УКРЕПЛЕНИЕ ПЕСКОВ И ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПОЧВ ПУТЕМ ОСАЖДЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНО ИНДУЦИРОВАННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ДЕГРАДАЦИИ И ОПУСТЫНИВАНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.37884/2-2024/26Ключевые слова:
Биогеотехника, почва, укрепление, биоцемент, EICP.Аннотация
В данной работе были проведены исследования по определению эффективности укрепления структуры деградированной почвы с помощью раствора EICP (Еnzymatiс Induced Calcite Precipitation), то есть метода ферментативно-индуцированного осаждения карбоната кальция. В сельском хозяйстве использовался для укрепления песка в пустынной зоне. Песчаные бури относятся к стихийным бедствиям в мире, и важно предоставить эффективный и экологически чистый способ борьбы с опустыниванием земель. В основе биогеотехнического метода лежит образование карбоната кальция (CaCO3) путем каталитического гидролиза мочевины с использованием фермента уреазы. РастворEICP содержит 1М мочевину, 0,78М хлорид кальция (CaCl2)и фермент уреазу концентрацией 4 г/л.В результате обработки этим раствором образовались кристаллы, соединяющие частицы песка между собой, в процессе образования карбонатного осаждения снижается проницаемость почвы, обеспечивая прочностные свойства почвы. Однако это требует больших затрат из-за необходимости большого количества фермента уреазы, используемого для изготовления раствора, созданного на основе метода. Только сам фермент составляет более 95% затрат на приготовление раствора. Поэтому для дальнейшего совершенствования исследовательской работы необходимо найти природный материал, заменяющий фермент уреазу. Наличие экологической совместимости семян травянистых растений и методов ферментной обработки показало эффективность снижения опустынивания. Обработка показала значительное улучшение устойчивости как к ветровой эрозии, так и к осадкам в результате обработки, что обеспечивает эффективный способ предотвратить опустынивание.
В этом исследовании фермент был выделен из соевых бобовGlycine max (L.)Merrill как натуральный сырьевой продукт, заменяющий фермент уреазу. Почва (Актауский песок) была обработана раствором EICP,благодаря активности ферментов, получена высокая степень осаждения карбоната. Кроме того, было обнаружено, что мочевина и хлорид кальция выделяются из сточных вод, образующихся в процессе обработки почвы ферментативно-индуцированным раствором карбоната кальция, но уреазные ферменты не содержатся в этих сточных водах. Фермент реагирует с мочевиной и карбонатом кальция, содержащимися в почве, с осаждением карбоната кальция и образованием связей между частицами почвы. Образующиеся кристаллы карбоната кальция укрепляютучастки почвы, превращая ее из рыхлого в уплотненное состояние.
Прочность полученныхобразцов были исследованы под сканирующимэлектронным микроскопом.
Библиографические ссылки
Han,Z.,Wang,T., Dong,Z., Hu, Y., Yao, Z..Chemical stabilization of mobile dunefields along a highway in the Taklimakan Desert of China.,- 2007,J Arid Environ Vol. 68, pp.260–270.https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2006.05.007
Acting locally cooperating regionally. Combating desertification in Central Asia//Published by: Deutsche Gesellschaft fürTechnische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH –German Technical Cooperation.- 2007, Vol.20.
Acсанова, M. A. (2015). Public policy and model of sustainable development in the Republic of Kazakhstan. Asian Social Science, 11(6), 237. https://doi.10.5539/ass.v11n6p237
Knorr,B,.Enzyme-induced carbonate precipitation for the mitigation of fugitive
dust. Masters Thesis, Arizona State University, Tempe, AZ, USA, 2014.
Nemati, M,G.Voordouw. Modification of porous media permeability, using
calcium carbonate produced enzymatically in situ, Enzyme Microb. Technol,-2003, Vol.33
pp.635–642.https://doi.org/10.1016/S0141-0229(03)00191-1
Maleki,M,S, Ebrahimi F, Asadzadeh, M. EmamTabriziPerformance of microbial-induced carbonate precipitation on wind erosion control of sandy soilInt. J. Environ. Sci. Technol,-2016,Vol.13 pp. 937–944. http://dx.doi.org/10.1007/s13762-015-0921-z
Yasuhara,H.,Hayashi KM, Okamura. Evolution in mechanical and hydraulic
properties of calcite-cemented sand mediated by biocatalyst, Geo-FrontiersAdvances, Geotechnical Engineering, -2011,pp.3984–3992.https://doi.org/10.1061/41165(397)407
Yasuhara,H.,Neupane D.K, Hayashi.M, Okamura. Experiments and predictions
of physical properties of sand cemented by enzymatically-induced carbonate
precipitation, Soils Found,-2012.Vol.52(3) pp.539–549. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2012.05.011
Neupane,D.,Yasuhara.H, Kinoshita.N, Putra,H. Distribution of grout material
within 1-m sand column in insitu calcite precipitation technique, Soils Found,-2015, pp.1512–1518. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2015.10.015
Choi,S.G, Chang.I, Lee.M, Lee. J.-H.; Han, J.-T.; Kwon, T.-H. Review on Geotechnical Engineering Properties of Sands Treatedby Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation (MICP) and Biopolymers. Constr. Build. Mater. 2020, 246, 118415. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118415
Almajed,A., Abbas,H., Arab,M., Alsabhan,A., Hamid,W., Al-Salloum,Y. Enzyme-Induced Carbonate Precipitation (EICP)-Based Methods for Ecofriendly Stabilization of Different Types of Natural Sands. J.Clean. Prod.-2020, P.274, 122627. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122627
Miftah, A., Tirkolaei,H.K., Bilsel,H. Bio-Precipitation of CaCO3for Soil Improvement: A Review. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng.2020, P.800, 012037 DOI 10.1088/1757-899X/800/1/012037
Almajed, A.A. Enzyme Induced Carbonate Precipitation (EICP) for Soil Improvement. Ph.D. Thesis, Arizona State University,Phoenix, AZ, USA, 2017.
Gupta,R., Kienzler,K., Martius,C., Mirzabaev,A., Oweis,T., dePauw,E., Qadir,M., Shideed,K., Sommer,R., Thomas,R., Sayre,K., Carli,C., Saparov,A., Bekenov,M., Sanginov,S., Nepesov,M., and Ikramov,R. Research prospectus: a vision for sustainable land management research in Central Asia. //Sustainable Agriculture in Central Asia and the Caucasus,-2009, P. 81.
Pratama,G.B, Yasuhara,H., Kinoshita,N., Putra,H. Application of Soybean Powder as Urease Enzyme Replacement on EICP Method for Soil Improvement Technique. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci,2021, P.622. 012035 DOI: 10.1088/1755-1315/622/1/012035
Putra,H.,Yasuhara,H.,andKinoshita,N. "ApplicabilityofNaturalZeolitefor NH-Forms Removal in Enzyme-Mediated Calcite Precipitation Technique". -2017.Geosciences, 7(3),P.61.
Putra,H.,Yasuhara,H.,Kinoshita,N.,Neupane,D.,Lu,C.W. "EffectofMagnesium as Sustitute Material in Enzyme-Mediated Calcite Precipitation for Soil-Improvement Technique "Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, -2016."V.4, Article37.http://dx.doi.org/10.3389/fbioe.2016.00037
Putra,H., Yasuhara,H., Kinoshita andHirata, A.“Optimization of Enzyme-Mediated Calcite Precipitation as a Soil-Improvement Technique The Effect of Aragonite and Gypsum on the Mechanical Properties of Treated Sand.” Crystals 2017, 7(59)
Zhao,Z.,Hamdan,N.,Shen,L.,Nan,H.,Almajed,A.,Kavazanjian,E.,He,X."BiomimeticHydrogelComposites for Soil Stabilization and Contaminant Mitigation". Environmental Science & Technology, -2016. 50(22), 12401-12410.59
Дополнительные файлы
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Izdenister natigeler
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
