ייצוב הוא דרישה בסיסית בבנייה, פיתוח תשתיות, הנדסה גיאוטכנית, להבטיח כי הקרקע מתחת למבנים נשאר יציב, עומס, ועמידה בפני השפלה סביבתית.במשך עשרות שנים, מהנדסים התבססו על שיטות כגון גרטינג כימי (באמצעות חיידקים זעירים או רזים), קומפקטיות מכנית, תוספת אדמה או זבוב יעיל, לעתים קרובות אלה באים עם עלויות סביבתיות משמעותיות: פליטות פחמן-אוויריות (Fic) הפכו תהליך בטוח לאטמוספירה של פחמן-אווירה, כגון:

מהו Microbial-Induced Calcite Precipitation (MICP)?

מיקרוביאלי-החינוך של Calcite Precipitation (MICP) הוא תהליך ביו-גיאוכי שבו מיקרואורגניזמים, בדרך כלל חיידקים מייצרים מזרים, לזרז את המשקעים של גבישי פחמן סידן בתוך חללי הפוד של אדמה או סלע.הגבישים וכתוצאה מכך פועלים ככובש טבעי, מגבירים את העוצמה המכנית, ואת ההתנגדות של משקעים של אדמה קמתית, בעודם אינו יכול להיות דחפים טבעיים של משקעים של מינרליים, אך ורק טמפרטורות זעירות של מינרליים, אך ורקמות, אך ורק לאחר מכן, אך ורקמות, אך ורקמות, כאשר הם יכולים להיות ממין, אך ורק טמפרטורות זעירות של מינרליים, אך ורקדנציה טבעית של מינרליים, אך ורקדה.

(ב) [[המאה ה-20]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

בניגוד לנפיחות כימית, המציגה פולימרים סינתטיים או מזחלות מלט שעשויות לחסום pores באופן לא אחיד או להציג תרכובות רעילות, MICP מייצרת מינרלים זהה מבחינה כימית לאבן גיר טבעי.זה תאימות עם הסביבה הטבעית הופכת אותה לאופציה אטרקטיבית לפרויקטים רגישים לסביבה, כגון שיקום רטוב, ייצוב הנהר, ושימור אתר ארכיאולוגי.

כיצד MICP עובד: תהליך הביוכימי וההנדסה

המנגנון המרכזי של MICP כרוך הידרוליזה של urea (CO(NH2) על ידי האנזים urease, אשר מופק על ידי החיידק. תגובה זו zymatic מייצרת ammonium (NH4+) ופחמןאט (CO32-) ions, הגדלת ה- pH של המיקרו-סביבהה. בנוכחות סידן (Cap) המסופק על ידי סידן (ד) כגון סידן או תגובה פחמן (קאט) עם סידן (קאט) עם סידן) עם סידן (קאט) עם סידן (Caceate) (קאט) פחמן (Caceate) (תגובה כללית של פחמן (Caceate) עם סידן) עם סידן) עם סידן (Caceate) עם סידן (קאט) (תגובה כללית של פחמן (Caceate) (Cate) (Cat) עם סידן (תגובה כללית של פחמן (קפט) עם סידן (קאט) עם סידן (Caceate) (קאט) (קפט) עם סידן (קפט) (קפט) (קפט) עם סידן) (תגובה כללית של פחמן (קפט) (תגובה כללית של פחמן) (קאט)

(ב) [17]2 ,2=2H2O 2NH4+ + CO32-FLT:1cioFLT:2FLT 3Ca2+ + CO32 - CaCO3 (calcite precipitate)FLT:4

החיידק פועל כאתרי נינקיה; קירות התא של צומת:0 [S. Pasteuriiph 1] לשאת האשמות שליליות שמושכות סטיות סידן, קידום טיהור heterogeneous וצמיחה ישירות על או ליד התאים חיידקיים.

שלב אחר שלב MICP

  1. (ב) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  2. (FLT:0) אינטייה של Bacteria ו- AcantentsphFLT ( 1:1: השעיה חיידקית מוזרקה לראשונה לתוך הקרקע באמצעות מערכת גילוח טוב או חסימה.לחץ הזריקה וקצב זרימה חייב להיות נשלט כדי למנוע fracturing הקרקע.לאחר תקופת אי-שקע קצרה (או מיד, בהתאם לשיטת), פתרון מלט הוא מוזרק בפרוטוקולים מסוימים, ופתרונות מנקה בו-זמנית או שינוי.
  3. (FLT:0Microbial Activity and Calcite Precipitation Precipitation: Once in the land, החיידק הידרוליזה urea, ייצור פחמןate והעלאת ה- pH. Calcium ions from the מלטation Solution diffuse to the חיידקי ו precipitate as calcite.
  4. (FLT:0) קדמה של Soil MatrixFLT ( 1:1: לאחר מחזורי טיפול מרובים (בדרך כלל 3-10 סיבובים), הקרקע הופכת לחנוק חלקית.כמות של precipitate calcite יכול לנוע בין כמה אחוזים עד יותר מ -20% על ידי משקל של אדמה, בהתאם לחוזק המטרה ולדרישות של נחיתות וכתוצאה מכך, חומרים מוגברים כוח בלתי מבוקר (אחריות), בעוד שגובה אחד יכול להיות מוגבל של 3 מעלות, כאשר הוא יכול להיות דחוס, על ידי דחוס, על ידי דחיסה, על ידי שלושה מעלות, על ידי דחוסים, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה, על ידי שלושה, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה, על ידי שלושה אחוזים, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה של גודל אחד, על ידי 3 אחוזים, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה של גודל אחד, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה של גודל אחד, על ידי דחוסה, על ידי ירידה אחת, על ידי דחיסה של גודל אחד, על ידי דחיסה, על ידי דחיסה, על ידי ירידה אחת,

מפתחי בקרה MICP Efficacy

ההצלחה של טיפול MICP תלויה במספר פרמטרים הקשורים למהנדסים, חייבת לתכנן בקפידה את תוכנית ההזרקה כדי להשיג הפצה אחידה ולהימנע מחתך ליד נקודת ההזרקה.

  • (FLT:0) ריכוז אווירי ופעילות קונסולת 1 (FLT: גבוה יותר משקעים תאים (בדרך כלל 107-109 תאים / mL) להגדיל את שיעור של urea hydrolysis ו משקעים calcite. עם זאת, מסה חיידקית מוגזמת יכולה לגרור צווארי צוואר לפני צורות calcite.
  • (FLT:0)Urea ו- Calcium ConcentrationssveFLT:1; ריכוז פתרונות Cementation חייב להיות מאוזן. Too גבוה ריכוז יכול לגרום למשקעים מיידיים ולחלוט; נמוך מדי תשואה נמוכה מדי לא מספקת. יחסי כפל של Ca:Urea ליד 1:1 הם נפוצים, אבל יחסי נמוך יותר (למשל, 1:) יכול לשפר אחידות על ידי צמצום שיעור המשקעים.
  • (FLT:0) Soil Type ו Grain SizeFLT:1; MICP הוא היעיל ביותר באדמה מוטבעת של קורק (sands וקברים) עם גדלים גדולים מספיק עבור חיידקים לחדור (בדרך כלל > 0.5 מיקרומטר) טט-גל (silts, חימר) יש צווארים קטנים יותר מאשר תאים חיידקיים, הגבלת תחבורה ביולוגית עם תאים קטנים יותר, אך עדיין יכול להיות מוגבל עם חיידקים, אך ורק עם תאים מוגבלים.
  • (FLT:0)pH ו-טמפרטורותFLT:1: פעילות הקלה היא אופטימלית ב- pH 8-9 וטמפרטורות בין 20-35 מעלות צלזיוס, טמפרטורה נמוכה להאט את התגובה; טמפרטורות גבוהות יכולות לקלקל את האנזימים.
  • (FLT:0) הורדת קצב ולחץ (FLT:1): שיעורי הזרקת איטיים (זרימה נמוכה) לקדם הפצה אחידה על ידי אדנות ודיפוזיה. לחץ גבוה יכול לגרום לשבר אדמה (שבר יבש) ואובדן של שליטה בטיפול.
  • (FLT:0) מספר מחזורי הטיפול (Cry CyclesFLT:1): בדרך כלל, 3-10 מחזורים של הזרקת פתרון מלטציה מבוצעים במשך מספר ימים עד שבועות.כל מחזור מוסיף קמצ'ל מצטבר או כוח מעקב בין מחזורים עוזר לקבוע מתי הטיפול הושלם.

היתרונות של שיטות ייצוב מסורתיות

MICP מציע כמה יתרונות משכנעים שהופכים אותו אלטרנטיבה אטרקטיבית יותר ויותר לריגוש כימי, קומפקטיות, וייצוב מבוסס מלט.

  • (FLT:0) סביבתיות של SustainabilityFLT:1; MICP משתמש לא רעיל, טבעי מיקרואורגניזמים וכימיקלים (urea, סידן מלחים) המוצר העיקרי של הפסולת הוא ammonium, אשר יכול להיות דאגה (ראה אתגרים), אבל ניתן להפחית באמצעות נוזל תקין.
  • (FLT:0) ,החינוך מחדש של Permeability תוך שמירה על הנשימה של הנשימה מחדשFLT:1: משקעים קלקלקטיים ממלאים באופן סלקטיבי את המאקרופוחיות תוך כדי עזיבתן של פוחיות קטנות יותר.זה יכול להפחית את ההתנהגויות ההידראוליות מבלי ליישב את הקרקע, שמירה על יכולת ניקוז כלשהי - שימושית לשחיקה שבה המים עדיין חייבים לחלחל.
  • (FLT:0) ב-Situ Application with Minimal DisturbanceFLT:1: MICP ניתן ליישם באמצעות בארות הזרקת סנטימטר קטן או חדירה ישירה, הימנעות ממכונות כבדות וחפירות עמוקות הנדרשות לקומפקטיות או להחלפה.זה קריטי לייצוב קרקעות תחת יסודות קיימים, צינורות, או באזורים רגישים אקולוגית.
  • (FLT:0) תאימות לסביבה הטבעית: Calcite הוא מינרל נפוץ באדמה ומים קרקעיים. לטפל באדמה נשאר כימי ומינרלוגדי דומה לסביבה הטבעית, צמצום הסיכון לחוסר איזון גיאוכי ארוך טווח.הוא גם לא מהווה סיכון לנטיעת פולימרים סינתטיים או מתכות כבדות.
  • (FLT:0)פונטני עבור עלויות-אנרגיה ביישומים גדולים של סקרל 1: בעוד עלויות ייצור ההזנה הנוכחיות גבוהות, כלכלות של קנה מידה והשימוש במקורות תת-קרקעיים זולים (למשל, שתן, urea-rich Wastewater) יכול להוריד עלויות.מחקרים מציעים כי MICP יכול להיות תחרותי עם שיבוש כימי עבור יישומים מסוימים, במיוחד כאשר הם תקנות סביבתיות.
  • (FLT:0)Versatility ב- ApplicationFLT:1hil: MICP יכול להיות מותאם להשגת רמות שונות של מלטציה - ממשטח האור חיזוק לשחיקה לחיזוק עמוק מאוד לתמיכה בבסיס.

יישומים של MICP בהנדסת גיאוטכני

MICP עדיין אינה טכניקת בנייה מרכזית, אך ניסויים רבים בתחום ובמחקרי מעבדה הוכיחו את הפוטנציאל שלה בטווח רחב של יישומים.

בקרת ורוידוי משטח ייצוב

אחד השימושים המבטיחים ביותר של MICP הוא לשלוט ברוח ובשחיקה במים באדמה חולית. על ידי ריסוס או חדירה של פתרונות תזונתיים על פני השטח, קרום קלציט דק יכול ליצור כי מצמיד חלקיקים יחד, התנגדות לאפקט גשמים וריצה פני השטח.

סיקור חיקוי ב-Syyquefaction Mitigation in סנדי Soils

חולות רוויות הן רגישות רבה ללחיצות במהלך רעידות אדמה - תופעה שבה הקרקע מאבדת כוח ומתנהגת כמו נוזל. Cementation מ MICP מגבירה את ההתנגדות של הקרקע לטעינה מחזורית. ניסויים Centrifuge ובדיקות שדה בקנה מידה קטן הוכיחו כי החול מטופל יכול לעמוד בעצימות שוות ערך לרעידות אדמה גדולות ללא לחץ גבוה.

סליפא והרחבה

חיפוי קירות ומדרונות שנבנו באדמה גרניט ניתן לחזק על ידי הזרקת חיידקים וחומרים מזינים לאורך מטוסים פוטנציאליים כישלון. MICP יכול להגדיל את היקף הקרקע, המאפשר חתכים תלולים יותר ללא תמיכה.זה נחקר עבור חפירות זמניות, פני מנהרה ייצוב, ותיקון של מדרונות כושלים.

בקרת מים ו-Seepage Reduction

על ידי צמצום יכולת ההיתר, MICP יכול ליצור מחסומים בעלי יכולת נמוכה לשלוט על זרימת המים הקרקע, למשל סביב חפירות בנייה, קופיל, או כדי למנוע לראות דפים באמצעות יסודות סכרים.הטרפליט יכול להפחית את ההתנהגויות הידראוליות מ 10 עד 4 מ' עד 10-7 מ' / s, בדומה לחמר.

תיקון של קרקרים בסלע ובקונקטרט

MICP גם הוחל על סדקים בסלעים או במבנים קונקרטיים. Bacteria מוזרקים לשברים שבהם הם משחתים קלקיט, להחזיר את השלמות המבנית וצמצום המים בתוקפנות.זה נקרא לעתים " בטון עצמי-ההההההה" כאשר החיידקים משולבים לתוך הבטון עצמו.

אתגרים ומגבלות של MICP

למרות הבטחתו, MICP ניצב בפני כמה מכשולים שיש להתגבר עליהם לפני שהוא הופך לפתרון גיאוטכני שגרתי.

  • (FLT:0)Ammonium ProductionFLT:1: דאגה סביבתית גדולה היא שחרור ammonium (NH4+) כתוצר לוואי של הידרוליזה urea. Ammonium יכול להוביל לזיהום בגופים מים סמוכים ועשוי להיות רעיל לאורגניזמים מימיים מסוימים.
  • (FLT:0) ללא שימוש CementationFIRLT:1; Achieving a הומוגנית הפצה של calcite לאורך נפח אדמה גדול הוא מאתגר.נתיבי זרימה קדם-פוטנציאליים יכולים לגרום לכריתה מקומית ליד נקודת ההזרקה, משאיר אזורים לא מטופלים.זה "אזור השקיה" דורש זריקה זהירה, נקודות מרובות, ניטור בזמן אמתי (gmivity) באמצעות PH.
  • (FLT:0)Rate of ReactionmentionFLT:1: התגובה האנזימטית היא איטי יחסית בהשוואה לעומס כימי.טיפול מלא עשוי לקחת ימים עד שבועות, אשר ייתכן שלא מקובל על לוחות הזמנים של בנייה מהירה.
  • (FLT:0) Cost of ProductionFLT:1: כיום, ייצור כמויות גדולות של תרבויות חיידקיות של urease-active יקר בשל הצורך באמצעי צמיחה סטריליים ומתקני התמחות.בעוד חלופות לפסולת (למשל, באמצעות שתן עשיר בחיות או פסולת תעשייתית) הם מחקר, הם עדיין לא סטנדרטיים.
  • (FLT:0) ארוך-הדורות (FLT:1): היציבות ארוכת הטווח של אדמה מטופלת MICP תחת זרימת מים קרקע רציפה, התקפה כימית (למשל, מים נמוכים-pH), או מחזורי הקפאה-thaw אינם מובן היטב.
  • (FLT:0) רישום וקבלה ציבורית 1: היכרות עם חיידקים חיים לתוך הקרקע, אפילו לא לא-פתוגניים, עשויה להעלות חששות רגולטוריים.חלק מהתחומים דורשים הערכות סביבתיות לשיטות טיפול ביולוגיות.

כיוונים עתידיים ומחקר

תחום ה-MICP מתפתח במהירות, עם מחקר העוסק במגבלות לעיל והתרחבות יכולות הטכנולוגיה.

הנדסה גנטית של Bacterial Strains

מדענים עובדים על שינוי גנטי (FLT:0) חומרים מדומים (FLT) 1 זנים כי overexpress urease, המאפשרים שיעורי תגובה גבוהים יותר עם נטיות תאים נמוכות יותר. אחרים הם זנים הנדסיים לייצר יותר משקעים הומוגניים או להיות סובלניים יותר לריכוזי סידן גבוהים.עם זאת, פריסת שדה של אורגניזמים מהונדסים גנטית (Gs) עומדים בפני משקעים רגולטוריים נוספים.

ביו-סנסציה לעומת Bio-Augmentation

במקום להזריק חיידקים תרבותיים (ביו-הגמציה), חלק מהחוקרים מתמקדים בגריצת חיידקים מקומיים של urea-degrading כבר נוכחים באדמה (ביו-stimulation) זה מונע את העלות והלוגיסטיקה של ייצור התרבות.על ידי הזרקת חומרים מזינים בלבד (a וסידן), מיקרואורגניזמים מקומיים יכולים להיות מופעלים.

שילוב עם טכניקות לשיפור הקרקע

MICP משולב עם שיטות אלקטרוקיסטיות, שבו שדה חשמלי מוחל על חיידקי תחבורה וצל לתוך אדמה טבועה כי הם בדרך אחרת בלתי נגיש.זה משמש גם יחד עם חיזוק סיבים (למשל, סיבי פוליפרופילן) כדי ליצור ביו-קופוטאי עם קשיחות מוגברת.

הטמעת שדה גדולה

כמה בדיקות שדה בקנה מידה טייס הושלמו, בעיקר על ידי חוקרים באוניברסיטת UC דייוויס, אוניברסיטת קיימברידג ', ובמזרח התיכון, לייצב פעמוני חול ולצמצם את היטלאקציה. פרויקטים אלה הוכיחו כי MICP ניתן בקנה מידה, אבל הם גם מדגישים את החשיבות של ניטור חזק שליטה הזרקת הסתגלות.הצעד הבא הוא לבצע פרויקטים מסחריים בקנה מידה מלא שיכול להוכיח את יכולת כלכלית.

הערכה של Lifecycle

הערכות מחזור חיים מקיף (LCA) נדרשים להשוות את טביעת הרגל הסביבתית של MICP מול שיטות מסורתיות. מוקדם LCAs להראות כי MICP יש פליטות CO2 נמוכות יותר, אך פוטנציאל חסימה גבוה יותר בשל ammonium.

מסקנה

(ב) מחקרים גיאו-מעודכן (Crecite Precipitation) מייצגים שינוי פרדיגמה בייצוב הקרקע, הנעה משיטות אנרגיה וכימיקליות לגישה מוכוונת ביולוגית, אשר היא בעלת יכולת גבוהה יותר של שימוש בחיידקים שאינם אופטימים כדי להדוף את ה-iLT2 הטבעי של ⁇ (בהמשך) ב-iLT2, על בסיס שיטות מחקר הנדסת קרקעיות, אשר יכולות לחזק את הקרקע, להפחית את האחריות, ולשליטה, כל זאת, עם כל אחת, עם כל אחת משיטות הגמישות המבוססות על פני כדור הארץ, בעוד שמבוססות ואפקטיביות, כולל: