nature.com தளத்திற்கு வருகை தந்ததற்கு நன்றி. நீங்கள் பயன்படுத்தும் உலாவியில் CSS ஆதரவு குறைவாக உள்ளது. சிறந்த அனுபவத்தைப் பெற, சமீபத்திய உலாவிப் பதிப்பைப் பயன்படுத்துமாறு (அல்லது இன்டர்நெட் எக்ஸ்ப்ளோரரில் இணக்கப் பயன்முறையை அணைக்குமாறு) பரிந்துரைக்கிறோம். மேலும், தொடர்ச்சியான ஆதரவை உறுதிசெய்யும் வகையில், இந்தத் தளத்தில் ஸ்டைல்கள் அல்லது ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இடம்பெறாது.
புழுதிப் புயல்கள் விவசாயம், மனித ஆரோக்கியம், போக்குவரத்து வலைப்பின்னல்கள் மற்றும் உள்கட்டமைப்பு ஆகியவற்றில் ஏற்படுத்தும் அழிவுகரமான தாக்கத்தின் காரணமாக, உலகெங்கிலும் உள்ள பல நாடுகளுக்கு ஒரு கடுமையான அச்சுறுத்தலாக விளங்குகின்றன. இதன் விளைவாக, காற்று அரிப்பு ஒரு உலகளாவிய பிரச்சனையாகக் கருதப்படுகிறது. காற்று அரிப்பைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கான சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த அணுகுமுறைகளில் ஒன்று, நுண்ணுயிரிகளால் தூண்டப்பட்ட கார்பனேட் வீழ்படிவாக்கத்தைப் (MICP) பயன்படுத்துவதாகும். இருப்பினும், யூரியா சிதைவை அடிப்படையாகக் கொண்ட MICP-யின் துணை விளைபொருட்களான அம்மோனியா போன்றவை, அதிக அளவில் உற்பத்தி செய்யப்படும்போது உகந்தவையாக இருப்பதில்லை. இந்த ஆய்வு, யூரியாவை உருவாக்காமல் MICP-யை சிதைப்பதற்காக கால்சியம் ஃபார்மேட் பாக்டீரியாவின் இரண்டு சூத்திரங்களை முன்வைக்கிறது மற்றும் அம்மோனியாவை உருவாக்காத கால்சியம் அசிடேட் பாக்டீரியாவின் இரண்டு சூத்திரங்களுடன் அவற்றின் செயல்திறனை விரிவாக ஒப்பிடுகிறது. இங்கு கருத்தில் கொள்ளப்பட்ட பாக்டீரியாக்கள் பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் ஆகும். முதலில், CaCO3 உருவாக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் காரணிகளின் உகந்த மதிப்புகள் தீர்மானிக்கப்பட்டன. பின்னர், உகந்த சூத்திரங்களைக் கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்று மாதிரிகளில் காற்றுச் சுரங்கச் சோதனைகள் நடத்தப்பட்டு, காற்று அரிப்பு எதிர்ப்பு, உரித்தல் வரம்பு வேகம் மற்றும் மணல் குண்டுவீச்சு எதிர்ப்பு ஆகியவை அளவிடப்பட்டன. ஒளியியல் நுண்ணோக்கி, ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) மற்றும் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புப் பகுப்பாய்வு ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி கால்சியம் கார்பனேட் (CaCO3) மாற்றுருக்கள் மதிப்பீடு செய்யப்பட்டன. கால்சியம் கார்பனேட் உருவாக்கத்தைப் பொறுத்தவரை, அசிடேட் அடிப்படையிலான கலவைகளை விட கால்சியம் ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான கலவைகள் குறிப்பிடத்தக்க அளவு சிறப்பாகச் செயல்பட்டன. மேலும், B. amyloliquefaciens-ஐ விட B. subtilis அதிக கால்சியம் கார்பனேட்டை உற்பத்தி செய்தது. படிதல் காரணமாக கால்சியம் கார்பனேட்டில் செயல்படும் மற்றும் செயல்படாத பாக்டீரியாக்கள் பிணைவதையும், பதிவதையும் SEM நுண்ணுருவப் படங்கள் தெளிவாகக் காட்டின. அனைத்துக் கலவைகளும் காற்று அரிப்பை குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைத்தன.
தென்மேற்கு அமெரிக்கா, மேற்கு சீனா, சஹாரா ஆப்பிரிக்கா மற்றும் மத்திய கிழக்கின் பெரும்பகுதி போன்ற வறண்ட மற்றும் அரை வறண்ட பிராந்தியங்கள் எதிர்கொள்ளும் ஒரு முக்கியப் பிரச்சனையாகக் காற்று அரிப்பு நீண்ட காலமாக அங்கீகரிக்கப்பட்டுள்ளது¹. வறண்ட மற்றும் அதிவறண்ட காலநிலைகளில் நிலவும் குறைந்த மழைப்பொழிவு, இந்தப் பிராந்தியங்களின் பெரும் பகுதிகளைப் பாலைவனங்கள், மணல் குன்றுகள் மற்றும் பயிரிடப்படாத நிலங்களாக மாற்றியுள்ளது. தொடர்ச்சியான காற்று அரிப்பானது, போக்குவரத்து வலைப்பின்னல்கள், விவசாய நிலங்கள் மற்றும் தொழில்துறை நிலங்கள் போன்ற உள்கட்டமைப்புகளுக்குச் சுற்றுச்சூழல் அச்சுறுத்தல்களை ஏற்படுத்துகிறது. இது இந்தப் பிராந்தியங்களில் மோசமான வாழ்க்கை நிலைமைகளுக்கும், நகர்ப்புற மேம்பாட்டிற்கான அதிக செலவுகளுக்கும் வழிவகுக்கிறது²,³,⁴. முக்கியமாக, காற்று அரிப்பானது அது நிகழும் இடத்தை மட்டும் பாதிப்பதில்லை, மாறாக, காற்றின் மூலம் துகள்களை மூலத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ள பகுதிகளுக்குக் கொண்டு செல்வதால், தொலைதூர சமூகங்களில் சுகாதார மற்றும் பொருளாதாரப் பிரச்சனைகளையும் ஏற்படுத்துகிறது⁵,⁶.
காற்று அரிப்புக் கட்டுப்பாடு ஒரு உலகளாவிய பிரச்சனையாகவே உள்ளது. காற்று அரிப்பைக் கட்டுப்படுத்த, மண்ணை நிலைப்படுத்தும் பல்வேறு முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறைகளில் நீர் தெளித்தல்7, எண்ணெய் மூடாக்குகள்8, உயிர் பாலிமர்கள்5, நுண்ணுயிரிகளால் தூண்டப்பட்ட கார்பனேட் வீழ்படிவு (MICP)9,10,11,12 மற்றும் நொதிகளால் தூண்டப்பட்ட கார்பனேட் வீழ்படிவு (EICP)1 போன்ற பொருட்கள் அடங்கும். வயல்வெளியில் தூசியை அடக்குவதற்கு மண்ணை ஈரமாக்குவது ஒரு நிலையான முறையாகும். இருப்பினும், அது விரைவாக ஆவியாவதால், வறண்ட மற்றும் அரை வறண்ட பகுதிகளில் இந்த முறையின் செயல்திறன் குறைவாகவே உள்ளது1. எண்ணெய் மூடாக்கு கலவைகளைப் பயன்படுத்துவது மணலின் ஒத்திணைப்பையும் துகள்களுக்கு இடையேயான உராய்வையும் அதிகரிக்கிறது. அவற்றின் ஒத்திணைப்புப் பண்பு மணல் துகள்களை ஒன்றாகப் பிணைக்கிறது; இருப்பினும், எண்ணெய் மூடாக்குகள் மற்ற பிரச்சனைகளையும் ஏற்படுத்துகின்றன; அவற்றின் அடர் நிறம் வெப்ப உறிஞ்சுதலை அதிகரித்து, தாவரங்கள் மற்றும் நுண்ணுயிரிகளின் இறப்புக்கு வழிவகுக்கிறது. அவற்றின் வாசனையும் புகையும் சுவாசப் பிரச்சனைகளை ஏற்படுத்தக்கூடும், மேலும் மிக முக்கியமாக, அவற்றின் அதிக விலை மற்றொரு தடையாக உள்ளது. உயிர் பாலிமர்கள் என்பவை காற்று அரிப்பைக் குறைப்பதற்காக சமீபத்தில் முன்மொழியப்பட்ட சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த முறைகளில் ஒன்றாகும்; அவை தாவரங்கள், விலங்குகள் மற்றும் பாக்டீரியா போன்ற இயற்கை மூலங்களிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன. சாந்தன் கம், குவார் கம், கைட்டோசான் மற்றும் ஜெலான் கம் ஆகியவை பொறியியல் பயன்பாடுகளில் மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் உயிரிப் பாலிமர்கள் ஆகும்5. இருப்பினும், நீரில் கரையக்கூடிய உயிரிப் பாலிமர்கள் தண்ணீருடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது வலிமையை இழந்து மண்ணிலிருந்து கசிந்து வெளியேறக்கூடும்13,14. செப்பனிடப்படாத சாலைகள், கழிவுநீர்க் குளங்கள் மற்றும் கட்டுமானத் தளங்கள் உள்ளிட்ட பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்கு, EICP ஒரு பயனுள்ள தூசி அடக்கும் முறையாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. இதன் முடிவுகள் ஊக்கமளிப்பதாக இருந்தாலும், செலவு மற்றும் கருவாக்கத் தளங்களின் பற்றாக்குறை (இது CaCO3 படிகங்களின் உருவாக்கம் மற்றும் வீழ்படிவை விரைவுபடுத்துகிறது15,16) போன்ற சில சாத்தியமான குறைபாடுகளையும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்.
MICP முதன்முதலில் 19 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியில் முர்ரே மற்றும் இர்வின் (1890) மற்றும் ஸ்டெய்ன்மேன் (1901) ஆகியோரால் கடல் நுண்ணுயிரிகளால் யூரியா சிதைவு பற்றிய அவர்களின் ஆய்வில் விவரிக்கப்பட்டது¹⁷. MICP என்பது இயற்கையாக நிகழும் ஒரு உயிரியல் செயல்முறையாகும், இதில் பல்வேறு நுண்ணுயிரி செயல்பாடுகள் மற்றும் வேதியியல் செயல்முறைகள் அடங்கும். இச்செயல்முறையில், நுண்ணுயிரி வளர்சிதை மாற்றப் பொருட்களிலிருந்து வரும் கார்பனேட் அயனிகள் சுற்றுச்சூழலில் உள்ள கால்சியம் அயனிகளுடன் வினைபுரிவதால் கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவாகிறது¹⁸,¹⁹. யூரியாவைச் சிதைக்கும் நைட்ரஜன் சுழற்சியை உள்ளடக்கிய MICP (யூரியா-சிதைக்கும் MICP) என்பது நுண்ணுயிரிகளால் தூண்டப்படும் கார்பனேட் வீழ்படிவின் மிகவும் பொதுவான வகையாகும். இதில், பாக்டீரியாவால் உற்பத்தி செய்யப்படும் யூரியேஸ், யூரியாவின் நீராற்பகுப்பை பின்வருமாறு வினையூக்குகிறது²⁰,²¹,²²,²³,²⁴,²⁵,²⁶,²⁷:
கரிம உப்பு ஆக்சிஜனேற்றத்தின் கார்பன் சுழற்சியை உள்ளடக்கிய MICP-இல் (யூரியா சிதைவு வகை இல்லாத MICP), ஹெட்டரோட்ரோபிக் பாக்டீரியாக்கள் கார்பனேட் கனிமங்களை உற்பத்தி செய்ய அசிடேட், லாக்டேட், சிட்ரேட், சக்சினேட், ஆக்சலேட், மாலேட் மற்றும் கிளையாக்சிலேட் போன்ற கரிம உப்புகளை ஆற்றல் மூலங்களாகப் பயன்படுத்துகின்றன²⁸. கார்பன் மூலமாக கால்சியம் லாக்டேட் மற்றும் கால்சியம் அயனிகள் முன்னிலையில், கால்சியம் கார்பனேட் உருவாக்கத்தின் வேதிவினை சமன்பாடு (5)-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
MICP செயல்முறையில், பாக்டீரியா செல்கள் கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவாவதற்கு குறிப்பாக முக்கியமான கருவாக்கத் தளங்களை வழங்குகின்றன; பாக்டீரியா செல்லின் மேற்பரப்பு எதிர்மறையாக மின்னூட்டம் பெற்றிருப்பதால், அது கால்சியம் அயனிகள் போன்ற இரு இணைதிறன் கொண்ட நேர்மின் அயனிகளுக்கு ஒரு உறிஞ்சியாகச் செயல்பட முடியும். பாக்டீரியா செல்களில் கால்சியம் அயனிகளை உறிஞ்சுவதன் மூலம், கார்பனேட் அயனிச் செறிவு போதுமானதாக இருக்கும்போது, ​​கால்சியம் நேர்மின் அயனிகளும் கார்பனேட் எதிர்மின் அயனிகளும் வினைபுரிந்து, பாக்டீரியாவின் மேற்பரப்பில் கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவாகிறது²⁹,³⁰. இந்த செயல்முறையை பின்வருமாறு சுருக்கமாகக் கூறலாம்³¹,³²:
உயிரியல் ரீதியாக உருவாக்கப்பட்ட கால்சியம் கார்பனேட் படிகங்களை கால்சைட், வாட்டரைட் மற்றும் அரகோனைட் என மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கலாம். அவற்றுள், கால்சைட் மற்றும் வாட்டரைட் ஆகியவை பாக்டீரியாவால் தூண்டப்பட்ட மிகவும் பொதுவான கால்சியம் கார்பனேட் மாற்றுருக்கள் ஆகும்³³,³⁴. கால்சைட் என்பது வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக மிகவும் நிலையான கால்சியம் கார்பனேட் மாற்றுரு ஆகும்³⁵. வாட்டரைட் நிலைமாறக்கூடியது என்று கூறப்பட்டாலும், அது இறுதியில் கால்சைட்டாக மாறுகிறது³⁶,³⁷. இந்தப் படிகங்களிலேயே வாட்டரைட் மிகவும் அடர்த்தியானது. இது ஒரு அறுகோணப் படிகமாகும், மேலும் அதன் பெரிய அளவு காரணமாக மற்ற கால்சியம் கார்பனேட் படிகங்களை விட சிறந்த துளை நிரப்பும் திறனைக் கொண்டுள்ளது³⁸. யூரியாவால் சிதைக்கப்பட்ட மற்றும் சிதைக்கப்படாத MICP ஆகிய இரண்டுமே வாட்டரைட்டின் வீழ்படிவுக்கு வழிவகுக்கும்¹³,³⁹,⁴⁰,⁴¹.
சிக்கலான மண் மற்றும் காற்று அரிப்புக்கு உள்ளாகக்கூடிய மண்ணை நிலைப்படுத்துவதில் MICP நம்பிக்கைக்குரிய ஆற்றலைக் காட்டியிருந்தாலும்42,43,44,45,46,47,48, யூரியா நீராற்பகுப்பின் துணை விளைபொருட்களில் ஒன்றான அம்மோனியா, வெளிப்பாட்டின் அளவைப் பொறுத்து லேசானது முதல் கடுமையானது வரையிலான உடல்நலப் பிரச்சனைகளை ஏற்படுத்தக்கூடும்49. இந்த பக்க விளைவு, குறிப்பாக தூசி அடக்குதல் போன்ற பெரிய பரப்புகளுக்கு சிகிச்சை அளிக்க வேண்டியிருக்கும் போது, ​​இந்த குறிப்பிட்ட தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாட்டை சர்ச்சைக்குரியதாக ஆக்குகிறது. மேலும், அதிக பயன்பாட்டு விகிதங்களிலும் பெரிய அளவுகளிலும் இந்த செயல்முறை மேற்கொள்ளப்படும்போது அம்மோனியாவின் வாசனை தாங்க முடியாததாக இருக்கிறது, இது அதன் நடைமுறைப் பயன்பாட்டைப் பாதிக்கக்கூடும். அம்மோனியம் அயனிகளை ஸ்ட்ரூவைட் போன்ற பிற பொருட்களாக மாற்றுவதன் மூலம் குறைக்க முடியும் என்று சமீபத்திய ஆய்வுகள் காட்டியிருந்தாலும், இந்த முறைகள் அம்மோனியம் அயனிகளை முழுமையாக அகற்றுவதில்லை50. எனவே, அம்மோனியம் அயனிகளை உருவாக்காத மாற்றுத் தீர்வுகளை ஆராய வேண்டிய தேவை இன்னும் உள்ளது. காற்று அரிப்பு தணிப்பு சூழலில் குறைவாக ஆராயப்பட்ட ஒரு சாத்தியமான தீர்வை, MICP-க்கு யூரியா அல்லாத சிதைவுப் பாதைகளின் பயன்பாடு வழங்கக்கூடும். ஃபத்தாஹி மற்றும் பலர். கால்சியம் அசிடேட் மற்றும் பேசில்லஸ் மெகாடீரியம்41 ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி யூரியா இல்லாத MICP சிதைவை ஆராய்ந்தனர், அதேசமயம் மொஹெப்பி மற்றும் குழுவினர் கால்சியம் அசிடேட் மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ்9 ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தினர். இருப்பினும், அவர்களின் ஆய்வு, இறுதியில் காற்று அரிப்பு எதிர்ப்பை மேம்படுத்தக்கூடிய பிற கால்சியம் மூலங்கள் மற்றும் ஹெட்டரோட்ரோபிக் பாக்டீரியாக்களுடன் ஒப்பிடப்படவில்லை. காற்று அரிப்புத் தணிப்பில் யூரியா இல்லாத சிதைவுப் பாதைகளை யூரியா சிதைவுப் பாதைகளுடன் ஒப்பிடும் ஆய்வுகளும் குறைவாகவே உள்ளன.
மேலும், பெரும்பாலான காற்று அரிப்பு மற்றும் தூசி கட்டுப்பாடு ஆய்வுகள் தட்டையான மேற்பரப்புகளைக் கொண்ட மண் மாதிரிகளில் நடத்தப்பட்டுள்ளன.1,51,52,53 இருப்பினும், மலைகள் மற்றும் பள்ளங்களை விட தட்டையான மேற்பரப்புகள் இயற்கையில் குறைவாகவே காணப்படுகின்றன. இதனால்தான் பாலைவனப் பகுதிகளில் மணல் குன்றுகள் மிகவும் பொதுவான நிலப்பரப்பு அம்சமாக உள்ளன.
மேற்கூறிய குறைபாடுகளைக் களைவதற்காக, அம்மோனியாவை உற்பத்தி செய்யாத ஒரு புதிய வகை பாக்டீரியா முகவர்களை அறிமுகப்படுத்துவதை இந்த ஆய்வு நோக்கமாகக் கொண்டது. இந்த நோக்கத்திற்காக, யூரியாவைச் சிதைக்காத MICP வழிமுறைகளை நாங்கள் கருத்தில் கொண்டோம். இரண்டு கால்சியம் மூலங்களின் (கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் கால்சியம் அசிடேட்) செயல்திறன் ஆராயப்பட்டது. ஆய்வாளர்களின் அறிவுக்கு எட்டியவரை, இரண்டு கால்சியம் மூலங்கள் மற்றும் பாக்டீரியாக்களின் சேர்க்கைகளைப் (அதாவது, கால்சியம் ஃபார்மேட்-பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் மற்றும் கால்சியம் ஃபார்மேட்-பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ்) பயன்படுத்தி கார்பனேட் வீழ்படிவாக்குதல் முந்தைய ஆய்வுகளில் ஆராயப்படவில்லை. இந்த பாக்டீரியாக்களின் தேர்வு, அவை உற்பத்தி செய்யும் நொதிகளின் அடிப்படையில் அமைந்தது; அந்த நொதிகள், கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் கால்சியம் அசிடேட்டின் ஆக்சிஜனேற்றத்தை வினையூக்கி, நுண்ணுயிர் கார்பனேட் வீழ்படிவை உருவாக்குகின்றன. pH, பாக்டீரியாக்களின் வகைகள், கால்சியம் மூலங்கள் மற்றும் அவற்றின் செறிவுகள், பாக்டீரியாவுக்கும் கால்சியம் மூலக் கரைசலுக்கும் இடையிலான விகிதம் மற்றும் பதப்படுத்தும் நேரம் போன்ற உகந்த காரணிகளைக் கண்டறிய ஒரு முழுமையான சோதனை ஆய்வை நாங்கள் வடிவமைத்தோம். இறுதியாக, கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவு மூலம் ஏற்படும் காற்று அரிப்பைத் தடுப்பதில் இந்த பாக்டீரியா முகவர்களின் தொகுப்பின் செயல்திறனை ஆராய்வதற்காக, மணல் குன்றுகளில் தொடர்ச்சியான காற்றுச் சுரங்கச் சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. இதன் மூலம் காற்று அரிப்பின் அளவு, வரம்புநிலை உடைவு வேகம் மற்றும் மணலின் காற்றுத் தாக்குதல் எதிர்ப்புத்திறன் ஆகியவை கண்டறியப்பட்டன. மேலும், ஊடுருவிமானி அளவீடுகள் மற்றும் நுண்ணமைப்பு ஆய்வுகளும் (எ.கா., எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் (XRD) பகுப்பாய்வு மற்றும் வருடு மின்னணு நுண்ணோக்கி (SEM)) மேற்கொள்ளப்பட்டன.
கால்சியம் கார்பனேட் உற்பத்திக்கு கால்சியம் அயனிகள் மற்றும் கார்பனேட் அயனிகள் தேவைப்படுகின்றன. கால்சியம் குளோரைடு, கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு மற்றும் பால் பவுடர்54,55 போன்ற பல்வேறு கால்சியம் மூலங்களிலிருந்து கால்சியம் அயனிகளைப் பெறலாம். யூரியா நீராற்பகுப்பு மற்றும் கரிமப் பொருட்களின் காற்றுவழி அல்லது காற்றில்லா ஆக்சிஜனேற்றம்56 போன்ற பல்வேறு நுண்ணுயிர் முறைகள் மூலம் கார்பனேட் அயனிகளை உற்பத்தி செய்யலாம். இந்த ஆய்வில், ஃபார்மேட் மற்றும் அசிடேட்டின் ஆக்சிஜனேற்ற வினையிலிருந்து கார்பனேட் அயனிகள் பெறப்பட்டன. மேலும், தூய கால்சியம் கார்பனேட்டை உற்பத்தி செய்ய ஃபார்மேட் மற்றும் அசிடேட்டின் கால்சியம் உப்புகளைப் பயன்படுத்தினோம், இதனால் CO2 மற்றும் H2O மட்டுமே துணை விளைபொருட்களாகப் பெறப்பட்டன. இந்தச் செயல்முறையில், ஒரே ஒரு பொருள் மட்டுமே கால்சியம் மூலமாகவும் கார்பனேட் மூலமாகவும் செயல்படுகிறது, மேலும் அம்மோனியா உற்பத்தி செய்யப்படவில்லை. இந்தப் பண்புகள், நாங்கள் கருதிய கால்சியம் மூலம் மற்றும் கார்பனேட் உற்பத்தி முறையை மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியதாக ஆக்குகின்றன.
கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் கால்சியம் அசிட்டேட் வினைபுரிந்து கால்சியம் கார்பனேட்டை உருவாக்கும் வினைகள் சூத்திரங்கள் (7)-(14) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. சூத்திரங்கள் (7)-(11) கால்சியம் ஃபார்மேட் நீரில் கரைந்து ஃபார்மிக் அமிலம் அல்லது ஃபார்மேட்டை உருவாக்குவதைக் காட்டுகின்றன. இதனால், இந்தக் கரைசல் தனி கால்சியம் மற்றும் ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளின் மூலமாகிறது (சூத்திரங்கள் 8 மற்றும் 9). ஃபார்மிக் அமிலத்தின் ஆக்சிஜனேற்றத்தின் விளைவாக, ஃபார்மிக் அமிலத்தில் உள்ள கார்பன் அணுக்கள் கார்பன் டை ஆக்சைடாக மாற்றப்படுகின்றன (சூத்திரம் 10). இறுதியில் கால்சியம் கார்பனேட் உருவாகிறது (சூத்திரங்கள் 11 மற்றும் 12).
இதேபோல், கால்சியம் அசிடேட்டிலிருந்து (சமன்பாடுகள் 13–15) கால்சியம் கார்பனேட் உருவாகிறது, ஆனால் ஃபார்மிக் அமிலத்திற்குப் பதிலாக அசிட்டிக் அமிலம் அல்லது அசிடேட் உருவாகிறது.
நொதிகள் இல்லாத நிலையில், அறை வெப்பநிலையில் அசிட்டேட் மற்றும் ஃபார்மேட்டை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்ய முடியாது. FDH (ஃபார்மேட் டீஹைட்ரோஜினேஸ்) மற்றும் CoA (கோஎன்சைம் A) ஆகியவை முறையே ஃபார்மேட் மற்றும் அசிட்டேட்டின் ஆக்சிஜனேற்றத்தை வினையூக்கி, கார்பன் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகின்றன (சமன்பாடுகள் 16, 17) 57, 58, 59. பல்வேறு பாக்டீரியாக்கள் இந்த நொதிகளை உற்பத்தி செய்யும் திறன் கொண்டவை, மேலும் இந்த ஆய்வில், பிற ஊட்ட பாக்டீரியாக்களான பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் (PTCC #1204 (பாரசீக வகை கலாச்சார சேகரிப்பு), NCIMB #13061 (பாக்டீரியா, ஈஸ்ட், பேஜ், பிளாஸ்மிட்கள், தாவர விதைகள் மற்றும் தாவர செல் திசு கலாச்சாரங்களின் சர்வதேச சேகரிப்பு) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் (PTCC #1732, NCIMB #12077) ஆகியவை பயன்படுத்தப்பட்டன. இந்த பாக்டீரியாக்கள், இறைச்சி பெப்டோன் (5 கி/லி) மற்றும் இறைச்சிச் சாறு (3 கி/லி) ஆகியவற்றைக் கொண்ட, ஊட்டச்சத்து குழம்பு (NBR) (105443 மெர்க்) எனப்படும் ஒரு ஊடகத்தில் வளர்க்கப்பட்டன.
இவ்வாறு, இரண்டு கால்சியம் மூலங்கள் மற்றும் இரண்டு பாக்டீரியாக்களைப் பயன்படுத்தி கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவைத் தூண்டுவதற்காக நான்கு கலவைகள் தயாரிக்கப்பட்டன: கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் (FS), கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் (FA), கால்சியம் அசிடேட் மற்றும் பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் (AS), மற்றும் கால்சியம் அசிடேட் மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் (AA).
சோதனை வடிவமைப்பின் முதல் பகுதியில், அதிகபட்ச கால்சியம் கார்பனேட் உற்பத்தியை அடையக்கூடிய உகந்த கலவையைத் தீர்மானிக்க சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. மண் மாதிரிகளில் கால்சியம் கார்பனேட் இருந்ததால், வெவ்வேறு கலவைகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் CaCO3-ஐ துல்லியமாக அளவிடுவதற்காக ஒரு தொகுதி பூர்வாங்க மதிப்பீட்டு சோதனைகள் வடிவமைக்கப்பட்டன, மேலும் வளர்ப்பு ஊடகம் மற்றும் கால்சியம் மூலக் கரைசல்களின் கலவைகள் மதிப்பீடு செய்யப்பட்டன. மேலே வரையறுக்கப்பட்ட கால்சியம் மூலம் மற்றும் பாக்டீரியா கரைசலின் ஒவ்வொரு கலவைக்கும் (FS, FA, AS, மற்றும் AA), உகந்ததாக்கும் காரணிகள் (கால்சியம் மூலச் செறிவு, பதப்படுத்தும் நேரம், கரைசலின் ஒளியியல் அடர்த்தியால் (OD) அளவிடப்பட்ட பாக்டீரியா கரைசலின் செறிவு, கால்சியம் மூலத்திற்கும் பாக்டீரியா கரைசலுக்கும் இடையிலான விகிதம், மற்றும் pH) பெறப்பட்டு, பின்வரும் பிரிவுகளில் விவரிக்கப்பட்டுள்ள மணல் குன்று பதப்படுத்தும் காற்றுச் சுரங்க சோதனைகளில் பயன்படுத்தப்பட்டன.
ஒவ்வொரு கலவைக்கும், கரிமப் பொருளின் காற்றில்லா ஆக்சிஜனேற்றத்தின் போது CaCO3 வீழ்படிவின் விளைவைப் பற்றி ஆய்வு செய்வதற்கும், கால்சியம் மூலச் செறிவு, பதப்படுத்தும் நேரம், பாக்டீரியாவின் OD மதிப்பு, கால்சியம் மூலத்திற்கும் பாக்டீரியா கரைசலுக்கும் இடையிலான விகிதம் மற்றும் pH போன்ற பல்வேறு காரணிகளை மதிப்பீடு செய்வதற்கும் 150 சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன (அட்டவணை 1). வேகமான வளர்ச்சியைப் பெறுவதற்காக, பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் மற்றும் பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் ஆகியவற்றின் வளர்ச்சி வளைவுகளின் அடிப்படையில் உகந்த செயல்முறைக்கான pH வரம்பு தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது. இது முடிவுகள் பிரிவில் மேலும் விரிவாக விளக்கப்பட்டுள்ளது.
உகந்ததாக்கும் கட்டத்திற்கான மாதிரிகளைத் தயாரிக்கப் பின்வரும் படிகள் பயன்படுத்தப்பட்டன. முதலில், வளர்ப்பு ஊடகத்தின் ஆரம்ப pH-ஐ சரிசெய்வதன் மூலம் MICP கரைசல் தயாரிக்கப்பட்டது, பின்னர் அது 121 °C வெப்பநிலையில் 15 நிமிடங்களுக்கு ஆட்டோகிளேவ் செய்யப்பட்டது. அதன் பிறகு, அந்த பாக்டீரியா விகாரம் ஒரு லேமினார் காற்று ஓட்டத்தில் இடப்பட்டு, 30 °C வெப்பநிலையிலும் 180 rpm வேகத்திலும் ஒரு குலுக்கும் இன்குபேட்டரில் பராமரிக்கப்பட்டது. பாக்டீரியாவின் OD விரும்பிய அளவை அடைந்தவுடன், அது விரும்பிய விகிதத்தில் கால்சியம் மூலக் கரைசலுடன் கலக்கப்பட்டது (படம் 1a). MICP கரைசல், இலக்கு மதிப்பை அடையும் வரை, 220 rpm வேகத்திலும் 30 °C வெப்பநிலையிலும் ஒரு குலுக்கும் இன்குபேட்டரில் வினைபுரிந்து திடமாக மாற அனுமதிக்கப்பட்டது. வீழ்படிவான CaCO3, 5 நிமிடங்களுக்கு 6000 g வேகத்தில் மையவிலக்கு செய்த பிறகு பிரிக்கப்பட்டு, பின்னர் கால்சிமீட்டர் சோதனைக்கான மாதிரிகளைத் தயாரிக்க 40 °C வெப்பநிலையில் உலர்த்தப்பட்டது (படம் 1b). பின்னர், பெர்னார்ட் கால்சிமீட்டரைப் பயன்படுத்தி CaCO3 வீழ்படிவு அளவிடப்பட்டது. இதில், CaCO3 தூளானது 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) உடன் வினைபுரிந்து CO2-ஐ உருவாக்குகிறது, மேலும் இந்த வாயுவின் கனஅளவே CaCO3 உள்ளடக்கத்தின் அளவீடாக உள்ளது (படம் 1c). CO2-இன் கனஅளவை CaCO3 உள்ளடக்கமாக மாற்றுவதற்காக, தூய CaCO3 தூளை 1 N HCl கொண்டு கழுவி, வெளிப்பட்ட CO2-க்கு எதிராக அதை வரைபடமாக்குவதன் மூலம் ஒரு அளவுத்திருத்த வளைகோடு உருவாக்கப்பட்டது. வீழ்படிவான CaCO3 தூளின் உருவவியல் மற்றும் தூய்மை ஆகியவை SEM படமாக்கல் மற்றும் XRD பகுப்பாய்வு ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி ஆராயப்பட்டன. பாக்டீரியாவைச் சுற்றி கால்சியம் கார்பனேட் உருவாவதையும், உருவான கால்சியம் கார்பனேட்டின் நிலையையும், பாக்டீரியாவின் செயல்பாட்டையும் ஆய்வு செய்ய 1000 மடங்கு உருப்பெருக்கம் கொண்ட ஒரு ஒளியியல் நுண்ணோக்கி பயன்படுத்தப்பட்டது.
ஈரானின் தென்மேற்கு ஃபார்ஸ் மாகாணத்தில் உள்ள தேஜெக் படுகை, நன்கு அறியப்பட்ட அதிக அரிப்புக்குள்ளான ஒரு பகுதியாகும். ஆராய்ச்சியாளர்கள் அப்பகுதியிலிருந்து காற்றினால் அரிக்கப்பட்ட மண் மாதிரிகளைச் சேகரித்தனர். இந்த ஆய்விற்காக, மாதிரிகள் மண் மேற்பரப்பிலிருந்து எடுக்கப்பட்டன. மண் மாதிரிகளில் மேற்கொள்ளப்பட்ட குறிகாட்டி சோதனைகள், அந்த மண் வண்டல் கலந்த, தரம் குறைந்த மணல் மண் என்பதைக் காட்டியதுடன், ஒருங்கிணைந்த மண் வகைப்பாட்டு அமைப்பின் (USC) படி SP-SM என வகைப்படுத்தப்பட்டது (படம் 2a). XRD பகுப்பாய்வு, தேஜெக் மண் முக்கியமாக கால்சைட் மற்றும் குவார்ட்ஸால் ஆனது என்பதைக் காட்டியது (படம் 2b). மேலும், EDX பகுப்பாய்வு, Al, K, மற்றும் Fe போன்ற பிற தனிமங்களும் சிறிய விகிதங்களில் இருந்ததைக் காட்டியது.
காற்று அரிப்பு சோதனைக்காக ஆய்வக மணல் குன்றுகளைத் தயாரிக்க, 170 மிமீ உயரத்திலிருந்து 10 மிமீ விட்டமுள்ள புனல் வழியாக மண் நசுக்கப்பட்டு ஒரு திடமான மேற்பரப்பாக மாற்றப்பட்டது. இதன் விளைவாக, 60 மிமீ உயரமும் 210 மிமீ விட்டமும் கொண்ட ஒரு வழக்கமான மணல் குன்று உருவானது. இயற்கையில், மிகக் குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட மணல் குன்றுகள் காற்றினால் ஏற்படும் செயல்முறைகளால் உருவாகின்றன. இதேபோல், மேற்கண்ட செயல்முறையைப் பயன்படுத்தித் தயாரிக்கப்பட்ட மாதிரியானது, மிகக் குறைந்த சார்பு அடர்த்தியான γ = 14.14 kN/m³-ஐக் கொண்டிருந்தது. இது, ஏறத்தாழ 29.7° ஓய்வுக் கோணத்துடன் ஒரு கிடைமட்ட மேற்பரப்பில் படிந்த மணல் கூம்பை உருவாக்கியது.
முந்தைய பிரிவில் பெறப்பட்ட உகந்த MICP கரைசல், 1, 2 மற்றும் 3 lm-2 என்ற பயன்பாட்டு விகிதங்களில் மணல் குன்றின் சரிவில் தெளிக்கப்பட்டது. பின்னர், மாதிரிகள் 9 நாட்களுக்கு (அதாவது உகந்த பதப்படுத்தும் நேரம்) 30 °C வெப்பநிலையில் ஒரு இன்குபேட்டரில் சேமிக்கப்பட்டு (படம் 3), அதன் பிறகு காற்றுச் சுரங்க சோதனைக்காக வெளியே எடுக்கப்பட்டன.
ஒவ்வொரு சிகிச்சைக்கும் நான்கு மாதிரிகள் தயாரிக்கப்பட்டன; அவற்றில் ஒன்று, ஊடுருவி அளக்கும் கருவியைப் பயன்படுத்தி கால்சியம் கார்பனேட் உள்ளடக்கம் மற்றும் மேற்பரப்பு வலிமையை அளவிடுவதற்கும், மீதமுள்ள மூன்று மாதிரிகள் மூன்று வெவ்வேறு வேகங்களில் அரிப்பு சோதனைகளுக்கும் பயன்படுத்தப்பட்டன. காற்றுச் சுரங்கச் சோதனைகளில், வெவ்வேறு காற்றின் வேகங்களில் அரிப்பின் அளவு தீர்மானிக்கப்பட்டது, பின்னர் ஒவ்வொரு சிகிச்சை மாதிரிக்குமான வரம்பு உடைப்பு வேகம், அரிப்பு அளவுக்கும் காற்றின் வேகத்திற்கும் இடையிலான வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்பட்டது. காற்று அரிப்பு சோதனைகளுக்குக் கூடுதலாக, சிகிச்சை அளிக்கப்பட்ட மாதிரிகள் மணல் குண்டுவீச்சுக்கு (அதாவது, குதிக்கும் சோதனைகள்) உட்படுத்தப்பட்டன. இந்த நோக்கத்திற்காக, 2 மற்றும் 3 L m−2 என்ற பயன்பாட்டு விகிதங்களில் மேலும் இரண்டு மாதிரிகள் தயாரிக்கப்பட்டன. மணல் குண்டுவீச்சு சோதனை 15 நிமிடங்கள் நீடித்தது, அதன் பாய்வு 120 gm−1 ஆகும், இது முந்தைய ஆய்வுகளில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளின் வரம்பிற்குள் உள்ளது60,61,62. சிராய்ப்பு முனைக்கும் மணல் மேட்டின் அடிவாரத்திற்கும் இடையிலான கிடைமட்ட தூரம் 800 மிமீ ஆக இருந்தது, இது சுரங்கத்தின் அடிப்பகுதியிலிருந்து 100 மிமீ மேலே அமைந்திருந்தது. துள்ளிக்குதிக்கும் மணல் துகள்கள் ஏறக்குறைய அனைத்தும் மணல் மேட்டின் மீது விழுமாறு இந்த நிலை அமைக்கப்பட்டது.
8 மீ நீளம், 0.4 மீ அகலம் மற்றும் 1 மீ உயரம் கொண்ட ஒரு திறந்த காற்றுச் சுரங்கத்தில் காற்றுச் சுரங்கச் சோதனை நடத்தப்பட்டது (படம் 4a). இந்தக் காற்றுச் சுரங்கம் துத்தநாகம் பூசப்பட்ட எஃகுத் தகடுகளால் ஆனது மற்றும் வினாடிக்கு 25 மீ வரை காற்று வேகத்தை உருவாக்கக்கூடியது. மேலும், விசிறியின் அதிர்வெண்ணைச் சரிசெய்யவும், இலக்குக் காற்று வேகத்தைப் பெறுவதற்காக அதிர்வெண்ணைப் படிப்படியாக அதிகரிக்கவும் ஒரு அதிர்வெண் மாற்றி பயன்படுத்தப்படுகிறது. படம் 4b, காற்றினால் அரிக்கப்பட்ட மணல் குன்றுகளின் திட்ட வரைபடத்தையும், காற்றுச் சுரங்கத்தில் அளவிடப்பட்ட காற்று வேக விவரத்தையும் காட்டுகிறது.
இறுதியாக, இந்த ஆய்வில் முன்மொழியப்பட்ட யூரியாலிடிக் அல்லாத MICP கலவையின் முடிவுகளை, யூரியாலிடிக் MICP கட்டுப்பாட்டு சோதனையின் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடுவதற்காக, மணல் மேட்டு மாதிரிகளும் தயாரிக்கப்பட்டு, யூரியா, கால்சியம் குளோரைடு மற்றும் ஸ்போரோசார்சினா பேஸ்டூரி (ஏனெனில் ஸ்போரோசார்சினா பேஸ்டூரிக்கு யூரியேஸை உற்பத்தி செய்யும் குறிப்பிடத்தக்க திறன் உள்ளது63) ஆகியவற்றைக் கொண்ட ஒரு உயிரியல் கரைசலுடன் பதப்படுத்தப்பட்டன. பாக்டீரியா கரைசலின் ஒளி அடர்த்தி 1.5 ஆகவும், யூரியா மற்றும் கால்சியம் குளோரைடின் செறிவுகள் 1 M ஆகவும் இருந்தன (முந்தைய ஆய்வுகளில்36,64,65 பரிந்துரைக்கப்பட்ட மதிப்புகளின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது). வளர்ப்பு ஊடகமானது ஊட்டச்சத்து குழம்பு (8 கி/லி) மற்றும் யூரியா (20 கி/லி) ஆகியவற்றைக் கொண்டிருந்தது. பாக்டீரியா கரைசல் மணல் மேட்டின் மேற்பரப்பில் தெளிக்கப்பட்டு, பாக்டீரியாக்கள் ஒட்டிக்கொள்வதற்காக 24 மணி நேரம் விடப்பட்டது. 24 மணி நேர ஒட்டுதலுக்குப் பிறகு, ஒரு சிமென்டிங் கரைசல் (கால்சியம் குளோரைடு மற்றும் யூரியா) தெளிக்கப்பட்டது. யூரியாலிடிக் MICP கட்டுப்பாட்டு சோதனை இனிமேல் UMC எனக் குறிப்பிடப்படுகிறது. சோய் மற்றும் குழுவினரால் முன்மொழியப்பட்ட நடைமுறையின்படி கழுவுவதன் மூலம், யூரியாலிடிக் மற்றும் யூரியாலிடிக் அல்லாத முறையில் பதப்படுத்தப்பட்ட மண் மாதிரிகளின் கால்சியம் கார்பனேட் உள்ளடக்கம் பெறப்பட்டது.66
படம் 5, 5 முதல் 10 வரையிலான ஆரம்ப pH வரம்பில், வளர்ப்பு ஊடகத்தில் (ஊட்டச்சத்துக் கரைசல்) பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் மற்றும் பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் ஆகியவற்றின் வளர்ச்சி வளைவுகளைக் காட்டுகிறது. படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் மற்றும் பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் ஆகியவை முறையே pH 6-8 மற்றும் 7-9 இல் வேகமாக வளர்ந்தன. எனவே, இந்த pH வரம்பு உகந்ததாக்கும் கட்டத்தில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.
ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தின் வெவ்வேறு ஆரம்ப pH மதிப்புகளில் (அ) பேசில்லஸ் அமிலோலிகுஃபேசியன்ஸ் மற்றும் (ஆ) பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் ஆகியவற்றின் வளர்ச்சி வளைவுகள்.
படம் 6, பெர்னார்ட் சுண்ணாம்புமானியில் உருவான கார்பன் டை ஆக்சைடின் அளவைக் காட்டுகிறது, இது வீழ்படிவான கால்சியம் கார்பனேட்டைக் (CaCO3) குறிக்கிறது. ஒவ்வொரு கலவையிலும் ஒரு காரணி நிலையாக வைக்கப்பட்டு, மற்ற காரணிகள் மாற்றப்பட்டதால், இந்த வரைபடங்களில் உள்ள ஒவ்வொரு புள்ளியும் அந்தச் சோதனைகளின் தொகுப்பில் உள்ள கார்பன் டை ஆக்சைடின் அதிகபட்ச கனஅளவைக் குறிக்கிறது. படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கால்சியம் மூலத்தின் செறிவு அதிகரித்தபோது, ​​கால்சியம் கார்பனேட்டின் உற்பத்தி அதிகரித்தது. எனவே, கால்சியம் மூலத்தின் செறிவு, கால்சியம் கார்பனேட்டின் உற்பத்தியை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. கால்சியம் மூலமும் கார்பன் மூலமும் ஒன்றாக இருப்பதால் (அதாவது, கால்சியம் ஃபார்மேட் மற்றும் கால்சியம் அசிடேட்), எவ்வளவு அதிகமாக கால்சியம் அயனிகள் வெளியிடப்படுகின்றனவோ, அவ்வளவு அதிகமாக கால்சியம் கார்பனேட் உருவாகிறது (படம் 6a). AS மற்றும் AA கலவைகளில், பதப்படுத்தும் நேரம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க கால்சியம் கார்பனேட் உற்பத்தி தொடர்ந்து அதிகரித்து, 9 நாட்களுக்குப் பிறகு வீழ்படிவின் அளவு ஏறக்குறைய மாறாமல் இருந்தது. FA கலவையில், பதப்படுத்தும் நேரம் 6 நாட்களைத் தாண்டியபோது கால்சியம் கார்பனேட் உருவாக்கும் விகிதம் குறைந்தது. மற்ற கலவைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​FS கலவையானது 3 நாட்களுக்குப் பிறகு ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த கால்சியம் கார்பனேட் உருவாக்கும் விகிதத்தைக் காட்டியது (படம் 6b). FA மற்றும் FS கலவைகளில், மூன்று நாட்களுக்குப் பிறகு மொத்த கால்சியம் கார்பனேட் உற்பத்தியில் முறையே 70% மற்றும் 87% பெறப்பட்டது. அதேசமயம், AA மற்றும் AS கலவைகளில், இந்த விகிதம் முறையே சுமார் 46% மற்றும் 45% மட்டுமே இருந்தது. அசிடேட் அடிப்படையிலான கலவையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​ஃபார்மிக் அமிலம் அடிப்படையிலான கலவையானது ஆரம்ப கட்டத்தில் அதிக CaCO3 உருவாக்கும் விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதை இது காட்டுகிறது. இருப்பினும், பதப்படுத்தும் நேரம் அதிகரிக்கும்போது உருவாக்கும் விகிதம் குறைகிறது. OD1-க்கு மேலான பாக்டீரியா செறிவுகளில்கூட, கால்சியம் கார்பனேட் உருவாக்கத்திற்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பு எதுவும் இல்லை என்று படம் 6c-இலிருந்து முடிவு செய்யலாம்.
பெர்னார்ட் கால்சிமீட்டரால் அளவிடப்பட்ட CO2 கனஅளவில் (மற்றும் அதற்கேற்ற CaCO3 உள்ளடக்கத்தில்) ஏற்படும் மாற்றம், (அ) கால்சியம் மூலத்தின் செறிவு, (ஆ) இறுகும் நேரம், (இ) OD, (ஈ) ஆரம்ப pH, (உ) கால்சியம் மூலத்திற்கும் பாக்டீரியா கரைசலுக்கும் இடையிலான விகிதம் (ஒவ்வொரு கலவைக்கும்); மற்றும் (ஊ) கால்சியம் மூலம் மற்றும் பாக்டீரியாவின் ஒவ்வொரு சேர்க்கைக்கும் உற்பத்தி செய்யப்படும் கால்சியம் கார்பனேட்டின் அதிகபட்ச அளவு ஆகியவற்றைப் பொறுத்து அமைகிறது.
ஊடகத்தின் ஆரம்ப pH-இன் விளைவைப் பொறுத்தவரை, படம் 6d-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, FA மற்றும் FS-க்கு, CaCO3 உற்பத்தி pH 7-இல் அதிகபட்ச மதிப்பை அடைந்தது. FDH நொதிகள் pH 7-6.7-இல் மிகவும் நிலையானவை என்ற முந்தைய ஆய்வுகளுடன் இந்தக் கண்காணிப்பு ஒத்துப்போகிறது. இருப்பினும், AA மற்றும் AS-க்கு, pH 7-ஐத் தாண்டியபோது CaCO3 வீழ்படிவு அதிகரித்தது. CoA நொதி செயல்பாட்டிற்கான உகந்த pH வரம்பு 8 முதல் 9.2-6.8 வரை உள்ளது என்றும் முந்தைய ஆய்வுகள் காட்டின. CoA நொதி செயல்பாடு மற்றும் B. amyloliquefaciens வளர்ச்சிக்கான உகந்த pH வரம்புகள் முறையே (8-9.2) மற்றும் (6-8) (படம் 5a) என்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, AA கலவையின் உகந்த pH 8 ஆக இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, மேலும் இந்த இரண்டு pH வரம்புகளும் ஒன்றுடன் ஒன்று மேற்பொருந்துகின்றன. படம் 6d-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்த உண்மை சோதனைகள் மூலம் உறுதிப்படுத்தப்பட்டது. B. subtilis வளர்ச்சிக்கான உகந்த pH 7-9 (படம் 5b) மற்றும் CoA நொதி செயல்பாட்டிற்கான உகந்த pH 8-9.2 என்பதால், அதிகபட்ச CaCO3 வீழ்படிவு விளைச்சல் 8-9 pH வரம்பில் இருக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, இது படம் 6d-ஆல் உறுதி செய்யப்படுகிறது (அதாவது, உகந்த வீழ்படிவு pH 9 ஆகும்). படம் 6e-இல் காட்டப்பட்டுள்ள முடிவுகள், அசிடேட் மற்றும் ஃபார்மேட் கரைசல்கள் இரண்டிற்கும், கால்சியம் மூலக் கரைசலுக்கும் பாக்டீரியா கரைசலுக்கும் இடையிலான உகந்த விகிதம் 1 என்பதைக் குறிக்கிறது. ஒப்பீட்டிற்காக, வெவ்வேறு சூத்திரங்களின் (அதாவது, AA, AS, FA, மற்றும் FS) செயல்திறன், வெவ்வேறு நிலைமைகளின் கீழ் (அதாவது, கால்சியம் மூலச் செறிவு, பதப்படுத்தும் நேரம், OD, கால்சியம் மூலத்திற்கும் பாக்டீரியா கரைசலுக்கும் இடையிலான விகிதம், மற்றும் ஆரம்ப pH) அதிகபட்ச CaCO3 உற்பத்தியின் அடிப்படையில் மதிப்பிடப்பட்டது. ஆய்வு செய்யப்பட்ட சூத்திரங்களில், FS சூத்திரம் மிக உயர்ந்த CaCO3 உற்பத்தியைக் கொண்டிருந்தது, இது AA சூத்திரத்தின் உற்பத்தியை விட தோராயமாக மூன்று மடங்கு அதிகமாகும் (படம் 6f). இரண்டு கால்சியம் மூலங்களுக்கும் பாக்டீரியா இல்லாத நான்கு கட்டுப்பாட்டு சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன, மேலும் 30 நாட்களுக்குப் பிறகு CaCO3 வீழ்படிவு எதுவும் காணப்படவில்லை.
அனைத்து ஃபார்முலேஷன்களின் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபி படங்கள், கால்சியம் கார்பனேட் உருவான முக்கிய கட்டமாக வாட்டரைட் இருப்பதைக் காட்டின (படம் 7). வாட்டரைட் படிகங்கள் கோள வடிவத்தில் இருந்தன69,70,71. பாக்டீரியா செல்களின் மேற்பரப்பு எதிர்மறையாக மின்னூட்டம் பெற்றிருந்ததாலும், இரு இணைதிறன் கொண்ட நேர்மின் அயனிகளுக்கு ஒரு உறிஞ்சியாகச் செயல்பட முடிந்ததாலும், பாக்டீரியா செல்களின் மீது கால்சியம் கார்பனேட் வீழ்படிவானது என்று கண்டறியப்பட்டது. இந்த ஆய்வில் ஃபார்முலேஷன் FS-ஐ உதாரணமாக எடுத்துக்கொண்டால், 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு, சில பாக்டீரியா செல்களின் மீது கால்சியம் கார்பனேட் உருவாகத் தொடங்கியது (படம் 7a), மேலும் 48 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு, கால்சியம் கார்பனேட்டால் பூசப்பட்ட பாக்டீரியா செல்களின் எண்ணிக்கை கணிசமாக அதிகரித்தது. கூடுதலாக, படம் 7b-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, வாட்டரைட் துகள்களையும் கண்டறிய முடிந்தது. இறுதியாக, 72 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு, அதிக எண்ணிக்கையிலான பாக்டீரியாக்கள் வாட்டரைட் படிகங்களால் பிணைக்கப்பட்டதாகத் தோன்றியது, மேலும் வாட்டரைட் துகள்களின் எண்ணிக்கை கணிசமாக அதிகரித்தது (படம் 7c).
காலப்போக்கில் FS கலவைகளில் CaCO3 வீழ்படிவாவதை ஒளியியல் நுண்ணோக்கி மூலம் உற்றுநோக்குதல்: (அ) 24, (ஆ) 48 மற்றும் (இ) 72 மணிநேரம்.
வீழ்படிவான கட்டத்தின் உருவ அமைப்பை மேலும் ஆராய்வதற்காக, தூள்களின் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் (XRD) மற்றும் SEM பகுப்பாய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. XRD நிறமாலைகளும் (படம் 8a) மற்றும் SEM நுண்ணுருவப் படங்களும் (படம் 8b, c) வாட்டரைட் படிகங்களின் இருப்பை உறுதிப்படுத்தின, ஏனெனில் அவை கீரை போன்ற வடிவத்தைக் கொண்டிருந்தன, மேலும் வாட்டரைட் சிகரங்களுக்கும் வீழ்படிவு சிகரங்களுக்கும் இடையே ஒரு ஒத்த தன்மை காணப்பட்டது.
(அ) ​​உருவான CaCO3 மற்றும் வாட்டரைட்டின் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் நிறமாலைகளின் ஒப்பீடு. முறையே (ஆ) 1 kHz மற்றும் (இ) 5.27 kHz உருப்பெருக்கத்தில் எடுக்கப்பட்ட வாட்டரைட்டின் SEM நுண்ணுருவப் படங்கள்.
காற்றுச் சுரங்கச் சோதனைகளின் முடிவுகள் படம் 9a, b-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. படம் 9a-இலிருந்து, பதப்படுத்தப்படாத மணலின் தொடக்க அரிப்பு வேகம் (TDV) சுமார் 4.32 மீ/வி ஆகும் என்பது காணப்படுகிறது. 1 லி/மீ² என்ற பயன்பாட்டு விகிதத்தில் (படம் 9a), FA, FS, AA மற்றும் UMC ஆகிய கூறுகளுக்கான மண் இழப்பு விகிதக் கோடுகளின் சரிவுகள், பதப்படுத்தப்படாத மணல் குன்றின் சரிவுகளைப் போலவே ஏறக்குறைய உள்ளன. இந்த பயன்பாட்டு விகிதத்தில் செய்யப்படும் பதப்படுத்துதல் பயனற்றது என்பதையும், காற்றின் வேகம் TDV-ஐத் தாண்டியவுடன், மெல்லிய மண் மேலோடு மறைந்து, மணல் குன்றின் அரிப்பு விகிதம் பதப்படுத்தப்படாத மணல் குன்றின் அரிப்பு விகிதத்தைப் போலவே ஆகிவிடுகிறது என்பதையும் இது காட்டுகிறது. AS கூறின் அரிப்புச் சரிவும், குறைந்த கிடை அச்சுகளைக் (அதாவது TDV) கொண்ட மற்ற கூறுகளின் சரிவுகளை விடக் குறைவாக உள்ளது (படம் 9a). படம் 9b-இல் உள்ள அம்புக்குறிகள், 25 மீ/வி என்ற அதிகபட்ச காற்றின் வேகத்தில், 2 மற்றும் 3 லி/மீ² பயன்பாட்டு விகிதங்களில் பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்றுகளில் எந்த அரிப்பும் ஏற்படவில்லை என்பதைக் குறிக்கின்றன. வேறுவிதமாகக் கூறினால், FS, FA, AS மற்றும் UMC ஆகியவற்றைப் பொறுத்தவரை, அதிகபட்ச காற்றின் வேகத்தை (அதாவது 25 மீ/வி) விட, 2 மற்றும் 3 லி/மீ² என்ற பயன்பாட்டு விகிதங்களில் CaCO³ படிவதால் ஏற்படும் காற்று அரிப்பை மணல் குன்றுகள் அதிக அளவில் எதிர்த்தன. எனவே, இந்தச் சோதனைகளில் பெறப்பட்ட 25 மீ/வி என்ற TDV மதிப்பானது, படம் 9b-இல் காட்டப்பட்டுள்ள பயன்பாட்டு விகிதங்களுக்கான கீழ் எல்லையாகும். இதற்கு விதிவிலக்காக, AA-இன் TDV மதிப்பு, அதிகபட்ச காற்றுச் சுரங்க வேகத்திற்கு ஏறக்குறைய சமமாக உள்ளது.
காற்று அரிப்பு சோதனை (அ) காற்றின் வேகத்திற்கு எதிரான எடை இழப்பு (பயன்பாட்டு விகிதம் 1 லி/மீ²), (ஆ) பயன்பாட்டு விகிதம் மற்றும் கலவைக்கு எதிரான வரம்பு கிழித்தல் வேகம் (கால்சியம் அசிடேட்டிற்கு CA, கால்சியம் ஃபார்மேட்டிற்கு CF).
படம் 10, மணல் வீச்சு சோதனைக்குப் பிறகு, வெவ்வேறு கலவைகள் மற்றும் பயன்பாட்டு விகிதங்களில் பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்றுகளின் மேற்பரப்பு அரிப்பைக் காட்டுகிறது, மேலும் அதன் அளவுசார் முடிவுகள் படம் 11-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. பதப்படுத்தப்படாத மாதிரி காட்டப்படவில்லை, ஏனெனில் அது எந்த எதிர்ப்பையும் காட்டவில்லை மற்றும் மணல் வீச்சு சோதனையின் போது முழுமையாக அரிக்கப்பட்டது (மொத்த நிறை இழப்பு). படம் 11-இலிருந்து, உயிரிக்கலவை AA கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரி, 2 லி/மீ² பயன்பாட்டு விகிதத்தில் அதன் எடையில் 83.5%-ஐ இழந்தது என்பதும், மற்ற அனைத்து மாதிரிகளும் மணல் வீச்சு செயல்முறையின் போது 30%-க்கும் குறைவான அரிப்பையே காட்டின என்பதும் தெளிவாகிறது. பயன்பாட்டு விகிதம் 3 லி/மீ² ஆக அதிகரிக்கப்பட்டபோது, ​​பதப்படுத்தப்பட்ட அனைத்து மாதிரிகளும் அவற்றின் எடையில் 25%-க்கும் குறைவாகவே இழந்தன. இரண்டு பயன்பாட்டு விகிதங்களிலும், FS கலவை மணல் வீச்சுக்கு சிறந்த எதிர்ப்பைக் காட்டியது. FS மற்றும் AA கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகளில் காணப்படும் அதிகபட்ச மற்றும் குறைந்தபட்ச வீச்சு எதிர்ப்பானது, அவற்றின் அதிகபட்ச மற்றும் குறைந்தபட்ச CaCO3 வீழ்படிவின் காரணமாக இருக்கலாம் (படம் 6f).
2 மற்றும் 3 லி/மீ² பாய்வு விகிதங்களில் வெவ்வேறு கலவைகளைக் கொண்ட மணல் குன்றுகள் மீது நடத்தப்பட்ட குண்டுவீச்சின் முடிவுகள் (அம்புக்குறிகள் காற்றின் திசையையும், சிலுவைகள் வரைபடத்தின் தளத்திற்கு செங்குத்தான காற்றின் திசையையும் குறிக்கின்றன).
படம் 12-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பயன்பாட்டு விகிதம் 1 L/m²-இலிருந்து 3 L/m²-ஆக அதிகரித்தபோது, ​​அனைத்துக் கலவைகளின் கால்சியம் கார்பனேட் உள்ளடக்கமும் அதிகரித்தது. மேலும், அனைத்துப் பயன்பாட்டு விகிதங்களிலும், அதிகபட்ச கால்சியம் கார்பனேட் உள்ளடக்கத்தைக் கொண்ட கலவை FS ஆகும், அதனைத் தொடர்ந்து FA மற்றும் UMC ஆகியவை இருந்தன. இது, இந்தக் கலவைகள் அதிக மேற்பரப்பு எதிர்ப்பைக் கொண்டிருக்கக்கூடும் என்பதைக் குறிக்கிறது.
படம் 13a, ஊடுருவல்மானி சோதனை மூலம் அளவிடப்பட்ட, பதப்படுத்தப்படாத, கட்டுப்பாட்டு மற்றும் பதப்படுத்தப்பட்ட மண் மாதிரிகளின் மேற்பரப்பு எதிர்ப்பில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் காட்டுகிறது. இந்தப் படத்திலிருந்து, பயன்பாட்டு விகிதம் அதிகரித்தவுடன் UMC, AS, FA மற்றும் FS கலவைகளின் மேற்பரப்பு எதிர்ப்பு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரித்தது என்பது தெளிவாகிறது. இருப்பினும், AA கலவையில் மேற்பரப்பு வலிமையின் அதிகரிப்பு ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருந்தது. படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, யூரியாவால் சிதைக்கப்படாத MICP-யின் FA மற்றும் FS கலவைகள், யூரியாவால் சிதைக்கப்பட்ட MICP-யுடன் ஒப்பிடும்போது சிறந்த மேற்பரப்பு ஊடுருவுத்திறனைக் கொண்டுள்ளன. படம் 13b, மண் மேற்பரப்பு எதிர்ப்புடன் TDV-யில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் காட்டுகிறது. இந்தப் படத்திலிருந்து, 100 kPa-க்கு மேல் மேற்பரப்பு எதிர்ப்பு கொண்ட மணல் குன்றுகளுக்கு, வரம்புநிலை அகற்றும் வேகம் 25 மீ/வி-ஐத் தாண்டும் என்பது தெளிவாகத் தெரிகிறது. ஊடுருவல்மானி மூலம் கள மேற்பரப்பு எதிர்ப்பை எளிதாக அளவிட முடியும் என்பதால், இந்த அறிவு காற்றுச் சுரங்கச் சோதனை இல்லாத நிலையில் TDV-ஐ மதிப்பிட உதவும், இதன் மூலம் களப் பயன்பாடுகளுக்கு ஒரு தரக் கட்டுப்பாட்டுக் குறியீடாகச் செயல்படும்.
SEM முடிவுகள் படம் 14-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. படங்கள் 14a-b, பதப்படுத்தப்படாத மண் மாதிரியின் பெரிதாக்கப்பட்ட துகள்களைக் காட்டுகின்றன; இது, அத்துகள் ஒன்றுசேர்ந்தவை என்பதையும், இயற்கையான பிணைப்போ அல்லது சிமென்டேஷனோ அற்றவை என்பதையும் தெளிவாகக் குறிப்பிடுகிறது. படம் 14c, யூரியாவால் சிதைக்கப்பட்ட MICP கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட கட்டுப்பாட்டு மாதிரியின் SEM நுண்ணுருவப் படத்தைக் காட்டுகிறது. இந்தப் படம், கால்சைட் பல்லுருவங்களாக CaCO3 வீழ்படிவுகள் இருப்பதைக் காட்டுகிறது. படங்கள் 14d-o-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, வீழ்படிவான CaCO3 துகள்களை ஒன்றாகப் பிணைக்கிறது; கோள வடிவ வாட்டரைட் படிகங்களையும் SEM நுண்ணுருவப் படங்களில் அடையாளம் காண முடிகிறது. இந்த ஆய்வின் முடிவுகளும் முந்தைய ஆய்வுகளின் முடிவுகளும், வாட்டரைட் பல்லுருவங்களாக உருவாகும் CaCO3 பிணைப்புகள் போதுமான இயந்திர வலிமையையும் வழங்க முடியும் என்பதைக் காட்டுகின்றன; எங்கள் முடிவுகளின்படி, மேற்பரப்பு எதிர்ப்பு 350 kPa ஆகவும், தொடக்கப் பிரிப்பு வேகம் 4.32-இலிருந்து 25 மீ/வி-க்கும் அதிகமாகவும் அதிகரிக்கிறது. இந்த முடிவு, MICP-முறையில் வீழ்படிவான CaCO3-இன் மேட்ரிக்ஸ் வாட்டரைட் என்பதையும், அது போதுமான இயந்திர வலிமையையும் காற்று அரிப்பு எதிர்ப்பையும்¹³,⁴⁰ கொண்டிருப்பதோடு, களச் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளுக்கு 180 நாட்கள் வெளிப்பட்ட பின்னரும் கூட போதுமான காற்று அரிப்பு எதிர்ப்பைத் தக்கவைத்துக் கொள்ளும்¹³ என்பதையும் காட்டும் முந்தைய ஆய்வுகளின் முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போகிறது.
(a, b) பதப்படுத்தப்படாத மண், (c) MICP யூரியா சிதைவுக் கட்டுப்பாடு, (df) AA-பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகள், (gi) AS-பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகள், (jl) FA-பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகள், மற்றும் (mo) FS-பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகள் ஆகியவற்றின் SEM நுண்ணுருவப் படங்கள், 3 L/m² என்ற பயன்பாட்டு விகிதத்தில் வெவ்வேறு உருப்பெருக்கங்களில் எடுக்கப்பட்டவை.
படம் 14d-f காட்டுவது போல, AA சேர்மங்களைக் கொண்டு செயலாக்கம் செய்த பிறகு, மேற்பரப்பிலும் மணல் துகள்களுக்கு இடையேயும் கால்சியம் கார்பனேட் படிந்திருந்தது, அதே சமயம் பூச்சு இல்லாத சில மணல் துகள்களும் காணப்பட்டன. AS கூறுகளைப் பொறுத்தவரை, உருவான CaCO3-இன் அளவு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரிக்கவில்லை என்றாலும் (படம் 6f), AA சேர்மங்களுடன் ஒப்பிடும்போது CaCO3-ஆல் மணல் துகள்களுக்கு இடையில் ஏற்பட்ட தொடர்புகளின் அளவு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரித்தது (படம் 14g-i).
படம் 14j-l மற்றும் 14m-o-விலிருந்து, கால்சியம் ஃபார்மேட்டை ஒரு கால்சியம் மூலமாகப் பயன்படுத்துவது, AS சேர்மத்துடன் ஒப்பிடும்போது CaCO3 வீழ்படிவை மேலும் அதிகரிக்கிறது என்பது தெளிவாகிறது. இது படம் 6f-இல் உள்ள கால்சியம் மீட்டர் அளவீடுகளுடன் ஒத்துப்போகிறது. இந்தக் கூடுதல் CaCO3 முக்கியமாக மணல் துகள்களின் மீது படிவதாகத் தெரிகிறது, மேலும் இது தொடுநிலையின் தரத்தை மேம்படுத்துவதில்லை. இது முன்னர் கவனிக்கப்பட்ட நடத்தையை உறுதிப்படுத்துகிறது: CaCO3 வீழ்படிவின் அளவில் வேறுபாடுகள் இருந்தபோதிலும் (படம் 6f), மூன்று கலவைகளும் (AS, FA மற்றும் FS) காற்றெதிர்ப்புச் செயல்திறன் (படம் 11) மற்றும் மேற்பரப்பு எதிர்ப்புத்திறன் (படம் 13a) ஆகியவற்றில் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் வேறுபடுவதில்லை.
CaCO3 பூசப்பட்ட பாக்டீரியா செல்கள் மற்றும் வீழ்படிவான படிகங்களில் உள்ள பாக்டீரியாவின் அச்சு ஆகியவற்றை நன்கு காட்சிப்படுத்த, அதிக உருப்பெருக்கம் கொண்ட SEM நுண்ணுருவப் படங்கள் எடுக்கப்பட்டன, அதன் முடிவுகள் படம் 15-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கால்சியம் கார்பனேட் பாக்டீரியா செல்களின் மீது வீழ்படிவாகி, அங்கு வீழ்படிவாவதற்குத் தேவையான உட்கருக்களை வழங்குகிறது. CaCO3-ஆல் தூண்டப்பட்ட செயல்திறன் மிக்க மற்றும் செயல்திறன் அற்ற பிணைப்புகளையும் இப்படம் சித்தரிக்கிறது. செயல்திறன் அற்ற பிணைப்புகளில் ஏற்படும் எந்தவொரு அதிகரிப்பும் இயந்திரவியல் பண்புகளில் மேலும் முன்னேற்றத்திற்கு வழிவகுக்காது என்று முடிவு செய்யலாம். எனவே, CaCO3 வீழ்படிவாவதை அதிகரிப்பது அதிக இயந்திரவியல் வலிமைக்கு வழிவகுக்காது, மேலும் வீழ்படிவாக்கும் முறை ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. இந்த விடயம் டெர்சிஸ் மற்றும் லலூயி72 மற்றும் சோகி மற்றும் அல்-கபானி45,73 ஆகியோரின் ஆய்வுகளிலும் ஆராயப்பட்டுள்ளது. வீழ்படிவாக்கும் முறைக்கும் இயந்திரவியல் வலிமைக்கும் இடையிலான உறவை மேலும் ஆராய, µCT படமாக்கலைப் பயன்படுத்தும் MICP ஆய்வுகள் பரிந்துரைக்கப்படுகின்றன, ஆனால் இது இந்த ஆய்வின் எல்லைக்கு அப்பாற்பட்டது (அதாவது, அம்மோனியா இல்லாத MICP-க்காக கால்சியம் மூலம் மற்றும் பாக்டீரியாவின் வெவ்வேறு சேர்க்கைகளை அறிமுகப்படுத்துதல்).
(அ) ​​AS கலவை மற்றும் (ஆ) FS கலவையுடன் பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகளில் CaCO3 ஆனது செயல்படும் மற்றும் செயல்படாத பிணைப்புகளைத் தூண்டியதுடன், வண்டலில் பாக்டீரியா செல்களின் அச்சு ஒன்றையும் விட்டுச் சென்றது.
படங்கள் 14j-o மற்றும் 15b-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு CaCO₃ படலம் உள்ளது (EDX பகுப்பாய்வின்படி, படலத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு தனிமத்தின் சதவீதக் கலவை கார்பன் 11%, ஆக்ஸிஜன் 46.62% மற்றும் கால்சியம் 42.39% ஆகும், இது படம் 16-இல் உள்ள CaCO₃-இன் சதவீதத்திற்கு மிகவும் நெருக்கமாக உள்ளது). இந்தப் படலம் வாட்டரைட் படிகங்களையும் மண் துகள்களையும் மூடி, மண்-படிவு அமைப்பின் ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரிக்க உதவுகிறது. ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான கலவையைக் கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகளில் மட்டுமே இந்தப் படலத்தின் இருப்பு காணப்பட்டது.
முந்தைய ஆய்வுகள் மற்றும் இந்த ஆய்வில், யூரியாவைச் சிதைக்கும் மற்றும் சிதைக்காத MICP வழிமுறைகளால் பதப்படுத்தப்பட்ட மண்ணின் மேற்பரப்பு வலிமை, வரம்புப் பிரிப்பு வேகம் மற்றும் உயிரியல் தூண்டப்பட்ட CaCO3 உள்ளடக்கம் ஆகியவற்றை அட்டவணை 2 ஒப்பிடுகிறது. MICP-ஆல் பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்று மாதிரிகளின் காற்று அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறன் குறித்த ஆய்வுகள் குறைவாகவே உள்ளன. மெங் மற்றும் குழுவினர், ஒரு இலை ஊதியைப் பயன்படுத்தி MICP-ஆல் பதப்படுத்தப்பட்ட யூரியாவைச் சிதைக்கும் மணல் குன்று மாதிரிகளின் காற்று அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறனை ஆய்வு செய்தனர்,¹³ ஆனால் இந்த ஆய்வில், யூரியாவைச் சிதைக்காத மணல் குன்று மாதிரிகள் (அத்துடன் யூரியாவைச் சிதைக்கும் கட்டுப்பாட்டு மாதிரிகளும்) ஒரு காற்றுச் சுரங்கத்தில் சோதிக்கப்பட்டு, பாக்டீரியா மற்றும் பொருட்களின் நான்கு வெவ்வேறு கலவைகளால் பதப்படுத்தப்பட்டன.
காணப்படுவது போல, சில முந்தைய ஆய்வுகள் 4 L/m²-ஐத் தாண்டிய அதிக பயன்பாட்டு விகிதங்களைக் கருத்தில் கொண்டுள்ளன¹³,⁴¹,⁷⁴. நீர் விநியோகம், போக்குவரத்து மற்றும் அதிக அளவு நீரைப் பயன்படுத்துதல் ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய செலவுகள் காரணமாக, பொருளாதாரக் கண்ணோட்டத்தில் அதிக பயன்பாட்டு விகிதங்களை களத்தில் எளிதாகப் பயன்படுத்த முடியாது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. 1.62-2 L/m² போன்ற குறைந்த பயன்பாட்டு விகிதங்களும் 190 kPa வரையிலான ஓரளவு நல்ல மேற்பரப்பு வலிமைகளையும், 25 m/s-ஐத் தாண்டிய TDV-ஐயும் அடைந்தன. தற்போதைய ஆய்வில், யூரியா சிதைவு இல்லாமல் ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான MICP-ஐக் கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்றுகள், அதே அளவிலான பயன்பாட்டு விகிதங்களில் யூரியா சிதைவுப் பாதையில் பெறப்பட்டவற்றுக்கு ஒப்பிடக்கூடிய உயர் மேற்பரப்பு வலிமைகளை அடைந்தன (அதாவது, யூரியா சிதைவு இல்லாமல் ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான MICP-ஐக் கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகள், மெங் மற்றும் குழுவினரால்¹³, படம் 13a-வில் தெரிவிக்கப்பட்ட அதே அளவிலான மேற்பரப்பு வலிமை மதிப்புகளையும் அடைய முடிந்தது). மேலும், 25 மீ/வி வேகத்தில் வீசும் காற்றில், 2 லி/சதுர மீட்டர் என்ற பயன்பாட்டு விகிதத்தில், யூரியா சிதைவு இல்லாத ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான MICP-ஐப் பயன்படுத்தி காற்று அரிப்பைத் தணிப்பதற்கான கால்சியம் கார்பனேட்டின் விளைச்சல் 2.25% ஆக இருந்தது என்பதையும் காணலாம். இது, அதே பயன்பாட்டு விகிதம் மற்றும் அதே காற்றின் வேகத்தில் (25 மீ/வி) யூரியா சிதைவுடன் கூடிய கட்டுப்பாட்டு MICP-ஐக் கொண்டு பதப்படுத்தப்பட்ட மணல் குன்றுகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​தேவைப்படும் CaCO3 அளவான 2.41%-க்கு மிகவும் நெருக்கமாக உள்ளது.
எனவே, இந்த அட்டவணையிலிருந்து, யூரியா சிதைவுப் பாதை மற்றும் யூரியா இல்லாத சிதைவுப் பாதை ஆகிய இரண்டுமே மேற்பரப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் TDV ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் மிகவும் ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய செயல்திறனை வழங்க முடியும் என்று முடிவு செய்யலாம். முக்கிய வேறுபாடு என்னவென்றால், யூரியா இல்லாத சிதைவுப் பாதையில் அம்மோனியா இல்லை, எனவே இது குறைந்த சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது. கூடுதலாக, இந்த ஆய்வில் முன்மொழியப்பட்ட யூரியா சிதைவு இல்லாத ஃபார்மேட் அடிப்படையிலான MICP முறையானது, யூரியா சிதைவு இல்லாத அசிடேட் அடிப்படையிலான MICP முறையை விட சிறப்பாக செயல்படுவதாகத் தெரிகிறது. மொஹெப்பி மற்றும் குழுவினர் யூரியா சிதைவு இல்லாத அசிடேட் அடிப்படையிலான MICP முறையை ஆய்வு செய்திருந்தாலும், அவர்களின் ஆய்வில் தட்டையான மேற்பரப்புகளில் உள்ள மாதிரிகள் சேர்க்கப்பட்டிருந்தன9. மணல் மேட்டு மாதிரிகளைச் சுற்றி சுழல்கள் உருவாவதால் ஏற்படும் அதிக அளவிலான அரிப்பு மற்றும் அதன் விளைவாக ஏற்படும் வெட்டுவிசை காரணமாக, குறைந்த TDV ஏற்படுகிறது. இதனால், ஒரே வேகத்தில் தட்டையான மேற்பரப்புகளை விட மணல் மேட்டு மாதிரிகளின் காற்று அரிப்பு மிகவும் தெளிவாக இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.