nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद। तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा सीमित CSS समर्थन छ। उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई नवीनतम ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड बन्द गर्नुहोस्)। थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, यो साइटमा शैलीहरू वा जाभास्क्रिप्ट समावेश हुनेछैन।
कृषि, मानव स्वास्थ्य, यातायात सञ्जाल र पूर्वाधारमा विनाशकारी प्रभाव पार्ने कारणले गर्दा धुलोको आँधीले विश्वभरका धेरै देशहरूलाई गम्भीर खतरा निम्त्याउँछ। फलस्वरूप, हावाको क्षयलाई विश्वव्यापी समस्या मानिन्छ। हावाको क्षयलाई रोक्नको लागि वातावरणमैत्री दृष्टिकोणहरू मध्ये एक भनेको माइक्रोबियल प्रेरित कार्बोनेट अवक्षेपण (MICP) को प्रयोग हो। यद्यपि, यूरिया-क्षय-आधारित MICP को उप-उत्पादनहरू, जस्तै अमोनिया, ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्दा आदर्श हुँदैनन्। यो अध्ययनले यूरिया उत्पादन नगरी MICP को क्षयको लागि क्याल्सियम ढाँचा ब्याक्टेरियाको दुई सूत्रहरू प्रस्तुत गर्दछ र गैर-अमोनिया-उत्पादक क्याल्सियम एसीटेट ब्याक्टेरियाको दुई सूत्रहरूसँग तिनीहरूको कार्यसम्पादनको व्यापक रूपमा तुलना गर्दछ। विचार गरिएका ब्याक्टेरियाहरू ब्यासिलस सब्टिलिस र ब्यासिलस एमाइलोलिकेफेसियन हुन्। पहिले, CaCO3 गठन नियन्त्रण गर्ने कारकहरूको अनुकूलित मानहरू निर्धारण गरियो। त्यसपछि अनुकूलित सूत्रहरूसँग उपचार गरिएका बालुवाको ढिस्को नमूनाहरूमा हावा सुरुङ परीक्षणहरू गरियो, र हावाको क्षय प्रतिरोध, स्ट्रिपिङ थ्रेसहोल्ड वेग, र बालुवा बमबारी प्रतिरोध मापन गरियो। क्याल्सियम कार्बोनेट (CaCO3) एलोमोर्फहरू अप्टिकल माइक्रोस्कोपी, स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM), र एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण प्रयोग गरेर मूल्याङ्कन गरिएको थियो। क्याल्सियम ढाँचा-आधारित सूत्रहरूले क्याल्सियम कार्बोनेट गठनको सन्दर्भमा एसीटेट-आधारित सूत्रहरू भन्दा उल्लेखनीय रूपमा राम्रो प्रदर्शन गरे। यसको अतिरिक्त, B. subtilis ले B. amyloliquefaciens भन्दा बढी क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादन गर्यो। SEM माइक्रोग्राफहरूले अवसादनको कारणले गर्दा क्याल्सियम कार्बोनेटमा सक्रिय र निष्क्रिय ब्याक्टेरियाको बन्धन र छाप स्पष्ट रूपमा देखाए। सबै सूत्रहरूले हावाको क्षरणलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गरे।
दक्षिणपश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका, पश्चिमी चीन, सहारा अफ्रिका र मध्य पूर्वको धेरैजसो भाग जस्ता सुख्खा र अर्ध-सुक्खा क्षेत्रहरूले सामना गर्ने प्रमुख समस्याको रूपमा वायु क्षयलाई लामो समयदेखि मान्यता दिइएको छ। सुख्खा र अत्यधिक-सुक्खा हावापानीमा कम वर्षाले यी क्षेत्रहरूको ठूलो भागलाई मरुभूमि, बालुवाको ढिस्को र खेती नगरिएको जमिनमा परिणत गरेको छ। निरन्तर वायु क्षयले यातायात सञ्जाल, कृषि भूमि र औद्योगिक भूमि जस्ता पूर्वाधारहरूमा वातावरणीय खतराहरू निम्त्याउँछ, जसले गर्दा यी क्षेत्रहरूमा जीवनयापनको अवस्था खराब हुन्छ र शहरी विकासको उच्च लागत हुन्छ। महत्त्वपूर्ण कुरा, वायु क्षयले यो हुने स्थानलाई मात्र असर गर्दैन, तर दुर्गम समुदायहरूमा स्वास्थ्य र आर्थिक समस्याहरू पनि निम्त्याउँछ किनकि यसले स्रोतबाट टाढाका क्षेत्रहरूमा हावाद्वारा कणहरू ढुवानी गर्दछ।
हावाको क्षरण नियन्त्रण विश्वव्यापी समस्या बनेको छ। हावाको क्षरण नियन्त्रण गर्न माटो स्थिरीकरणका विभिन्न विधिहरू प्रयोग गरिन्छ। यी विधिहरूमा पानीको प्रयोग ७, तेलको मल्च ८, बायोपोलिमर ५, माइक्रोबियल प्रेरित कार्बोनेट अवक्षेपण (MICP) ९, १०, ११, १२ र इन्जाइम प्रेरित कार्बोनेट अवक्षेपण (EICP) १ जस्ता सामग्रीहरू समावेश छन्। माटो भिजाउनु भनेको खेतमा धुलो दमन गर्ने एक मानक विधि हो। यद्यपि, यसको द्रुत वाष्पीकरणले यो विधिलाई सुख्खा र अर्ध-सुक्खा क्षेत्रहरूमा सीमित प्रभावकारिता बनाउँछ। तेल मल्चिंग यौगिकहरूको प्रयोगले बालुवाको एकता र अन्तरकण घर्षण बढाउँछ। तिनीहरूको एकरूप गुणले बालुवाको दानालाई एकसाथ बाँध्छ; यद्यपि, तेलको मल्चले अन्य समस्याहरू पनि खडा गर्छ; तिनीहरूको गाढा रंगले ताप अवशोषण बढाउँछ र बोटबिरुवा र सूक्ष्मजीवहरूको मृत्यु निम्त्याउँछ। तिनीहरूको गन्ध र धुवाँले श्वासप्रश्वास समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ, र सबैभन्दा उल्लेखनीय कुरा, तिनीहरूको उच्च लागत अर्को बाधा हो। बायोपोलिमरहरू हावाको क्षरण कम गर्न हालसालै प्रस्तावित पर्यावरण-मैत्री विधिहरू मध्ये एक हो; तिनीहरू बिरुवाहरू, जनावरहरू र ब्याक्टेरिया जस्ता प्राकृतिक स्रोतहरूबाट निकालिन्छन्। जान्थन गम, ग्वार गम, चिटोसन र जेलन गम इन्जिनियरिङ अनुप्रयोगहरूमा सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने बायोपोलिमरहरू हुन्। यद्यपि, पानीमा घुलनशील बायोपोलिमरहरूले पानीको सम्पर्कमा आउँदा शक्ति गुमाउन सक्छन् र माटोबाट बाहिर निस्कन सक्छन्13,14। कच्चा सडकहरू, पुच्छर पोखरीहरू र निर्माण स्थलहरू सहित विभिन्न अनुप्रयोगहरूको लागि EICP लाई प्रभावकारी धुलो दमन विधिको रूपमा देखाइएको छ। यद्यपि यसको नतिजा उत्साहजनक छ, केही सम्भावित कमजोरीहरूलाई विचार गर्नुपर्छ, जस्तै लागत र न्यूक्लिएसन साइटहरूको अभाव (जसले CaCO3 क्रिस्टलहरूको गठन र वर्षालाई गति दिन्छ15,16)।
MICP लाई पहिलो पटक १९ औं शताब्दीको अन्त्यतिर मरे र इरविन (१८९०) र स्टाइनम्यान (१९०१) ले समुद्री सूक्ष्मजीवहरूद्वारा युरियाको क्षयीकरणको अध्ययनमा वर्णन गरेका थिए। MICP एक प्राकृतिक रूपमा हुने जैविक प्रक्रिया हो जसमा विभिन्न प्रकारका सूक्ष्मजीव गतिविधिहरू र रासायनिक प्रक्रियाहरू समावेश हुन्छन् जसमा क्याल्सियम कार्बोनेट वातावरणमा क्याल्सियम आयनहरूसँग माइक्रोबियल मेटाबोलाइटहरूबाट कार्बोनेट आयनहरूको प्रतिक्रियाद्वारा अवक्षेपित हुन्छ। MICP जसमा युरिया-क्षयकारी नाइट्रोजन चक्र (युरिया-क्षयकारी MICP) समावेश छ, सबैभन्दा सामान्य प्रकारको माइक्रोबियल-प्रेरित कार्बोनेट वर्षा हो, जसमा ब्याक्टेरियाद्वारा उत्पादित युरियाले युरियाको हाइड्रोलिसिसलाई निम्नानुसार उत्प्रेरित गर्दछ:
जैविक नुन अक्सिडेशनको कार्बन चक्र (युरिया डिग्रेडेसन प्रकार बिना MICP) समावेश गर्ने MICP मा, हेटेरोट्रोफिक ब्याक्टेरियाले कार्बोनेट खनिजहरू उत्पादन गर्न ऊर्जा स्रोतको रूपमा एसीटेट, ल्याक्टेट, साइट्रेट, सक्सिनेट, अक्सालेट, मालेट र ग्लाइअक्सिलेट जस्ता जैविक लवणहरू प्रयोग गर्छन्। कार्बन स्रोत र क्याल्सियम आयनहरूको रूपमा क्याल्सियम ल्याक्टेटको उपस्थितिमा, क्याल्सियम कार्बोनेट गठनको रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण (5) मा देखाइएको छ।
MICP प्रक्रियामा, ब्याक्टेरिया कोषहरूले क्याल्सियम कार्बोनेटको अवक्षेपणको लागि विशेष रूपमा महत्त्वपूर्ण न्यूक्लिएसन साइटहरू प्रदान गर्छन्; ब्याक्टेरिया कोषको सतह नकारात्मक रूपमा चार्ज हुन्छ र क्याल्सियम आयनहरू जस्ता द्विभाजक क्याशनहरूको लागि शोषकको रूपमा काम गर्न सक्छ। ब्याक्टेरिया कोषहरूमा क्याल्सियम आयनहरू सोस्दै, जब कार्बोनेट आयन सांद्रता पर्याप्त हुन्छ, क्याल्सियम क्याशनहरू र कार्बोनेट आयनहरूले प्रतिक्रिया गर्छन् र क्याल्सियम कार्बोनेट ब्याक्टेरियाको सतहमा अवक्षेपित हुन्छ29,30। प्रक्रियालाई निम्नानुसार संक्षेप गर्न सकिन्छ31,32:
जैविक रूपमा उत्पन्न क्याल्सियम कार्बोनेट क्रिस्टलहरूलाई तीन प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ: क्याल्साइट, भेटराइट, र एरागोनाइट। तिनीहरूमध्ये, क्याल्साइट र भेटराइट सबैभन्दा सामान्य ब्याक्टेरियाद्वारा प्रेरित क्याल्सियम कार्बोनेट एलोमोर्फहरू हुन्33,34। क्याल्साइट सबैभन्दा थर्मोडायनामिक रूपमा स्थिर क्याल्सियम कार्बोनेट एलोमोर्फ हो35। यद्यपि भेटराइट मेटास्टेबल भएको रिपोर्ट गरिएको छ, यो अन्ततः क्याल्साइटमा परिणत हुन्छ36,37। भेटराइट यी क्रिस्टलहरूमध्ये सबैभन्दा घना हो। यो एक हेक्सागोनल क्रिस्टल हो जसमा यसको ठूलो आकारको कारणले गर्दा अन्य क्याल्सियम कार्बोनेट क्रिस्टलहरू भन्दा राम्रो छिद्र भर्ने क्षमता हुन्छ38। युरिया-डिग्रेडेड र युरिया-डिग्रेडेड MICP दुवैले भेटराइटको वर्षा गराउन सक्छ13,39,40,41।
यद्यपि MICP ले समस्याग्रस्त माटो र हावाको क्षरणको लागि संवेदनशील माटोलाई स्थिर पार्न आशाजनक सम्भावना देखाएको छ42,43,44,45,46,47,48, युरिया हाइड्रोलिसिसको उप-उत्पादनहरू मध्ये एक अमोनिया हो, जसले एक्सपोजरको स्तरमा निर्भर गर्दै हल्का देखि गम्भीर स्वास्थ्य समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ49। यो साइड इफेक्टले यस विशेष प्रविधिको प्रयोगलाई विवादास्पद बनाउँछ, विशेष गरी जब ठूला क्षेत्रहरूलाई उपचार गर्न आवश्यक पर्दछ, जस्तै धुलो दमनको लागि। थप रूपमा, प्रक्रिया उच्च प्रयोग दर र ठूलो मात्रामा गरिन्छ भने अमोनियाको गन्ध असहनीय हुन्छ, जसले यसको व्यावहारिक उपयोगितालाई असर गर्न सक्छ। यद्यपि हालैका अध्ययनहरूले देखाएका छन् कि अमोनियम आयनहरूलाई स्ट्रुवाइट जस्ता अन्य उत्पादनहरूमा रूपान्तरण गरेर कम गर्न सकिन्छ, यी विधिहरूले अमोनियम आयनहरूलाई पूर्ण रूपमा हटाउँदैनन्50। त्यसकारण, अमोनियम आयनहरू उत्पन्न नगर्ने वैकल्पिक समाधानहरू अन्वेषण गर्न अझै पनि आवश्यक छ। MICP को लागि गैर-यूरिया क्षरण मार्गहरूको प्रयोगले हावाको क्षरण न्यूनीकरणको सन्दर्भमा खराब रूपमा अन्वेषण गरिएको सम्भावित समाधान प्रदान गर्न सक्छ। फत्ताही एट अल। क्याल्सियम एसीटेट र ब्यासिलस मेगाटेरियम41 प्रयोग गरेर युरिया-मुक्त MICP डिग्रेडेसनको अनुसन्धान गरियो, जबकि मोहेब्बी एट अलले क्याल्सियम एसीटेट र ब्यासिलस एमाइलोलिकफेसिएन्स9 प्रयोग गरे। यद्यपि, उनीहरूको अध्ययनलाई अन्य क्याल्सियम स्रोतहरू र हेटेरोट्रोफिक ब्याक्टेरियासँग तुलना गरिएको थिएन जसले अन्ततः हावाको क्षय प्रतिरोधलाई सुधार गर्न सक्छ। हावाको क्षय न्यूनीकरणमा युरिया-मुक्त डिग्रेडेसन मार्गहरूसँग युरिया डिग्रेडेसन मार्गहरूको तुलना गर्ने साहित्यको पनि अभाव छ।
यसको अतिरिक्त, धेरैजसो हावाको क्षरण र धुलो नियन्त्रण अध्ययनहरू समतल सतहहरू भएको माटोको नमूनाहरूमा सञ्चालन गरिएको छ। १,५१,५२,५३ यद्यपि, पहाड र खाल्डाखुल्डीहरू भन्दा समतल सतहहरू प्रकृतिमा कम सामान्य छन्। यही कारणले गर्दा मरुभूमि क्षेत्रहरूमा बालुवाका ढिस्काहरू सबैभन्दा सामान्य भूदृश्य विशेषता हुन्।
माथि उल्लेखित कमजोरीहरूलाई हटाउनको लागि, यस अध्ययनले गैर-अमोनिया उत्पादन गर्ने ब्याक्टेरिया एजेन्टहरूको नयाँ सेट परिचय गराउने लक्ष्य राखेको थियो। यस उद्देश्यका लागि, हामीले गैर-यूरिया घटाउने MICP मार्गहरू विचार गर्यौं। दुई क्याल्सियम स्रोतहरू (क्याल्सियम ढाँचा र क्याल्सियम एसीटेट) को दक्षताको अनुसन्धान गरिएको थियो। लेखकहरूको ज्ञान अनुसार, दुई क्याल्सियम स्रोत र ब्याक्टेरिया संयोजनहरू (जस्तै क्याल्सियम ढाँचा-ब्यासिलस सब्टिलिस र क्याल्सियम ढाँचा-ब्यासिलस एमाइलोलिकेफेसियन्स) प्रयोग गरेर कार्बोनेट अवक्षेपणको अघिल्लो अध्ययनहरूमा अनुसन्धान गरिएको छैन। यी ब्याक्टेरियाहरूको छनोट तिनीहरूले उत्पादन गर्ने इन्जाइमहरूमा आधारित थियो जसले क्याल्सियम ढाँचा र क्याल्सियम एसीटेटको अक्सिडेशनलाई माइक्रोबियल कार्बोनेट अवक्षेपण बनाउन उत्प्रेरित गर्दछ। हामीले pH, ब्याक्टेरिया र क्याल्सियम स्रोतहरूको प्रकार र तिनीहरूको सांद्रता, ब्याक्टेरियाको क्याल्सियम स्रोत समाधान र उपचार समयको अनुपात जस्ता इष्टतम कारकहरू फेला पार्न एक विस्तृत प्रयोगात्मक अध्ययन डिजाइन गर्यौं। अन्तमा, क्याल्सियम कार्बोनेट वर्षा मार्फत हावाको क्षयलाई दबाउन ब्याक्टेरिया एजेन्टहरूको यस सेटको प्रभावकारिता बालुवाको क्षय परिमाण, थ्रेसहोल्ड ब्रेकअवे वेग र बालुवाको हावा बमबारी प्रतिरोध निर्धारण गर्न बालुवाको ढिस्कोमा हावा सुरुङ परीक्षणहरूको श्रृंखला सञ्चालन गरेर अनुसन्धान गरियो, र पेनेट्रोमिटर मापन र माइक्रोस्ट्रक्चरल अध्ययनहरू (जस्तै एक्स-रे विवर्तन (XRD) विश्लेषण र स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM)) पनि प्रदर्शन गरियो।
क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादन गर्न क्याल्सियम आयनहरू र कार्बोनेट आयनहरू आवश्यक पर्दछ। क्याल्सियम आयनहरू विभिन्न क्याल्सियम स्रोतहरू जस्तै क्याल्सियम क्लोराइड, क्याल्सियम हाइड्रोक्साइड, र स्किम मिल्क पाउडरबाट प्राप्त गर्न सकिन्छ54,55। कार्बोनेट आयनहरू विभिन्न माइक्रोबियल विधिहरू जस्तै युरिया हाइड्रोलिसिस र जैविक पदार्थको एरोबिक वा एनारोबिक अक्सिडेशन द्वारा उत्पादन गर्न सकिन्छ56। यस अध्ययनमा, कार्बोनेट आयनहरू ढाँचा र एसीटेटको अक्सिडेशन प्रतिक्रियाबाट प्राप्त गरिएको थियो। थप रूपमा, हामीले शुद्ध क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादन गर्न ढाँचा र एसीटेटको क्याल्सियम लवणहरू प्रयोग गर्यौं, यसरी केवल CO2 र H2O उप-उत्पादनको रूपमा प्राप्त गरियो। यस प्रक्रियामा, केवल एक पदार्थले क्याल्सियम स्रोत र कार्बोनेट स्रोतको रूपमा काम गर्दछ, र कुनै अमोनिया उत्पादन हुँदैन। यी विशेषताहरूले क्याल्सियम स्रोत र कार्बोनेट उत्पादन विधिलाई हामीले धेरै आशाजनक मानेका छौं।
क्याल्सियम ढाँचा र क्याल्सियम एसीटेटको क्याल्सियम कार्बोनेट बनाउनको लागि हुने सम्बन्धित प्रतिक्रियाहरू सूत्रहरू (७)-(१४) मा देखाइएको छ। सूत्रहरू (७)-(११) ले देखाउँछ कि क्याल्सियम ढाँचा पानीमा घुलेर फर्मिक एसिड वा फर्मेट बनाउँछ। यसरी घोल नि:शुल्क क्याल्सियम र हाइड्रोक्साइड आयनहरूको स्रोत हो (सूत्र ८ र ९)। फर्मिक एसिडको अक्सिडेशनको परिणामस्वरूप, फर्मिक एसिडमा रहेका कार्बन परमाणुहरू कार्बन डाइअक्साइडमा परिणत हुन्छन् (सूत्र १०)। क्याल्सियम कार्बोनेट अन्ततः बन्छ (सूत्र ११ र १२)।
त्यस्तै गरी, क्याल्सियम कार्बोनेट क्याल्सियम एसीटेट (समीकरण १३-१५) बाट बन्छ, बाहेक एसिटिक एसिड वा एसीटेट फर्मिक एसिडको सट्टा बन्छ।
इन्जाइमहरूको उपस्थिति बिना, कोठाको तापक्रममा एसीटेट र ढाँचालाई अक्सिडाइज गर्न सकिँदैन। FDH (फॉर्मेट डिहाइड्रोजनेज) र CoA (कोएन्जाइम A) ले क्रमशः कार्बन डाइअक्साइड बनाउन ढाँचा र एसीटेटको अक्सिडेशनलाई उत्प्रेरित गर्छन् (समीकरण १६, १७) ५७, ५८, ५९। विभिन्न ब्याक्टेरियाहरू यी इन्जाइमहरू उत्पादन गर्न सक्षम छन्, र हेटेरोट्रोफिक ब्याक्टेरियाहरू, अर्थात् ब्यासिलस सब्टिलिस (PTCC #१२०४ (पर्शियन टाइप कल्चर कलेक्शन), जसलाई NCIMB #१३०६१ (ब्याक्टेरिया, खमीर, फेज, प्लाज्मिड, बिरुवाको बीउ र बिरुवाको कोष तन्तु संस्कृतिहरूको अन्तर्राष्ट्रिय संग्रह)) र ब्यासिलस एमाइलोलिकेफेसियन्स (PTCC #१७३२, NCIMB #१२०७७) पनि भनिन्छ, यस अध्ययनमा प्रयोग गरिएको थियो। यी ब्याक्टेरियाहरूलाई मासु पेप्टोन (५ ग्राम/लिटर) र मासुको अर्क (३ ग्राम/लिटर) भएको माध्यममा कल्चर गरिएको थियो, जसलाई पोषक तत्व ब्रोथ (NBR) (१०५४४३ मर्क) भनिन्छ।
यसरी, दुई क्याल्सियम स्रोतहरू र दुई ब्याक्टेरियाहरू प्रयोग गरेर क्याल्सियम कार्बोनेट अवक्षेपण उत्प्रेरित गर्न चार सूत्रहरू तयार पारियो: क्याल्सियम ढाँचा र ब्यासिलस सब्टिलिस (FS), क्याल्सियम ढाँचा र ब्यासिलस एमाइलोलिकफेसियन्स (FA), क्याल्सियम एसीटेट र ब्यासिलस सब्टिलिस (AS), र क्याल्सियम एसीटेट र ब्यासिलस एमाइलोलिकफेसियन्स (AA)।
प्रयोगात्मक डिजाइनको पहिलो भागमा, अधिकतम क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादन प्राप्त गर्ने इष्टतम संयोजन निर्धारण गर्न परीक्षणहरू सञ्चालन गरिएको थियो। माटोको नमूनाहरूमा क्याल्सियम कार्बोनेट भएको हुनाले, विभिन्न संयोजनहरूद्वारा उत्पादित CaCO3 लाई सही रूपमा मापन गर्न प्रारम्भिक मूल्याङ्कन परीक्षणहरूको सेट डिजाइन गरिएको थियो, र कल्चर माध्यम र क्याल्सियम स्रोत समाधानहरूको मिश्रणहरूको मूल्याङ्कन गरिएको थियो। माथि परिभाषित क्याल्सियम स्रोत र ब्याक्टेरिया समाधानको प्रत्येक संयोजनको लागि (FS, FA, AS, र AA), अनुकूलन कारकहरू (क्याल्सियम स्रोत सांद्रता, उपचार समय, घोलको अप्टिकल घनत्व (OD) द्वारा मापन गरिएको ब्याक्टेरिया समाधान एकाग्रता, क्याल्सियम स्रोत देखि ब्याक्टेरिया समाधान अनुपात, र pH) निम्न खण्डहरूमा वर्णन गरिएको बालुवाको ढिस्को उपचार हावा सुरुङ परीक्षणहरूमा व्युत्पन्न र प्रयोग गरिएको थियो।
प्रत्येक संयोजनको लागि, CaCO3 वर्षाको प्रभावको अध्ययन गर्न र विभिन्न कारकहरू, जस्तै क्याल्सियम स्रोत सांद्रता, उपचार समय, ब्याक्टेरिया OD मान, क्याल्सियम स्रोत ब्याक्टेरिया घोल अनुपात र जैविक पदार्थको एरोबिक अक्सिडेशनको समयमा pH मूल्याङ्कन गर्न १५० प्रयोगहरू सञ्चालन गरिएको थियो (तालिका १)। छिटो वृद्धि प्राप्त गर्नको लागि अनुकूलित प्रक्रियाको लागि pH दायरा ब्यासिलस सब्टिलिस र ब्यासिलस एमाइलोलिकेफेसियन्सको वृद्धि वक्रहरूको आधारमा चयन गरिएको थियो। यो परिणाम खण्डमा थप विवरणमा व्याख्या गरिएको छ।
अनुकूलन चरणको लागि नमूनाहरू तयार गर्न निम्न चरणहरू प्रयोग गरिएको थियो। MICP घोल पहिले कल्चर माध्यमको प्रारम्भिक pH समायोजन गरेर तयार गरिएको थियो र त्यसपछि १५ मिनेटको लागि १२१ °C मा अटोक्लेभ गरिएको थियो। त्यसपछि स्ट्रेनलाई ल्यामिनार हावा प्रवाहमा खोप लगाइएको थियो र ३० °C र १८० rpm मा हल्लाउने इन्क्यूबेटरमा राखिएको थियो। ब्याक्टेरियाको OD इच्छित स्तरमा पुगेपछि, यसलाई इच्छित अनुपातमा क्याल्सियम स्रोत घोलसँग मिसाइएको थियो (चित्र १a)। MICP घोललाई लक्षित मानमा पुग्ने समयको लागि २२० rpm र ३० °C मा हल्लाउने इन्क्यूबेटरमा प्रतिक्रिया गर्न र ठोस हुन अनुमति दिइएको थियो। अवक्षेपित CaCO3 लाई ६००० ग्राममा ५ मिनेटको लागि केन्द्रापसार पछि अलग गरिएको थियो र त्यसपछि क्याल्सिमिटर परीक्षणको लागि नमूनाहरू तयार गर्न ४० °C मा सुकाइएको थियो (चित्र १b)। त्यसपछि बर्नार्ड क्याल्सिमिटर प्रयोग गरेर CaCO3 को वर्षा मापन गरिएको थियो, जहाँ CaCO3 पाउडरले CO2 उत्पादन गर्न 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) सँग प्रतिक्रिया गर्दछ, र यो ग्यासको आयतन CaCO3 सामग्रीको मापन हो (चित्र 1c)। CO2 को आयतनलाई CaCO3 सामग्रीमा रूपान्तरण गर्न, शुद्ध CaCO3 पाउडरलाई 1 N HCl ले धोएर र विकसित CO2 विरुद्ध प्लट गरेर क्यालिब्रेसन वक्र उत्पन्न गरिएको थियो। SEM इमेजिङ र XRD विश्लेषण प्रयोग गरेर अवक्षेपित CaCO3 पाउडरको आकारविज्ञान र शुद्धताको अनुसन्धान गरिएको थियो। ब्याक्टेरिया वरिपरि क्याल्सियम कार्बोनेटको गठन, बनेको क्याल्सियम कार्बोनेटको चरण र ब्याक्टेरियाको गतिविधि अध्ययन गर्न 1000 को म्याग्निफिकेसन भएको अप्टिकल माइक्रोस्कोप प्रयोग गरिएको थियो।
देजेघ बेसिन इरानको दक्षिणपश्चिमी फार्स प्रान्तको एक प्रसिद्ध अत्यधिक क्षय क्षेत्र हो, र अनुसन्धानकर्ताहरूले यस क्षेत्रबाट हावाले क्षय भएको माटोको नमूनाहरू सङ्कलन गरे। अध्ययनको लागि माटोको सतहबाट नमूनाहरू लिइएको थियो। माटोको नमूनाहरूमा सूचक परीक्षणहरूले देखाए कि माटो माटोको साथ राम्रोसँग क्रमबद्ध गरिएको बलौटे माटो थियो र एकीकृत माटो वर्गीकरण प्रणाली (USC) (चित्र २a) अनुसार SP-SM को रूपमा वर्गीकृत गरिएको थियो। XRD विश्लेषणले देखायो कि देजेघ माटो मुख्यतया क्याल्साइट र क्वार्ट्जबाट बनेको थियो (चित्र २b)। यसको अतिरिक्त, EDX विश्लेषणले देखायो कि अल, के, र फे जस्ता अन्य तत्वहरू पनि सानो अनुपातमा उपस्थित थिए।
हावाको क्षरण परीक्षणको लागि प्रयोगशालाका ढिस्कोहरू तयार गर्न, माटोलाई १७० मिमीको उचाइबाट १० मिमी व्यासको फनेल मार्फत कडा सतहमा कुचलियो, जसको परिणामस्वरूप ६० मिमी उचाइ र २१० मिमी व्यासको सामान्य ढिस्को बन्यो। प्रकृतिमा, सबैभन्दा कम घनत्वको बालुवाको ढिस्को एओलियन प्रक्रियाहरूद्वारा बनाइन्छ। त्यसैगरी, माथिको प्रक्रिया प्रयोग गरेर तयार पारिएको नमूनामा सबैभन्दा कम सापेक्षिक घनत्व, γ = १४.१४ kN/m³ थियो, जसले लगभग २९.७° को आराम कोणको साथ तेर्सो सतहमा जम्मा गरिएको बालुवाको शंकु बनाउँछ।
अघिल्लो खण्डमा प्राप्त गरिएको इष्टतम MICP घोललाई १, २ र ३ lm-२ को प्रयोग दरमा ढिस्कोको ढलानमा छर्किएको थियो र त्यसपछि नमूनाहरूलाई ३० डिग्री सेल्सियस (चित्र ३) मा ९ दिन (अर्थात् इष्टतम उपचार समय) को लागि इन्क्यूबेटरमा भण्डारण गरिएको थियो र त्यसपछि हावा सुरुङ परीक्षणको लागि बाहिर निकालिएको थियो।
प्रत्येक उपचारको लागि, चार नमूनाहरू तयार पारिएको थियो, एउटा पेनेट्रोमिटर प्रयोग गरेर क्याल्सियम कार्बोनेट सामग्री र सतहको शक्ति मापन गर्नको लागि, र बाँकी तीन नमूनाहरू तीन फरक वेगमा क्षरण परीक्षणको लागि प्रयोग गरिएको थियो। हावा सुरुङ परीक्षणहरूमा, क्षरणको मात्रा फरक हावा गतिमा निर्धारण गरिएको थियो, र त्यसपछि प्रत्येक उपचार नमूनाको लागि थ्रेसहोल्ड ब्रेकअवे वेग हावा गति बनाम क्षरण मात्राको प्लट प्रयोग गरेर निर्धारण गरिएको थियो। हावा क्षरण परीक्षणहरूको अतिरिक्त, उपचार गरिएका नमूनाहरूलाई बालुवा बमबारी (अर्थात्, जम्पिङ प्रयोगहरू) को अधीनमा राखिएको थियो। यस उद्देश्यका लागि २ र ३ L m−२ को आवेदन दरमा दुई थप नमूनाहरू तयार पारिएको थियो। बालुवा बमबारी परीक्षण १५ मिनेटसम्म चल्यो जसको प्रवाह १२० gm−१ थियो, जुन अघिल्लो अध्ययनहरूमा चयन गरिएका मानहरूको दायरा भित्र छ60,61,62। घर्षण नोजल र टिब्बा आधार बीचको तेर्सो दूरी ८०० मिमी थियो, जुन सुरुङको तलबाट १०० मिमी माथि अवस्थित थियो। यो स्थिति यसरी सेट गरिएको थियो कि लगभग सबै जम्पिङ बालुवा कणहरू टिब्बामा खसे।
हावा सुरुङ परीक्षण ८ मिटर लम्बाइ, ०.४ मिटर चौडाइ र १ मिटर उचाइ भएको खुला हावा सुरुङमा गरिएको थियो (चित्र ४क)। हावा सुरुङ ग्याल्भेनाइज्ड स्टील पानाबाट बनेको छ र २५ मिटर/सेकेन्डसम्म हावाको गति उत्पन्न गर्न सक्छ। यसको अतिरिक्त, फ्यानको आवृत्ति समायोजन गर्न र लक्षित हावाको गति प्राप्त गर्न बिस्तारै आवृत्ति बढाउन फ्रिक्वेन्सी कन्भर्टर प्रयोग गरिन्छ। चित्र ४ख ले हावाले क्षय गरेको बालुवाको ढिस्को र हावाको सुरुङमा मापन गरिएको हावाको गति प्रोफाइलको योजनाबद्ध रेखाचित्र देखाउँछ।
अन्तमा, यस अध्ययनमा प्रस्तावित गैर-यूरियालिटिक MICP सूत्रीकरणको नतिजालाई युरियालिटिक MICP नियन्त्रण परीक्षणको नतिजासँग तुलना गर्न, टिब्बाको नमूनाहरू पनि तयार पारियो र युरिया, क्याल्सियम क्लोराइड र स्पोरोसार्सिना पेस्टुरी भएको जैविक घोलले उपचार गरियो (किनकि स्पोरोसार्सिना पेस्टुरीमा युरियाज उत्पादन गर्ने महत्त्वपूर्ण क्षमता छ63)। ब्याक्टेरियाको घोलको अप्टिकल घनत्व 1.5 थियो, र युरिया र क्याल्सियम क्लोराइडको सांद्रता 1 M थियो (अघिल्लो अध्ययनहरूमा सिफारिस गरिएका मानहरूको आधारमा चयन गरिएको थियो36,64,65)। कल्चर माध्यममा पोषक तत्व ब्रोथ (8 g/L) र युरिया (20 g/L) समावेश थियो। ब्याक्टेरियाको घोललाई टिब्बाको सतहमा स्प्रे गरिएको थियो र ब्याक्टेरियाको जोडको लागि 24 घण्टाको लागि छोडिएको थियो। जोडिएको 24 घण्टा पछि, सिमेन्टिङ घोल (क्याल्सियम क्लोराइड र युरिया) छर्किएको थियो। युरियालिटिक MICP नियन्त्रण परीक्षणलाई यसपछि UMC भनिन्छ। यूरियालिटिक र गैर-यूरियालिटिक उपचार गरिएको माटोको नमूनाहरूको क्याल्सियम कार्बोनेट सामग्री चोई एट अल द्वारा प्रस्तावित प्रक्रिया अनुसार धुलाई गरेर प्राप्त गरिएको थियो।66
चित्र ५ ले ५ देखि १० को प्रारम्भिक pH दायरा भएको कल्चर माध्यम (पोषक घोल) मा ब्यासिलस एमाइलोलिकफेसियन्स र ब्यासिलस सब्टिलिसको वृद्धि वक्र देखाउँछ। चित्रमा देखाइए अनुसार, ब्यासिलस एमाइलोलिकफेसियन्स र ब्यासिलस सब्टिलिस क्रमशः pH ६-८ र ७-९ मा छिटो बढे। त्यसकारण, यो pH दायरा अनुकूलन चरणमा अपनाइएको थियो।
पोषक तत्व माध्यमको विभिन्न प्रारम्भिक pH मानहरूमा (a) Bacillus amyloliquefaciens र (b) Bacillus subtilis को वृद्धि वक्र।
चित्र ६ ले बर्नार्ड लाइममिटरमा उत्पादन हुने कार्बन डाइअक्साइडको मात्रा देखाउँछ, जसले अवक्षेपित क्याल्सियम कार्बोनेट (CaCO3) लाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। प्रत्येक संयोजनमा एउटा कारक निश्चित गरिएको र अन्य कारकहरू फरक-फरक भएको हुनाले, यी ग्राफहरूमा प्रत्येक बिन्दुले प्रयोगहरूको सेटमा कार्बन डाइअक्साइडको अधिकतम मात्रासँग मेल खान्छ। चित्रमा देखाइएझैं, क्याल्सियम स्रोतको सांद्रता बढ्दै जाँदा, क्याल्सियम कार्बोनेटको उत्पादन बढ्यो। त्यसकारण, क्याल्सियम स्रोतको सांद्रताले क्याल्सियम कार्बोनेटको उत्पादनलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ। क्याल्सियम स्रोत र कार्बन स्रोत समान भएकाले (अर्थात्, क्याल्सियम ढाँचा र क्याल्सियम एसीटेट), जति धेरै क्याल्सियम आयनहरू निस्कन्छन्, त्यति नै धेरै क्याल्सियम कार्बोनेट बन्छन् (चित्र ६a)। AS र AA सूत्रहरूमा, ९ दिन पछि अवक्षेपणको मात्रा लगभग अपरिवर्तित नभएसम्म बढ्दो उपचार समयसँगै क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादन बढ्दै गयो। FA सूत्रीकरणमा, उपचार समय ६ दिन नाघेपछि क्याल्सियम कार्बोनेट गठनको दर घट्यो। अन्य सूत्रीकरणहरूको तुलनामा, सूत्रीकरण FS ले ३ दिन पछि अपेक्षाकृत कम क्याल्सियम कार्बोनेट गठन दर देखायो (चित्र ६b)। FA र FS सूत्रहरूमा, कुल क्याल्सियम कार्बोनेट उत्पादनको ७०% र ८७% तीन दिन पछि प्राप्त भयो, जबकि AA र AS सूत्रहरूमा, यो अनुपात क्रमशः लगभग ४६% र ४५% मात्र थियो। यसले संकेत गर्दछ कि एसीटेट-आधारित सूत्रको तुलनामा प्रारम्भिक चरणमा फर्मिक एसिड-आधारित सूत्रमा CaCO3 गठन दर उच्च हुन्छ। यद्यपि, बढ्दो उपचार समयसँगै गठन दर सुस्त हुन्छ। चित्र ६c बाट यो निष्कर्ष निकाल्न सकिन्छ कि OD1 भन्दा माथि ब्याक्टेरियाको सांद्रतामा पनि, क्याल्सियम कार्बोनेट गठनमा कुनै महत्त्वपूर्ण योगदान छैन।
बर्नार्ड क्याल्सिमिटरद्वारा मापन गरिएको CO2 को मात्रा (र सम्बन्धित CaCO3 सामग्री) मा परिवर्तन (a) क्याल्सियम स्रोत सांद्रता, (b) सेटिङ समय, (c) OD, (d) प्रारम्भिक pH, (e) क्याल्सियम स्रोत र ब्याक्टेरियाको घोलको अनुपात (प्रत्येक सूत्रीकरणको लागि); र (f) क्याल्सियम स्रोत र ब्याक्टेरियाको प्रत्येक संयोजनको लागि उत्पादित क्याल्सियम कार्बोनेटको अधिकतम मात्राको कार्यको रूपमा।
माध्यमको प्रारम्भिक pH को प्रभावको सन्दर्भमा, चित्र 6d ले देखाउँछ कि FA र FS को लागि, CaCO3 उत्पादन pH 7 मा अधिकतम मानमा पुग्यो। यो अवलोकन अघिल्लो अध्ययनहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ कि FDH इन्जाइमहरू pH 7-6.7 मा सबैभन्दा स्थिर हुन्छन्। यद्यपि, AA र AS को लागि, pH 7 भन्दा बढी हुँदा CaCO3 वर्षा बढ्यो। अघिल्ला अध्ययनहरूले पनि CoA इन्जाइम गतिविधिको लागि इष्टतम pH दायरा 8 देखि 9.2-6.8 सम्म रहेको देखाएको छ। CoA इन्जाइम गतिविधि र B. amyloliquefaciens वृद्धिको लागि इष्टतम pH दायराहरू क्रमशः (8-9.2) र (6-8) छन् भन्ने कुरालाई ध्यानमा राख्दै (चित्र 5a), AA सूत्रीकरणको इष्टतम pH 8 हुने अपेक्षा गरिएको छ, र दुई pH दायराहरू ओभरल्याप हुन्छन्। यो तथ्य प्रयोगहरूद्वारा पुष्टि गरिएको थियो, जस्तै चित्र 6d मा देखाइएको छ। B. subtilis वृद्धिको लागि इष्टतम pH 7-9 (चित्र 5b) र CoA इन्जाइम गतिविधिको लागि इष्टतम pH 8-9.2 भएकोले, अधिकतम CaCO3 वर्षा उपज 8-9 को pH दायरामा हुने अपेक्षा गरिएको छ, जुन चित्र 6d द्वारा पुष्टि गरिएको छ (अर्थात्, इष्टतम वर्षा pH 9 हो)। चित्र 6e मा देखाइएका नतिजाहरूले एसीटेट र ढाँचा समाधान दुवैको लागि क्याल्सियम स्रोत समाधान र ब्याक्टेरिया समाधानको इष्टतम अनुपात 1 हो भनेर संकेत गर्दछ। तुलनाको लागि, विभिन्न सूत्रहरू (जस्तै, AA, AS, FA, र FS) को प्रदर्शन विभिन्न अवस्थाहरू (जस्तै, क्याल्सियम स्रोत सांद्रता, उपचार समय, OD, क्याल्सियम स्रोत देखि ब्याक्टेरिया समाधान अनुपात, र प्रारम्भिक pH) अन्तर्गत अधिकतम CaCO3 उत्पादनको आधारमा मूल्याङ्कन गरिएको थियो। अध्ययन गरिएका सूत्रहरू मध्ये, सूत्रीकरण FS मा उच्चतम CaCO3 उत्पादन थियो, जुन सूत्रीकरण AA (चित्र 6f) को लगभग तीन गुणा थियो। दुवै क्याल्सियम स्रोतहरूको लागि चार ब्याक्टेरिया-मुक्त नियन्त्रण प्रयोगहरू सञ्चालन गरिएका थिए र 30 दिन पछि कुनै CaCO3 वर्षा अवलोकन गरिएको थिएन।
सबै सूत्रहरूको अप्टिकल माइक्रोस्कोपी छविहरूले देखाएको छ कि भ्याटराइट मुख्य चरण थियो जसमा क्याल्सियम कार्बोनेट गठन भएको थियो (चित्र ७)। भ्याटराइट क्रिस्टलहरू गोलाकार आकारका थिए69,70,71। ब्याक्टेरिया कोषहरूको सतह नकारात्मक रूपमा चार्ज भएकोले र द्विभाजक क्याशनहरूको लागि शोषकको रूपमा काम गर्न सक्ने भएकोले क्याल्सियम कार्बोनेट ब्याक्टेरिया कोषहरूमा अवक्षेपित भएको पाइयो। यस अध्ययनमा सूत्रीकरण FS लाई उदाहरणको रूपमा लिँदा, २४ घण्टा पछि, केही ब्याक्टेरिया कोषहरूमा क्याल्सियम कार्बोनेट बन्न थाल्यो (चित्र ७a), र ४८ घण्टा पछि, क्याल्सियम कार्बोनेटले लेपित ब्याक्टेरिया कोषहरूको संख्या उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो। थप रूपमा, चित्र ७b मा देखाइए अनुसार, भ्याटराइट कणहरू पनि पत्ता लगाउन सकिन्छ। अन्ततः, ७२ घण्टा पछि, ठूलो संख्यामा ब्याक्टेरिया भ्याटराइट क्रिस्टलहरूद्वारा बाँधिएको देखिन्थ्यो, र भ्याटराइट कणहरूको संख्या उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो (चित्र ७c)।
समयसँगै FS संरचनाहरूमा CaCO3 वर्षाको अप्टिकल माइक्रोस्कोपी अवलोकनहरू: (a) 24, (b) 48 र (c) 72 घण्टा।
अवक्षेपित चरणको आकारविज्ञानको थप अनुसन्धान गर्न, पाउडरहरूको एक्स-रे विवर्तन (XRD) र SEM विश्लेषणहरू गरियो। XRD स्पेक्ट्रा (चित्र 8a) र SEM माइक्रोग्राफहरू (चित्र 8b, c) ले भ्याटराइट क्रिस्टलहरूको उपस्थिति पुष्टि गर्‍यो, किनकि तिनीहरूको आकार सलाद जस्तो थियो र भ्याटराइट चुचुराहरू र अवक्षेपित चुचुराहरू बीचको पत्राचार अवलोकन गरिएको थियो।
(क) बनेको CaCO3 र भ्याटराइटको एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्राको तुलना। क्रमशः (ख) १ kHz र (ग) ५.२७ kHz म्याग्निफिकेसनमा भ्याटराइटको SEM माइक्रोग्राफहरू।
हावा सुरुङ परीक्षणको नतिजा चित्र ९क, ख मा देखाइएको छ। चित्र ९क बाट देख्न सकिन्छ कि उपचार नगरिएको बालुवाको थ्रेसहोल्ड इरोसन वेग (TDV) लगभग ४.३२ m/s छ। १ l/m² को प्रयोग दरमा (चित्र ९क), FA, FS, AA र UMC अंशहरूको लागि माटो क्षति दर रेखाहरूको ढलानहरू उपचार नगरिएको टिब्बाको लागि लगभग समान छन्। यसले संकेत गर्दछ कि यस अनुप्रयोग दरमा उपचार अप्रभावी छ र हावाको गति TDV भन्दा बढी हुने बित्तिकै, पातलो माटोको क्रस्ट गायब हुन्छ र टिब्बाको कटान दर उपचार नगरिएको टिब्बाको लागि जस्तै हुन्छ। अंश AS को क्षरण ढलान पनि कम abscissas (अर्थात् TDV) भएका अन्य अंशहरूको भन्दा कम छ (चित्र ९क)। चित्र ९ख मा तीरहरूले संकेत गर्दछ कि २५ m/s को अधिकतम हावा गतिमा, २ र ३ l/m² को प्रयोग दरमा उपचार गरिएका टिब्बामा कुनै क्षरण भएको छैन। अर्को शब्दमा भन्नुपर्दा, FS, FA, AS र UMC का लागि, टिब्बाहरू अधिकतम हावा गति (अर्थात् २५ m/s) भन्दा २ र ३ l/m² को आवेदन दरमा CaCO³ निक्षेपणबाट हुने हावाको क्षरणको लागि बढी प्रतिरोधी थिए। यसरी, यी परीक्षणहरूमा प्राप्त २५ m/s को TDV मान चित्र ९b मा देखाइएको आवेदन दरहरूको लागि तल्लो सीमा हो, AA को मामला बाहेक, जहाँ TDV अधिकतम हावा सुरुङ गतिको लगभग बराबर छ।
हावाको क्षरण परीक्षण (क) तौल घटाउने बनाम हावाको गति (प्रयोग दर १ लिटर/वर्गमिटर), (ख) थ्रेसहोल्ड फाट्ने गति बनाम प्रयोग दर र सूत्रीकरण (क्याल्सियम एसीटेटको लागि CA, क्याल्सियम ढाँचाको लागि CF)।
चित्र १० ले बालुवा बमबारी परीक्षण पछि विभिन्न सूत्रहरू र प्रयोग दरहरूसँग उपचार गरिएका बालुवाका ढिस्कोहरूको सतह क्षरण देखाउँछ र मात्रात्मक परिणामहरू चित्र ११ मा देखाइएको छ। उपचार नगरिएको केस देखाइएको छैन किनभने यसले कुनै प्रतिरोध देखाएको छैन र बालुवा बमबारी परीक्षणको क्रममा पूर्ण रूपमा क्षरण भएको थियो (कुल द्रव्यमान हानि)। चित्र ११ बाट यो स्पष्ट छ कि जैविक संरचना AA सँग उपचार गरिएको नमूनाले २ l/m2 को प्रयोग दरमा आफ्नो तौलको ८३.५% गुमायो जबकि अन्य सबै नमूनाहरूले बालुवा बमबारी प्रक्रियाको क्रममा ३०% भन्दा कम क्षरण देखाए। जब ​​आवेदन दर ३ l/m2 मा बढाइयो, सबै उपचार गरिएका नमूनाहरूले आफ्नो तौलको २५% भन्दा कम गुमाए। दुवै आवेदन दरहरूमा, कम्पाउन्ड FS ले बालुवा बमबारी प्रति उत्तम प्रतिरोध देखायो। FS र AA उपचार गरिएका नमूनाहरूमा अधिकतम र न्यूनतम बमबारी प्रतिरोध तिनीहरूको अधिकतम र न्यूनतम CaCO3 वर्षा (चित्र ६f) लाई श्रेय दिन सकिन्छ।
२ र ३ l/m2 को प्रवाह दरमा विभिन्न संरचनाका बालुवाका ढिस्कोहरूमा बमबारीका परिणामहरू (तीरहरूले हावाको दिशा जनाउँछन्, क्रसहरूले रेखाचित्रको समतलमा लम्बवत हावाको दिशा जनाउँछन्)।
चित्र १२ मा देखाइए अनुसार, आवेदन दर १ L/m² बाट ३ L/m² सम्म बढ्दै जाँदा सबै सूत्रहरूको क्याल्सियम कार्बोनेट सामग्री बढ्यो। थप रूपमा, सबै आवेदन दरहरूमा, उच्चतम क्याल्सियम कार्बोनेट सामग्री भएको सूत्र FS थियो, त्यसपछि FA र UMC थिए। यसले सुझाव दिन्छ कि यी सूत्रहरूमा उच्च सतह प्रतिरोध हुन सक्छ।
चित्र १३a ले परमिटर परीक्षणद्वारा मापन गरिएको उपचार नगरिएको, नियन्त्रण गरिएको र उपचार गरिएको माटोको नमूनाहरूको सतह प्रतिरोधमा परिवर्तन देखाउँछ। यस चित्रबाट, यो स्पष्ट हुन्छ कि UMC, AS, FA र FS सूत्रहरूको सतह प्रतिरोध प्रयोग दरमा वृद्धिसँगै उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ। यद्यपि, AA सूत्रीकरणमा सतह शक्तिमा वृद्धि अपेक्षाकृत सानो थियो। चित्रमा देखाइएझैं, गैर-यूरिया-डिग्रेडेड MICP को FA र FS सूत्रहरूमा युरिया-डिग्रेडेड MICP को तुलनामा राम्रो सतह पारगम्यता छ। चित्र १३b ले माटोको सतह प्रतिरोधको साथ TDV मा परिवर्तन देखाउँछ। यस चित्रबाट, यो स्पष्ट रूपमा स्पष्ट छ कि १०० kPa भन्दा बढी सतह प्रतिरोध भएका टिब्बाहरूको लागि, थ्रेसहोल्ड स्ट्रिपिङ वेग २५ m/s भन्दा बढी हुनेछ। परमिटरद्वारा सजिलै मापन गर्न सकिने भएकोले, यो ज्ञानले हावा सुरुङ परीक्षणको अभावमा TDV अनुमान गर्न मद्दत गर्न सक्छ, जसले गर्दा क्षेत्र अनुप्रयोगहरूको लागि गुणस्तर नियन्त्रण सूचकको रूपमा काम गर्दछ।
SEM नतिजाहरू चित्र १४ मा देखाइएको छ। चित्र १४a-b ले उपचार नगरिएको माटोको नमूनाको बढेको कणहरू देखाउँछ, जसले स्पष्ट रूपमा संकेत गर्दछ कि यो एकजुट छ र यसमा कुनै प्राकृतिक बन्धन वा सिमेन्टेशन छैन। चित्र १४c ले युरिया-डिग्रेडेड MICP सँग उपचार गरिएको नियन्त्रण नमूनाको SEM माइक्रोग्राफ देखाउँछ। यो छविले क्याल्साइट पोलिमोर्फको रूपमा CaCO3 अवक्षेपणको उपस्थिति देखाउँछ। चित्र १४d-o मा देखाइए अनुसार, अवक्षेपण गरिएको CaCO3 ले कणहरूलाई एकसाथ बाँध्छ; गोलाकार भ्याटराइट क्रिस्टलहरू SEM माइक्रोग्राफहरूमा पनि पहिचान गर्न सकिन्छ। यस अध्ययन र अघिल्ला अध्ययनहरूको नतिजाले संकेत गर्दछ कि भ्याटराइट पोलिमोर्फको रूपमा बनेको CaCO3 बन्डहरूले पनि उचित मेकानिकल शक्ति प्रदान गर्न सक्छन्; हाम्रा नतिजाहरूले देखाउँछन् कि सतह प्रतिरोध ३५० kPa मा बढ्छ र थ्रेसहोल्ड पृथकीकरण वेग ४.३२ बाट २५ m/s भन्दा बढी हुन्छ। यो नतिजा अघिल्लो अध्ययनहरूको नतिजासँग मिल्दोजुल्दो छ कि MICP-प्रेसिपिटेटेड CaCO3 को म्याट्रिक्स भ्याटराइट हो, जसमा उचित यान्त्रिक शक्ति र हावाको क्षरण प्रतिरोध १३,४० छ र १८० दिनको क्षेत्रीय वातावरणीय अवस्थाको सम्पर्कमा आएपछि पनि उचित हावाको क्षरण प्रतिरोध कायम राख्न सक्छ।
(a, b) उपचार नगरिएको माटोको SEM माइक्रोग्राफ, (c) MICP युरिया क्षय नियन्त्रण, (df) AA-उपचार गरिएका नमूनाहरू, (gi) AS-उपचार गरिएका नमूनाहरू, (jl) FA-उपचार गरिएका नमूनाहरू, र (mo) विभिन्न म्याग्निफिकेसनमा 3 L/m2 को आवेदन दरमा FS-उपचार गरिएका नमूनाहरू।
चित्र १४d-f ले देखाउँछ कि AA यौगिकहरूसँग उपचार गरेपछि, सतहमा र बालुवाका दानाहरू बीच क्याल्सियम कार्बोनेट अवक्षेपित भएको थियो, जबकि केही अनकोटेड बालुवाका दानाहरू पनि अवलोकन गरिएको थियो। AS कम्पोनेन्टहरूको लागि, यद्यपि बनेको CaCO3 को मात्रा उल्लेखनीय रूपमा बढेको छैन (चित्र ६f), CaCO3 को कारणले बालुवाका दानाहरू बीचको सम्पर्कको मात्रा AA यौगिकहरूको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ (चित्र १४g-i)।
चित्र १४j-l र १४m-o बाट यो स्पष्ट छ कि क्याल्सियम स्रोतको रूपमा क्याल्सियम ढाँचाको प्रयोगले AS यौगिकको तुलनामा CaCO3 वर्षामा थप वृद्धि गर्छ, जुन चित्र ६f मा क्याल्सियम मिटर मापनसँग मिल्दोजुल्दो छ। यो अतिरिक्त CaCO3 मुख्यतया बालुवाका कणहरूमा जम्मा भएको देखिन्छ र सम्पर्क गुणस्तरमा सुधार गर्दैन। यसले पहिले अवलोकन गरिएको व्यवहारलाई पुष्टि गर्दछ: CaCO3 वर्षाको मात्रामा भिन्नता भए पनि (चित्र ६f), तीन सूत्रहरू (AS, FA र FS) एन्टी-इओलियन (हावा) प्रदर्शन (चित्र ११) र सतह प्रतिरोध (चित्र १३a) को सन्दर्भमा उल्लेखनीय रूपमा फरक छैनन्।
CaCO3 लेपित ब्याक्टेरिया कोषहरू र अवक्षेपित क्रिस्टलहरूमा ब्याक्टेरियाको छापलाई राम्रोसँग कल्पना गर्न, उच्च म्याग्निफिकेसन SEM माइक्रोग्राफहरू लिइयो र परिणामहरू चित्र १५ मा देखाइएको छ। देखाइए अनुसार, क्याल्सियम कार्बोनेट ब्याक्टेरिया कोषहरूमा अवक्षेपण हुन्छ र त्यहाँ अवक्षेपणको लागि आवश्यक न्यूक्ली प्रदान गर्दछ। चित्रले CaCO3 द्वारा प्रेरित सक्रिय र निष्क्रिय लिंकेजहरूलाई पनि चित्रण गर्दछ। यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि निष्क्रिय लिंकेजहरूमा कुनै पनि वृद्धिले मेकानिकल व्यवहारमा थप सुधार ल्याउन आवश्यक छैन। त्यसकारण, CaCO3 वर्षा बढाउँदा उच्च मेकानिकल शक्ति निम्त्याउँदैन र अवक्षेपण ढाँचाले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यो बिन्दु Terzis र Laloui72 र Soghi र Al-Kabani45,73 को कामहरूमा पनि अध्ययन गरिएको छ। अवक्षेपण ढाँचा र यांत्रिक शक्ति बीचको सम्बन्धलाई थप अन्वेषण गर्न, µCT इमेजिङ प्रयोग गरेर MICP अध्ययनहरू सिफारिस गरिन्छ, जुन यस अध्ययनको दायराभन्दा बाहिर छ (अर्थात्, अमोनिया-मुक्त MICP को लागि क्याल्सियम स्रोत र ब्याक्टेरियाको विभिन्न संयोजनहरू परिचय गराउनु)।
(a) AS संरचना र (b) FS संरचनाको साथ उपचार गरिएका नमूनाहरूमा CaCO3 ले सक्रिय र निष्क्रिय बन्धनहरू प्रेरित गर्‍यो र तलछटमा ब्याक्टेरिया कोषहरूको छाप छोड्यो।
चित्र १४j-o र १५b मा देखाइए अनुसार, त्यहाँ CaCO फिल्म छ (EDX विश्लेषण अनुसार, फिल्ममा प्रत्येक तत्वको प्रतिशत संरचना कार्बन ११%, अक्सिजन ४६.६२% र क्याल्सियम ४२.३९% छ, जुन चित्र १६ मा CaCO को प्रतिशतको धेरै नजिक छ)। यो फिल्मले भ्याटराइट क्रिस्टल र माटोका कणहरूलाई समेट्छ, जसले माटो-सेडिमेन्ट प्रणालीको अखण्डता कायम राख्न मद्दत गर्दछ। यो फिल्मको उपस्थिति ढाँचा-आधारित सूत्रीकरणसँग उपचार गरिएका नमूनाहरूमा मात्र अवलोकन गरिएको थियो।
तालिका २ ले अघिल्लो अध्ययन र यस अध्ययनमा युरिया-डिग्रेडिङ र गैर-युरिया-डिग्रेडिङ MICP मार्गहरूसँग उपचार गरिएको माटोको सतह शक्ति, थ्रेसहोल्ड डिटेचमेन्ट वेग, र जैव-प्रेरित CaCO3 सामग्रीको तुलना गर्दछ। MICP-उपचार गरिएको टिब्बा नमूनाहरूको हावा क्षरण प्रतिरोधमा अध्ययनहरू सीमित छन्। मेङ एट अलले पात ब्लोअर प्रयोग गरेर MICP-उपचार गरिएको युरिया-डिग्रेडिङ टिब्बा नमूनाहरूको हावा क्षरण प्रतिरोधको अनुसन्धान गरे,13 जबकि यस अध्ययनमा, गैर-युरिया-डिग्रेडिङ टिब्बा नमूनाहरू (साथै युरिया-डिग्रेडिङ नियन्त्रणहरू) लाई हावा सुरुङमा परीक्षण गरिएको थियो र ब्याक्टेरिया र पदार्थहरूको चार फरक संयोजनहरूसँग उपचार गरिएको थियो।
देख्न सकिन्छ, केही अघिल्ला अध्ययनहरूले ४ L/m2 भन्दा बढीको उच्च प्रयोग दरलाई विचार गरेका छन्। पानी आपूर्ति, ढुवानी र ठूलो मात्रामा पानीको प्रयोगसँग सम्बन्धित लागतको कारणले गर्दा आर्थिक दृष्टिकोणबाट उच्च प्रयोग दरहरू क्षेत्रमा सजिलै लागू नहुन सक्छन् भन्ने कुरा ध्यान दिन लायक छ। १.६२-२ L/m2 जस्ता कम प्रयोग दरहरूले पनि १९० kPa सम्मको राम्रो सतह शक्ति र २५ m/s भन्दा बढी TDV प्राप्त गरे। हालको अध्ययनमा, युरिया डिग्रेडेसन बिना ढाँचा-आधारित MICP सँग उपचार गरिएका टिब्बाहरूले उच्च सतह शक्तिहरू प्राप्त गरे जुन युरिया डिग्रेडेसन मार्गसँग प्राप्त गरिएकाहरूसँग तुलना गर्न सकिन्छ जुन आवेदन दरहरूको समान दायरामा (अर्थात्, युरिया डिग्रेडेसन बिना ढाँचा-आधारित MICP सँग उपचार गरिएका नमूनाहरूले पनि मेङ एट अल, १३, चित्र १३a द्वारा रिपोर्ट गरिएको सतह शक्ति मानहरूको समान दायरा प्राप्त गर्न सक्षम थिए) उच्च प्रयोग दरहरूमा। यो पनि देख्न सकिन्छ कि २ L/m2 को प्रयोग दरमा, २५ m/s को हावाको गतिमा हावाको क्षरण न्यूनीकरणको लागि क्याल्सियम कार्बोनेटको उपज युरिया डिग्रेडेसन बिना ढाँचा-आधारित MICP को लागि २.२५% थियो, जुन समान अनुप्रयोग दर र समान हावाको गति (२५ m/s) मा युरिया डिग्रेडेसनको साथ नियन्त्रण MICP सँग उपचार गरिएको टिब्बाको तुलनामा आवश्यक मात्रामा CaCO3 (अर्थात् २.४१%) को धेरै नजिक छ।
यसरी, यस तालिकाबाट यो निष्कर्ष निकाल्न सकिन्छ कि युरिया डिग्रेडेसन मार्ग र युरिया-मुक्त डिग्रेडेसन मार्ग दुवैले सतह प्रतिरोध र TDV को सन्दर्भमा धेरै स्वीकार्य प्रदर्शन प्रदान गर्न सक्छन्। मुख्य भिन्नता यो हो कि युरिया-मुक्त डिग्रेडेसन मार्गमा अमोनिया हुँदैन र त्यसैले कम वातावरणीय प्रभाव हुन्छ। थप रूपमा, यस अध्ययनमा प्रस्ताव गरिएको युरिया डिग्रेडेसन बिनाको ढाँचा-आधारित MICP विधिले युरिया डिग्रेडेसन बिना एसीटेट-आधारित MICP विधि भन्दा राम्रो प्रदर्शन गर्ने देखिन्छ। यद्यपि मोहेब्बी एट अलले युरिया डिग्रेडेसन बिना एसीटेट-आधारित MICP विधिको अध्ययन गरे, तिनीहरूको अध्ययनमा समतल सतहहरूमा नमूनाहरू समावेश थिए। टिब्बा नमूनाहरू वरिपरि एडी गठन र परिणामस्वरूप कतरनीको कारणले गर्दा हुने क्षरणको उच्च डिग्रीको कारण, जसले कम TDV मा परिणाम दिन्छ, टिब्बा नमूनाहरूको हावा क्षरण समान गतिमा समतल सतहहरूको भन्दा बढी स्पष्ट हुने अपेक्षा गरिएको छ।