Grassie pe avei vixitou natua.com. A verscion do browser che deuviæ a l'à un sostëgno CSS limitou. Pe-a megio esperiensa, se conscidera de deuviâ l'urtima verscion do navigatô (ò de desconnectâ a modalitæ de compatibilitæ inte Internet Explorer). Pe de ciù, pe garantî un sostëgno continuou, sto scito o no comprendiâ di stili ò JavaScript.
E tempeste de pua representan unna menassa seria pe tanti paixi d'in gio pe-o mondo apreuvo a-o seu impatto destruttivo in sce l'agricoltua, a sanitæ umaña, e ræ de strapòrto e e infrastruttue. De conseguensa, l'eroxon do vento a l'é tegnua pe un problema globâ. Unna de metodologie amighe de l'ambiente pe frenâ l'eroxon do vento a l'é l'uso da preçipitaçion de carbonato induta da-i micròbichi (MICP). À tutti i mòddi, i sottoproduti de MICP basæ in sciâ degraddaçion de l’urea, comme l’ammoniaca, no son ideali quande vëgnan produti in gren quantitæ. Sto studio o presenta doe formolaçioin de battëi de formato de calcio pe-a degraddaçion de MICP sensa produe de l’urea e o confronta de mainea approfondia a seu prestaçion con doe formolaçioin de battëi d’açetato de calcio no produttoî d’ammoniaca. I battëi piggiæ in conscideraçion son o baçillo subtile e o baçillo amiloliquefaçien. Pe primma cösa, l’é stæto determinou i valoî ottimizzæ di fattoî che contròllan a formaçion de CaCO3. Dapeu l'é stæto fæto de preuve de tunnel de vento in sce di campioin de duñe d'æña trattæ co-e formolaçioin ottimizæ e l'é stæto mesuou a rescistensa à l'eroxon do vento, a lestixe de livello de despuggio e a rescistensa a-o bombardamento de l'æña. I allomorfi do carbonato de calcio (CaCO3) en stæti valuæ pe mezo da microcoscopia ottica, da microcoscopia elettronica à scanscion (SEM) e de l’analixi de diffraçion à raggi X. E formolaçioin basæ in sciô formato de calcio an avuo de prestaçioin scignificativamente megio che e formolaçioin basæ in sce l’açetato in termini de formaçion de carbonato de calcio. Pe de ciù, B. subtilis o produiva ciù carbonato de calcio che B. amiloliquefaçiens. I micrografi SEM mostravan ciæamente o ligamme e l’impronta de battëi attivi e inattivi in ​​sciô carbonato de calcio provocou da-a sedimentaçion. Tutte e formolaçioin an reduto scignificativamente l’eroxon do vento.
L'eroxon do vento a l'é stæta reconosciua pe longo tempo comme un gròsso problema ch'o l'à da affrontâ de regioin ardide e semi-aride comme i Stati Unii suddoveste, a Çiña oçidentâ, l'Africa do Saharian, e gran parte do Medioriente1. A bassa cheita d'ægua inti climi ardi e iper-ardi a l'à trasformou de grende parte de ste regioin inte di deserti, dune d'æña, e tære no cortivæ. A contunniâ eroxon do vento a rappresenta de menasse ambientæ pe-e infrastruttue comme e ræ de strapòrto, tæra agricolâ, e tæra industriâ, con portâ à de pövie condiçioin de vitta e erti costi do desviluppo urban inte ste regioin chì2,3,4. De importansa importante, l'eroxon do vento a no l'influisce solo in sciô pòsto donde a se verifica, ma a pròvoca ascì di problemi de sanitæ e econòmichi inte communitæ remöte tanto ch'a traspòrta de partiçelle pe vento inte de aree lontañe da-a vivagna5,6.
O contròllo de l'eroxon do vento o l'arresta un problema globâ. Diversci metodi de stabilizzaçion do seu son deuviæ pe controllâ l'eroxon do vento. Sti metodi comprendan di materiali comme l’applicaçion d’ægua7, i pavimenti d’euio8, i biopolimeri5, a preçipitaçion de carbonato induta da-i micròbichi (MICP)9,10,11,12 e a preçipitaçion de carbonato induta da-i enzimi (EICP)1. L'umidificaçion do seu a l'é un metodo standard de sopprescion da pua into campo. À tutti i mòddi, a seu spedia evapoaçion a rende sto metodo d'efficaçitæ limitâ inte regioin aride e semi-aride1. L'applicaçion de compòsti de pavimento d'euio a l'accresce a tegnua de l'æña e a friçion tra e partiçelle. A seu propietæ tegnua ben insemme a liga insemme i gran d'æña; tutte e mainee, i pavimenti d'euio presentan ascì di atri problemi; o seu cô scuo o l’accresce l’asciorbimento do cado e o pòrta a-a mòrte de ciante e microrganismi. O seu odô e i seu fummi peuan provocâ di problemi de respiaçion, e ciù che tutto, o seu erto costo o l'é un atro ostacolo. I biopolimeri son un di metodi eco-amighi propòsti de reçente pe ammermâ l’eroxon do vento; son estræti da de vivagne naturale comme ciante, bestie e battëi. A gomma de xantano, a gomma de guar, o chitosan e a gomma de gellan en i biopolimeri deuviæ ciù de frequente inte applicaçioin d’inzegneria5. À tutti i mòddi, i biopolimeri che se soluiscian inte l’ægua peuan perde de fòrsa e sciortî feua da-o terren quande son espòsti à l’ægua13,14. EICP o s'é demostrou comme un metodo effettivo de sopprescion da pua pe unna varietæ d'applicaçioin, compreiso de stradde no asfaltæ, peschee de scarti e sciti de construçion. Sciben che i seu resultati son encoraggianti, l’é neçessäio piggiâ in conscideraçion çerti potençiali desvantaggi, comme o costo e a mancansa de sciti de nucleaçion (ch’accelera a formaçion e a preçipitaçion de cristalli de CaCO315,16).
O MICP o l’é stæto descrito pe-a primma vòtta a-a fin do secolo dixineuve da-o Murray e o Irwin (1890) e da-o Steinmann (1901) into seu studio da degraddaçion de l’urea da parte di microrganismi do mâ17. MICP o l’é un proçesso biològico ch’o se verifica pe natua e o l’à da fâ con unna gran quantitæ d’attivitæ micròbiche e de proçesci chimichi donde o carbonato de calcio o vëgne preçipitou da-a reaçion di ioin de carbonato da-i metaboliti micròbichi co-i ioin de calcio inte l’ambiente18,19. O MICP ch’o l’à da fâ co-o çiclo de l’azöto ch’o degradda l’urea (MICP ch’o degradda l’urea) o l’é o tipo ciù frequente de preçipitaçion de carbonato induta da-i micròbichi, donde l’ureaxi produta da-i battëi a catalizza l’idrolixi de l’urea.
Into MICP ch’o l’à da fâ co-o çiclo do carbònio de l’oscidaçion da sâ organica (MICP sensa tipo de degraddo de l’urea), i battëi eterotròfichi deuvian di sæ organichi comme l’açetato, o lattato, o çitrato, o succinato, l’ossalato, o malato e o glioscilato comme vivagne d’energia pe produe di minerali carbonæ28. In presensa de lattato de calcio comme vivagne de carbònio e de ioin de calcio, a reaçion chimica da formaçion do carbonato de calcio a l’é mostrâ inte l’equaçion (5).
Into proçesso MICP, e çellole battëie forniscian di sciti de nucleaçion che son particolarmente importanti pe-a preçipitaçion do carbonato de calcio; a superfiçie da çellola battëia a l’é carregâ negativamente e a peu fonçionâ comme sciorbente pe di catioin divalenti comme i ioin de calcio. Pe mezo de l’assorbimento di ioin de calcio in scê çellole battëie, quande a conçentraçion de ioin de carbonato a l’é suffiçiente, i catioin de calcio e i anioin de carbonato reagiscian e o carbonato de calcio o vëgne preçipitou in sciâ superfiçie battëia29,30. O proçesso o peu ëse ressummou comme segue31,32:
I cristalli de carbonato de calcio biogeneræ peuan vegnî scompartii inte træ qualitæ: calçite, vaterite e aragonite. Tra de questi, a calçite e a vaterite en i allomorfi de carbonato de calcio induti da-i battëi ciù frequenti33,34. A calçita a l’é l’allomorfo do carbonato de calcio ciù stabile da-o ponto de vista termodinamico35. Sciben che s’é dito che a vaterite a l’é metastabile, in sciâ fin a se trasforma inte de calçite36,37. A vaterite a l’é a ciù spessa de sti cristalli. O l’é un cristallo esagonale ch’o l’à unna capaçitæ de impî i pöli ciù boña che di atri cristalli de carbonato de calcio apreuvo a-e seu dimenscioin ciù grende38. Tanto o MICP degraddou da l’urea comme quello no degraddou da l’urëa o peu portâ a-a preçipitaçion de vaterite13,39,40,41.
Sciben che o MICP o l'à mostrou un potençiâ promettendo inta stabilizzaçion di seu problematichi e di seu suscettiletti à l'eroxon do vento42,43,44,45,46,47,48, un di sottoproduti de l'idrolixi de l'urea a l'é l'ammoniaca, ch'a peu provocâ di problemi d'espoxiçion da lieve à grave à segonda do livello49. Sto effetto segondäio o rende controverso l’utilizzaçion de sta particolâ tecnologia, sorviatutto quande l’é neçessäio trattâ de gren aree, comme pe-a sopprescion da pua. Pe de ciù, l’odô d’ammoniaca o no se peu sostegnî quande o proçesso o ven fæto à di tasci d’applicaçion erti e à di gren volummi, cösa ch’a peu influensâ a seu applicabilitæ prattica. Sciben che di studdi reçenti an demostrou che i ioin d’ammonio peuan vegnî reduti convertindoli inte di atri produti comme a struvita, sti metodi no remeuvan do tutto i ioin d’ammonio50. De conseguensa, gh’é ancon de beseugno d’esplorâ de soluçioin alternative che no generan di ioin d’ammonio. L'uso de percorsci de degraddo no de l'urea pe-o MICP o peu fornî unna soluçion potençiâ ch'a l'é stæta esplorâ pöco ben into contesto de l'attenuaçion de l'eroxon do vento. Fattahi e atri. an studiou a degraddaçion de MICP sensa urëia pe mezo de l’açetato de calcio e do megatëio do baçillo41, tanto che Mohebbi et al. deuviou l’açetato de calcio e o baçillo amiloliquefaçien9. À tutti i mòddi, o seu studdio o no l'é stæto confrontou con de atre vivagne de calcio e di battëi eterotròfichi che in sciâ fin porrieivan megioâ a rescistensa à l'eroxon do vento. Gh’é ascì unna farta de lettiatua ch’a confronta i percorsci de degraddo sensa urea co-i percorsci de degraddo de l’urea inte l’attenuaçion de l’eroxon do vento.
In azzonta, i ciù tanti studdi in sce l'eroxon do vento e o contròllo da pua son stæti fæti in sce di campioin de tæra con de superfiçie ciatte.1,51,52,53 Tutte e mainee, e superfiçie ciatte son ciù pöco frequente inta natua che colliñe e deprescioin. Pe sta raxon chì e dune d'æña son a ciù commun caratteristica do paisaggio inte regioin do deserto.
Pe scompassâ e carense stæte mensunæ chì de d’ato, sto studio o l’aiva a finalitæ d’introdue un neuvo insemme d’agenti battëi che no produxan l’ammoniaca. Pe sta finalitæ emmo piggiou in conscideraçion di percorsci MICP che no degraddan l’urea. L’é stæto studiou a reisa de doe vivagne de calcio (formato de calcio e açetato de calcio). À megio conoscensa di autoî, a preçipitaçion de carbonato pe mezo de doe combinaçioin de vivagne de calcio e battëi (saieiva à dî formato de calcio-bacillus subtilis e formato de calcio-bacillus amiloliquefaçiens) a no l’é stæta studiâ inte di studdi preçedenti. A çernia de sti battëi a se basava in scî enzimi che produxan che catalizzan l’oscidaçion do formato de calcio e de l’açetato de calcio pe formâ unna preçipitaçion de carbonato micròbico. Ammò progettou un studio sperimentale approfondio pe attrovâ i fattoî ottimali comme o pH, e qualitæ de battëi e de vivagne de calcio e e seu conçentraçioin, o rappòrto tra i battëi e a soluçion de vivagne de calcio e o tempo de cura. Pe finî, l'efficaçitæ de sto insemme d'agenti battëi inta sopprescion de l'eroxon do vento pe mezo da preçipitaçion de carbonato de calcio a l'é stæta investigâ con portâ avanti unna fia de preuve de tunnel de vento in scê dune d'æña pe determinâ l'entitæ de l'eroxon do vento, a lestixe de rottua de livello e a rescistensa a-o bombardamento do vento à raggi X e mesua l'é stæto fæto ascì l'analixi de diffraçion (XRD) e a microcoscopia elettrònica à scanscion (SEM)).
A produçion de carbonato de calcio a domanda di ioin de calcio e di ioin de carbonato. I ioin de calcio peuan vegnî ottegnui da diverse vivagne de calcio comme o cloruro de calcio, l’idròscido de calcio e o læte scremou in pö54,55. I ioin de carbonato peuan vegnî produti con diversci metodi micròbichi comme l’idrolixi de l’urea e l’oscidaçion aeròbica ò anaeròbica da matëia organica56. Inte sto studio s’é ottegnuo di ioin de carbonato da-a reaçion d’oscidaçion de formato e açetato. Pe de ciù, emmo deuviou di sæ de calcio de formato e açetato pe produe do carbonato de calcio puo, donca s’é ottegnuo solo che CO2 e H2O comme sottoproduti. Inte sto proçesso, unna sostasa solo a serve comme vivagne de calcio e de carbonato e no se produxe nisciuña ammoniaca. Ste caratteristiche rendan a vivagna de calcio e o metodo de produçion de carbonato ch’emmo tegnuo pe assæ promettendo.
E reaçioin correspondente de formato de calcio e açetato de calcio pe formâ do carbonato de calcio vëgnan mostræ inte formole (7)-(14). E formole (7)-(11) mostran che o formato de calcio o se dissòlve inte l’ægua pe formâ de l’açido formico ò do formato. A soluçion a l’é donca unna vivagna de ioin liberi de calcio e idròscido (formole 8 e 9). Comme conseguensa de l’oscidaçion de l’açido formico, i atomi de carbònio inte l’açido formico vëgnan convertii inte do bioscido de carbònio (formola 10). In sciâ fin se forma o carbonato de calcio (formole 11 e 12).
Do mæximo, o carbonato de calcio o se forma da l’açetato de calcio (equaçioin 13-15), feua che pe-o fæto che incangio de l’açido formico se forma l’açido açetico ò l’açetato.
Sensa a presensa d’enzimi, l’açetato e o formou no peuan vegnî oscidæ à temperatua ambiente. FDH (formato desidrogenaxi) e CoA (coenzima A) catalizzan l’oscidaçion de formato e açetato pe formâ rispettivamente do bioscido de carbònio (eq. 16, 17). 1204 (Colleçion de coltue de tipo persiaña), conosciua ascì comme NCIMB n. Sti battëi en stæti cortivæ inte un mezzo ch’o contëgne do peptöno de carne (5 g/L) e de l’estratto de carne (3 g/L), ciammou broddo nutriente (NBR) (105443 Merck).
Coscì, l’é stæto preparou quattro formolaçioin pe indue a preçipitaçion de carbonato de calcio pe mezo de doe vivagne de calcio e doî battëi: o formato de calcio e o baçillo subtili (FS), o formou de calcio e o baçillo amiloliquefaçien (FA), l’açetato de calcio e o baçillo subtili (AS), e amiloliquefaçiæ (AA).
Inta primma parte do progetto sperimentale l’é stæto fæto de preuve pe determinâ a combinaçion ottimale ch’a l’avieiva ottegnuo a produçion mascima de carbonato de calcio. Dæto che i campioin do seu contegnivan do carbonato de calcio, l'é stæto progettou un insemme de preuve de valutaçion preliminare pe mesuâ con cua o CaCO3 produto da-e despæge combinaçioin e l'é stæto valuou de mescciue de mezzo de coltua e de soluçioin de vivagne de calcio. Pe tutte e combinaçioin de vivagne de calcio e soluçion de battëi definie chì de d’ato (FS, FA, AS e AA), l’é stæto derivou e deuviou di fattoî d’ottimizzaçion (conçentraçion da vivagna de calcio, tempo de cura, conçentraçion da soluçion de battëi mesuâ da-a denscitæ ottica da soluçion (OD), o rappòrto tra vivagne de calcio e soluçion de battëi e o pH descrito into trattamento seçioin.
Pe ògni combinaçion l’é stæto fæto 150 esperimenti pe studiâ l’effetto da preçipitaçion de CaCO3 e valuâ diversci fattoî, saieiva à dî a conçentraçion da vivagna de calcio, o tempo de cura, o valô de OD battëio, o rappòrto tra vivagne de calcio e soluçion battëia e o pH durante l’oscidaçion aeròbica da matëia organica (T). L’intervallo de pH pe-o proçesso ottimizzou o l’é stæto seleçionou in sciâ base de curve de crescita do Bacillus subtilis e do Bacillus amiloliquefaçien pe ottegnî unna crescita ciù spedia. Sto chì o l'é ascciæio ciù into menuo inta seçion Resultati.
I pasci che vëgnan apreuvo son stæti addeuviæ pe inandiâ i campioin pe-a fase d'ottimizzaçion. A soluçion MICP a l’é stæta preparâ pe-a primma vòtta con regolâ o pH de comenso do mezzo de coltua e dapeu autoclavâ à 121 °C pe 15 menuti. Dapeu o çeppo o l’é stæto inocolou inte un flusso d’äia laminâ e mantegnuo inte un incubatô à tremmâ à 30 °C e 180 rpm. Dòppo che a OD do battëio a l’aiva razzonto o livello dexidiou, a vegniva mescciâ co-a soluçion de vivagne de calcio inta proporçion dexidiâ (figua 1a). A soluçion de MICP a l’é stæta lasciâ reagî e solidificâse inte un incubatô à agitâ à 220 rpm e 30 °C pe un tempo ch’o l’à razzonto o valô de destinaçion. O CaCO3 preçipitou o l'é stæto separou dòppo a centrifugaçion à 6000 g pe 5 menuti e dapeu asciugou à 40 °C pe inandiâ i campioin pe-a preuva do calçimetro (figua 1b). Dapeu a preçipitaçion de CaCO3 a l'é stæta mesuâ pe mezo de un calçimetro de Bernard, donde a pövie de CaCO3 a reagisce con 1,0 N de HCl (ASTM-D4373-02) pe produe CO2 e o volumme de sto gas o l'é unna mesua do contegnuo de CaCO3 (figua 1c). Pe convertî o volumme de CO2 into contegnuo de CaCO3, l’é stæto generou unna curva de taratua con lavâ a pövia de CaCO3 pua con 1 N de HCl e tracciâla contra o CO2 evoluo. A morfologia e a puritæ da pövie de CaCO3 preçipitâ en stæte studiæ pe mezo de l’imaging SEM e de l’analixi XRD. Un microscòpio òttico con unn’ingrandimento de 1000 o l’é stæto deuviou pe studiâ a formaçion do carbonato de calcio in sciô battëio, a fase do carbonato de calcio formou e l’attivitæ do battëio.
O baçî de Dejegh o l'é unna region ben conosciua ben ben erodia inta provinsa de Fars à suddoveste de l'Iran, e i reçercatoî an arrecuggeito di campioin de tæra erodia da-o vento da l'aria. I campioin son stæti piggiæ da-o de d'ato do terren pe-o studdio. E preuve di indicatoî in scî campioin de seu an mostrou che o seu o l'ea un seu d'æña pöco assortio co-o bratta e o l'ea clascificou comme SP-SM segondo o Scistema de Clascificaçion do Seu Unificou (USC) (figua 2a). L'analixi XRD a l'à mostrou che o seu de Dejegh o l'ea compòsto sorvetutto da calçite e quarzo (figua 2b). Pe de ciù, l'analixi EDX a l'à mostrou che di atri elementi comme Al, K e Fe ean presenti ascì inte de proporçioin ciù picciñe.
Pe inandiâ e duñe de laboratöio pe-e preuve d'eroxon do vento, o terren o l'é stæto schisciou da unn'ertixe de 170 mm traverso un funnel de diametro 10 mm à unna superfiçie ferma, co-o resultato d'unna tipica duña de 60 mm d'ertixe e 210 mm de diametro. Inta natua, e dune d'æña de ciù bassa denscitæ son formæ da di proçesci eolichi. Da mæxima, o campion inandiou con deuviâ a proçedua mensunâ de d'ato o l'aiva a spessixe relativa ciù bassa, γ = 14,14 kN/m3, con formâ un còno d'æña depoxitou in sce unna superfiçie orizzontale con un angolo de repòso de 29,7° pöcassæ.
A soluçion MICP ottimale ottegnua inta seçion passâ a l'é stæta sprayâ in sciâ pendensa da duña à di tasci d'applicaçion de 1, 2 e 3 lm-2 e dapeu i campioin son stæti conservæ inte un incubatô à 30 °C (fig. 3) pe 9 giorni (saieiva à dî o tempo de induçion ottimale) e dapeu stæti tiæ feua pe-a verifica de tunnel.
Pe ògni trattamento, l'é stæto inandiou quattro campioin, un pe mesuâ o contegnuo de carbonato de calcio e a fòrsa de superfiçie con deuviâ un penetròmetro, e i atri trei campioin son stæti addeuviæ pe de preuve d'eroxon à træ speditesse despæge. Inte preuve de tunnel de vento, a quantitæ d'eroxon a l'é stæta determinâ à de speditesse de vento despæge e dapeu a lestixe de rottua de livello pe ògni campion de trattamento a l'é stæta determinâ con deuviâ un grafico da quantitæ d'eroxon contra a speditessa do vento. In azzonta a-e preuve d'eroxon do vento, i campion trattæ son stæti sottopòsti à di bombardamenti d'æña (saieiva à dî di esperimenti de salto). Pe sta finalitæ l'é stæto inandiou doî atri campioin à di tasci d'applicaçion de 2 e 3 L m-2. A preuva de bombardamento de l'æña a l'é duâ 15 menuti con un flusso de 120 gm-1, ch'o l'é drento de l'intervallo di valoî stæti seleçionæ inti studdi passæ60,61,62. A distansa orizzontâ tra a bocca abrasiva e a base da duña a l'ea de 800 mm, collocâ 100 mm de d'ato a-o fondo da gallaria. Sta poxiçion a l'ea stæta missa de mainea che squæxi tutte e partiçelle d'æña che saltavan cazzeivan in sciâ duña.
A preuva da gallaria de vento a l'é stæta fæta inte unna gallaria de vento averta con unna longhixe de 8 m, unna larghixe de 0,4 m e unn'ertixe de 1 m (figua 4a). A gallaria do vento a l'é fæta de ciastre d'äsâ zincæ e a peu generâ unna speditessa de vento scin à 25 m/s. Pe de ciù, se deuvia un convertitô de frequensa pe regolâ a frequensa do ventilatô e aumentâ de maniman a frequensa pe ottegnî a lestixe do vento prevista. A figua 4b a mostra o diagramma schematico de dune d'æña erodie da-o vento e o profilo da speditessa do vento mesuou inta gallaria do vento.
Pe finî, pe confrontâ i exiti da formolaçion MICP no urealitica propòsta inte sto studio co-i exiti do test de contròllo MICP urealitico, l'é stæto preparou e trattou ascì di campioin de duñe con unna soluçion biològica ch'a contëgne de l'urea, do cloruro de calcio e da produttivitæ scignificativa da pasteuria). A denscitæ ottica da soluçion battëia a l’ea de 1,5 e e conçentraçioin d’urea e cloruro de calcio ean de 1 M (seleçionæ in sciâ base di valoî recommandæ inti studdi preçedenti36,64,65). O mezzo de coltua o conscisteiva inte un broddo nutriente (8 g/L) e inte l’urea (20 g/L). A soluçion battëia a l’é stæta sprayâ in sciâ superfiçie da duña e lasciâ pe 24 oe pe l’attacco battëio. Dòppo 24 oe d'attacco, l'é stæto sprayou unna soluçion de çimentaçion (cloruro de calcio e urea). O test de contròllo urealitico MICP o l'é indicou inte sto chì comme UMC. O contegnuo de carbonato de calcio di campioin de tæra trattæ urealicamente e no urealicamente o s'é ottegnuo con lavaggio segondo a proçedua propòsta da-o Choi et al.66.
A figua 5 a mostra e curve de crescita do baçillo amiloliquefaçien e do baçillo subtile into mezzo de coltua (soluçion nutriente) con un intervallo de pH a-o comenso da-o 5 a-o 10. Comme se vedde inta figua, o baçillo amiloliquefaçien e o bacillo subtile respetto e 7-9 cresceivan ciù a-a spedia à pH 6. De conseguensa, st’intervallo de pH o l’é stæto adottou inta fase d’ottimizzaçion.
Curve de crescita de (a) baçillo amiloliquefaçien e (b) baçillo subtile à diversci valoî de pH a-o comenso do mezzo nutriente.
A figua 6 a mostra a quantitæ de bioscido de carbònio produto into limemetro de Bernard, ch’o rappresenta o carbonato de calcio preçipitou (CaCO3). Dæto che un fattô o l'ea fissou inte ògni combinaçion e i atri fattoî variavan, ògni ponto in sce sti grafichi o corresponde a-o volumme mascimo de bioscido de carbònio inte quell'insemme d'esperimenti. Comme se vedde inta figua, co-o cresce da conçentraçion da vivagna de calcio, a produçion de carbonato de calcio a l’aumentava. De conseguensa, a conçentraçion da vivagna de calcio a l’influisce direttamente in sciâ produçion de carbonato de calcio. Dæto che a vivagna de calcio e a vivagna de carbònio en pæge (saieiva à dî o formato de calcio e l’açetato de calcio), ciù tanti ioin de calcio vëgnan relasciæ, ciù se forma o carbonato de calcio (figua 6a). Inte formolaçioin AS e AA, a produçion de carbonato de calcio a l’é anæta avanti à aumentâ co-o cresce do tempo de induçion fin à quande a quantitæ de preçipitæ a l’é stæta squæxi invariâ dòppo 9 giorni. Inta formolaçion de FA, o tasso de formaçion de carbonato de calcio o l’é diminuio quande o tempo de cura o l’à scompassou i 6 giorni. In confronto à de atre formolaçioin, a formolaçion FS a l’à mostrou un tasso de formaçion de carbonato de calcio relativamente basso dòppo 3 giorni (figua 6b). Inte formolaçioin FA e FS, o 70% e l’87% da produçion totale de carbonato de calcio s’en ottegnui dòppo trei giorni, mentre inte formolaçioin AA e AS sta proporçion a l’ea solo che do 46% e do 45% pöcassæ rispettivamente. Questo o l’indica che a formolaçion à base d’açido formico a l’à un tasso de formaçion de CaCO3 ciù erto into stadio de comenso à peto da formolaçion à base d’açetato. À tutti i mòddi, o tasso de formaçion o se rallenta co-o cresce do tempo de induçion. Da-a figua 6c se peu concludde che anche à de conçentraçioin battëie ciù erte che OD1 no gh’é nisciun contributo scignificativo a-a formaçion do carbonato de calcio.
O cangio do volumme de CO2 (e o contegnuo correspondente de CaCO3) mesuou da-o calçimetro Bernard comme fonçion de (a) conçentraçion da vivagna de calcio, (b) tempo d’impostaçion, (c) OD, (d) pH de comenso, (e) rappòrto tra vivagne de calcio e soluçion battëia (pe ògni formolaçion); e (f) quantitæ mascima de carbonato de calcio produto pe ògni combinaçion de vivagne de calcio e battëi.
Pe quello ch’o l’à da fâ con l’effetto do pH de comenso do mezzo, a figua 6d a mostra che pe FA e FS a produçion de CaCO3 a l’à razzonto un valô mascimo à pH 7. St’osservaçion a l’é coerente co-i studdi preçedenti che i enzimi FDH en ciù stabili à pH 7-6,7. À tutti i mòddi, pe AA e AS, a preçipitaçion de CaCO3 a l’é aumentâ quande o pH o passava o 7. Di studdi preçedenti an mostrou ascì che l’intervallo de pH ottimale pe l’attivitæ de l’enzima CoA o l’é da 8 à 9,2-6,8. Consciderando che i intervalli de pH ottimali pe l’attivitæ de l’enzima CoA e a crescita de B. amyloliquefaciens son (8-9,2) e (6-8) rispettivamente (figua 5a), o pH ottimale da formolaçion de AA o dev’ëse 8 e i doî intervalli de pH se creuvan uña con l’atra. Sto fæto o l'é stæto confermou da di esperimenti, comme mostrou inta figua 6d. Dæto che o pH ottimale pe-a crescita de B. subtilis o l’é 7-9 (figua 5b) e o pH ottimale pe l’attivitæ de l’enzima CoA o l’é 8-9,2, se prevedde che a reisa mascima de preçipitaçioin de CaCO3 a segge inte l’intervallo de pH 8-9, cösa ch’a l’é confermâ da-a figua 6d (saieiva à dî che o pH ottimale de preçipitaçioin o l’é 9). I resultati mostræ inta figua 6e indican che o rappòrto ottimale tra a soluçion de vivagne de calcio e a soluçion battëia o l’é 1 tanto pe-e soluçioin d’açetato comme pe quelle de formato. Pe fâ un paragon, a prestaçion de diverse formolaçioin (saieiva à dî AA, AS, FA e FS) a l’é stæta valuâ in sciâ base da produçion mascima de CaCO3 inte de condiçioin despæge (saieiva à dî a conçentraçion da vivagna de calcio, o tempo de cura, OD, o rappòrto tra vivagne de calcio e soluçion battëia e pH a-o comenso). Tra e formolaçioin studiæ, a formolaçion FS a l’aiva a produçion de CaCO3 ciù erta, ch’a l’ea pöcassæ træ vòtte quella da formolaçion AA (figua 6f). Quattro esperimenti de contròllo sensa battëi en stæti fæti segge pe-e vivagne de calcio che dòppo 30 giorni no s’é osservou nisciuña preçipitaçion de CaCO3.
E figue de microcoscopia ottica de tutte e formolaçioin an mostrou che a vaterite a l’ea a fase prinçipâ donde se formava o carbonato de calcio (figua 7). I cristalli de vaterite ean de forma sferica69,70,71. L’é stæto nottou che o carbonato de calcio o s’é preçipitou in scê çellole battëie perché a superfiçie de çellole battëie a l’ea carregâ negativamente e a poeiva fonçionâ comme sciorbente pe di catioin divalenti. Piggiando a formolaçion FS comme exempio inte sto studio, dòppo 24 oe, o carbonato de calcio o l’à comensou à formâse in sce çerte çellole battëie (figua 7a) e dòppo 48 oe, o numero de çellole battëie revestie de carbonato de calcio o l’é aumentou de forma scignificativa. Pe de ciù, comme se vedde inta figua 7b, se porrieiva ascì nottâ de partiçelle de vaterite. Pe finî, dòppo 72 oe, unna gran quantitæ de battëi a paiva ëse ligâ a-i cristalli de vaterite e o numero de partiçelle de vaterite o l’é aumentou de forma scignificativa (figua 7c).
Osservaçioin pe microcoscopia ottica de preçipitaçioin de CaCO3 inte compoxiçioin de FS into tempo: (a) 24, (b) 48 e (c) 72 h.
Pe indagâ ancon de ciù a morfologia da fase preçipittâ, l’é stæto fæto de analixi de diffraçion à raggi X (XRD) e SEM de pövie. I spettri XRD (fig. 8a) e e micrografie SEM (fig. 8b, c) an confermou a presensa de cristalli de vaterite, dæto ch’aivan unna forma à uso lattuga e s’é osservou unna correspondensa tra e çimme de vaterite e e çimme de preçipitæ.
(a) Confronto di spettri de diffraçion à raggi X de CaCO3 e vaterite formæ. Micrografie SEM de vaterite con unn’ingrandimento de (b) 1 kHz e (c) 5,27 kHz rispettivamente.
I exiti de preuve de tunnel de vento son mostræ inta figua 9a, b. Se peu nottâ da-a figua 9a che a lestixe d'eroxon de livello (TDV) de l'æña no trattâ a l'é pöco assæ 4,32 m/s. A-o tasso d'applicaçion de 1 l/m2 (figua 9a), e pendense de linie de tasso de perdia do seu pe-e fraçioin FA, FS, AA e UMC son pöco assæ pæge à quelle pe-a duña no trattâ. Sto fæto o l'indica che o trattamento à sto tasso d'applicaçion o no fonçioña e appena a speditessa do vento a scompassa o TDV, a sottî crosta do terren a scenta e o tasso d'eroxon da duña o l'é o mæximo che pe-a duña no trattâ. A pendensa d’eroxon da fraçion AS a l’é ascì ciù bassa che quella de atre fraçioin con de abscisse ciù basse (saieiva à dî TDV) (figua 9a). E frecce inta figua 9b indican che a-a speditessa mascima do vento de 25 m/s, no s'é verificou nisciuña eroxon inte duñe trattæ a-i tasci d'applicaçion de 2 e 3 l/m2. In atre poule, pe FS, FA, AS e UMC, e duñe ean ciù rescistente à l'eroxon do vento provocâ da-a depoxiçion de CaCO3 a-i tasci d'applicaçion de 2 e 3 l/m2 che a-a speditessa mascima do vento (saieiva à dî 25 m/s). Donca, o valô de TDV de 25 m/s ottegnuo inte ste preuve o l'é o limite ciù basso pe-i tasci d'applicaçion mostræ inta figua 9b, feua che pe-o caxo de AA, donde o TDV o l'é squæxi pægio a-a speditessa mascima da gallaria do vento.
Test d'eroxon do vento (a) Perdia de peiso contra speditessa do vento (tascio d'applicaçion 1 l/m2), (b) Speditessa de sciortia de livello contra tasso d'applicaçion e formolaçion (CA pe açetato de calcio, CF pe formato de calcio).
A figua 10 a mostra l'eroxon de superfiçie de dune d'æña trattæ con despæge formolaçioin e tasci d'applicaçion dòppo a preuva de bombardamento d'æña e i exiti quantitativi son mostræ inta figua 11. O caxo no trattou o no l'é mostrou perché o no l'à mostrou nisciuña rescistensa e o l'é stæto erodio do tutto (perdia de massa totale) into corso da preuva de bombardamento d'æña. Da-a figua 11 l'é ciæo che o campion trattou con biocompoxiçion AA o l'à perso l'83,5% do seu peiso a-o tasso d'applicaçion de 2 l/m2, incangio tutti i atri campioin mostravan unn'eroxon ciù bassa do 30% into proçesso de bombardamento de l'æña. Quande o tasso d'applicaçion o l'é stæto aumentou à 3 l/m2, tutti i campioin trattæ an perso ciù pöco do 25% do seu peiso. À tutti doî i tasci d’applicaçion, o compòsto FS o l’à mostrou a megio rescistensa a-o bombardamento de l’æña. A rescistensa mascima e minima a-o bombardamento inti campioin trattæ con FS e AA a peu ëse attribuia a-a seu preçipitaçion mascima e minima de CaCO3 (figua 6f).
I exiti do bombardamento de duñe d'æña de despæge compoxiçioin à di tasci de portâ de 2 e 3 l/m2 (e frecce indican a direçion do vento, e croxe indican a direçion do vento perpendicolâ a-o cian do disegno).
Comme se vedde inta figua 12, o contegnuo de carbonato de calcio de tutte e formole o l’é aumentou co-o cresce do tasso d’applicaçion da 1 L/m2 à 3 L/m2. Pe de ciù, à tutti i tasci d’applicaçion, a formola co-o contegnuo ciù erto de carbonato de calcio a l’ea FS, e apreuvo FA e UMC. Questo o suggerisce che ste formole peuan avei unna rexistensa de superfiçie ciù erta.
A figua 13a a mostra o cangiamento da rescistensa de superfiçie di campioin de tæra no trattæ, de contròllo e trattæ mesuæ pe mezo da preuva de permeametro. Da sta figua l’é evidente che a rexistensa de superfiçie de formolaçioin UMC, AS, FA e FS a l’é aumentâ de forma scignificativa co-o cresce do tasso d’applicaçion. À tutti i mòddi, l’aumento da rescistensa da superfiçie o l’ea relativamente piccin inta formolaçion AA. Comme se vedde inta figua, e formolaçioin FA e FS de MICP no degraddæ da l’urëa an unna permeabilitæ de superfiçie ciù boña à peto de MICP degraddæ da l’urëa. A figua 13b a mostra o cangio do TDV co-a rescistensa da superfiçie do seu. Da sta figua chì, l'é ciæo che pe-e duñe con unna rescistensa de superfiçie ciù grande che 100 kPa, a lestixe de deslenguâ do livello a scompassiâ i 25 m/s. Dæto che a rexistensa da superfiçie in situ a peu ëse mesuâ de lengê da-o permeametro, sta conoscensa a peu aggiuttâ à stimmâ o TDV in assensa de preuve de tunnel de vento, e donca a serve comme indicatô de contròllo da qualitæ pe-e applicaçioin in sciô campo.
I exiti do SEM son mostræ inta figua 14. E figue 14a-b mostran e partiçelle ingrandie do campion de tæra no trattou, cösa ch'a l'indica ciæamente ch'o l'é tegnuo ben insemme e o no l'à de ligamme naturale ò de çementaçion. A figua 14c a mostra o micrografo SEM do campion de contròllo trattou con MICP degraddou da l'urea. St’imagine a mostra a presensa de preçipitaçioin de CaCO3 comme polimorfi de calçite. Comme se vedde inte figue 14d-o, o CaCO3 preçipitou o liga e partiçelle insemme; di cristalli sferichi de vaterite peuan vegnî identificæ ascì inti micrografi SEM. I exiti de sto studio e di studdi preçedenti indican che i ligammi CaCO3 formæ comme polimorfi de vaterite peuan fornî ascì unna fòrsa mecanica raxonâ; i nòstri exiti mostran che a rexistensa da superfiçie a l’aumenta à 350 kPa e a lestixe de separaçion do livello a l’aumenta da 4,32 à ciù de 25 m/s. Sto exito o l'é coerente co-i exiti de studdi passæ che a matrixe de CaCO3 preçipitou da-o MICP a l'é vaterita, ch'a l'à unna rescistensa mecanica raxonâ e unna rescistensa à l'eroxon do vento13,40 e a peu mantegnî unna raxonâ rescistensa à l'eroxon do vento ascì dòppo 180 giorni d'espoxiçion a-e condiçioin ambientæ do campo13.
(a, b) Micrografie SEM de seu no trattou, (c) contròllo da degraddaçion de l'urea MICP, (df) campioin trattæ con AA, (gi) campioin trattæ con AS, (jl) campioin trattæ con FA e (mo) campioin trattæ con FS à un tasso d'applicaçion de 3 L/m2 con unn'ingrandimento despægio.
A figua 14d-f a mostra che dòppo o trattamento con di compòsti AA, o carbonato de calcio o l'é stæto preçipitou in sciô de d'ato e tra i gran d'æña, tanto che s'é osservou ascì di gran d'æña no revestii. Pe-i componenti de AS, sciben che a quantitæ de CaCO3 formâ a no l’é cresciua de mainea scignificativa (fig. 6f), a quantitæ de contatti tra gran d’æña provocæ da CaCO3 a l’é cresciua de mainea scignificativa in confronto a-i compòsti AA (fig. 14g-i).
Da-e figue 14j-l e 14m-o l’é ciæo che l’utilizzaçion do formato de calcio comme vivagne de calcio o pòrta à un aumento ancon ciù grande da preçipitaçion de CaCO3 in confronto a-o compòsto AS, ch’o l’é coerente co-e mesuaçioin do contatô de calcio inta figua 6f. Sto CaCO3 in ciù o pâ ëse depoxitou sorvetutto in scê partiçelle d'æña e o no megioa pe fòrsa a qualitæ do contatto. Sto fæto o conferma o comportamento osservou in passou: ascì co-e differense inta quantitæ de preçipitaçioin de CaCO3 (figua 6f), e træ formolaçioin (AS, FA e FS) no differiscian scignificativamente in termini de prestaçioin antieoliche (vento) (figua 11) e rescistensa in sciâ superfiçie (figua 13a).
Pe visualizzâ megio e çellole battëie revestie de CaCO3 e l’impronta battëia in scî cristalli preçipitæ, l’é stæto piggiou di micrografi SEM à erta ingrandimento e i resultati vëgnan mostræ inta figua 15. Comme se vedde, o carbonato de calcio o preçipita in scê çellole battëie e o fornisce i nuclei neçessäi pe-a preçipitaçion. A figua a mostra ascì i ligammi attivi e inattivi induti da CaCO3. Se peu concludde che quæ se segge aumento di ligammi inattivi o no pòrta pe fòrsa à un megioamento ancon ciù grande do comportamento mecanico. De conseguensa, l’aumento de preçipitaçioin de CaCO3 o no pòrta pe fòrsa à unna rescistensa mecanica ciù erta e o modello de preçipitaçioin o zeuga un ròllo importante. Sto ponto o l’é stæto studiou ascì inti travaggi do Terzis e do Laloui72, do Soghi e do Al-Kabani45,73. Pe esplorâ ancon de ciù a relaçion tra o modello de preçipitaçioin e a fòrsa mecanica, se conscidera di studdi MICP che deuvian l'imaging μCT, cösa ch'a va a-o de feua do campo de sto studio (saieiva à dî l'introduçion de combinaçioin despæge de vivagne de calcio e battëi pe MICP sensa ammoniaca).
O CaCO3 o l'à induto di ligammi attivi e inattivi inti campioin trattæ con (a) compoxiçion AS e (b) compoxiçion FS e o l'à lasciou unn'impronta de çellole battëie in sciô restaggio.
Comme se vedde inte figue 14j-o e 15b, gh’é un film de CaCO (segondo l’analixi EDX, a compoxiçion perçentuale de tutti i elementi into film a l’é de carbònio 11%, oscigeno 46,62% e calcio 42,39%, ch’a l’é ben ben vexiña a-a perçentuale de CaCO inta figua 16). Sto cine o creuve i cristalli de vaterite e e partiçelle do seu, con aggiuttâ à mantegnî l'intreghitæ do scistema seu-restaggio. A presensa de sto cine a l'é stæta osservâ solo inti campioin trattæ co-a formolaçion à base de formato.
A tabella 2 a confronta a fòrsa de superfiçie, a lestixe de destacco do livello e o contegnuo de CaCO3 bioinduto di seu trattæ con di percorsci MICP che degraddan l'urea e no che degraddan l'urea inti studdi passæ e inte sto studdio. I studdi in sciâ rescistensa à l'eroxon do vento di campioin de duñe trattæ con MICP son limitæ. O Meng e i atri. o l'à studiou a rescistensa à l'eroxon do vento di campioin de duñe che degraddan l'urea trattæ con MICP con deuviâ un soffiatô de feugge,13 incangio inte sto studio i campioin de duñe che no degraddan l'urea (e ascì di contròlli che degraddan l'urea) son stæti verificæ inte unna gallaria do vento e trattæ con quattro combinaçioin despæge de battëi e.
Comme se peu nottâ, çerti studdi passæ an consciderou di erti tasci d'applicaçion che passan i 4 L/m213,41,74. Va dito che i erti tasci d'applicaçion peuan no ëse applicæ de lengê into campo da un ponto de vista econòmico apreuvo a-i costi assoçiæ a-o fornimento d'ægua, o strapòrto e l'applicaçion de grendi volummi d'ægua. I tasci d'applicaçion ciù basci comme 1,62-2 L/m2 an razzonto ascì de boñe rescistense de superfiçie fin à 190 kPa e TDV che passavan i 25 m/s. Into presente studdio, e duñe trattæ con MICP à base de formato sensa degraddaçion de l'urea an razzonto de erte rescistense de superfiçie che se poeivan confrontâ con quelle ottegnue co-o percorso de degraddo de l'urea into mæximo intervallo de tasci d'applicaçion (saieiva à dî che i campioin trattæ con MICP à base de formato sensa degraddaçion de l'urëa ean boin ascì à un valô de superfiçie comme reportou da Meng et al., 13, figua 13a) à di tasci d’applicaçion ciù erti. Se peu nottâ ascì che a-o tasso d'applicaçion de 2 L/m2, a reisa de carbonato de calcio pe l'attenuaçion de l'eroxon do vento à speditessa de vento de 25 m/s a l'ea do 2,25% pe-o MICP à base de formou sensa degraddaçion d'urea, ch'o l'é ben ben vexin a-a quantitæ neçessäia de CaCO3 (saieiva à dî) confrontou co-o MI21. degraddaçion de l’urea a-o mæximo tasso d’applicaçion e a-a mæxima speditessa do vento (25 m/s).
Donca, da sta tabella se peu concludde che tanto o percorso de degraddo de l’urea comme quello de degraddo sensa urea peuan fornî unna prestaçion assæ açettabile in termini de rexistensa a-a superfiçie e TDV. A differensa prinçipâ a l’é che o percorso de degraddo sensa urea o no contëgne de l’ammoniaca e donca o l’à un impatto ambientale ciù basso. Pe de ciù, o metodo MICP basou in sciô formato sensa degraddaçion d’urea propòsto inte sto studio o pâ avei de prestaçioin megio che o metodo MICP basou in sce l’açetato sensa degraddaçion d’urea. Sciben che o Mohebbi et al. an studiou o metodo MICP basou in sce l'açetato sensa degraddaçion de l'urea, o seu studio o comprendeiva di campioin in sce de superfiçie ciatte9. Apreuvo a-o livello ciù erto d'eroxon provocou da-a formaçion de vortixi d'in gio a-i campioin de duñe e a-o tasso ch'o ne vëgne feua, ch'o se traduxe inte un TDV ciù basso, l'eroxon do vento di campioin de duñe a dev'ëse ciù òvvia che quella de superfiçie ciatte a-a mæxima speditessa.