nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። የሚጠቀሙበት የአሳሽ ስሪት የተወሰነ የCSS ድጋፍ አለው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የቅርብ ጊዜውን የአሳሽ ስሪት (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳሃኝነት ሁነታን እንዲያጠፉ) እንዲጠቀሙ እንመክራለን። በተጨማሪም፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ይህ ጣቢያ ቅጦችን ወይም ጃቫስክሪፕትን አያካትትም።
የአቧራ አውሎ ነፋሶች በግብርና፣ በሰው ልጅ ጤና፣ በትራንስፖርት ኔትወርኮች እና በመሠረተ ልማት ላይ ባላቸው አጥፊ ተጽእኖ ምክንያት በዓለም ዙሪያ ለብዙ አገሮች ከባድ ስጋት ይፈጥራሉ። በዚህም ምክንያት የንፋስ መሸርሸር ዓለም አቀፍ ችግር እንደሆነ ይቆጠራል። የንፋስ መሸርሸርን ለመግታት ለአካባቢ ተስማሚ ከሆኑ አቀራረቦች አንዱ ማይክሮባላዊ የካርቦኔት ዝናብ (MICP) መጠቀም ነው። ሆኖም እንደ አሞኒያ ያሉ የዩሪያ መሸርሸር ላይ የተመሠረተ MICP ተረፈ ምርቶች በብዛት ሲመረቱ ተስማሚ አይደሉም። ይህ ጥናት ዩሪያ ሳያመነጩ MICPን ለማበላሸት ሁለት የካልሲየም ፎርማት ባክቴሪያ ቀመሮችን ያቀርባል እና አፈፃፀማቸውን ከአሞኒያ ካልሆኑ የካልሲየም አሲቴት ባክቴሪያዎች ቀመሮች ጋር በጥልቀት ያወዳድራል። የሚታሰቡት ባክቴሪያዎች ባሲለስ ሰብቲሊስ እና ባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ ናቸው። በመጀመሪያ፣ የCaCO3 ምስረታ የሚቆጣጠሩት ምክንያቶች የተመቻቹ እሴቶች ተወስነዋል። ከዚያም በተመቻቸ ቀመሮች የታከሙ የአሸዋ ክምር ናሙናዎች ላይ የንፋስ ዋሻ ሙከራዎች ተካሂደዋል፣ እና የንፋስ መሸርሸር መቋቋም፣ የመገደብ ፍጥነት መቀነስ እና የአሸዋ የቦምብ ድብደባ መቋቋም ተለክተዋል። የካልሲየም ካርቦኔት (CaCO3) አሎሞርፎች በኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ፣ በስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) እና በኤክስሬይ ዲፍራክሽን ትንተና በመጠቀም ተገምግመዋል። በካልሲየም ፎርማት ላይ የተመሰረቱ ቀመሮች በካልሲየም ካርቦኔት ምስረታ ረገድ ከአሲቴት ላይ ከተመሰረቱ ቀመሮች በእጅጉ የተሻለ ውጤት አስመዝግበዋል። በተጨማሪም፣ ቢ. ሰብቲሊስ ከቢ. አሚሎሊኩፋሲየንስ የበለጠ ካልሲየም ካርቦኔት አመርቷል። የSEM ማይክሮግራፎች ንቁ እና ንቁ ያልሆኑ ባክቴሪያዎችን በሴዲመንሽን ምክንያት በካልሲየም ካርቦኔት ላይ ማሰር እና ማተም በግልጽ አሳይተዋል። ሁሉም ቀመሮች የንፋስ መሸርሸርን በእጅጉ ቀንሰዋል።
የንፋስ መሸርሸር እንደ ደቡብ ምዕራብ ዩናይትድ ስቴትስ፣ ምዕራብ ቻይና፣ የሰሃራ አፍሪካ እና አብዛኛው የመካከለኛው ምስራቅ ክፍል ባሉ ደረቅ እና ከፊል በረሃማ አካባቢዎች ላይ ትልቅ ችግር እንደሆነ ለረጅም ጊዜ ሲታወቅ ቆይቷል1. በደረቅ እና በከፍተኛ ደረቅ የአየር ጠባይ ዝቅተኛ የዝናብ መጠን የእነዚህን ክልሎች ትላልቅ ክፍሎች ወደ በረሃዎች፣ የአሸዋ ክምሮች እና ያልታረሱ መሬቶች ቀይሯቸዋል። የቀጠለው የንፋስ መሸርሸር እንደ የትራንስፖርት አውታረ መረቦች፣ የግብርና መሬት እና የኢንዱስትሪ መሬት ባሉ መሠረተ ልማቶች ላይ የአካባቢ ስጋት ይፈጥራል፣ ይህም በእነዚህ ክልሎች ውስጥ ደካማ የኑሮ ሁኔታ እና ከፍተኛ የከተማ ልማት ወጪዎችን ያስከትላል2,3,4። በአስፈላጊ ሁኔታ፣ የንፋስ መሸርሸር የሚከሰተውን ቦታ ብቻ ሳይሆን በሩቅ ማህበረሰቦች ውስጥ ቅንጣቶችን በነፋስ ወደ ምንጭ ርቀው ወደሚገኙ አካባቢዎች ስለሚያጓጉዝ የጤና እና የኢኮኖሚ ችግሮችን ያስከትላል5,6.
የንፋስ መሸርሸር ቁጥጥር ዓለም አቀፍ ችግር ሆኖ ቀጥሏል። የንፋስ መሸርሸርን ለመቆጣጠር የተለያዩ የአፈር ማረጋጊያ ዘዴዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ። እነዚህ ዘዴዎች እንደ የውሃ አተገባበር7፣ የዘይት ማጭድ 8፣ ባዮፖሊመሮች 5፣ ማይክሮባላዊ የሚፈጠረው የካርቦኔት ዝናብ (MICP) 9፣10፣11፣12 እና ኢንዛይም የሚፈጠረው የካርቦኔት ዝናብ (EICP) 1 ያሉ ቁሳቁሶችን ያካትታሉ። የአፈር እርጥበት በሜዳ ላይ የአቧራ መጨፍለቅ መደበኛ ዘዴ ነው። ሆኖም፣ ፈጣን ትነት ይህንን ዘዴ በደረቅ እና ከፊል ደረቅ አካባቢዎች ውስጥ ውስን ውጤታማነት እንዲኖረው ያደርገዋል1። የዘይት ማጭድ ውህዶችን መተግበር የአሸዋ ውህደትን እና የእርስ በርስ ግጭትን ይጨምራል። የተጣመረ ባህሪያቸው የአሸዋ ቅንጣቶችን አንድ ላይ ያገናኛል፤ ሆኖም፣ የዘይት ማጭድ ሌሎች ችግሮችንም ያስከትላል፤ ጥቁር ቀለማቸው የሙቀት መምጠጥን ይጨምራል እና ወደ ተክሎች እና ረቂቅ ተሕዋስያን ሞት ይመራል። ሽታቸው እና ጭሳቸው የመተንፈሻ አካላት ችግር ሊያስከትሉ ይችላሉ፣ እና በተለይም ከፍተኛ ወጪያቸው ሌላ እንቅፋት ነው። ባዮፖሊመሮች የንፋስ መሸርሸርን ለመቀነስ በቅርቡ ከታቀዱት ለአካባቢ ተስማሚ ዘዴዎች አንዱ ናቸው፤ እንደ ተክሎች፣ እንስሳት እና ባክቴሪያዎች ካሉ የተፈጥሮ ምንጮች ይወሰዳሉ። የዛንታን ሙጫ፣ ጓር ሙጫ፣ ቺቶሳን እና ጄላን ሙጫ በኢንጂነሪንግ አፕሊኬሽኖች ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉት ባዮፖሊመሮች ናቸው5. ሆኖም ግን፣ በውሃ የሚሟሟ ባዮፖሊመሮች ለውሃ ሲጋለጡ ጥንካሬን ሊያጡ እና ከአፈር ሊፈስሱ ይችላሉ13,14. EICP ያልተነጠፉ መንገዶችን፣ የጅራት ኩሬዎችን እና የግንባታ ቦታዎችን ጨምሮ ለተለያዩ አፕሊኬሽኖች ውጤታማ የአቧራ መከላከያ ዘዴ መሆኑ ታይቷል። ውጤቶቹ አበረታች ቢሆኑም፣ እንደ ወጪ እና የኒውክሊየሽን ቦታዎች አለመኖር ያሉ አንዳንድ ሊሆኑ የሚችሉ ጉዳቶች ግምት ውስጥ መግባት አለባቸው (ይህም የ CaCO3 ክሪስታሎች መፈጠርን እና ዝናብን ያፋጥናል15,16)።
MICP ለመጀመሪያ ጊዜ የተገለጸው በ19ኛው ክፍለ ዘመን መጨረሻ ላይ በሙሬይ እና ኢርዊን (1890) እና ስታይንማን (1901) በባህር ረቂቅ ተሕዋስያን የዩሪያ መበላሸት ጥናት ላይ ነው። MICP በተፈጥሮ የተፈጠረ የተለያዩ የማይክሮባላዊ እንቅስቃሴዎችን እና ኬሚካላዊ ሂደቶችን የሚያካትት ባዮሎጂያዊ ሂደት ሲሆን በዚህ ሂደት ውስጥ ካልሲየም አየኖች ከማይክሮባላዊ ሜታቦላይቶች የሚመጡ የካርቦኔት አየኖች ምላሽ ሲፈጠር ካልሲየም ካርቦኔት ይፈጠራል18,19። የዩሪያን የሚቀንስ የናይትሮጅን ዑደት (ዩሪያን የሚቀንስ MICP) የሚያካትተው MICP በጣም የተለመደው የማይክሮባላዊ-የሚፈጠር የካርቦኔት ዝናብ አይነት ሲሆን በባክቴሪያ የሚመረተው ዩሪያ የዩሪያን ሃይድሮሊሲስ እንደሚከተለው ያነሳሳል፡
በMICP ውስጥ የኦርጋኒክ ጨው ኦክሳይድ የካርቦን ዑደትን (ዩሪያ የሌለው የዩሪያ መበላሸት አይነት MICP)፣ ሄትሮትሮፊክ ባክቴሪያዎች እንደ አሲቴት፣ ላክቴት፣ ሲትሬት፣ ሱኪኔት፣ ኦክሳሌት፣ ማሌት እና ግላይኦክሲሌት ያሉ ኦርጋኒክ ጨዎችን እንደ የኃይል ምንጮች በመጠቀም የካርቦኔት ማዕድናትን28 ያመርታሉ። ካልሲየም ላክቴት እንደ ካርቦን ምንጭ እና የካልሲየም አየኖች ባሉበት ጊዜ፣ የካልሲየም ካርቦኔት ምስረታ ኬሚካላዊ ምላሽ በእኩልታ (5) ውስጥ ይታያል።
በMICP ሂደት ውስጥ፣ የባክቴሪያ ሴሎች በተለይ ለካልሲየም ካርቦኔት ዝናብ አስፈላጊ የሆኑ የኒውክሊየሽን ቦታዎችን ይሰጣሉ፤ የባክቴሪያው ሴል ገጽ አሉታዊ ኃይል ያለው ሲሆን እንደ ካልሲየም አየኖች ላሉ ዲቫለንት ካቴሽኖች እንደ መምጠጥ ሆኖ ሊያገለግል ይችላል። የካልሲየም አየኖችን በባክቴሪያ ሴሎች ላይ በመምጠጥ፣ የካርቦኔት አየኖች ክምችት በቂ ሲሆን፣ የካልሲየም ካቴሽኖች እና የካርቦኔት አየኖች ምላሽ ይሰጣሉ እና ካልሲየም ካርቦኔት በባክቴሪያው ገጽ ላይ ይጣላል29,30። ሂደቱ እንደሚከተለው ሊጠቃለል ይችላል31,32፡
ባዮጂኔድ ...
ምንም እንኳን MICP ችግር ያለባቸውን አፈር እና ለንፋስ መሸርሸር ተጋላጭ የሆኑ አፈርዎችን በማረጋጋት ረገድ ተስፋ ሰጪ አቅም ቢያሳይም42,43,44,45,46,47,48፣ የዩሪያ ሃይድሮሊሲስ ተረፈ ምርቶች አንዱ አሞኒያ ሲሆን ይህም እንደ ተጋላጭነቱ ደረጃ ከቀላል እስከ ከባድ የጤና ችግሮችን ሊያስከትል ይችላል49። ይህ የጎንዮሽ ጉዳት በተለይ ትላልቅ አካባቢዎች እንደ አቧራ መከልከል ያሉ መታከም ሲያስፈልጋቸው የዚህን ቴክኖሎጂ አጠቃቀም አወዛጋቢ ያደርገዋል። በተጨማሪም፣ ሂደቱ በከፍተኛ የአጠቃቀም መጠን እና በትላልቅ መጠኖች ሲከናወን የአሞኒያ ሽታ የማይታገስ ሲሆን ይህም ተግባራዊ አተገባበሩን ሊጎዳ ይችላል። ምንም እንኳን የቅርብ ጊዜ ጥናቶች እንደሚያሳዩት የአሞኒየም አየኖች እንደ ስትሩቪት ያሉ ሌሎች ምርቶችን በመቀየር ሊቀንሱ ይችላሉ፣ እነዚህ ዘዴዎች የአሞኒየም አየኖች50ን ሙሉ በሙሉ አያስወግዱም። ስለዚህ፣ የአሞኒየም አየኖችን የማያመነጩ አማራጭ መፍትሄዎችን አሁንም ማሰስ ያስፈልጋል። ለMICP የዩሪያ ያልሆኑ የመበላሸት መንገዶችን መጠቀም በነፋስ መሸርሸር ቅነሳ ሁኔታ ውስጥ በደንብ ያልተዳሰሰ እምቅ መፍትሄ ሊሰጥ ይችላል። ፋታሂ እና ሌሎችም። በካልሲየም አሲቴት እና ባሲለስ ሜጋቴሪየም41 በመጠቀም ከዩሪያ-ነጻ የሆነ የMICP መበላሸትን መርምረዋል፣ ሞሄቢ እና ሌሎችም ካልሲየም አሲቴት እና ባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ9ን ተጠቅመዋል። ሆኖም ግን፣ ጥናታቸው የንፋስ መሸርሸርን የመቋቋም አቅምን ሊያሻሽሉ ከሚችሉ ሌሎች የካልሲየም ምንጮች እና ሄትሮትሮፊክ ባክቴሪያዎች ጋር አልተነጻጸረም። በነፋስ መሸርሸር ቅነሳ ውስጥ ከዩሪያ-ነጻ የመሸርሸር መንገዶች ጋር የሚያወዳድሩ ጽሑፎችም እጥረት አለ።
በተጨማሪም፣ አብዛኛዎቹ የንፋስ መሸርሸር እና የአቧራ መቆጣጠሪያ ጥናቶች የተካሄዱት ጠፍጣፋ መሬት ባላቸው የአፈር ናሙናዎች ላይ ነው።1,51,52,53 ሆኖም ግን፣ ጠፍጣፋ ቦታዎች በተፈጥሮ ውስጥ ከኮረብቶች እና ከዝቅተኛ ቦታዎች ያነሰ የተለመዱ ናቸው። ለዚህም ነው የአሸዋ ክምሮች በበረሃ አካባቢዎች በጣም የተለመዱት የመሬት ገጽታ ባህሪያት የሆኑት።
ከላይ የተጠቀሱትን ድክመቶች ለማሸነፍ ይህ ጥናት አሞኒያ የማያመነጩ አዲስ የባክቴሪያ ወኪሎችን ለማስተዋወቅ ያለመ ነው። ለዚህ ዓላማ፣ ዩሪያ ያልሆኑ የሚያበላሹ የMICP መንገዶችን ተመልክተናል። የሁለት የካልሲየም ምንጮች (ካልሲየም ፎርማት እና ካልሲየም አሲቴት) ውጤታማነት ተመርምሯል። በደራሲዎቹ እውቀት፣ ሁለት የካልሲየም ምንጭ እና የባክቴሪያ ውህዶችን (ለምሳሌ የካልሲየም ፎርማት-ባሲለስ ሰብቲሊስ እና የካልሲየም ፎርማት-ባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ) በመጠቀም የካርቦኔት ዝናብ በቀደሙት ጥናቶች አልተመረመረም። የእነዚህ ባክቴሪያዎች ምርጫ የተመሰረተው የካልሲየም ፎርማት እና የካልሲየም አሲቴት ኦክሳይድን በማነሳሳት የሚያመነጩት ኢንዛይሞች ላይ ሲሆን ይህም ማይክሮባይት ካርቦኔት ዝናብ እንዲፈጠር ያደርጋል። እንደ ፒኤች፣ የባክቴሪያ ዓይነቶች እና የካልሲየም ምንጮች እና ክምችታቸው፣ የባክቴሪያ እና የካልሲየም ምንጭ መፍትሄ ጥምርታ እና የማከሚያ ጊዜ ያሉ ጥሩ ምክንያቶችን ለማግኘት ጥልቅ የሙከራ ጥናት ነድፈናል። በመጨረሻም፣ የካልሲየም ካርቦኔት ዝናብን በመጠቀም የንፋስ መሸርሸርን በመግታት የዚህ የባክቴሪያ ወኪሎች ስብስብ ውጤታማነት በአሸዋ ክምችቶች ላይ የንፋስ መሸርሸር መጠንን፣ የአሸዋውን የወሰን መሰባበር ፍጥነት እና የንፋስ ቦምብ ድብደባ መቋቋምን ለመለየት ተከታታይ የንፋስ ዋሻ ሙከራዎችን በማካሄድ፣ እና የፔኔትሮሜትር መለኪያዎች እና ማይክሮስትራክቸራል ጥናቶች (ለምሳሌ የኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) ትንተና እና የኤሌክትሮኒክስ ስካኒንግ ማይክሮስኮፒ (SEM)) ተካሂደዋል።
የካልሲየም ካርቦኔት ምርት የካልሲየም አየኖችን እና የካርቦኔት አየኖችን ይፈልጋል። የካልሲየም አየኖች እንደ ካልሲየም ክሎራይድ፣ ካልሲየም ሃይድሮክሳይድ እና የተቀዳ የወተት ዱቄት ካሉ የተለያዩ የካልሲየም ምንጮች ማግኘት ይቻላል። የካርቦኔት አየኖች እንደ ዩሪያ ሃይድሮሊሲስ እና የኦርጋኒክ ቁስ ኤሮቢክ ወይም አናሮቢክ ኦክሳይድ ባሉ የተለያዩ ማይክሮባላዊ ዘዴዎች ሊመረቱ ይችላሉ56። በዚህ ጥናት ውስጥ የካርቦኔት አየኖች ከፎርሜት እና አሲቴት ኦክሲዴሽን ምላሽ ተገኝተዋል። በተጨማሪም፣ ንፁህ ካልሲየም ካርቦኔት ለማምረት የፎርማት እና የአሲቴት የካልሲየም ጨዎችን ተጠቅመናል፣ ስለዚህ CO2 እና H2O ብቻ እንደ ተረፈ ምርቶች ተገኝተዋል። በዚህ ሂደት ውስጥ አንድ ንጥረ ነገር ብቻ እንደ ካልሲየም ምንጭ እና የካርቦኔት ምንጭ ሆኖ ያገለግላል፣ እና ምንም አሞኒያ አይመረትም። እነዚህ ባህሪያት እኛ እንደምናስበው የካልሲየም ምንጭ እና የካርቦኔት ምርት ዘዴ በጣም ተስፋ ሰጪ ያደርጉታል።
የካልሲየም ፎርማት እና የካልሲየም አሲቴት ተዛማጅ ምላሾች ካልሲየም ካርቦኔትን ለመፍጠር በቀመሮች (7)-(14) ውስጥ ይታያሉ። ቀመሮች (7)-(11) እንደሚያሳዩት ካልሲየም ፎርማት በውሃ ውስጥ ይሟሟል እና ፎርማይክ አሲድ ወይም ፎርሜት ይፈጥራል። ስለዚህ መፍትሄው የነጻ ካልሲየም እና የሃይድሮክሳይድ አየኖች ምንጭ ነው (ቀመሮች 8 እና 9)። የፎርሚክ አሲድ ኦክሳይድ ውጤት፣ በፎርሚክ አሲድ ውስጥ ያሉት የካርቦን አቶሞች ወደ ካርቦን ዳይኦክሳይድ (ቀመር 10) ይለወጣሉ። ካልሲየም ካርቦኔት በመጨረሻ ይፈጠራል (ቀመሮች 11 እና 12)።
በተመሳሳይ፣ ካልሲየም ካርቦኔት የሚፈጠረው ከካልሲየም አሲቴት (እኩልታዎች 13-15) ነው፣ ነገር ግን አሲቲክ አሲድ ወይም አሲቴት የሚፈጠረው ከፎርሚክ አሲድ ይልቅ ነው።
ኢንዛይሞች ባይኖሩም፣ አሲቴት እና ፎርማት በክፍል ሙቀት ውስጥ ኦክሳይድ ሊደረጉ አይችሉም። FDH (formate dehydrogenase) እና CoA (coenzyme A) የፎርሜት እና የአሲቴት ኦክሳይድን በቅደም ተከተል ካርቦን ዳይኦክሳይድ እንዲፈጥሩ ያነሳሳሉ (Eqs. 16, 17) 57, 58, 59። የተለያዩ ባክቴሪያዎች እነዚህን ኢንዛይሞች የማምረት አቅም አላቸው፣ እና ሄትሮትሮፊክ ባክቴሪያዎች፣ ማለትም ባሲለስ ሰብቲሊስ (PTCC #1204 (የፋርስ አይነት ባህል ስብስብ)፣ እንዲሁም NCIMB #13061 (ዓለም አቀፍ የባክቴሪያ ስብስብ፣ እርሾ፣ ፋጅ፣ ፕላዝሚድስ፣ የእፅዋት ዘሮች እና የእፅዋት ሴል ቲሹ ባህሎች)) እና ባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ (PTCC #1732፣ NCIMB #12077)፣ በዚህ ጥናት ውስጥ ጥቅም ላይ ውለዋል። እነዚህ ባክቴሪያዎች የስጋ ፔፕቶን (5 ግ/ሊ) እና የስጋ ማውጣት (3 ግ/ሊ) ባለው መካከለኛ ውስጥ ተተክለዋል፣ ይህም የንጥረ ነገር ሾርባ (NBR) (105443 Merck) ተብሎ በሚጠራው ነው።
ስለዚህ፣ ሁለት የካልሲየም ምንጮችን እና ሁለት ባክቴሪያዎችን በመጠቀም የካልሲየም ካርቦኔት ዝናብን ለማነሳሳት አራት ቀመሮች ተዘጋጅተዋል፤ እነሱም የካልሲየም ፎርማት እና የባሲለስ ሰብቲሊስ (ኤፍኤስ)፣ የካልሲየም ፎርማት እና የባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ (ኤፍኤ)፣ የካልሲየም አሲቴት እና የባሲለስ ሰብቲሊስ (ኤኤስ)፣ እና የካልሲየም አሲቴት እና የባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ (ኤኤ) ናቸው።
በሙከራ ዲዛይኑ የመጀመሪያ ክፍል፣ ከፍተኛውን የካልሲየም ካርቦኔት ምርት ለማግኘት የሚያስችል ምርጥ ጥምረት ለመወሰን ሙከራዎች ተካሂደዋል። የአፈር ናሙናዎች የካልሲየም ካርቦኔት ስለያዙ፣ በተለያዩ ውህዶች የሚመረተውን CaCO3 በትክክል ለመለካት የመጀመሪያ ደረጃ የግምገማ ሙከራዎች ተዘጋጅተው ነበር፣ እና የባህል መካከለኛ እና የካልሲየም ምንጭ መፍትሄዎች ድብልቅነቶች ተገምግመዋል። ከላይ ለተገለጸው ለእያንዳንዱ የካልሲየም ምንጭ እና የባክቴሪያ መፍትሄ (FS፣ FA፣ AS እና AA) ጥምረት፣ የማመቻቸት ምክንያቶች (የካልሲየም ምንጭ ክምችት፣ የማከሚያ ጊዜ፣ በመፍትሔው ኦፕቲካል ጥግግት (OD) የሚለካ የባክቴሪያ መፍትሄ ክምችት፣ የካልሲየም ምንጭ ወደ ባክቴሪያ መፍትሄ ጥምርታ እና pH) ተወስደዋል እና በሚከተሉት ክፍሎች በተገለጹት የአሸዋ ዱነ ህክምና የንፋስ ዋሻ ሙከራዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ውለዋል።
ለእያንዳንዱ ጥምረት፣ የCaCO3 ዝናብ የሚያስከትለውን ውጤት ለማጥናት እና የተለያዩ ምክንያቶችን ለመገምገም 150 ሙከራዎች ተካሂደዋል፤ እነሱም የካልሲየም ምንጭ ክምችት፣ የማከሚያ ጊዜ፣ የባክቴሪያ OD እሴት፣ የካልሲየም ምንጭ ለባክቴሪያ መፍትሄ ጥምርታ እና የኦርጋኒክ ቁስ ኤሮቢክ ኦክሳይድ በሚደረግበት ጊዜ የፒኤች መጠን ናቸው (ሠንጠረዥ 1)። ለተመቻቸ ሂደት የፒኤች ክልል የተመረጠው ፈጣን እድገት ለማግኘት በባሲለስ ሰብቲሊስ እና ባሲለስ አሚሎሊኬፋሲየንስ የእድገት ኩርባዎች ላይ በመመስረት ነው። ይህ በውጤቶች ክፍል ውስጥ በዝርዝር ተብራርቷል።
የሚከተሉት ደረጃዎች ናሙናዎቹን ለማመቻቸት ደረጃ ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ውለዋል። የMICP መፍትሄ በመጀመሪያ የተዘጋጀው የባህል መካከለኛውን የመጀመሪያ ፒኤች በማስተካከል ሲሆን ከዚያም በ121 ዲግሪ ሴልሺየስ ለ15 ደቂቃዎች በራስ-ሰር በማጣበቅ ነው። ከዚያም ውህዱ በላሚናር የአየር ፍሰት ውስጥ ተከተበ እና በ30 ዲግሪ ሴልሺየስ እና በ180 ሩብ ሰዓት በሚንቀጠቀጥ ኢንኩቤተር ውስጥ ተጠብቆ ቆይቷል። የባክቴሪያው OD ወደሚፈለገው ደረጃ እንደደረሰ፣ በሚፈለገው መጠን ከካልሲየም ምንጭ መፍትሄ ጋር ተቀላቅሏል (ምስል 1a)። የMICP መፍትሄው በ220 ሩብ እና በ30 ዲግሪ ሴልሺየስ በሚንቀጠቀጥ ኢንኩቤተር ውስጥ ለታለመው እሴት እስኪደርስ ድረስ ምላሽ እንዲሰጥ እና እንዲጠናከር ተፈቅዶለታል። የተቀዳው CaCO3 በ6000 ግራም ለ5 ደቂቃ ሴንትሪፉጌሽን ከተደረገ በኋላ ተለያይቶ ለካልሲሜትር ሙከራ ናሙናዎቹን ለማዘጋጀት በ40 ዲግሪ ሴልሺየስ ደርቋል (ምስል 1ለ)። የCaCO3 ዝናብ ከዚያም በበርናርድ ካልሲሜትር ተለካ፣ የCaCO3 ዱቄት ከ1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) ጋር በመገናኘት CO2ን ያመነጫል፣ የዚህ ጋዝ መጠን የCaCO3 ይዘት መለኪያ ነው (ምስል 1c)። የCO2ን መጠን ወደ CaCO3 ይዘት ለመቀየር፣ ንፁህ የCaCO3 ዱቄትን በ1 N HCl በማጠብ እና ከተሻሻለው CO2 ጋር በማነፃፀር የመለኪያ ኩርባ ተፈጠረ። የተቀዳው የCaCO3 ዱቄት ሞርፎሎጂ እና ንፅህና በSEM ምስል እና XRD ትንተና ተመርምሯል። በባክቴሪያው ዙሪያ የካልሲየም ካርቦኔት መፈጠርን፣ የተፈጠረውን የካልሲየም ካርቦኔት ደረጃ እና የባክቴሪያውን እንቅስቃሴ ለማጥናት 1000 ማጉላት ያለው ኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ ጥቅም ላይ ውሏል።
የደጀግ ተፋሰስ በኢራን ደቡብ ምዕራብ ፋርስ ግዛት ውስጥ በጣም የተሸረሸረ ክልል ሲሆን ተመራማሪዎቹ ከአካባቢው በነፋስ የተሸረሸረ የአፈር ናሙናዎችን ሰብስበዋል። ናሙናዎቹ ለጥናቱ ከአፈር ወለል የተወሰዱ ናቸው። በአፈር ናሙናዎች ላይ የተደረጉ የአመላካች ሙከራዎች አፈሩ በደንብ ያልተደረደረ አሸዋማ አፈር ከደለል ጋር እና በዩኒፋይድ የአፈር ምደባ ስርዓት (USC) (ምስል 2a) መሠረት SP-SM ተብሎ እንደተመደበ አሳይተዋል። የXRD ትንተና እንደሚያሳየው የደጀግ አፈር በዋናነት ከካልሳይት እና ኳርትዝ የተዋቀረ ነው (ምስል 2ለ)። በተጨማሪም፣ የEDX ትንተና እንደሚያሳየው እንደ አል፣ ኬ እና ፌ ያሉ ሌሎች ንጥረ ነገሮችም በትንሽ መጠን ይገኛሉ።
የላቦራቶሪ ክምሮችን ለነፋስ መሸርሸር ምርመራ ለማዘጋጀት፣ አፈሩ ከ170 ሚሜ ቁመት በ10 ሚሜ ዲያሜትር ፈንጣጣ በኩል ወደ ጠንካራ ወለል ተጨፍጭፏል፣ ይህም 60 ሚሜ ቁመት እና 210 ሚሜ ዲያሜትር ያለው የተለመደ ክምር እንዲፈጠር አድርጓል። በተፈጥሮ ውስጥ፣ ዝቅተኛው ጥግግት የአሸዋ ክምሮች የሚፈጠሩት በአኢዮሊያን ሂደቶች ነው። በተመሳሳይ፣ ከላይ በተጠቀሰው አሰራር የተዘጋጀው ናሙና ዝቅተኛው አንጻራዊ ጥግግት γ = 14.14 kN/m³ ያለው ሲሆን በአግድም ወለል ላይ የተቀመጠ የአሸዋ ኮን ይፈጥራል፣ በግምት 29.7° የማረፍ አንግል አለው።
በቀደመው ክፍል የተገኘው ምርጥ የMICP መፍትሄ በ1፣ 2 እና 3 lm-2 የአጠቃቀም መጠን በዱና ቁልቁለት ላይ ይረጭ ነበር፣ ከዚያም ናሙናዎቹ በ30°ሴ (ምስል 3) ውስጥ ለ9 ቀናት (ማለትም በጣም ጥሩው የማከሚያ ጊዜ) ውስጥ ተቀምጠው ከዚያም ለነፋስ ዋሻ ምርመራ ይወሰዳሉ።
ለእያንዳንዱ ህክምና አራት ናሙናዎች ተዘጋጅተዋል፣ አንደኛው የካልሲየም ካርቦኔት ይዘትን እና የገጽታ ጥንካሬን በፔኔትሮሜትር ለመለካት፣ የተቀሩት ሶስት ናሙናዎች ደግሞ በሦስት የተለያዩ ፍጥነቶች ለመሸርሸር ሙከራዎች ጥቅም ላይ ውለዋል። በነፋስ ዋሻ ሙከራዎች ውስጥ፣ የመሸርሸር መጠን በተለያዩ የንፋስ ፍጥነቶች ተወስኗል፣ ከዚያም ለእያንዳንዱ የሕክምና ናሙና የመሰረዣ ፍጥነት የሚወሰነው የአፈር መሸርሸር መጠን ከነፋስ ፍጥነት ጋር በማነፃፀር ነው። ከነፋስ መሸርሸር ሙከራዎች በተጨማሪ፣ የታከሙ ናሙናዎች ለአሸዋ ቦምብ ድብደባ (ማለትም፣ የመዝለል ሙከራዎች) ተገዝተዋል። ለዚህ ዓላማ ሁለት ተጨማሪ ናሙናዎች በ2 እና 3 L m−2 የአተገባበር መጠኖች ተዘጋጅተዋል። የአሸዋ ቦምብ ሙከራው ለ15 ደቂቃ የቆየ ሲሆን በ120 ግራም−1 ፍሰት የቆየ ሲሆን ይህም በቀደሙት ጥናቶች 60,61,62 በተመረጡት የእሴቶች ክልል ውስጥ ነው። በሻካራ አፍንጫ እና በዱኑ መሠረት መካከል ያለው አግድም ርቀት 800 ሚሜ ሲሆን ከዋሻው በታችኛው ክፍል 100 ሚሜ ላይ ይገኛል። ይህ አቀማመጥ ሁሉም የሚዘሉ የአሸዋ ቅንጣቶች በአሸዋው ላይ እንዲወድቁ ተደርጎ ተቀምጧል።
የንፋስ ዋሻው ሙከራ የተካሄደው 8 ሜትር ርዝመት፣ 0.4 ሜትር ስፋት እና 1 ሜትር ቁመት ባለው ክፍት የንፋስ ዋሻ ውስጥ ነው (ምስል 4a)። የንፋስ ዋሻው ከጋለ ብረት ወረቀቶች የተሰራ ሲሆን እስከ 25 ሜትር/ሰከንድ የሚደርስ የንፋስ ፍጥነት ማመንጨት ይችላል። በተጨማሪም፣ የአድናቂውን ድግግሞሽ ለማስተካከል እና የታለመውን የንፋስ ፍጥነት ለማግኘት ድግግሞሹን ቀስ በቀስ ለመጨመር የድግግሞሽ መቀየሪያ ጥቅም ላይ ይውላል። ምስል 4ለ በነፋስ የተሸረሸሩ የአሸዋ ክምችቶችን ንድፍ እና በነፋስ ዋሻው ውስጥ የሚለካውን የንፋስ ፍጥነት መገለጫ ያሳያል።
በመጨረሻም፣ በዚህ ጥናት ውስጥ የቀረበውን የዩሬሊያቲክ ያልሆነውን የMICP ፎርሙላ ውጤቶችን ከዩሬሊያቲክ MICP የቁጥጥር ሙከራ ውጤቶች ጋር ለማነፃፀር፣ የዱነ ናሙናዎችም ተዘጋጅተው ዩሪያ፣ ካልሲየም ክሎራይድ እና ስፖሮሳርሲና ፓስቴሪይ (ስፖሮሳርሲና ፓስቴሪ ዩሬሴ63 የማምረት ከፍተኛ ችሎታ ስላለው) የያዘ ባዮሎጂያዊ መፍትሄ ተጠቅመዋል። የባክቴሪያ መፍትሄው የኦፕቲካል ጥግግት 1.5 ነበር፣ እና የዩሪያ እና የካልሲየም ክሎራይድ ክምችት 1 M ነበር (ቀደም ሲል በተደረጉ ጥናቶች ውስጥ በተመከሩት እሴቶች ላይ በመመስረት ተመርጧል36,64,65)። የባህል መካከለኛው ንጥረ ነገር መረቅ (8 ግ/ሊ) እና ዩሪያ (20 ግ/ሊ) ያቀፈ ነበር። የባክቴሪያ መፍትሄው በዱነ ወለል ላይ ተረጭቶ ለባክቴሪያ ማያያዣ ለ24 ሰዓታት ተወስዷል። ከ24 ሰዓታት ጋር ከተያያዘ በኋላ የሲሚንቶ መፍትሄ (ካልሲየም ክሎራይድ እና ዩሪያ) ተረጨ። የዩሬሊያቲክ MICP የቁጥጥር ሙከራ ከዚህ በኋላ UMC ተብሎ ይጠራል። በዩሪያሊቲክ እና በዩሪያሊቲክቲክ ያልታከሙ የአፈር ናሙናዎች ውስጥ የካልሲየም ካርቦኔት ይዘት የተገኘው በቾይ እና ሌሎች 66 በቀረበው አሰራር መሰረት በማጠብ ነው።
ምስል 5 የባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ እና የባሲለስ ሰብቲሊስ የእድገት ኩርባዎችን በባህል መካከለኛ (የንጥረ ነገር መፍትሄ) ውስጥ ከ5 እስከ 10 የመጀመሪያ የፒኤች ክልል ያሳያል። በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው ባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ እና ባሲለስ ሰብቲሊስ በቅደም ተከተል በፒኤች 6-8 እና 7-9 በፍጥነት አድገዋል። ስለዚህ፣ ይህ የፒኤች ክልል በማመቻቸት ደረጃ ላይ ተተግብሯል።
የ(ሀ) የባሲለስ አሚሎሊኩፋሲየንስ እና (ለ) የባክቴሪያ ንዑስቲሊስ የእድገት ኩርባዎች በተለያዩ የንጥረ ነገር መካከለኛ የመጀመሪያ የፒኤች እሴቶች።
ምስል 6 በበርናርድ ሊሚሜትር ውስጥ የሚመረተውን የካርቦን ዳይኦክሳይድ መጠን ያሳያል፣ ይህም የተቀዳ የካልሲየም ካርቦኔት (CaCO3)ን ይወክላል። አንድ ነገር በእያንዳንዱ ጥምረት ውስጥ ተስተካክሎ እና ሌሎች ምክንያቶች የተለያዩ ስለነበሩ፣ በእነዚህ ግራፎች ላይ ያለው እያንዳንዱ ነጥብ በዚያ የሙከራ ስብስብ ውስጥ ካለው ከፍተኛ የካርቦን ዳይኦክሳይድ መጠን ጋር ይዛመዳል። በስዕሉ ላይ እንደሚታየው፣ የካልሲየም ምንጭ ክምችት ሲጨምር የካልሲየም ካርቦኔት ምርት ጨምሯል። ስለዚህ፣ የካልሲየም ምንጭ ክምችት የካልሲየም ካርቦኔት ምርትን በቀጥታ ይነካል። የካልሲየም ምንጭ እና የካርቦን ምንጭ ተመሳሳይ ስለሆኑ (ማለትም፣ የካልሲየም ፎርማት እና የካልሲየም አሲቴት)፣ የካልሲየም አየኖች በብዛት ሲለቀቁ፣ የካልሲየም ካርቦኔት ምርት እየጨመረ በመምጣቱ እየጨመረ በመምጣቱ እየጨመረ መሄዱን ቀጥሏል (ምስል 6a)። በAS እና AA ቀመሮች ውስጥ፣ የዝናብ መጠን ከ9 ቀናት በኋላ ፈጽሞ ሳይለወጥ እስኪቀር ድረስ የካልሲየም ካርቦኔት ምርት እየጨመረ በመምጣቱ እየጨመረ መሄዱን ቀጥሏል። በFA ፎርሙላ ውስጥ፣ የማከሚያ ጊዜ ከ6 ቀናት በላይ ሲያልፍ የካልሲየም ካርቦኔት ምስረታ መጠን ቀንሷል። ከሌሎች ቀመሮች ጋር ሲነጻጸር፣ የፎርሙላ FS ከ3 ቀናት በኋላ በአንጻራዊ ሁኔታ ዝቅተኛ የካልሲየም ካርቦኔት ምስረታ መጠን አሳይቷል (ምስል 6ለ)። በኤፍኤ እና ኤፍኤስ ቀመሮች፣ ከጠቅላላው የካልሲየም ካርቦኔት ምርት 70% እና 87% የተገኘው ከሶስት ቀናት በኋላ ሲሆን፣ በቀመሮች AA እና AS ውስጥ ግን ይህ መጠን በቅደም ተከተል 46% እና 45% ብቻ ነበር። ይህ የሚያሳየው ፎርሚክ አሲድ ላይ የተመሰረተው ቀመሮች ከአሲቴት ላይ የተመሰረተው ቀመሮች ጋር ሲነፃፀሩ በመጀመሪያ ደረጃ ላይ ከፍተኛ የCaCO3 የመፍጠር መጠን እንዳላቸው ነው። ሆኖም ግን፣ የመፈወስ ጊዜ እየጨመረ ሲሄድ የመፍጠር መጠኑ ይቀንሳል። ከምስል 6c ላይ ከ OD1 በላይ ባለው የባክቴሪያ ክምችት እንኳን ለካልሲየም ካርቦኔት መፈጠር ምንም አይነት ጉልህ አስተዋጽኦ እንደሌለ መደምደም ይቻላል።
በበርናርድ ካልሲሜትር የሚለካው የCO2 መጠን (እና ተዛማጅ የCaCO3 ይዘት) ለውጥ እንደ (ሀ) የካልሲየም ምንጭ ክምችት፣ (ለ) የማቀናበሪያ ጊዜ፣ (ሐ) OD፣ (መ) የመጀመሪያ pH፣ (ሠ) የካልሲየም ምንጭ ከባክቴሪያ መፍትሄ ጋር ያለው ጥምርታ (ለእያንዳንዱ ፎርሙላ)፤ እና (ረ) ለእያንዳንዱ የካልሲየም ምንጭ እና ባክቴሪያዎች ጥምረት የሚመረተው ከፍተኛ የካልሲየም ካርቦኔት መጠን።
የመካከለኛውን የመጀመሪያ ፒኤች ተጽእኖ በተመለከተ፣ ምስል 6d እንደሚያሳየው ለFA እና FS፣ የCaCO3 ምርት በፒኤች 7 ከፍተኛ እሴት ላይ ደርሷል። ይህ ምልከታ ከቀደምት ጥናቶች ጋር የሚጣጣም ነው የFDH ኢንዛይሞች በpH 7-6.7 በጣም የተረጋጉ ናቸው። ሆኖም፣ ለAA እና AS፣ የCaCO3 ዝናብ ፒኤች ከ7 ሲበልጥ ጨምሯል። ቀደም ሲል የተደረጉ ጥናቶችም ለCoA ኢንዛይም እንቅስቃሴ በጣም ጥሩው የፒኤች ክልል ከ8 እስከ 9.2-6.8 መሆኑን አሳይተዋል። ለCoA ኢንዛይም እንቅስቃሴ እና ለB. amyloliquefaciens እድገት በጣም ጥሩው የፒኤች ክልል በቅደም ተከተል (8-9.2) እና (6-8) መሆናቸውን ከግምት ውስጥ በማስገባት (ምስል 5a)፣ የAA ፎርሙላ በጣም ጥሩው ፒኤች 8 እንደሚሆን ይጠበቃል፣ እና ሁለቱ የፒኤች ክልሎች እርስ በርስ ይደራረባሉ። ይህ እውነታ በምስል 6d ላይ እንደሚታየው በሙከራዎች ተረጋግጧል። ለቢ. ሰብቲሊስ እድገት ተስማሚው ፒኤች 7-9 (ምስል 5ለ) ስለሆነ እና ለCoA ኢንዛይም እንቅስቃሴ ተስማሚው ፒኤች 8-9.2 ስለሆነ፣ ከፍተኛው የCaCO3 የዝናብ መጠን በ8-9 የፒኤች ክልል ውስጥ እንደሚሆን ይጠበቃል፣ ይህም በምስል 6d የተረጋገጠ ነው (ማለትም፣ በጣም ጥሩው የዝናብ መጠን ፒኤች 9 ነው)። በምስል 6e ላይ የሚታዩት ውጤቶች የካልሲየም ምንጭ መፍትሄ ለባክቴሪያ መፍትሄ ተስማሚው ጥምርታ ለአሲቴት እና ለፎርሜት መፍትሄዎች 1 መሆኑን ያመለክታሉ። ለማነፃፀር፣ የተለያዩ ቀመሮች (ማለትም፣ AA፣ AS፣ FA እና FS) አፈፃፀም በተለያዩ ሁኔታዎች (ማለትም፣ የካልሲየም ምንጭ ክምችት፣ የማከሚያ ጊዜ፣ OD፣ የካልሲየም ምንጭ ለባክቴሪያ መፍትሄ ጥምርታ እና የመጀመሪያ ፒኤች) ከፍተኛውን የCaCO3 ምርት ላይ ተመስርቶ ተገምግሟል። ከተጠኑት ቀመሮች መካከል፣ የቀመር FS ከፍተኛው የCaCO3 ምርት ነበረው፣ ይህም ከቀመር AA በግምት ሦስት እጥፍ ነበር (ምስል 6f)። ለሁለቱም የካልሲየም ምንጮች አራት የባክቴሪያ-ነጻ የቁጥጥር ሙከራዎች ተካሂደዋል እና ከ30 ቀናት በኋላ ምንም የCaCO3 ዝናብ አልታየም።
የሁሉም ቀመሮች የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ ምስሎች እንደሚያሳዩት ቫቴራይት ካልሲየም ካርቦኔት የተፈጠረበት ዋና ምዕራፍ ነበር (ምስል 7)። የቫተራይት ክሪስታሎች ክብ ቅርጽ ነበራቸው69,70,71። የባክቴሪያ ሴሎች ወለል አሉታዊ በሆነ መልኩ ስለተሞላ እና ለዲቫለንት ካቴሽኖች እንደ መምጠጥ ሊያገለግል ስለሚችል ካልሲየም ካርቦኔት በባክቴሪያ ሴሎች ላይ እንደፈሰሰ ተገኝቷል። በዚህ ጥናት ውስጥ ፎርሙላ FSን እንደ ምሳሌ በመውሰድ፣ ከ24 ሰዓታት በኋላ በአንዳንድ የባክቴሪያ ሴሎች ላይ ካልሲየም ካርቦኔት መፈጠር ጀመረ (ምስል 7a)፣ እና ከ48 ሰዓታት በኋላ፣ በካልሲየም ካርቦኔት የተሸፈኑ የባክቴሪያ ሴሎች ቁጥር በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል። በተጨማሪም፣ በምስል 7ለ ላይ እንደሚታየው፣ የቫተራይት ቅንጣቶችም ሊታወቁ ይችላሉ። በመጨረሻም፣ ከ72 ሰዓታት በኋላ፣ ብዙ ቁጥር ያላቸው ባክቴሪያዎች በቫተራይት ክሪስታሎች የተሳሰሩ ይመስላሉ፣ እና የቫተራይት ቅንጣቶች ብዛት በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል (ምስል 7c)።
በጊዜ ሂደት በኤፍኤስ ውህዶች ውስጥ የCaCO3 ዝናብ በኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ የተደረገ ምልከታ፡ (ሀ) 24፣ (ለ) 48 እና (ሐ) 72 ሰዓታት።
የተቀዳውን ምዕራፍ ሞርፎሎጂ የበለጠ ለመመርመር፣ የዱቄቶቹን የኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) እና የSEM ትንታኔዎች ተከናውነዋል። የXRD ስፔክትራ (ምስል 8a) እና የSEM ማይክሮግራፎች (ምስል 8ለ፣ ሐ) የቫተራይት ክሪስታሎች መኖራቸውን አረጋግጠዋል፣ ምክንያቱም የሰላጣ ቅርጽ ስላላቸው እና በቫተራይት ጫፎች እና በዝግታ ጫፎች መካከል ያለው ተመሳሳይነት ታይቷል።
(ሀ) የተፈጠረውን CaCO3 እና ቫቴራይትን የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ስፔክትራ ንጽጽር። የቫቴራይት የSEM ማይክሮግራፎች በ (b) 1 kHz እና (c) 5.27 kHz ማጉላት በቅደም ተከተል።
የንፋስ ዋሻ ሙከራዎች ውጤቶች በምስል 9a፣ ለ ላይ ይታያሉ። ከምስል 9a ማየት የሚቻለው ያልታከመው አሸዋ የወሰን መሸርሸር ፍጥነት (TDV) 4.32 ሜ/ሰ አካባቢ ነው። በ1 ሊትር/ሜ² የአጠቃቀም ፍጥነት (ምስል 9a)፣ ለክፍልፋዮች FA፣ FS፣ AA እና UMC የአፈር ብክነት መጠን መስመሮች ቁልቁለቶች ከታከመው ዱነ ጋር በግምት ተመሳሳይ ናቸው። ይህ የሚያሳየው በዚህ የአጠቃቀም ፍጥነት የሚደረግ ሕክምና ውጤታማ እንዳልሆነ እና የነፋሱ ፍጥነት ከTDV እንደበለጠ፣ ቀጭን የአፈር ቅርፊት ይጠፋል እና የዱነ መሸርሸር መጠን ካልታከመው ዱነ ጋር ተመሳሳይ ነው። የክፍልፋይ AS የመሸርሸር ቁልቁለት ዝቅተኛ abscissas ካላቸው ሌሎች ክፍልፋዮች (ማለትም TDV) ጋር ካለው ያነሰ ነው (ምስል 9a)። በምስል 9b ውስጥ ያሉት ቀስቶች እንደሚያመለክቱት ከፍተኛው የንፋስ ፍጥነት 25 ሜ/ሰ በ2 እና 3 ሊትር/ሜ² በተተከለው ዱነ ውስጥ ምንም አይነት መሸርሸር አልተከሰተም። በሌላ አነጋገር፣ ለኤፍኤስ፣ ኤፍኤ፣ ኤኤስ እና ዩኤምሲ፣ የዱኖቹ በ2 እና 3 ሊትር/ሜ² የአጠቃቀም መጠን በCaCO³ ክምችት ምክንያት ለሚፈጠረው የንፋስ መሸርሸር የበለጠ የመቋቋም አቅም ነበራቸው፣ ይህም ከከፍተኛው የንፋስ ፍጥነት (ማለትም 25 ሜ/ሰ) ይልቅ። ስለዚህ፣ በእነዚህ ሙከራዎች የተገኘው የ25 ሜ/ሰ የTDV እሴት በምስል 9ለ ላይ የሚታየው የአጠቃቀም መጠን ዝቅተኛ ገደብ ነው፣ TDV ከከፍተኛው የንፋስ ዋሻ ፍጥነት ጋር እኩል ከሆነ በስተቀር፣ AA ሁኔታ።
የንፋስ መሸርሸር ሙከራ (ሀ) የክብደት መቀነስ ከነፋስ ፍጥነት ጋር ሲነጻጸር (የአጠቃቀም መጠን 1 ሊትር/ሜ2)፣ (ለ) የመተላለፊያ ፍጥነት ከአጠቃቀም ፍጥነት እና ቀመር ጋር ሲነጻጸር (ለካልሲየም አሲቴት CA፣ ለካልሲየም ፎርማት CF)።
ምስል 10 የአሸዋ ቦምብ ሙከራ ከተደረገ በኋላ በተለያዩ ቀመሮች እና የአተገባበር መጠኖች የታከሙ የአሸዋ ክምሮች የገጽታ መሸርሸርን ያሳያል እና የቁጥር ውጤቶቹ በምስል 11 ላይ ይታያሉ። ያልታከመው ጉዳይ ምንም አይነት ተቃውሞ ስላላሳየ እና በአሸዋ ቦምብ ሙከራ ወቅት ሙሉ በሙሉ ስለተሸረሸረ (ጠቅላላ የጅምላ ኪሳራ) አልታየም። ከምስል 11 በግልጽ እንደሚታየው በባዮኮምፖዚሽን AA የታከመው ናሙና በ2 ሊትር/ሜ2 የአጠቃቀም ፍጥነት 83.5% የክብደቱን መጠን ሲያጣ ሌሎች ሁሉም ናሙናዎች በአሸዋ ቦምብ ሂደት ወቅት ከ30% ያነሰ የአፈር መሸርሸር አሳይተዋል። የማመልከቻ መጠኑ ወደ 3 ሊትር/ሜ2 ሲጨምር፣ ሁሉም የታከሙ ናሙናዎች ከክብደታቸው ከ25% በታች አጥተዋል። በሁለቱም የአጠቃቀም መጠኖች፣ ውህድ FS ለአሸዋ ቦምብ በጣም ጥሩውን የመቋቋም አቅም አሳይቷል። በFS እና AA የታከሙ ናሙናዎች ውስጥ ከፍተኛው እና ዝቅተኛው የቦምብ መከላከያ ከፍተኛ እና ዝቅተኛው የCaCO3 ዝናብ ሊመሰረት ይችላል (ምስል 6f)።
የተለያዩ ውህዶች የአሸዋ ክምችቶች በ2 እና 3 ሊትር/ሜ2 የፍሰት መጠን የቦምብ ድብደባ ውጤቶች (ቀስቶች የንፋስ አቅጣጫን ያመለክታሉ፣ መስቀሎች የንፋስ አቅጣጫን ከስዕሉ ወለል ጋር ቀጥ ብለው ያመለክታሉ)።
በስእል 12 ላይ እንደሚታየው፣ የማመልከቻው መጠን ከ1 ሊትር/ሜ² ወደ 3 ሊትር/ሜ² ሲጨምር የሁሉም ቀመሮች የካልሲየም ካርቦኔት ይዘት ጨምሯል። በተጨማሪም፣ በሁሉም የአጠቃቀም መጠኖች፣ ከፍተኛ የካልሲየም ካርቦኔት ይዘት ያለው ቀመር FS ሲሆን፣ በመቀጠልም FA እና UMC ነበር። ይህ የሚያመለክተው እነዚህ ቀመሮች ከፍተኛ የገጽታ መቋቋም ሊኖራቸው እንደሚችል ነው።
ምስል 13a በፐርሜሜትር ምርመራ የተለኩ ያልታከሙ፣ የቁጥጥር እና የታከሙ የአፈር ናሙናዎች የገጽታ መቋቋም ለውጥ ያሳያል። ከዚህ ምስል፣ የUMC፣ AS፣ FA እና FS ቀመሮች የገጽታ መቋቋም በአጠቃቀም ፍጥነት መጨመር በከፍተኛ ሁኔታ እንደጨመረ ግልጽ ነው። ሆኖም፣ የገጽታ ጥንካሬ መጨመር በAA ቀመሮች በአንጻራዊ ሁኔታ አነስተኛ ነበር። በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው፣ የዩሪያ-ያልተበላሸ MICP FA እና FS ቀመሮች ከዩሪያ-የተበላሸ MICP ጋር ሲነጻጸር የተሻለ የገጽታ መተላለፊያ አላቸው። ምስል 13b በአፈር ወለል መቋቋም የTDV ለውጥን ያሳያል። ከዚህ አኃዝ፣ ከ100 kPa በላይ የገጽታ መቋቋም ላላቸው ዱኖች የወሰን ማስወገጃ ፍጥነት ከ25 ሜ/ሰ እንደሚበልጥ በግልጽ ይታያል። በቦታው ላይ ያለው የገጽታ መቋቋም በቀላሉ በፐርሜሜትር ሊለካ ስለሚችል፣ ይህ እውቀት የንፋስ ዋሻ ሙከራ በሌለበት ጊዜ TDVን ለመገመት ይረዳል፣ በዚህም ለሜዳ አፕሊኬሽኖች የጥራት ቁጥጥር አመልካች ሆኖ ያገለግላል።
የSEM ውጤቶቹ በስእል 14 ላይ ይታያሉ። ስእሎች 14a-b ያልተስተካከለው የአፈር ናሙና የተስፋፉ ቅንጣቶችን ያሳያሉ፣ ይህም እርስ በርስ የተሳሰረ እና ምንም አይነት ተፈጥሯዊ ትስስር ወይም ሲሚንቶ እንደሌለው በግልጽ ያሳያል። ስእል 14c በዩሪያ የተበላሸ MICP የታከመውን የቁጥጥር ናሙና የSEM ማይክሮግራፍ ያሳያል። ይህ ምስል የCaCO3 ቅድመ-ዝንባሌዎች እንደ ካልሳይት ፖሊሞርፍ መኖርን ያሳያል። በስእሎች 14d-o ላይ እንደሚታየው፣ የተቀዳው CaCO3 ቅንጣቶቹን አንድ ላይ ያገናኛል፤ ሉላዊ የቫተራይት ክሪስታሎች በSEM ማይክሮግራፎች ውስጥም ሊታወቁ ይችላሉ። የዚህ ጥናት እና የቀደሙት ጥናቶች ውጤቶች እንደሚያሳዩት እንደ ቫተራይት ፖሊሞርፍ የተፈጠሩ የCaCO3 ቦንዶችም ምክንያታዊ የሜካኒካል ጥንካሬ ሊሰጡ ይችላሉ፤ ውጤቶቻችን እንደሚያሳዩት የገጽታ መቋቋም ወደ 350 kPa እንደሚጨምር እና የወሰን መለያየት ፍጥነት ከ4.32 ወደ ከ25 ሜ/ሰ በላይ ይጨምራል። ይህ ውጤት ቀደም ሲል ከተደረጉ ጥናቶች ውጤቶች ጋር የሚስማማ ሲሆን የMICP-precipitated CaCO3 ማትሪክስ ቫቴራይት ሲሆን ይህም ምክንያታዊ የሜካኒካል ጥንካሬ እና የንፋስ መሸርሸር መቋቋም13,40 ያለው ሲሆን ለ180 ቀናት ለሜዳ አካባቢ ሁኔታዎች ከተጋለጠ በኋላም ቢሆን ምክንያታዊ የንፋስ መሸርሸር መቋቋምን ሊጠብቅ ይችላል13።
(a, b) ያልታከመ አፈር የSEM ማይክሮግራፎች፣ (ሐ) የMICP ዩሪያ መበላሸት መቆጣጠሪያ፣ (df) በAA የታከሙ ናሙናዎች፣ (gi) በAS የታከሙ ናሙናዎች፣ (jl) በFA የታከሙ ናሙናዎች፣ እና (ወር) በFS የታከሙ ናሙናዎች በተለያዩ ማጉላት በ3 ሊትር/ሜ2 የአጠቃቀም መጠን።
ምስል 14d-f እንደሚያሳየው በኤኤ ውህዶች ከታከመ በኋላ ካልሲየም ካርቦኔት በላዩ ላይ እና በአሸዋ ቅንጣቶች መካከል ተተክሎ ነበር፣ አንዳንድ ያልተሸፈኑ የአሸዋ ቅንጣቶችም ታይተዋል። ለኤኤስ ክፍሎች፣ ምንም እንኳን የተፈጠረው የCaCO3 መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ባይጨምርም (ምስል 6f)፣ በCaCO3 ምክንያት በአሸዋ ቅንጣቶች መካከል ያለው የግንኙነት መጠን ከኤኤ ውህዶች ጋር ሲነጻጸር በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል (ምስል 14g-i)።
ከምስል 14j-l እና 14m-o ጀምሮ የካልሲየም ፎርማትን እንደ ካልሲየም ምንጭ መጠቀም ከኤኤስ ውህድ ጋር ሲነጻጸር የCaCO3 ዝናብ እንዲጨምር እንደሚያደርግ ግልፅ ነው፣ ይህም በምስል 6f ላይ ካለው የካልሲየም ሜትር መለኪያዎች ጋር የሚጣጣም ነው። ይህ ተጨማሪ CaCO3 በዋናነት በአሸዋ ቅንጣቶች ላይ የተከማቸ ይመስላል እና የግንኙነት ጥራትን እንደማያሻሽል ያሳያል። ይህ ቀደም ሲል የታየውን ባህሪ ያረጋግጣል፡ በCaCO3 ዝናብ መጠን ልዩነት ቢኖርም (ምስል 6f)፣ ሦስቱ ቀመሮች (AS፣ FA እና FS) በፀረ-ኢዮሊያን (የንፋስ) አፈጻጸም (ምስል 11) እና የገጽታ መቋቋም (ምስል 13a) ረገድ በእጅጉ አይለያዩም።
የCaCO3 ሽፋን ያላቸው የባክቴሪያ ሴሎችን እና በተቀነባበሩ ክሪስታሎች ላይ ያለውን የባክቴሪያ አሻራ በተሻለ ሁኔታ ለማየት፣ ከፍተኛ የማጉላት SEM ማይክሮግራፎች ተወስደዋል እና ውጤቶቹ በምስል 15 ላይ ይታያሉ። እንደሚታየው፣ ካልሲየም ካርቦኔት በባክቴሪያ ሴሎች ላይ ይጥላል እና እዚያ ለዝናብ የሚያስፈልገውን ኒውክሊየስ ያቀርባል። ምስሉ በCaCO3 የተፈጠሩትን ንቁ እና ንቁ ያልሆኑ ግንኙነቶችንም ያሳያል። ማንኛውም የንቁ ያልሆኑ ግንኙነቶች መጨመር በሜካኒካል ባህሪ ላይ ተጨማሪ መሻሻል እንደማያመጣ መደምደም ይቻላል። ስለዚህ፣ የCaCO3 ዝናብ መጨመር የግድ ወደ ከፍተኛ የሜካኒካል ጥንካሬ አያመራም እና የዝናብ ስርዓቱ አስፈላጊ ሚና ይጫወታል። ይህ ነጥብ በቴርዚስ እና በላሉይ72 እና ሶጊ እና አል-ካባኒ45,73 ስራዎች ላይም ጥናት ተደርጎበታል። በዝናብ ንድፍ እና በሜካኒካል ጥንካሬ መካከል ያለውን ግንኙነት የበለጠ ለማሰስ፣ µCT ምስልን የሚጠቀሙ የMICP ጥናቶች ይመከራሉ፣ ይህም ከዚህ ጥናት ወሰን በላይ ነው (ማለትም፣ ለአሞኒያ-ነጻ MICP የተለያዩ የካልሲየም ምንጭ እና ባክቴሪያዎች ጥምረት ማስተዋወቅ)።
CaCO3 በ (ሀ) የAS ቅንብር እና (ለ) የFS ቅንብር በታከሙ ናሙናዎች ውስጥ ንቁ እና ንቁ ያልሆኑ ትስስር እንዲፈጠር አድርጓል እና በቆሻሻው ላይ የባክቴሪያ ሴሎች አሻራ ትቷል።
በስእል 14j-o እና 15b ላይ እንደሚታየው፣ የCaCO ፊልም አለ (በEDX ትንተና መሠረት፣ በፊልሙ ውስጥ ያለው የእያንዳንዱ ንጥረ ነገር መቶኛ ስብጥር ካርቦን 11%፣ ኦክስጅን 46.62% እና ካልሲየም 42.39% ሲሆን ይህም በስእል 16 ውስጥ ካለው የCaCO2 መቶኛ ጋር በጣም ቅርብ ነው።) ይህ ፊልም የቫተራይት ክሪስታሎችን እና የአፈር ቅንጣቶችን ይሸፍናል፣ ይህም የአፈር-ሴሚኒየም ስርዓትን ታማኝነት ለመጠበቅ ይረዳል። የዚህ ፊልም መኖር የታየው በቅጽበት ላይ በተመሠረተው ቀመር በተያዙ ናሙናዎች ውስጥ ብቻ ነው።
ሠንጠረዥ 2 በቀደሙት ጥናቶች እና በዚህ ጥናት በዩሪያ-ዲግራዲንግ እና ዩሪያ-ዲግራዲንግ MICP መንገዶች የታከሙ የአፈርዎችን የገጽታ ጥንካሬ፣ የወሰን መልቀቂያ ፍጥነት እና ባዮኢንሴሲቭ CaCO3 ይዘት ያወዳድራል። በMICP የታከሙ የዱነ ናሙናዎች የንፋስ መሸርሸር መቋቋም ላይ የተደረጉ ጥናቶች ውስን ናቸው። ሜንግ እና ሌሎችም በMICP የታከሙ የዩሪያ-ዲግራዲንግ የዱነ ናሙናዎችን በቅጠል ማጽጃ በመጠቀም የንፋስ መሸርሸር መቋቋምን መርምረዋል፣13 በዚህ ጥናት ውስጥ የዩሪያ-ዲግራዲንግ የዱነ ናሙናዎች (እንዲሁም የዩሪያ-ዲግራዲንግ መቆጣጠሪያዎች) በነፋስ ዋሻ ውስጥ ተፈትነው በአራት የተለያዩ የባክቴሪያ እና የቁሳቁስ ጥምረት ታክመዋል።
እንደሚታየው፣ አንዳንድ ቀደም ሲል የተደረጉ ጥናቶች ከ4 ሊትር/ሜ213,41,74 በላይ ከፍተኛ የማመልከቻ መጠንን ተመልክተዋል። ከውሃ አቅርቦት፣ ከመጓጓዣ እና ከፍተኛ መጠን ያለው የውሃ አጠቃቀም ጋር በተያያዙ ወጪዎች ምክንያት ከፍተኛ የማመልከቻ መጠን በኢኮኖሚያዊ እይታ በቀላሉ ተግባራዊ ላይሆን እንደሚችል ልብ ሊባል ይገባል። እንደ 1.62-2 ሊትር/ሜ2 ያሉ ዝቅተኛ የማመልከቻ መጠኖች እስከ 190 kPa እና 25 ሜትር/ሰከንድ የሚበልጥ TDV ያላቸው ጥሩ የገጽታ ጥንካሬዎችን አስመዝግበዋል። በዚህ ጥናት፣ በፎርማት ላይ የተመሠረተ MICP የታከሙ ክምሮች በተመሳሳይ የማመልከቻ መጠን (ማለትም፣ በፎርማት ላይ የተመሠረተ MICP የታከሙ ናሙናዎች በMeng et al., 13, ምስል 13a) እንደዘገበው ተመሳሳይ የገጽታ ጥንካሬ እሴቶችን በከፍተኛ የማመልከቻ መጠን ማሳካት ችለዋል። በተጨማሪም በ2 ሊትር/ሜ2 የአጠቃቀም ፍጥነት፣ በ25 ሜ/ሰ የንፋስ ፍጥነት ለንፋስ መሸርሸር ቅነሳ የካልሲየም ካርቦኔት ምርት በፎርማቲክ ላይ የተመሠረተ MICP ያለ ዩሪያ መበላሸት 2.25% እንደነበር ማየት ይቻላል፣ ይህም ከሚያስፈልገው የCaCO3 መጠን (ማለትም 2.41%) ጋር ሲነፃፀር በመቆጣጠሪያ MICP ከተያዙት ዱኖች ጋር ሲነፃፀር (ማለትም 2.41%) ነው።
ስለዚህ፣ ከዚህ ሰንጠረዥ መረዳት እንደሚቻለው የዩሪያ መበላሸት መንገድም ሆነ የዩሪያ-ነጻ የመበላሸት መንገድ በወለል መቋቋም እና በTDV ረገድ ተቀባይነት ያለው አፈፃፀም ሊሰጡ ይችላሉ። ዋናው ልዩነት ዩሪያ-ነጻ የመበላሸት መንገድ አሞኒያ ስለሌለው ዝቅተኛ የአካባቢ ተጽዕኖ አለው። በተጨማሪም፣ በዚህ ጥናት ውስጥ የቀረበው የዩሪያ መበላሸት የሌለው ፎርማት-ተኮር MICP ዘዴ የዩሪያ መበላሸት ሳይኖር ከአሲቴት-ተኮር MICP ዘዴ የተሻለ የሚሰራ ይመስላል። ሞሄቢ እና ሌሎችም የዩሪያ መበላሸት ሳይኖር በአሲቴት-ተኮር MICP ዘዴን ቢያጠኑም፣ ጥናታቸው በጠፍጣፋ ቦታዎች ላይ ናሙናዎችን አካትተዋል። በዱነ ናሙናዎች ዙሪያ በኤዲ ምስረታ ምክንያት በሚፈጠረው ከፍተኛ የአፈር መሸርሸር ምክንያት እና በዚህም ምክንያት በሚመጣው መሸርሸር ምክንያት፣ የዱነ ናሙናዎች የንፋስ መሸርሸር በተመሳሳይ ፍጥነት ከጠፍጣፋ ቦታዎች የበለጠ ግልጽ እንደሚሆን ይጠበቃል።