwara ifufe.
Maka ọgwụgwọ ọ bụla, e mere ihe nlele anọ, otu maka ịtụ ọdịnaya calcium carbonate na ike elu site na iji penetrometer, e jikwa ihe nlele atọ fọdụrụ maka ule mbuze na ọsọ atọ dị iche iche. N'ule ọwara ikuku, a chọpụtara ọnụọgụ mbuze na ọsọ ifufe dị iche iche, wee chọpụta ọsọ mbuze maka ihe nlele ọgwụgwọ ọ bụla site na iji atụmatụ nke oke mbuze megide ọsọ ifufe. Na mgbakwunye na ule mbuze ifufe, a na-etinye ihe nlele ejiri mee ihe na mgbọze ájá (ya bụ, nnwale mgbọze). E kwadebere ihe nlele abụọ ọzọ maka ebumnuche a na ọnụego ngwa nke 2 na 3 L m−2. Nnwale mgbọze ájá ahụ were nkeji 15 yana mmụba nke 120 gm−1, nke dị n'ime oke uru ahọpụtara na ọmụmụ ihe gara aga60,61,62. Anya kwụ ọtọ n'etiti ihe mkpuchi abrasive na ntọala dune bụ 800 mm, dị 100 mm n'elu ala ọwara ahụ. E debere ọnọdụ a ka ihe fọrọ nke nta ka ọ bụrụ ihe niile na-awụlikwa elu ájá daa na dune ahụ.
E mere nnwale ọwara ikuku n'ime ọwara ikuku mepere emepe nke nwere ogologo mita 8, obosara nke mita 0.4 na elu nke mita 1 (Foto 4a). E ji mpempe ígwè galvanized mee ọwara ikuku ahụ ma nwee ike ịmepụta ọsọ ifufe ruo mita 25/s. Na mgbakwunye, a na-eji ihe na-agbanwe ugboro ugboro iji gbanwee ugboro fan ma jiri nwayọ mụbaa ugboro iji nweta ọsọ ifufe ebumnuche. Foto 4b na-egosi eserese eserese nke ájá ájá ndị ifufe mebiri emebi na profaịlụ ọsọ ifufe a tụrụ na ọwara ikuku.
N'ikpeazụ, iji tụnyere nsonaazụ nke usoro MICP na-abụghị urealytic atụpụtara na ọmụmụ ihe a na nsonaazụ nke ule njikwa urealytic MICP, e mekwara ihe nlele dune ma jiri mmiri bayọlọji nwere urea, calcium chloride na Sporosarcina pasteurii gwọọ ihe atụ (ebe ọ bụ na Sporosarcina pasteurii nwere ikike dị ukwuu imepụta urease63). Njupụta anya nke mmiri bayọlọji bụ 1.5, oke urea na calcium chloride dịkwa 1 M (a họọrọ dabere na ụkpụrụ akwadoro na ọmụmụ ihe gara aga36,64,65). Usoro ọdịbendị ahụ nwere ofe nri (8 g/L) na urea (20 g/L). A fesa mmiri bayọlọji ahụ n'elu ájá ma hapụ ya ruo awa 24 maka njikọta nje. Mgbe awa 24 nke njikọta gasịrị, a fesa mmiri simenti (calcium chloride na urea). A na-akpọ ule njikwa urealytic MICP UMC. A na-enweta ọdịnaya calcium carbonate nke ihe nlele ala e ji urealytic mee na nke a na-ejighi urealytic mee site na ịsa ahụ dịka usoro Choi et al.66 tụrụ aro si dị.
Foto nke 5 na-egosi usoro uto nke Bacillus amyloliquefaciens na Bacillus subtilis n'ime usoro ọdịbendị (ngwọta nri) yana oke pH mbụ nke 5 ruo 10. Dịka egosiri na foto ahụ, Bacillus amyloliquefaciens na Bacillus subtilis toro ngwa ngwa na pH 6-8 na 7-9, n'otu n'otu. Ya mere, a nabatara oke pH a n'oge nhazi.
Usoro uto nke (a) Bacillus amyloliquefaciens na (b) Bacillus subtilis na ụkpụrụ pH mbụ dị iche iche nke ihe na-edozi ahụ.
Foto nke 6 na-egosi ọnụọgụ carbon dioxide emepụtara na Bernard limemeter, nke na-anọchite anya calcium carbonate a kpọchiri akpọchi (CaCO3). Ebe ọ bụ na otu ihe dị na njikọta ọ bụla ma e nweela ihe ndị ọzọ dị iche iche, isi ihe ọ bụla dị na eserese ndị a kwekọrọ na oke kachasị nke carbon dioxide na usoro nnwale ahụ. Dịka egosiri na foto ahụ, ka ntinye isi iyi calcium mụbara, mmepụta nke calcium carbonate mụbara. Ya mere, ntinye isi iyi calcium na-emetụta mmepụta nke calcium carbonate ozugbo. Ebe ọ bụ na isi iyi calcium na isi iyi carbon bụ otu (ya bụ, calcium formate na calcium acetate), ka a na-ewepụta ion calcium ka ukwuu, ka calcium carbonate na-amụba (Foto nke 6a). Na usoro AS na AA, mmepụta calcium carbonate nọgidere na-abawanye na oge ọgwụgwọ na-abawanye ruo mgbe ọnụọgụ mmiri ozuzo ahụ fọrọ nke nta ka ọ ghara ịgbanwe mgbe ụbọchị 9 gasịrị. Na usoro FA, ọnụego nke nhazi calcium carbonate belatara mgbe oge ọgwụgwọ gafere ụbọchị 6. Ma e jiri ya tụnyere usoro ndị ọzọ, usoro FS gosipụtara ọnụego mmepụta calcium carbonate dị obere mgbe ụbọchị 3 gasịrị (Foto nke 6b). N'ime usoro FA na FS, 70% na 87% nke mkpokọta mmepụta calcium carbonate enwetara mgbe ụbọchị atọ gasịrị, ebe n'ime usoro AA na AS, oke a dị naanị ihe dị ka 46% na 45%, n'otu n'otu. Nke a na-egosi na usoro formic acid nwere ọnụego nhazi CaCO3 dị elu na mbido ma e jiri ya tụnyere usoro dabere na acetate. Agbanyeghị, ọnụego nhazi ahụ na-ebelata ka oge ọgwụgwọ na-abawanye. Enwere ike ikwubi site na Foto 6c na ọbụlagodi na mkpokọta nje bacteria karịrị OD1, enweghị nnukwu onyinye na nhazi calcium carbonate.
Mgbanwe na olu CO2 (na ọdịnaya CaCO3 kwekọrọ) nke Bernard calcimeter tụrụ dịka ọrụ nke (a) ntinye nke isi iyi calcium, (b) oge ịtọ, (c) OD, (d) pH mbụ, (e) oke nke isi iyi calcium na ngwọta nje bacteria (maka nhazi ọ bụla); na (f) oke calcium carbonate emepụtara maka njikọta nke isi iyi calcium na nje bacteria ọ bụla.
Banyere mmetụta nke pH mbụ nke etiti ahụ, Foto 6d na-egosi na maka FA na FS, mmepụta CaCO3 ruru uru kachasị na pH 7. Ihe a hụrụ kwekọrọ na ọmụmụ ihe ndị gara aga na enzymes FDH kacha kwụsie ike na pH 7-6.7. Agbanyeghị, maka AA na AS, mmiri ozuzo CaCO3 mụbara mgbe pH gafere 7. Ọmụmụ ihe ndị gara aga gosikwara na oke pH kacha mma maka ọrụ enzyme CoA bụ site na 8 ruo 9.2-6.8. N'ịtụle na oke pH kacha mma maka ọrụ enzyme CoA na uto B. amyloliquefaciens bụ (8-9.2) na (6-8), n'otu n'otu (Foto 5a), a na-atụ anya na pH kacha mma nke usoro AA ga-abụ 8, oke pH abụọ ahụ na-adakọkwa. E gosipụtara eziokwu a site na nnwale, dịka egosiri na Foto 6d. Ebe ọ bụ na pH kacha mma maka uto B. subtilis bụ 7-9 (Foto 5b) na pH kacha mma maka ọrụ enzyme CoA bụ 8-9.2, a na-atụ anya na oke mmiri ozuzo CaCO3 ga-adị na oke pH nke 8-9, nke Foto 6d kwadoro (ya bụ, pH kacha mma maka mmiri ozuzo bụ 9). Nsonaazụ egosiri na Foto 6e na-egosi na oke kachasị mma nke ngwọta isi iyi calcium na ngwọta nje bụ 1 maka ma ngwọta acetate na formate. Maka ntụnyere, a tụlere arụmọrụ nke usoro dị iche iche (ya bụ, AA, AS, FA, na FS) dabere na mmepụta CaCO3 kachasị n'okpuru ọnọdụ dị iche iche (ya bụ, ntinye isi iyi calcium, oge ọgwụgwọ, OD, oke isi iyi calcium na ngwọta nje bacteria, na pH mbụ). N'ime usoro ndị a mụrụ, usoro FS nwere mmepụta CaCO3 kachasị elu, nke dị ihe dị ka okpukpu atọ nke usoro AA (Foto 6f). Emere nnwale njikwa anọ na-enweghị nje bacteria maka ma isi iyi calcium ma ahụghị mmiri ozuzo CaCO3 mgbe ụbọchị 30 gasịrị.
Foto nke ihe ndị e ji mee ihe ngosi anya nke usoro niile gosiri na vaterite bụ isi ihe e ji mepụta calcium carbonate (Foto 7). Kristal vaterite dị okirikiri n'ụdị 69,70,71. A chọpụtara na calcium carbonate gbapụrụ na mkpụrụ ndụ nje n'ihi na elu mkpụrụ ndụ nje bacteria na-ada n'ọkụ ma nwee ike ịrụ ọrụ dị ka ihe na-adọrọ adọrọ maka cations divalent. Site na iji usoro FS dịka ihe atụ na ọmụmụ ihe a, mgbe awa 24 gachara, calcium carbonate malitere ịpụta na ụfọdụ mkpụrụ ndụ nje (Foto 7a), mgbe awa 48 gachara, ọnụọgụ mkpụrụ ndụ nje bacteria nke e ji calcium carbonate kpuchie mụbara nke ukwuu. Na mgbakwunye, dịka egosiri na Foto 7b, enwere ike ịchọpụta mkpụrụ ndụ vaterite. N'ikpeazụ, mgbe awa 72 gachara, o yiri ka ọtụtụ nje bacteria na-ejikọta kristal vaterite, ọnụọgụ nke mkpụrụ ndụ vaterite mụbara nke ukwuu (Foto 7c).
Nleba anya nke igwe onyonyo anya nke mmiri ozuzo CaCO3 na ihe mejupụtara FS ka oge na-aga: (a) 24, (b) 48 na (c) awa 72.
Iji chọpụtakwuo etu ihe dị n'ime mmiri ahụ si dị, e mere nyocha X-ray diffraction (XRD) na SEM nke ntụ ntụ ndị ahụ. E gosipụtara XRD spectra (Foto 8a) na SEM micrographs (Foto 8b, c) n'ihe gbasara kristal vaterite, ebe ha nwere ọdịdị letus, a hụkwara njikọ dị n'etiti elu vaterite na elu precipitate.
(a) Ntụnyere nke spectra diffraction X-ray nke CaCO3 e guzobere na vaterite. Micrograph SEM nke vaterite na (b) 1 kHz na (c) 5.27 kHz ibuli elu, n'otu n'otu.
E gosiri ihe si na ule ọwara ikuku pụta na Foto 9a, b. A pụrụ ịhụ site na Foto 9a na ọsọ mbuze (TDV) nke ájá a na-anaghị agwọ bụ ihe dị ka 4.32 m/s. Na ọnụego mbuze nke 1 l/m² (Foto 9a), mkpọda nke ahịrị ọnụego mfu ala maka akụkụ FA, FS, AA na UMC dị ihe dị ka maka ájá a na-anaghị agwọ. Nke a na-egosi na ọgwụgwọ na ọnụego mbuze a anaghị arụ ọrụ nke ọma, ozugbo ọsọ ikuku gafere TDV, ọkpụrụkpụ ala dị gịrịgịrị na-apụ n'anya, ọnụego mbuze dune dịkwa otu ahụ maka ájá a na-anaghị agwọ. Mkpọze mbuze nke akụkụ AS dịkwa ala karịa nke akụkụ ndị ọzọ nwere obere abscissas (ya bụ, TDV) (Foto 9a). Àkwà ndị dị na Foto 9b na-egosi na na ọsọ ikuku kachasị elu nke 25 m/s, mbuze ọ bụla mere na ájá a na-agwọ na ọnụego mbuze nke 2 na 3 l/m². N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, maka FS, FA, AS na UMC, ájá ndị ahụ na-eguzogide mbuze ifufe nke CaCO³ tinyere na ọnụego ngwa nke 2 na 3 l/m² karịa na ọsọ ikuku kachasị elu (ya bụ, 25 m/s). Ya mere, uru TDV nke 25 m/s enwetara na ule ndị a bụ oke dị ala maka ọnụego ngwa egosiri na Foto 9b, belụsọ maka ikpe nke AA, ebe TDV fọrọ nke nta ka ọ hà nhata ọsọ ọwara ikuku kachasị.
Nnwale mbuze ikuku (a) Mbelata ibu megide ọsọ ifufe (ọnụego ngwa 1 l/m2), (b) Ọsọ mwepụ nke oke na ọnụego ngwa na nhazi (CA maka calcium acetate, CF maka calcium formate).
Foto nke 10 na-egosi mbuze elu nke ájá ájá e ji usoro dị iche iche na ọnụego ojiji gwọọ mgbe ule bọmbụ ájá gasịrị, a na-egosikwa nsonaazụ ọnụọgụgụ na Foto nke 11. A gosighị ikpe a na-agwọghị n'ihi na o gosighị ihe mgbochi ọ bụla ma mebie kpamkpam (mfu oke zuru oke) n'oge ule bọmbụ ájá. O doro anya site na Foto nke 11 na ihe nlele e ji biocomposition AA gwọọ tụfuru 83.5% nke ibu ya na ọnụego ntinye nke 2 l/m2 ebe ihe nlele ndị ọzọ niile gosiri ihe na-erughị 30% mbuze n'oge usoro bọmbụ ájá. Mgbe ọnụego ntinye ahụ ruru 3 l/m2, ihe nlele niile e ji ọgwụgwọ belatara ihe na-erughị 25% nke ibu ha. Na ọnụego ntinye abụọ ahụ, FS mejupụtara gosipụtara ihe kacha mma iguzogide bọmbụ ájá. Enwere ike ịkọwa oke na oke mgbochi bọmbụ na ihe nlele FS na AA agwọchara bụ oke na oke mmiri ozuzo CaCO3 ha kacha nta (Foto nke 6f).
Nsonaazụ nke bọmbụ nke ájá ájá dị iche iche na ọnụego mmiri nke 2 na 3 l/m2 (akụ na-egosi ntụziaka ifufe, obe na-egosi ntụziaka ifufe na-adabere na mbara nke eserese ahụ).
Dịka egosiri na Foto nke 12, ọdịnaya calcium carbonate nke usoro niile mụbara ka ọnụego ojiji mụbara site na 1 L/m² ruo 3 L/m². Na mgbakwunye, na ọnụego ojiji niile, usoro nwere ọdịnaya calcium carbonate kachasị elu bụ FS, nke FA na UMC sochiri. Nke a na-egosi na usoro ndị a nwere ike ịnwe iguzogide elu dị elu.
Foto nke 13a na-egosi mgbanwe dị na iguzogide elu nke ihe nlele ala a na-agwọghị, njikwa na ọgwụgwọ nke a tụrụ site na nnwale permeameter. Site na onyonyo a, o doro anya na iguzogide elu nke usoro UMC, AS, FA na FS mụbara nke ukwuu ka ọnụego ojiji na-abawanye. Agbanyeghị, mmụba nke ike elu dị obere na usoro AA. Dịka egosiri na onyonyo a, usoro FA na FS nke MICP na-adịghị emebi urea nwere ikike iru elu ka mma ma e jiri ya tụnyere MICP nke urea mebiri emebi. Foto nke 13b na-egosi mgbanwe na TDV na iguzogide elu ala. Site na onyonyo a, o doro anya na maka ájá nwere iguzogide elu karịa 100 kPa, ọsọ iwepụ oke ga-agafe 25 m/s. Ebe ọ bụ na enwere ike ịtụ mgbochi elu na ọnọdụ site na permeameter ngwa ngwa, ihe ọmụma a nwere ike inyere aka ịtụle TDV na-enweghị nnwale ọwara ifufe, si otú a na-eje ozi dị ka ihe ngosi njikwa mma maka ngwa ubi.
A na-egosi nsonaazụ SEM na Foto 14. Foto 14a-b na-egosi obere ihe ndị dị n'ihe nlele ala a na-anaghị agwọ, nke na-egosi nke ọma na ọ na-ejikọta ọnụ ma enweghị njikọ eke ma ọ bụ simenti. Foto 14c na-egosi obere ihe SEM nke ihe nlele njikwa ejiri MICP nke urea mebie. Foto a na-egosi ọnụnọ nke ihe ndị na-akpata CaCO3 dị ka calcite polymorphs. Dịka egosiri na Foto 14d-o, CaCO3 a kpọchiri akpọchi na-ejikọta obere ihe ndị ahụ ọnụ; enwere ike ịchọpụta kristal vaterite dị gburugburu na obere ihe SEM. Nsonaazụ nke ọmụmụ ihe a na ọmụmụ ihe ndị gara aga na-egosi na njikọ CaCO3 e guzobere dị ka obere ihe ndị na-akpata vaterite nwekwara ike inye ike igwe ezi uche dị na ya; nsonaazụ anyị na-egosi na iguzogide elu na-abawanye ruo 350 kPa na ọsọ nkewa oke na-abawanye site na 4.32 ruo ihe karịrị 25 m/s. Nsonaazụ a kwekọrọ na nsonaazụ nke ọmụmụ gara aga na matrix nke CaCO3 nke MICP na-ebute site na mmiri bụ vaterite, nke nwere ike mekaniki ezi uche dị na ya na iguzogide mbuze ifufe13,40 ma nwee ike ịnọgide na-enwe iguzogide mbuze ifufe ezi uche dị na ya ọbụlagodi mgbe ụbọchị 180 nke ikpughe na ọnọdụ gburugburu ebe obibi ubi gasịrị13.
(a, b) Nlereanya ala SEM a na-anaghị agwọ ọrịa, (c) Njikwa mmebi urea MICP, (df) Nlereanya AA a gwọrọ, (gi) Nlereanya AS a gwọrọ, (jl) Nlereanya FA a gwọrọ, na (mo) Nlereanya FS a gwọrọ na ọnụego ntinye nke 3 L/m2 na mmụba dị iche iche.
Foto 14d-f na-egosi na mgbe ejiri ngwakọta AA gwọọ ya, calcium carbonate gbapụtara n'elu na n'etiti mkpụrụ ájá, ebe a hụkwara ụfọdụ mkpụrụ ájá a na-ekpuchighị ekpuchi. Maka ihe ndị dị na AS, ọ bụ ezie na ọnụọgụ CaCO3 e mepụtara amụbaghị nke ukwuu (Foto 6f), ọnụọgụ kọntaktị dị n'etiti mkpụrụ ájá nke CaCO3 kpatara mụbara nke ukwuu ma e jiri ya tụnyere mkpụrụ AA (Foto 14g-i).
Site na eserese 14j-l na 14m-o, o doro anya na iji calcium formate dị ka isi iyi calcium na-eduga na mmụba ọzọ na mmiri ozuzo CaCO3 ma e jiri ya tụnyere ihe mejupụtara AS, nke kwekọrọ na nha mita calcium dị na eserese 6f. CaCO3 ọzọ a yiri ka ọ na-etinyekarị na ájá ájá ma ọ dịghị mkpa ka mma mma kọntaktị. Nke a na-akwado omume a hụrụ na mbụ: n'agbanyeghị ọdịiche dị na ọnụọgụ mmiri ozuzo CaCO3 (Foto 6f), usoro atọ ahụ (AS, FA na FS) adịghị iche nke ukwuu n'ihe gbasara arụmọrụ anti-eolian (Foto 11) na iguzogide elu (Foto 13a).
Iji hụkwuo mkpụrụ ndụ nje bacteria nke CaCO3 kpuchiri nke ọma na akara nje bacteria na kristal ndị a kpọchiri akpọchi, e sere obere SEM magnifying dị elu ma gosipụta nsonaazụ ya na Foto 15. Dịka egosiri, calcium carbonate na-agbapụta na mkpụrụ ndụ nje bacteria ma na-enye nuclei achọrọ maka mmiri ozuzo ebe ahụ. Foto ahụ na-egosikwa njikọ ndị na-arụ ọrụ na ndị na-adịghị arụ ọrụ nke CaCO3 kpatara. Enwere ike ikwubi na mmụba ọ bụla na njikọ ndị na-adịghị arụ ọrụ apụtaghị na ọ ga-eme ka mmezi dịkwuo mma na omume igwe. Ya mere, mmụba nke mmiri ozuzo CaCO3 apụtaghị na ọ ga-eme ka ike igwe dị elu, ụkpụrụ mmiri ozuzo na-arụkwa ọrụ dị mkpa. A mụọkwala isi ihe a n'ọrụ Terzis na Laloui72 na Soghi na Al-Kabani45,73. Iji chọpụtakwuo mmekọrịta dị n'etiti ụkpụrụ mmiri ozuzo na ike igwe, a na-atụ aro ọmụmụ MICP site na iji onyonyo µCT, nke karịrị oke ọmụmụ a (ya bụ, iwebata njikọta dị iche iche nke isi iyi calcium na nje bacteria maka MICP na-enweghị ammonia).
CaCO3 kpalitere njikọ na-arụ ọrụ na nke na-adịghị arụ ọrụ n'ime ihe nlele ejiri (a) ihe mejupụtara AS na (b) ihe mejupụtara FS wee hapụ akara nke mkpụrụ ndụ nje bacteria na sedimenti ahụ.
Dịka egosiri na Foto 14j-o na 15b, e nwere ihe nkiri CaCO (dịka nyocha EDX si dị, pasentị nke ihe ọ bụla dị na ihe nkiri ahụ bụ carbon 11%, oxygen 46.62% na calcium 42.39%, nke dị nnọọ nso na pasentị nke CaCO na Foto 16). Ihe nkiri a na-ekpuchi kristal vaterite na irighiri ala, na-enyere aka ịnọgide na-enwe iguzosi ike n'ezi ihe nke sistemụ ala-sediment. A hụrụ ọnụnọ nke ihe nkiri a naanị na ihe nlele ejiri usoro dabere na formet gwọọ.
Tebụl nke 2 na-atụnyere ike elu, ọsọ mwepụta oke, na ọdịnaya CaCO3 nke ihe ndị sitere na bioinduced nke ala ejiri ụzọ MICP na-emebi urea na nke na-adịghị emebi urea gwọọ na ọmụmụ ihe ndị gara aga na ọmụmụ ihe a. Ọmụmụ ihe gbasara iguzogide mbuze ifufe nke ihe nlele dune ejiri MICP gwọọ nwere oke. Meng et al. nyochachara iguzogide mbuze ifufe nke ihe nlele dune ejiri MICP gwọọ urea na-emebi urea site na iji ihe na-afụ akwụkwọ,13 ebe n'ọmụmụ ihe a, a nwalere ihe nlele dune na-adịghị emebi urea (yana njikwa mbuze urea) n'ọwara ifufe ma gwọọ ya na ngwakọta anọ dị iche iche nke nje bacteria na ihe.
Dịka a pụrụ ịhụ, ụfọdụ nnyocha ndị gara aga atụleela oke ngwa dị elu gafere 4 L/m213,41,74. Ọ dị mkpa ịmara na oke ngwa nwere ike ọ gaghị adị mfe itinye n'ọrụ n'ọhịa site n'echiche akụ na ụba n'ihi ọnụ ahịa metụtara mmiri, njem na itinye nnukwu mmiri. Obere ngwa dị ka 1.62-2 L/m2 nwetakwara ezigbo ike elu nke ruru 190 kPa na TDV gafere 25 m/s. N'ọmụmụ ihe a, ájá ndị e ji MICP dabere na formate gwọọ na-enweghị mmebi urea nwetara ike elu dị elu nke yiri nke e nwetara na ụzọ mmebi urea n'otu oke ngwa (ya bụ, ihe nlele ejiri MICP dabere na formate gwọọ na-enweghị mmebi urea nwekwara ike iru otu oke nke uru ike elu dịka Meng et al., 13, Foto 13a kọrọ) na ọnụego ngwa dị elu. A pụkwara ịhụ na na ọsọ ntinye nke 2 L/m2, mmepụta nke calcium carbonate maka mbelata mbuze ikuku na ọsọ ifufe nke 25 m/s bụ 2.25% maka MICP nke dabere na formate na-enweghị mmebi urea, nke dị nnọọ nso na oke CaCO3 achọrọ (ya bụ, 2.41%) ma e jiri ya tụnyere ájá ndị e ji njikwa MICP gwọọ ya na mmebi urea na otu ọsọ ikuku (25 m/s).
Ya mere, a pụrụ ikwubi site na tebụl a na ụzọ mbibi urea na ụzọ mbibi na-enweghị urea nwere ike inye arụmọrụ a na-anabata nke ọma n'ihe gbasara iguzogide elu na TDV. Isi ihe dị iche bụ na ụzọ mbibi na-enweghị urea enweghị ammonia, ya mere ọ nwere obere mmetụta gburugburu ebe obibi. Na mgbakwunye, usoro MICP nke dabere na formate na-enweghị mbibi urea atụpụtara na ọmụmụ ihe a yiri ka ọ na-arụ ọrụ nke ọma karịa usoro MICP nke dabere na acetate na-enweghị mbibi urea. Ọ bụ ezie na Mohebbi et al. mụrụ usoro MICP nke dabere na acetate na-enweghị mbibi urea, ọmụmụ ihe ha gụnyere ihe atụ na elu dị larịị9. N'ihi oke mbuze dị elu nke sitere na nhazi eddy gburugburu ihe nlele dune na shear sitere na ya, nke na-ebute obere TDV, a na-atụ anya na mbuze ifufe nke ihe nlele dune ga-apụta ìhè karịa nke elu dị larịị n'otu ọsọ ahụ.