Շնորհակալություն nature.com կայք այցելելու համար: Ձեր օգտագործած դիտարկիչի տարբերակն ունի CSS-ի սահմանափակ աջակցություն: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել դիտարկիչի վերջին տարբերակը (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Բացի այդ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար այս կայքը չի ներառի ոճեր կամ JavaScript:
Փոշու փոթորիկները լուրջ սպառնալիք են ներկայացնում աշխարհի բազմաթիվ երկրների համար՝ գյուղատնտեսության, մարդու առողջության, տրանսպորտային ցանցերի և ենթակառուցվածքների վրա իրենց կործանարար ազդեցության պատճառով: Արդյունքում, քամու էրոզիան համարվում է համաշխարհային խնդիր: Քամու էրոզիան զսպելու էկոլոգիապես մաքուր մոտեցումներից մեկը մանրէային կարբոնատային նստվածքների (MICP) օգտագործումն է: Այնուամենայնիվ, միզանյութի քայքայման վրա հիմնված MICP-ի ենթամթերքները, ինչպիսին է ամոնիակը, իդեալական չեն, երբ արտադրվում են մեծ քանակությամբ: Այս ուսումնասիրությունը ներկայացնում է կալցիումի ֆորմատային բակտերիաների երկու բանաձև՝ MICP-ի քայքայման համար՝ առանց միզանյութ արտադրելու, և համապարփակ համեմատում է դրանց արդյունավետությունը ամոնիակ չարտադրող կալցիումի ացետատային բակտերիաների երկու բանաձևերի հետ: Դիտարկվող բակտերիաներն են Bacillus subtilis-ը և Bacillus amyloliquefaciens-ը: Նախ, որոշվել են CaCO3-ի առաջացումը վերահսկող գործոնների օպտիմալացված արժեքները: Այնուհետև օպտիմիզացված բանաձևերով մշակված ավազաբլուրների նմուշների վրա անցկացվել են աերոդինամիկ թունելային փորձարկումներ, և չափվել են քամու էրոզիայի դիմադրությունը, շերտազատման շեմային արագությունը և ավազի ռմբակոծման դիմադրությունը: Կալցիումի կարբոնատի (CaCO3) ալոմորֆները գնահատվել են օպտիկական մանրադիտակի, սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) և ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության միջոցով: Կալցիումի ֆորմատի վրա հիմնված բանաձևերը կալցիումի կարբոնատի առաջացման առումով զգալիորեն ավելի լավ արդյունք են ցույց տվել, քան ացետատի վրա հիմնված բանաձևերը: Բացի այդ, B. subtilis-ը ավելի շատ կալցիումի կարբոնատ է արտադրել, քան B. amyloliquefaciens-ը: Սկանավորող էլեկտրոնային մանրէների միկրոֆոտոմետրիան (SEM) հստակ ցույց է տվել ակտիվ և ոչ ակտիվ մանրէների կապումը և դրոշմումը կալցիումի կարբոնատի վրա՝ նստվածքագոյացման պատճառով: Բոլոր բանաձևերը զգալիորեն նվազեցրել են քամու էրոզիան:
Քամու էրոզիան վաղուց ճանաչվել է որպես չորային և կիսաչորային շրջանների, ինչպիսիք են ԱՄՆ-ի հարավ-արևմտյան մասը, արևմտյան Չինաստանը, Սահարայի Աֆրիկան ​​և Մերձավոր Արևելքի մեծ մասը, առջև ծառացած լուրջ խնդիր1: Չորային և գերչորային կլիմայական պայմաններում տեղումների ցածր քանակը այս շրջանների մեծ մասը վերածել է անապատների, ավազաբլուրների և անմշակ հողերի: Քամու շարունակական էրոզիան բնապահպանական սպառնալիք է ներկայացնում ենթակառուցվածքների, ինչպիսիք են տրանսպորտային ցանցերը, գյուղատնտեսական և արդյունաբերական հողերը, ինչը հանգեցնում է վատ կենսապայմանների և քաղաքային զարգացման բարձր ծախսերի այդ շրջաններում2,3,4: Կարևոր է նշել, որ քամու էրոզիան ոչ միայն ազդում է այն վայրի վրա, որտեղ այն տեղի է ունենում, այլև առողջապահական և տնտեսական խնդիրներ է առաջացնում հեռավոր համայնքներում, քանի որ այն մասնիկները քամու միջոցով տեղափոխում է աղբյուրից հեռու գտնվող տարածքներ5,6:
Քամու էրոզիայի դեմ պայքարը մնում է համաշխարհային խնդիր: Քամու էրոզիայի դեմ պայքարի համար օգտագործվում են հողի կայունացման տարբեր մեթոդներ: Այս մեթոդները ներառում են այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են ջրի կիրառումը7, յուղային ցանքածածկույթը8, կենսապոլիմերները5, մանրէային ինդուկցված կարբոնատային նստվածքը (MICP)9,10,11,12 և ֆերմենտային ինդուկցված կարբոնատային նստվածքը (EICP)1: Հողի թրջումը դաշտում փոշու ճնշման ստանդարտ մեթոդ է: Այնուամենայնիվ, դրա արագ գոլորշիացումը այս մեթոդը դարձնում է սահմանափակ արդյունավետ չորային և կիսաչորային շրջաններում1: Յուղային ցանքածածկույթի միացությունների կիրառումը մեծացնում է ավազի կպչունությունը և միջմասնիկային շփումը: Դրանց կպչուն հատիկները կապում են միմյանց. սակայն յուղային ցանքածածկույթները նաև այլ խնդիրներ են առաջացնում. դրանց մուգ գույնը մեծացնում է ջերմության կլանումը և հանգեցնում է բույսերի և միկրոօրգանիզմների մահվան: Դրանց հոտը և գոլորշիները կարող են շնչառական խնդիրներ առաջացնել, և, ամենակարևորը, դրանց բարձր գինը մեկ այլ խոչընդոտ է: Բիոպոլիմերները վերջերս առաջարկված էկոլոգիապես մաքուր մեթոդներից մեկն են քամու էրոզիայի մեղմացման համար. դրանք արդյունահանվում են բնական աղբյուրներից, ինչպիսիք են բույսերը, կենդանիները և մանրէները: Քսանտանային խեժը, գուարի խեժը, քիտոզանը և գելանի խեժը ինժեներական կիրառություններում ամենատարածված կենսապոլիմերներն են5: Սակայն, ջրում լուծվող կենսապոլիմերները կարող են կորցնել իրենց ամրությունը և արտահոսել հողից ջրի ազդեցության տակ13,14: EICP-ն ապացուցել է, որ արդյունավետ փոշու ճնշման մեթոդ է տարբեր կիրառությունների համար, այդ թվում՝ չասֆալտապատ ճանապարհների, պոչամբարների և շինհրապարակների համար: Չնայած դրա արդյունքները խրախուսական են, պետք է հաշվի առնել որոշ հնարավոր թերություններ, ինչպիսիք են արժեքը և միջուկագոյացման վայրերի բացակայությունը (ինչը արագացնում է CaCO3 բյուրեղների առաջացումը և նստվածքագոյացումը15,16):
MICP-ն առաջին անգամ նկարագրվել է 19-րդ դարի վերջին Մյուրեյի և Իրվինի (1890) և Շտեյնմանի (1901) կողմից՝ ծովային միկրոօրգանիզմների կողմից միզանյութի քայքայման ուսումնասիրության ժամանակ17: MICP-ն բնականորեն առաջացող կենսաբանական գործընթաց է, որը ներառում է մի շարք մանրէային ակտիվություններ և քիմիական գործընթացներ, որոնց դեպքում կալցիումի կարբոնատը նստվածք է ստանում մանրէային մետաբոլիտներից կարբոնատային իոնների և շրջակա միջավայրի կալցիումի իոնների փոխազդեցության միջոցով18,19: Միզանյութը քայքայող ազոտի ցիկլը (միզանյութը քայքայող MICP) ներառող MICP-ն մանրէային առաջացրած կարբոնատային նստվածքի ամենատարածված տեսակն է, որի դեպքում մանրէների կողմից արտադրվող միզանյութը կատալիզացնում է միզանյութի հիդրոլիզը20,21,22,23,24,25,26,27 հետևյալ կերպ.
Օրգանական աղերի օքսիդացման ածխածնային ցիկլ ներառող MICP-ում (MICP առանց միզանյութի քայքայման տեսակի), հետերոտրոֆ բակտերիաները որպես էներգիայի աղբյուրներ օգտագործում են օրգանական աղեր, ինչպիսիք են ացետատը, լակտատը, ցիտրատը, սուկցինատը, օքսալատը, մալատը և գլիօքսիլատը՝ կարբոնատային միներալներ արտադրելու համար28: Կալցիումի լակտատի՝ որպես ածխածնի աղբյուրի և կալցիումի իոնների առկայության դեպքում, կալցիումի կարբոնատի առաջացման քիմիական ռեակցիան ներկայացված է (5) հավասարման մեջ:
MICP գործընթացում բակտերիալ բջիջները ապահովում են միջուկագոյացման տեղամասեր, որոնք հատկապես կարևոր են կալցիումի կարբոնատի նստեցման համար. բակտերիալ բջջի մակերեսը բացասական լիցքավորված է և կարող է հանդես գալ որպես երկարժեք կատիոնների, ինչպիսիք են կալցիումի իոնները, ադսորբենտ: Կալցիումի իոնները ադսորբելով բակտերիալ բջիջների վրա, երբ կարբոնատ իոնի կոնցենտրացիան բավարար է, կալցիումի կատիոնները և կարբոնատային անիոնները փոխազդում են, և կալցիումի կարբոնատը նստեցվում է բակտերիայի մակերեսին29,30: Գործընթացը կարելի է ամփոփել հետևյալ կերպ31,32:
Կենսագեներացված կալցիումի կարբոնատի բյուրեղները կարելի է բաժանել երեք տեսակի՝ կալցիտ, վատերիտ և արագոնիտ: Դրանց մեջ կալցիտը և վատերիտը ամենատարածված մանրէային ինդուկցված կալցիումի կարբոնատի ալոմորֆներն են33,34: Կալցիտը թերմոդինամիկորեն ամենակայուն կալցիումի կարբոնատի ալոմորֆն է35: Չնայած վատերիտը, ըստ որոշ տեղեկությունների, մետաստաբիլ է, այն ի վերջո վերածվում է կալցիտի36,37: Վատերիտը այս բյուրեղներից ամենախիտն է: Այն վեցանկյուն բյուրեղ է, որն իր մեծ չափի շնորհիվ ունի ավելի լավ ծակոտիներ լցնելու ունակություն, քան մյուս կալցիումի կարբոնատի բյուրեղները38: Ինչպես միզանյութով քայքայված, այնպես էլ միզանյութով չքայքայված միզանյութի կոնցենտրացիան (MICP) կարող է հանգեցնել վատերիտի նստվածքի13,39,40,41:
Չնայած MICP-ն խոստումնալից ներուժ է ցուցաբերել խնդրահարույց հողերի և քամու էրոզիայի նկատմամբ զգայուն հողերի կայունացման գործում42,43,44,45,46,47,48, միզանյութի հիդրոլիզի ենթամթերքներից մեկը ամոնիակն է, որը կարող է առաջացնել թեթևից մինչև ծանր առողջական խնդիրներ՝ կախված ազդեցության մակարդակից49: Այս կողմնակի ազդեցությունը այս կոնկրետ տեխնոլոգիայի օգտագործումը դարձնում է վիճահարույց, հատկապես, երբ անհրաժեշտ է մշակել մեծ տարածքներ, օրինակ՝ փոշու ճնշման համար: Բացի այդ, ամոնիակի հոտը անտանելի է, երբ գործընթացն իրականացվում է բարձր կիրառման տեմպերով և մեծ ծավալներով, ինչը կարող է ազդել դրա գործնական կիրառելիության վրա: Չնայած վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ամոնիումի իոնները կարող են նվազեցվել՝ դրանք վերածելով այլ արտադրանքի, ինչպիսին է ստրուվիտը, այս մեթոդները լիովին չեն հեռացնում ամոնիումի իոնները50: Հետևաբար, դեռևս անհրաժեշտ է ուսումնասիրել այլընտրանքային լուծումներ, որոնք չեն առաջացնում ամոնիումի իոններ: MICP-ի համար ոչ միզանյութային քայքայման ուղիների օգտագործումը կարող է ապահովել պոտենցիալ լուծում, որը վատ է ուսումնասիրվել քամու էրոզիայի մեղմացման համատեքստում: Ֆաթթահին և այլք ուսումնասիրել են միզանյութ չպարունակող MICP քայքայումը՝ օգտագործելով կալցիումի ացետատ և Bacillus megaterium41, մինչդեռ Մոհեբբին և այլք... օգտագործվել են կալցիումի ացետատ և Bacillus amyloliquefaciens9: Սակայն նրանց ուսումնասիրությունը չի համեմատվել կալցիումի այլ աղբյուրների և հետերոտրոֆ բակտերիաների հետ, որոնք, ի վերջո, կարող են բարելավել քամու էրոզիայի նկատմամբ դիմադրությունը: Կա նաև գրականության պակաս, որը համեմատում է միզանյութից զերծ քայքայման ուղիները միզանյութի քայքայման ուղիների հետ քամու էրոզիայի մեղմացման գործում:
Բացի այդ, քամու էրոզիայի և փոշու վերահսկման ուսումնասիրությունների մեծ մասը անցկացվել է հարթ մակերեսներով հողի նմուշների վրա:1,51,52,53 Այնուամենայնիվ, հարթ մակերեսները բնության մեջ ավելի քիչ տարածված են, քան բլուրներն ու գոգավորությունները: Ահա թե ինչու ավազաբլուրները անապատային շրջանների ամենատարածված լանդշաֆտային առանձնահատկությունն են:
Վերոնշյալ թերությունները հաղթահարելու համար այս ուսումնասիրությունը նպատակ ուներ ներդնել ամոնիակ չարտադրող բակտերիալ նյութերի նոր շարք: Այս նպատակով մենք դիտարկել ենք MICP-ի ոչ միզանյութ քայքայման ուղիները: Ուսումնասիրվել է կալցիումի երկու աղբյուրների (կալցիումի ֆորմատ և կալցիումի ացետատ) արդյունավետությունը: Հեղինակների լավագույն իմացության չափով, կարբոնատային նստեցումը երկու կալցիումի աղբյուրների և բակտերիաների համակցություններով (այսինքն՝ կալցիումի ֆորմատ-Bacillus subtilis և կալցիումի ֆորմատ-Bacillus amyloliquefaciens) չի ուսումնասիրվել նախորդ ուսումնասիրություններում: Այս բակտերիաների ընտրությունը հիմնված էր նրանց արտադրած ֆերմենտների վրա, որոնք կատալիզացնում են կալցիումի ֆորմատի և կալցիումի ացետատի օքսիդացումը՝ առաջացնելով մանրէային կարբոնատային նստվածք: Մենք մշակել ենք մանրակրկիտ փորձարարական ուսումնասիրություն՝ գտնելու օպտիմալ գործոններ, ինչպիսիք են pH-ը, բակտերիաների տեսակները և կալցիումի աղբյուրները և դրանց կոնցենտրացիաները, բակտերիաների և կալցիումի աղբյուրի լուծույթի հարաբերակցությունը և կարծրացման ժամանակը: Վերջապես, կալցիումի կարբոնատի տեղումների միջոցով քամու էրոզիայի ճնշման գործում այս բակտերիալ նյութերի արդյունավետությունը ուսումնասիրվել է՝ ավազաբլուրների վրա քամու թունելում մի շարք փորձարկումներ անցկացնելով՝ ավազի քամու էրոզիայի մեծությունը, շեմային բեկման արագությունը և քամու ռմբակոծության դիմադրությունը որոշելու համար, ինչպես նաև կատարվել են ներթափանցման չափումներ և միկրոկառուցվածքային ուսումնասիրություններ (օրինակ՝ ռենտգենյան դիֆրակցիոն (XRD) վերլուծություն և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (SEM)):
Կալցիումի կարբոնատի արտադրության համար անհրաժեշտ են կալցիումի իոններ և կարբոնատային իոններ: Կալցիումի իոնները կարելի է ստանալ տարբեր կալցիումի աղբյուրներից, ինչպիսիք են կալցիումի քլորիդը, կալցիումի հիդրօքսիդը և չորացրած կաթը54,55: Կարբոնատային իոնները կարելի է ստանալ տարբեր մանրէային մեթոդներով, ինչպիսիք են միզանյութի հիդրոլիզը և օրգանական նյութերի աէրոբ կամ անաէրոբ օքսիդացումը56: Այս ուսումնասիրության մեջ կարբոնատային իոնները ստացվել են ֆորմատի և ացետատի օքսիդացման ռեակցիայից: Բացի այդ, մենք օգտագործել ենք ֆորմատի և ացետատի կալցիումի աղեր՝ մաքուր կալցիումի կարբոնատ ստանալու համար, այդպիսով միայն CO2 և H2O ենթամթերքներ են ստացվել որպես ենթամթերքներ: Այս գործընթացում միայն մեկ նյութ է ծառայում որպես կալցիումի աղբյուր և կարբոնատի աղբյուր, և ամոնիակ չի արտադրվում: Այս բնութագրերը կալցիումի աղբյուրը և կարբոնատի արտադրության մեթոդը, որը մենք համարում էինք, դարձնում են շատ խոստումնալից:
Կալցիումի ֆորմատի և կալցիումի ացետատի համապատասխան ռեակցիաները՝ կալցիումի կարբոնատ առաջացնելու համար, ներկայացված են (7)-(14) բանաձևերում: (7)-(11) բանաձևերը ցույց են տալիս, որ կալցիումի ֆորմատը լուծվում է ջրում՝ առաջացնելով մրջնաթթու կամ ֆորմատ: Այսպիսով, լուծույթը ազատ կալցիումի և հիդրօքսիդի իոնների աղբյուր է (բանաձևեր 8 և 9): Մրջնաթթվի օքսիդացման արդյունքում մրջնաթթվի ածխածնի ատոմները վերածվում են ածխաթթու գազի (բանաձև 10): Վերջնական արդյունքում առաջանում է կալցիումի կարբոնատ (բանաձևեր 11 և 12):
Նմանապես, կալցիումի կարբոնատը առաջանում է կալցիումի ացետատից (հավասարումներ 13–15), բացառությամբ այն բանի, որ մրջնաթթվի փոխարեն առաջանում է քացախաթթու կամ ացետատ։
Առանց ֆերմենտների առկայության, ացետատը և ֆորմատը չեն կարող օքսիդացվել սենյակային ջերմաստիճանում: FDH-ն (ֆորմատ դեհիդրոգենազ) և CoA-ն (կոենզիմ A) կատալիզացնում են ֆորմատի և ացետատի օքսիդացումը՝ համապատասխանաբար առաջացնելով ածխաթթու գազ (հավասարումներ 16, 17) 57, 58, 59: Տարբեր մանրէներ ունակ են արտադրելու այս ֆերմենտները, և այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործվել են հետերոտրոֆ մանրէներ, մասնավորապես՝ Bacillus subtilis-ը (PTCC #1204 (Պարսկական տիպի մշակույթների հավաքածու), որը հայտնի է նաև որպես NCIMB #13061 (Բակտերիաների, խմորիչների, ֆագերի, պլազմիդների, բույսերի սերմերի և բույսերի բջջային հյուսվածքների մշակույթների միջազգային հավաքածու)) և Bacillus amyloliquefaciens-ը (PTCC #1732, NCIMB #12077): Այս մանրէները կուլտիվացվել են մսի պեպտոն (5 գ/լ) և մսի քաղվածք (3 գ/լ) պարունակող միջավայրում, որը կոչվում է սննդարար արգանակ (NBR) (105443 Merck):
Այսպիսով, կալցիումի կարբոնատի նստվածք առաջացնելու համար պատրաստվել են չորս բանաձևեր՝ օգտագործելով երկու կալցիումի աղբյուրներ և երկու մանրէներ՝ կալցիումի ֆորմատ և Bacillus subtilis (FS), կալցիումի ֆորմատ և Bacillus amyloliquefaciens (FA), կալցիումի ացետատ և Bacillus subtilis (AS), և կալցիումի ացետատ և Bacillus amyloliquefaciens (AA):
Փորձարարական նախագծի առաջին մասում անցկացվել են թեստեր՝ որոշելու համար այն օպտիմալ համադրությունը, որը կապահովի կալցիումի կարբոնատի առավելագույն արտադրություն: Քանի որ հողի նմուշները պարունակում էին կալցիումի կարբոնատ, մշակվել է նախնական գնահատման թեստեր՝ տարբեր համակցություններից ստացված CaCO3-ը ճշգրիտ չափելու համար, և գնահատվել են կուլտուրայի միջավայրի և կալցիումի աղբյուրի լուծույթների խառնուրդները: Վերը սահմանված կալցիումի աղբյուրի և բակտերիաների լուծույթի յուրաքանչյուր համակցության համար (FS, FA, AS և AA) ստացվել և օգտագործվել են օպտիմալացման գործոններ (կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիա, կարծրացման ժամանակ, լուծույթի օպտիկական խտությամբ (OD) չափված բակտերիաների լուծույթի կոնցենտրացիա, կալցիումի աղբյուրի և բակտերիաների լուծույթի հարաբերակցություն և pH)՝ հետևյալ բաժիններում նկարագրված ավազաբլուրների մշակման աերոդինամիկ թունելի փորձարկումներում:
Յուրաքանչյուր համակցության համար իրականացվել է 150 փորձ՝ CaCO3 նստվածքի ազդեցությունն ուսումնասիրելու և տարբեր գործոններ գնահատելու համար, մասնավորապես՝ կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիան, կարծրացման ժամանակը, բակտերիալ OD արժեքը, կալցիումի աղբյուրի և բակտերիալ լուծույթի հարաբերակցությունը և pH-ը օրգանական նյութի աէրոբ օքսիդացման ընթացքում (աղյուսակ 1): Օպտիմալացված գործընթացի pH-ի միջակայքը ընտրվել է Bacillus subtilis-ի և Bacillus amyloliquefaciens-ի աճի կորերի հիման վրա՝ ավելի արագ աճ ստանալու համար: Սա ավելի մանրամասն բացատրված է «Արդյունքներ» բաժնում:
Օպտիմալացման փուլի համար նմուշները պատրաստելու համար օգտագործվել են հետևյալ քայլերը: MICP լուծույթը նախ պատրաստվել է մշակութային միջավայրի սկզբնական pH-ը կարգավորելով, ապա ավտոկլավացվել է 121°C ջերմաստիճանում 15 րոպե: Այնուհետև շտամը ներարկվել է լամինար օդային հոսքի մեջ և պահպանվել է թափահարող ինկուբատորում 30°C ջերմաստիճանում և 180 պտ/րոպե արագությամբ: Երբ մանրէների OD-ն հասել է ցանկալի մակարդակի, այն խառնվել է կալցիումի աղբյուրի լուծույթի հետ ցանկալի համամասնությամբ (Նկար 1ա): MICP լուծույթին թույլատրվել է ռեակցիայի մեջ մտնել և պնդանալ թափահարող ինկուբատորում 220 պտ/րոպե արագությամբ և 30°C ջերմաստիճանում այնքան ժամանակ, մինչև հասել է նպատակային արժեքին: Նստվածքային CaCO3-ը առանձնացվել է 6000 գ-ում 5 րոպե ցենտրիֆուգացումից հետո, ապա չորացվել է 40°C ջերմաստիճանում՝ կալցիմետրի թեստի համար նմուշները պատրաստելու համար (Նկար 1բ): Այնուհետև CaCO3-ի նստվածքը չափվել է Բեռնարդի կալցիմետրով, որտեղ CaCO3 փոշին փոխազդում է 1.0 N HCl-ի հետ (ASTM-D4373-02)՝ առաջացնելով CO2, և այս գազի ծավալը CaCO3-ի պարունակության չափանիշ է (Նկար 1c): CO2-ի ծավալը CaCO3-ի պարունակության փոխակերպելու համար տրամաչափման կոր է ստեղծվել՝ մաքուր CaCO3 փոշին լվանալով 1 N HCl-ով և այն գծագրելով առաջացած CO2-ի նկատմամբ: Նստվածքային CaCO3 փոշու ձևաբանությունը և մաքրությունը ուսումնասիրվել են SEM պատկերման և XRD վերլուծության միջոցով: 1000 խոշորացմամբ օպտիկական մանրադիտակ է օգտագործվել մանրէների շուրջ կալցիումի կարբոնատի առաջացումը, առաջացած կալցիումի կարբոնատի փուլը և մանրէների ակտիվությունը ուսումնասիրելու համար:
Դեջեղի ավազանը Իրանի հարավ-արևմտյան Ֆարս նահանգում հայտնի խիստ էրոզացված շրջան է, և հետազոտողները այդ տարածքից հավաքել են քամուց էրոզացված հողի նմուշներ: Ուսումնասիրության համար նմուշները վերցվել են հողի մակերեսից: Հողի նմուշների վրա կատարված ցուցիչային փորձարկումները ցույց են տվել, որ հողը վատ տեսակավորված ավազոտ հող է՝ տիղմով, և դասակարգվել է որպես SP-SM՝ համաձայն Հողի դասակարգման միասնական համակարգի (USC) (Նկար 2ա): XRD վերլուծությունը ցույց է տվել, որ Դեջեղի հողը հիմնականում կազմված է կալցիտից և քվարցից (Նկար 2բ): Բացի այդ, EDX վերլուծությունը ցույց է տվել, որ այլ տարրեր, ինչպիսիք են Al-ը, K-ն և Fe-ը, նույնպես առկա են ավելի փոքր համամասնություններով:
Լաբորատոր ավազաբլուրները քամու էրոզիայի փորձարկման համար պատրաստելու համար հողը մանրացվել է 170 մմ բարձրությունից՝ 10 մմ տրամագծով ձագարաձև խողովակի միջոցով, մինչև կարծր մակերես ստացվի, որի արդյունքում ստացվել է 60 մմ բարձրությամբ և 210 մմ տրամագծով տիպիկ ավազաբլուր։ Բնության մեջ ամենացածր խտության ավազաբլուրները ձևավորվում են էոլային պրոցեսներով։ Նմանապես, վերը նշված ընթացակարգով պատրաստված նմուշն ուներ ամենացածր հարաբերական խտությունը՝ γ = 14.14 կՆ/մ³, ձևավորելով ավազե կոն, որը նստեցված է հորիզոնական մակերեսի վրա՝ մոտավորապես 29.7° թեքության անկյունով։
Նախորդ բաժնում ստացված օպտիմալ MICP լուծույթը ցողվել է ավազաբլուրի թեքության վրա 1, 2 և 3 լմ-2 կիրառման արագություններով, այնուհետև նմուշները պահվել են ինկուբատորում 30°C ջերմաստիճանում (Նկ. 3) 9 օր (այսինքն՝ օպտիմալ չորացման ժամանակը) և այնուհետև դուրս են բերվել աերոդինամիկ թունելում փորձարկման համար։
Յուրաքանչյուր մշակման համար պատրաստվել է չորս նմուշ, մեկը՝ կալցիումի կարբոնատի պարունակությունը և մակերեսային ամրությունը ներթափանցման չափման համար, իսկ մնացած երեք նմուշները օգտագործվել են երեք տարբեր արագություններով էրոզիայի փորձարկումների համար: Աերոդինամիկ թունելի փորձարկումներում էրոզիայի քանակը որոշվել է տարբեր քամու արագությունների դեպքում, ապա յուրաքանչյուր մշակման նմուշի համար շեմային անջատման արագությունը որոշվել է էրոզիայի քանակի և քամու արագության գրաֆիկի միջոցով: Քամու էրոզիայի փորձարկումներից բացի, մշակված նմուշները ենթարկվել են ավազային ռմբակոծության (այսինքն՝ ցատկող փորձերի): Այս նպատակով պատրաստվել են ևս երկու նմուշ՝ 2 և 3 լ մ−2 կիրառման արագություններով: Ավազային ռմբակոծության փորձարկումը տևել է 15 րոպե՝ 120 գմ−1 հոսքով, որը գտնվում է նախորդ ուսումնասիրություններում ընտրված արժեքների սահմաններում60,61,62: Հղկող ծայրակալի և ավազաբլուրի հիմքի միջև հորիզոնական հեռավորությունը 800 մմ էր, որը գտնվում էր թունելի հատակից 100 մմ վերև: Այս դիրքը սահմանվել է այնպես, որ գրեթե բոլոր ցատկող ավազի մասնիկները ընկնեն ավազաբլուրի վրա:
Աերոդինամիկ թունելի փորձարկումն իրականացվել է 8 մ երկարությամբ, 0.4 մ լայնությամբ և 1 մ բարձրությամբ բաց աերոդինամիկ թունելում (Նկար 4ա): Աերոդինամիկ թունելը պատրաստված է ցինկապատ պողպատե թերթերից և կարող է առաջացնել մինչև 25 մ/վրկ քամու արագություն: Բացի այդ, հաճախականության փոխարկիչն օգտագործվում է օդափոխիչի հաճախականությունը կարգավորելու և հաճախականությունը աստիճանաբար բարձրացնելու համար՝ նպատակային քամու արագությունը ստանալու համար: Նկար 4բ-ն ցույց է տալիս քամուց քայքայված ավազաբլուրների սխեմատիկ դիագրամը և աերոդինամիկ թունելում չափված քամու արագության պրոֆիլը:
Վերջապես, այս ուսումնասիրության մեջ առաջարկված ոչ միուրեալիտիկ MICP բանաձևի արդյունքները միուրեալիտիկ MICP վերահսկիչ թեստի արդյունքների հետ համեմատելու համար, ավազաբլուրների նմուշները նույնպես պատրաստվել և մշակվել են միզանյութ, կալցիումի քլորիդ և Sporosarcina pasteurii պարունակող կենսաբանական լուծույթով (քանի որ Sporosarcina pasteurii-ն ունի միզանյութ արտադրելու զգալի ունակություն63): Բակտերիալ լուծույթի օպտիկական խտությունը 1.5 էր, իսկ միզանյութի և կալցիումի քլորիդի կոնցենտրացիաները՝ 1 Մ (ընտրվել են նախորդ ուսումնասիրություններում առաջարկված արժեքների հիման վրա36,64,65): Կուլտուրայի միջավայրը բաղկացած էր սննդարար արգանակից (8 գ/լ) և միզանյութից (20 գ/լ): Բակտերիալ լուծույթը ցողվել է ավազաբլուրների մակերեսին և թողնվել 24 ժամ՝ մանրէների կպչման համար: 24 ժամ կպչելուց հետո ցողվել է ցեմենտացնող լուծույթ (կալցիումի քլորիդ և միզանյութ): Միուրեալիտիկ MICP վերահսկիչ թեստը այսուհետ անվանում են UMC: Միուրեալիտիկ և ոչ միուրեալիտիկ մշակված հողի նմուշներում կալցիումի կարբոնատի պարունակությունը ստացվել է Չոյի և այլոց կողմից առաջարկված ընթացակարգին համապատասխան լվանալով66:
Նկար 5-ը ցույց է տալիս Bacillus amyloliquefaciens-ի և Bacillus subtilis-ի աճի կորերը կուլտուրայի միջավայրում (սննդարար լուծույթ)՝ սկզբնական pH-ի 5-ից 10 միջակայքում: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, Bacillus amyloliquefaciens-ը և Bacillus subtilis-ը ավելի արագ են աճել համապատասխանաբար pH 6-8 և 7-9-ի դեպքում: Հետևաբար, այս pH միջակայքն ընդունվել է օպտիմալացման փուլում:
(ա) Bacillus amyloliquefaciens-ի և (բ) Bacillus subtilis-ի աճի կորերը սննդարար միջավայրի տարբեր սկզբնական pH արժեքների դեպքում։
Նկար 6-ը ցույց է տալիս Բեռնարդի լայմաչափում արտադրված ածխաթթու գազի քանակը, որը ներկայացնում է նստվածքային կալցիումի կարբոնատը (CaCO3): Քանի որ յուրաքանչյուր համակցության մեջ մեկ գործոն ֆիքսված էր, իսկ մյուս գործոնները՝ փոփոխված, այս գրաֆիկների յուրաքանչյուր կետ համապատասխանում է այդ փորձերի շարքում ածխաթթու գազի առավելագույն ծավալին: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց, կալցիումի կարբոնատի արտադրությունն էլ էր մեծանում: Հետևաբար, կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիան անմիջականորեն ազդում է կալցիումի կարբոնատի արտադրության վրա: Քանի որ կալցիումի աղբյուրը և ածխածնի աղբյուրը նույնն են (այսինքն՝ կալցիումի ֆորմատ և կալցիումի ացետատ), որքան շատ կալցիումի իոններ են արտանետվում, այնքան շատ կալցիումի կարբոնատ է առաջանում (Նկար 6ա): AS և AA բանաձևերում կալցիումի կարբոնատի արտադրությունը շարունակում էր աճել կարծրացման ժամանակի ավելացմանը զուգընթաց, մինչև նստվածքի քանակը գրեթե անփոփոխ մնաց 9 օր հետո: FA բանաձևում կալցիումի կարբոնատի առաջացման արագությունը նվազեց, երբ կարծրացման ժամանակը գերազանցեց 6 օրը: Այլ բանաձևերի համեմատ, FS բանաձևը ցույց տվեց կալցիումի կարբոնատի առաջացման համեմատաբար ցածր արագություն 3 օր հետո (Նկար 6բ): FA և FS բանաձևերում կալցիումի կարբոնատի ընդհանուր արտադրության 70%-ը և 87%-ը ստացվել է երեք օր անց, մինչդեռ AA և AS բանաձևերում այս համամասնությունը կազմել է համապատասխանաբար ընդամենը մոտ 46% և 45%: Սա ցույց է տալիս, որ մրջնաթթվի վրա հիմնված բանաձևն ունի CaCO3-ի առաջացման ավելի բարձր արագություն սկզբնական փուլում՝ համեմատած ացետատի վրա հիմնված բանաձևի հետ: Այնուամենայնիվ, առաջացման արագությունը դանդաղում է կարծրացման ժամանակի ավելացմանը զուգընթաց: Նկար 6c-ից կարելի է եզրակացնել, որ նույնիսկ OD1-ից բարձր մանրէային կոնցենտրացիաների դեպքում կալցիումի կարբոնատի առաջացմանը էական ներդրում չկա:
Բեռնարդի կալցիմետրով չափված CO2 ծավալի (և համապատասխան CaCO3 պարունակության) փոփոխությունը՝ որպես (ա) կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիայի, (բ) պնդացման ժամանակի, (գ) արտաքին միջավայրի, (դ) սկզբնական pH-ի, (ե) կալցիումի աղբյուրի և մանրէային լուծույթի հարաբերակցության (յուրաքանչյուր բանաձևի համար) և (զ) կալցիումի աղբյուրի և մանրէների յուրաքանչյուր համակցության համար արտադրված կալցիումի կարբոնատի առավելագույն քանակի ֆունկցիա։
Միջավայրի սկզբնական pH-ի ազդեցության վերաբերյալ, նկար 6դ-ն ցույց է տալիս, որ FA-ի և FS-ի դեպքում CaCO3-ի արտադրությունը հասել է առավելագույն արժեքի pH 7-ի դեպքում: Այս դիտարկումը համապատասխանում է նախորդ ուսումնասիրություններին, որոնց համաձայն՝ FDH ֆերմենտներն առավել կայուն են pH 7-6.7-ի դեպքում: Այնուամենայնիվ, AA-ի և AS-ի դեպքում CaCO3-ի նստվածքը մեծացել է, երբ pH-ը գերազանցել է 7-ը: Նախորդ ուսումնասիրությունները նույնպես ցույց են տվել, որ CoA ֆերմենտային ակտիվության համար օպտիմալ pH-ի միջակայքը 8-ից մինչև 9.2-6.8 է: Հաշվի առնելով, որ CoA ֆերմենտային ակտիվության և B. amyloliquefaciens-ի աճի համար օպտիմալ pH-ի միջակայքերը համապատասխանաբար (8-9.2) և (6-8) են (Նկար 5դ), AA բանաձևի օպտիմալ pH-ը, ենթադրաբար, կլինի 8, և երկու pH միջակայքերը համընկնում են: Այս փաստը հաստատվել է փորձերով, ինչպես ցույց է տրված նկար 6դ-ում: Քանի որ B. subtilis-ի աճի համար օպտիմալ pH-ը 7-9 է (Նկար 5բ), իսկ CoA ֆերմենտային ակտիվության համար օպտիմալ pH-ը՝ 8-9.2, CaCO3-ի առավելագույն նստվածքի ելքը, ենթադրվում է, որ կլինի pH 8-9 միջակայքում, ինչը հաստատվում է Նկար 6դ-ով (այսինքն՝ նստվածքի օպտիմալ pH-ը 9 է): Նկար 6ե-ում ներկայացված արդյունքները ցույց են տալիս, որ կալցիումի աղբյուրի լուծույթի և մանրէային լուծույթի օպտիմալ հարաբերակցությունը 1 է ինչպես ացետատի, այնպես էլ ֆորմատի լուծույթների համար: Համեմատության համար, տարբեր բանաձևերի (այսինքն՝ AA, AS, FA և FS) արդյունավետությունը գնահատվել է տարբեր պայմաններում CaCO3-ի առավելագույն արտադրության հիման վրա (այսինքն՝ կալցիումի աղբյուրի կոնցենտրացիա, կարծրացման ժամանակ, OD, կալցիումի աղբյուրի և մանրէային լուծույթի հարաբերակցություն և սկզբնական pH): Ուսումնասիրված բանաձևերի մեջ FS բանաձևն ուներ CaCO3-ի ամենաբարձր արտադրությունը, որը մոտավորապես երեք անգամ գերազանցում էր AA բանաձևին (Նկար 6զ): Կալցիումի երկու աղբյուրների համար էլ անցկացվել են չորս առանց մանրէների վերահսկիչ փորձեր, և 30 օր անց CaCO3-ի նստվածք չի դիտվել:
Բոլոր բանաձևերի օպտիկական մանրադիտակային պատկերները ցույց տվեցին, որ վատերիտը հիմնական փուլն էր, որի ընթացքում ձևավորվում էր կալցիումի կարբոնատը (Նկար 7): Վատերիտի բյուրեղները գնդաձև էին69,70,71: Պարզվեց, որ կալցիումի կարբոնատը նստվածք է տալիս բակտերիալ բջիջների վրա, քանի որ բակտերիալ բջիջների մակերեսը բացասական լիցքավորված էր և կարող էր հանդես գալ որպես երկարժեք կատիոնների ադսորբենտ: Այս ուսումնասիրության մեջ FS բանաձևը որպես օրինակ վերցնելով՝ 24 ժամ անց որոշ բակտերիալ բջիջների վրա սկսեց ձևավորվել կալցիումի կարբոնատ (Նկար 7ա), իսկ 48 ժամ անց կալցիումի կարբոնատով պատված բակտերիալ բջիջների քանակը զգալիորեն աճեց: Բացի այդ, ինչպես ցույց է տրված նկար 7բ-ում, կարելի էր նաև հայտնաբերել վատերիտի մասնիկներ: Վերջապես, 72 ժամ անց, մեծ թվով բակտերիաներ, կարծես, կապված էին վատերիտի բյուրեղների հետ, և վատերիտի մասնիկների քանակը զգալիորեն աճեց (Նկար 7գ):
CaCO3-ի նստվածքի օպտիկական մանրադիտակային դիտարկումներ FS կազմություններում ժամանակի ընթացքում՝ (ա) 24, (բ) 48 և (գ) 72 ժամ։
Նստվածքային փուլի ձևաբանությունը հետագա ուսումնասիրելու համար կատարվել են փոշիների ռենտգենյան դիֆրակցիայի (XRD) և SEM վերլուծություններ: XRD սպեկտրները (Նկ. 8ա) և SEM միկրոֆոտոները (Նկ. 8բ, գ) հաստատել են վատերիտի բյուրեղների առկայությունը, քանի որ դրանք ունեին սալաթանման ձև, և դիտվել է վատերիտի գագաթների և նստվածքի գագաթների միջև համապատասխանություն:
(ա) Առաջացած CaCO3-ի և վատերիտի ռենտգենյան դիֆրակցիոն սպեկտրների համեմատություն: Վատերիտի SEM միկրոֆոտոներ համապատասխանաբար (բ) 1 կՀց և (գ) 5.27 կՀց մեծացմամբ:
Աերոդինամիկ թունելի փորձարկումների արդյունքները ներկայացված են նկար 9ա, բ-ում: Նկար 9ա-ից կարելի է տեսնել, որ չմշակված ավազի էրոզիայի շեմային արագությունը (ՇՇԱր) մոտ 4.32 մ/վ է: 1 լ/մ² կիրառման արագության դեպքում (Նկար 9ա) FA, FS, AA և UMC ֆրակցիաների հողի կորստի արագության գծերի թեքությունները մոտավորապես նույնն են, ինչ չմշակված ավազաբլուրի դեպքում: Սա ցույց է տալիս, որ այս կիրառման արագությամբ մշակումը անարդյունավետ է, և հենց որ քամու արագությունը գերազանցում է ՇՇԱր-ն, բարակ հողային կեղևը անհետանում է, և ավազաբլուրի էրոզիայի արագությունը նույնն է, ինչ չմշակված ավազաբլուրի դեպքում: AS ֆրակցիայի էրոզիայի թեքությունը նույնպես ավելի ցածր է, քան ավելի ցածր աբսցիսներով մյուս ֆրակցիաներինը (այսինքն՝ ՇՇԱր) (Նկար 9ա): Նկար 9բ-ի նետերը ցույց են տալիս, որ 25 մ/վ առավելագույն քամու արագության դեպքում 2 և 3 լ/մ² կիրառման արագությունների դեպքում մշակված ավազաբլուրներում էրոզիա տեղի չի ունեցել: Այլ կերպ ասած, FS, FA, AS և UMC-ի դեպքում ավազաբլուրները ավելի դիմացկուն էին CaCO³ նստվածքի հետևանքով առաջացած քամու էրոզիայի նկատմամբ 2 և 3 լ/մ² կիրառման արագությունների դեպքում, քան առավելագույն քամու արագության դեպքում (այսինքն՝ 25 մ/վ): Այսպիսով, այս փորձարկումներում ստացված 25 մ/վրկ TDV արժեքը նկար 9բ-ում ներկայացված կիրառման արագությունների ստորին սահմանն է, բացառությամբ AA-ի դեպքի, որտեղ TDV-ն գրեթե հավասար է աերոդինամիկ թունելի առավելագույն արագությանը:
Քամու էրոզիայի փորձարկում (ա) Քաշի կորուստ՝ կախված քամու արագությունից (կիրառման արագությունը՝ 1 լ/մ2), (բ) Շեմային պոկման արագությունը՝ կախված կիրառման արագությունից և բաղադրությունից (կալցիումի ացետատի համար՝ CA, կալցիումի ֆորմատի համար՝ CF):
Նկար 10-ը ցույց է տալիս ավազային ավազաբլուրների մակերեսային էրոզիան, որոնք մշակվել են տարբեր բանաձևերով և կիրառման տեմպերով ավազային ռմբակոծման փորձարկումից հետո, իսկ քանակական արդյունքները ներկայացված են Նկար 11-ում: Չմշակված դեպքը չի ցուցադրվում, քանի որ այն դիմադրություն չի ցուցաբերել և ավազային ռմբակոծման փորձարկման ընթացքում ամբողջությամբ էրոզիայի է ենթարկվել (ընդհանուր զանգվածի կորուստ): Նկար 11-ից պարզ է դառնում, որ AA կենսաբաղադրությամբ մշակված նմուշը կորցրել է իր քաշի 83.5%-ը 2 լ/մ2 կիրառման տեմպի դեպքում, մինչդեռ մյուս բոլոր նմուշները ավազային ռմբակոծման գործընթացի ընթացքում ցույց են տվել 30%-ից պակաս էրոզիա: Երբ կիրառման տեմպը բարձրացվել է մինչև 3 լ/մ2, բոլոր մշակված նմուշները կորցրել են իրենց քաշի 25%-ից պակաս: Երկու կիրառման տեմպերի դեպքում էլ FS միացությունը ցույց է տվել ավազային ռմբակոծման նկատմամբ լավագույն դիմադրությունը: FS և AA մշակված նմուշներում ռմբակոծման առավելագույն և նվազագույն դիմադրությունը կարելի է վերագրել դրանց CaCO3 առավելագույն և նվազագույն տեղումներին (Նկար 6f):
Տարբեր կազմի ավազաբլուրների ռմբակոծման արդյունքները 2 և 3 լ/մ2 հոսքի արագությամբ (սլաքները ցույց են տալիս քամու ուղղությունը, խաչերը՝ նկարի հարթությանը ուղղահայաց քամու ուղղությունը):
Ինչպես ցույց է տրված նկար 12-ում, բոլոր բանաձևերի կալցիումի կարբոնատի պարունակությունը մեծացել է կիրառման չափաբաժնի 1 լ/մ²-ից մինչև 3 լ/մ² ավելացմանը զուգընթաց: Բացի այդ, բոլոր կիրառման չափաբաժինների դեպքում կալցիումի կարբոնատի ամենաբարձր պարունակությամբ բանաձևը FS-ն էր, որին հաջորդում էին FA-ն և UMC-ն: Սա ենթադրում է, որ այս բանաձևերը կարող են ունենալ ավելի բարձր մակերեսային դիմադրություն:
Նկար 13ա-ն ցույց է տալիս չմշակված, վերահսկիչ և մշակված հողի նմուշների մակերևութային դիմադրության փոփոխությունը, որը չափվել է թափանցելիության թեստով: Այս նկարից ակնհայտ է, որ UMC, AS, FA և FS բանաձևերի մակերևութային դիմադրությունը զգալիորեն աճել է կիրառման արագության ավելացման հետ մեկտեղ: Այնուամենայնիվ, AA բանաձևում մակերևութային ամրության աճը համեմատաբար փոքր էր: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, ոչ միզանյութով քայքայված MICP-ի FA և FS բանաձևերն ունեն ավելի լավ մակերևութային թափանցելիություն՝ համեմատած միզանյութով քայքայված MICP-ի հետ: Նկար 13բ-ն ցույց է տալիս TDV-ի փոփոխությունը՝ կախված հողի մակերևութային դիմադրության հետ: Այս նկարից հստակ երևում է, որ 100 կՊա-ից մեծ մակերևութային դիմադրություն ունեցող ավազաբլուրների համար շեմային մաքրման արագությունը կգերազանցի 25 մ/վ: Քանի որ տեղում մակերևութային դիմադրությունը կարող է հեշտությամբ չափվել թափանցելիության թեստով, այս գիտելիքը կարող է օգնել գնահատել TDV-ն աերոդինամիկ թունելի փորձարկման բացակայության դեպքում, այդպիսով ծառայելով որպես որակի վերահսկման ցուցանիշ դաշտային կիրառությունների համար:
ՍԷՄ արդյունքները ներկայացված են Նկար 14-ում: Նկար 14ա-բ-ն ցույց են տալիս չմշակված հողի նմուշի խոշորացված մասնիկները, ինչը հստակ ցույց է տալիս, որ այն կպչուն է և չունի բնական կապակցում կամ ցեմենտացում: Նկար 14գ-ն ցույց է տալիս միզանյութով քայքայված MICP-ով մշակված վերահսկիչ նմուշի ՍԷՄ միկրոֆոտոն: Այս պատկերը ցույց է տալիս CaCO3 նստվածքների առկայությունը որպես կալցիտային պոլիմորֆներ: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 14դ-ո-ում, նստվածքային CaCO3-ը կապում է մասնիկները միմյանց. ՍԷՄ միկրոֆոտոներում կարելի է նաև նույնականացնել գնդաձև վատերիտի բյուրեղներ: Այս և նախորդ ուսումնասիրությունների արդյունքները ցույց են տալիս, որ վատերիտի պոլիմորֆների տեսքով առաջացած CaCO3 կապերը նույնպես կարող են ապահովել բավարար մեխանիկական ամրություն. մեր արդյունքները ցույց են տալիս, որ մակերեսային դիմադրությունը մեծանում է մինչև 350 կՊա, իսկ շեմային բաժանման արագությունը մեծանում է 4.32-ից մինչև ավելի քան 25 մ/վ: Այս արդյունքը համապատասխանում է նախորդ ուսումնասիրությունների արդյունքներին, որոնք ցույց են տալիս, որ MICP-ով նստվածք ստացած CaCO3-ի մատրիցը վատերիտ է, որն ունի բավարար մեխանիկական ամրություն և քամու էրոզիայի նկատմամբ դիմադրություն13,40 և կարող է պահպանել քամու էրոզիայի նկատմամբ բավարար դիմադրություն նույնիսկ դաշտային միջավայրի պայմաններին 180 օր ենթարկվելուց հետո13:
(ա, բ) չմշակված հողի SEM միկրոֆոտոներ, (գ) MICP միզանյութի քայքայման վերահսկում, (դֆ) AA-ով մշակված նմուշներ, (գի) AS-ով մշակված նմուշներ, (ջլ) FA-ով մշակված նմուշներ և (մո) FS-ով մշակված նմուշներ՝ 3 լ/մ2 կիրառման արագությամբ՝ տարբեր մեծացումներով։
Նկար 14d-f-ը ցույց է տալիս, որ AA միացություններով մշակումից հետո կալցիումի կարբոնատը նստվածք է առաջացել մակերեսին և ավազահատիկների միջև, մինչդեռ նկատվել են նաև որոշ չծածկված ավազահատիկներ: AS բաղադրիչների դեպքում, չնայած առաջացած CaCO3-ի քանակը զգալիորեն չի աճել (Նկար 6f), CaCO3-ի պատճառով ավազահատիկների միջև շփումների քանակը զգալիորեն աճել է AA միացությունների համեմատ (Նկար 14g-i):
Նկարներ 14j-l և 14m-o-ից պարզ է դառնում, որ կալցիումի ֆորմատի օգտագործումը որպես կալցիումի աղբյուր հանգեցնում է CaCO3 նստվածքների հետագա աճի՝ համեմատած AS միացության հետ, ինչը համապատասխանում է Նկար 6f-ում ներկայացված կալցիումի չափիչով չափումներին: Այս լրացուցիչ CaCO3-ը, կարծես, հիմնականում նստվածք է տալիս ավազի մասնիկների վրա և պարտադիր չէ, որ բարելավի շփման որակը: Սա հաստատում է նախկինում դիտարկված վարքագիծը. չնայած CaCO3 նստվածքների քանակի տարբերություններին (Նկար 6f), երեք բանաձևերը (AS, FA և FS) էականորեն չեն տարբերվում հակաէոլյան (քամու) դիմադրության (Նկար 11) և մակերեսային դիմադրության (Նկար 13a) առումով:
CaCO3-ով պատված բակտերիալ բջիջները և նստվածքային բյուրեղների վրա բակտերիալ հետքը ավելի լավ պատկերացնելու համար արվել են բարձր մեծացման SEM միկրոֆոտոներ, և արդյունքները ներկայացված են Նկար 15-ում: Ինչպես ցույց է տրված, կալցիումի կարբոնատը նստվածք է տալիս բակտերիալ բջիջների վրա և ապահովում է այնտեղ նստվածքի համար անհրաժեշտ միջուկները: Նկարը նաև պատկերում է CaCO3-ի կողմից առաջացած ակտիվ և ոչ ակտիվ կապերը: Կարելի է եզրակացնել, որ ոչ ակտիվ կապերի ցանկացած աճ պարտադիր չէ, որ հանգեցնի մեխանիկական վարքի հետագա բարելավման: Հետևաբար, CaCO3 նստվածքի աճը պարտադիր չէ, որ հանգեցնի մեխանիկական ամրության բարձրացման, և նստվածքի պատկերը կարևոր դեր է խաղում: Այս կետը ուսումնասիրվել է նաև Թերզիսի և Լալուիի72 և Սոգիի և Ալ-Քաբանիի45,73 աշխատանքներում: Տեղումների պատկերի և մեխանիկական ամրության միջև կապը ավելի խորը ուսումնասիրելու համար խորհուրդ է տրվում MICP ուսումնասիրություններ՝ օգտագործելով μCT պատկերագրություն, որը դուրս է այս ուսումնասիրության շրջանակներից (այսինքն՝ ամոնիակ չպարունակող MICP-ի համար կալցիումի աղբյուրի և բակտերիաների տարբեր համակցությունների ներմուծում):
CaCO3-ը (ա) AS կազմով և (բ) FS կազմով մշակված նմուշներում առաջացրել է ակտիվ և ոչ ակտիվ կապեր և նստվածքի վրա թողել է բակտերիալ բջիջների հետք։
Ինչպես ցույց է տրված 14j-o և 15b նկարներում, կա CaCO3 թաղանթ (ըստ EDX վերլուծության, թաղանթի յուրաքանչյուր տարրի տոկոսային կազմը կազմում է ածխածին՝ 11%, թթվածին՝ 46.62% և կալցիում՝ 42.39%, որը շատ մոտ է 16-րդ նկարում ներկայացված CaCO3-ի տոկոսային մասին): Այս թաղանթը ծածկում է վատերիտի բյուրեղները և հողի մասնիկները՝ նպաստելով հող-նստվածք համակարգի ամբողջականության պահպանմանը: Այս թաղանթի առկայությունը նկատվել է միայն ֆորմատային բանաձևով մշակված նմուշներում:
Աղյուսակ 2-ը համեմատում է նախորդ և այս ուսումնասիրություններում միզանյութ քայքայող և ոչ միզանյութ քայքայող MICP ուղիներով մշակված հողերի մակերեսային ամրությունը, շեմային անջատման արագությունը և կենսաինդուկտիվ CaCO3 պարունակությունը: MICP-ով մշակված ավազաբլուրների նմուշների քամու էրոզիայի դիմադրության վերաբերյալ ուսումնասիրությունները սահմանափակ են: Մենգը և այլք ուսումնասիրել են MICP-ով մշակված միզանյութ քայքայող ավազաբլուրների նմուշների քամու էրոզիայի դիմադրողականությունը՝ օգտագործելով տերևափող,13 մինչդեռ այս ուսումնասիրության մեջ միզանյութ չքայքայող ավազաբլուրների նմուշները (ինչպես նաև միզանյութ քայքայող վերահսկիչները) փորձարկվել են աերոդինամիկ թունելում և մշակվել են մանրէների և նյութերի չորս տարբեր համադրություններով:
Ինչպես երևում է, որոշ նախորդ ուսումնասիրություններ դիտարկել են 4 լ/մ-ից բարձր կիրառման արագություններ213,41,74: Հարկ է նշել, որ բարձր կիրառման արագությունները տնտեսական տեսանկյունից կարող են հեշտությամբ կիրառելի չլինել դաշտում՝ ջրամատակարարման, տեղափոխման և մեծ ծավալի ջրի կիրառման հետ կապված ծախսերի պատճառով: Ավելի ցածր կիրառման արագությունները, ինչպիսիք են 1.62-2 լ/մ2-ը, նույնպես ապահովել են բավականին լավ մակերեսային ամրություններ՝ մինչև 190 կՊա և 25 մ/վ-ից բարձր TDV: Այս ուսումնասիրության մեջ, ֆորմատային հիմքով MICP-ով մշակված ավազաբլուրները, որոնք մշակվել են առանց միզանյութի քայքայման, հասել են բարձր մակերեսային ամրությունների, որոնք համեմատելի էին միզանյութի քայքայման ուղով ստացվածների հետ՝ կիրառման արագությունների նույն միջակայքում (այսինքն՝ ֆորմատային հիմքով MICP-ով, որը մշակվել է առանց միզանյութի քայքայման, նույնպես կարողացել են հասնել մակերեսային ամրության նույն արժեքների միջակայքին, ինչպես նշված է Մենգի և այլոց կողմից, 13, նկար 13ա)՝ ավելի բարձր կիրառման արագություններով: Կարելի է նաև տեսնել, որ 2 լ/մ2 կիրառման արագության դեպքում, 25 մ/վրկ քամու արագության դեպքում քամու էրոզիայի մեղմացման համար կալցիումի կարբոնատի ելքը կազմել է 2.25% ֆորմատային հիմքով MICP-ի համար՝ առանց միզանյութի քայքայման, որը շատ մոտ է CaCO3-ի անհրաժեշտ քանակին (այսինքն՝ 2.41%)՝ համեմատած նույն կիրառման արագությամբ և նույն քամու արագությամբ (25 մ/վրկ) միզանյութի քայքայմամբ վերահսկիչ MICP-ով մշակված ավազաբլուրների հետ։
Այսպիսով, այս աղյուսակից կարելի է եզրակացնել, որ թե՛ միզանյութի քայքայման ուղին, թե՛ միզանյութից զերծ քայքայման ուղին կարող են ապահովել բավականին ընդունելի ցուցանիշներ մակերևույթի դիմադրության և TDV-ի առումով: Հիմնական տարբերությունն այն է, որ միզանյութից զերծ քայքայման ուղին չի պարունակում ամոնիակ և, հետևաբար, ունի ավելի ցածր շրջակա միջավայրի վրա ազդեցություն: Բացի այդ, այս ուսումնասիրության մեջ առաջարկված ֆորմատային հիմքով MICP մեթոդը՝ առանց միզանյութի քայքայման, կարծես թե ավելի լավ է աշխատում, քան ացետատի հիմքով MICP մեթոդը՝ առանց միզանյութի քայքայման: Չնայած Մոհեբբին և այլք ուսումնասիրել են ացետատի հիմքով MICP մեթոդը՝ առանց միզանյութի քայքայման, նրանց ուսումնասիրությունը ներառել է հարթ մակերեսների վրա նմուշներ9: Դյունային նմուշների շուրջ ուռուցիկության առաջացման հետևանքով առաջացած էրոզիայի ավելի բարձր աստիճանի և դրա հետևանքով առաջացող սղման պատճառով, որը հանգեցնում է TDV-ի ավելի ցածր լինելուն, դյունային նմուշների քամուց առաջացած էրոզիան, ենթադրվում է, որ ավելի ակնհայտ կլինի, քան նույն արագությամբ հարթ մակերեսների դեպքում: