توضیحات

تحقیق ارزیابی عملکرد بهسازی خاک به روش بیولوژیکی

افزایش روزافزون جمعیت جهان و موج مهاجرت به شهرها باعث گردیده نیازها برای گسترش زیر ساخت های شهری سیر صعودی داشته باشد و این معضل به طور مستقیم با دسترسی به خاک مناسب جهت ساخت و ساز در ارتباط می باشد. از طرف دیگر شرایط زیست محیطی برای زندگی در مناطق شهری نیز در حال تنزل است. لذا مسایلی از این قبیل باعث گردیده همواره تقاضا برای روش های جدید و سازگار با محیط زیست برای بهسازی و تقویت خاک درحال افزایش باشند. با توجه به نوع خاک منطقه، اهمیت پروژه و مواد و دستگاه های در دسترس، روش های متفاوتی برای بهسازی خاک استفاده میشود. از جمله روش های متداول در زمینه بهسازی خاک میتوان به روش تعویض خاک^[1]، روش های مکانیکی مانند پیش بار گذاری^[2]، روش های استاتیکی و دینامیکی^[3]، روش های بهسازی با مواد گوناگون مانند آهک، سیمان، قیر، آنزیم‌ها، الیاف گیاهی و شیمیایی و روش های تزریقی[4] اشاره نمود.

روش های مختلف بهبود ساختار و خواص مکانیکی و نیز افزایش مقاومت خاک را می‌توان در پنج فرآیند فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، بیولوژیکی و الکتریکی دسته بندی نمود. به عنوان مثال در فرایند فیزیکی با قرار دادن عناصر مسلح کننده مانند ژئوگرید^[5]، ژئوتکستایل^[6]، تسمه‌های فولادی و پلی‌مری در درون خاک و در فرآیند شیمیایی با استفاده از موادی چون آهک، سیمان، خاکستر زغال سنگ و پلیمرها در داخل خاک و همچنین در فرآیند مکانیکی با تراکم، تحکیم و زهکشی و در فرآیند بیولوژیکی با رویاندن گیاهان و یا استفاده از میکروارگانیسم ها و در فرآیند الکتریکی با عبور جریان الکتریکی از خاک، عمل بهسازی و تثبیت خاک صورت می گیرد.

اکثر روش های موجود در بهسازی خاک انرژی مکانیکی یا مواد ساخته شده توسط بشر را مورد استفاده قرار می دهند که هر دو این موارد انرژی قابل توجهی برای ساخت یا نصب نیاز دارند. از سوی دیگر این روش ها نگرانی هایی را برای محیط زیست ایجاد کرده، به طوریکه در سال 1974 تزریق دوغاب اکریلامید موجب ایجاد 5 نوع مسمویت آبی در ژاپن شد که به ممنوعیت مصرف کلیه دوغاب های شیمیایی انجامید.(دی یانگ و همکاران، 2010) در برخی کشورهای دیگر نیز در حال حاضر پیشنهاد منع مصرف کلیه مواد مصنوعی ساخته بشر برای تزریق و بهسازی خاک در حال بررسی می باشد. از اینرو محققان در سال های اخیر همواره به دنبال روش های جدید، کم هزینه و دوستدار محیط زیست جهت بهسازی خاک بوده اند.

یکی از روش هایی که به تازگی با ادغام چند رشته مهندسی از قبیل عمران، بیوشیمی و میکروبیولوژی به وجود آمده است رسوب میکروبی کربنات کلسیم(Microbial Induced Carbonate Precipitation- MICP) نام دارد. در این روش که الهام گرفته از فرآیند تولید ماسه سنگ از ماسه در طبیعت می باشد. از گونه خاص باکتری های اسپور دار که به صورت طبیعی در داخل خاک زندگی می کنند و خاصیت رسوب زایی دارند استفاده شده و با استفاده از مواد افزودنی دیگر شامل اوره و کلرید کلسیم، این باکتری ها با انجام واکنش های شیمیایی در خاک باعث ایجاد رسوب در بین ذرات خاک شده و دانه های خاک را به هم متصل می نمایند.(ایوانو و چو، 2008)

استفاده از روش MICP برای بهسازی خاک، از سال 2004 میلادی توسط شرکت Deltares با همکاری اساتید دانشگاه Delft در هلند با آزمایش فشاری تک محوره بر روی یک استوانه 16 سانتی متری صورت گرفت. در سال 2006 دی یانگ و همکاران اثرات روش MICP را با آزمایش برش مورد بررسی قرار دادند، در سال 2007 ویفین وهمکاران به بررسی مولفه های مختلف خاک پس از بهسازی پرداختند، ایوانو و چو در سال 2008 به بررسی روش های عملی برای بهسازی بیولوژیکی خاک در محل پرداختند. در سال های 2009 و2010 نیز دی یانگ و همکاران، ون پسن و همکاران و مورالس و همکاران برروی مدلسازی وUp-scalling برای تزریق مواد بیولوژیکی به داخل خاک تحقیقاتی صورت داده اند.

…

فهرست مطالب تحقیق ارزیابی عملکرد بهسازی خاک به روش بیولوژیکی

فصل اول – مقدمه
فصل دوم – بررسی بهسازی میکروبی خاک
2.1 مقدمه
2.2 بررسی مبانی بهسازی میکروبیولوژیکی خاک.. 4
2.2.1 روش های بهسازی میکروبی خاک.. 5
2.2.2 رسوب دهی میکروبی کربنات کلسیم (MICP) 6
2.2.3 دنیتریفیکاسیون. 7
2.3 تاثیر بهسازی میکروبی بر پارامترهای مهندسی خاک.. 9
2.31 نفوذپذیری.. 9
.3 2.3 سختی.. 9
2.3.4 پارامترهای مقاومتی.. 9
2.4 تثبیت و بهسازی خاک به روش رسوب میکروبی کربنات کلسیم (MICP) 10
2.4.1 واکنش مورد استفاده در فرآیند. 10
2.4.2 میکروارگانیسم مورد استفاده 11
2.4.3 مواد واکنش دهنده 13
2.4.4 اوره… 14
2.4.5 کلرید کلسیم. 15
فصل سوم – مطالعات و پژوهش های صورت گرفته در زمینه بهسازی میکروبی

مطالعات و پژوهش های صورت گرفته در زمینه بهسازی میکروبی.. 17

3.1 مرور موردی تاریخچه تحقیقات صورت گرفته در زمینه بهسازی میکروبی خاک.. 18
3.1.1 تحقیقات صورت گرفته توسط ویفین.. 18
3.1.2 تحقیقات صورت گرفته توسط دی یانگ و همکاران. 21
3.1.3 تحقیقات صورت گرفته توسط التوادی.. 22
3.1.4 تحقیقات صورت گرفته توسط ون پسن وهمکاران
3.1.5 تحقیقات صورت گرفته توسط اوزدوغان. 27
3.1.6 آزمایش ها و پروژه های اجرا شده در زمینه بهسازی میکروبی خاک
3.1.6.1 آزمایشات صورت گرفته در مقیاس آزمایشگاهی
3.1.6.2 آزمایشات بزرگ مقیاس
3.1.7 پروژه های در حال اجرا در مقیاس صنعتی.. 33
3.2 تحقیقات صورت گرفته در زمینه بهسازی میکروبی در سایر مواد. 35
3.2.1 بهسازی میکروبی در ترمیم و مقاوم سازی بتن و ملات سیمان. 35
3.2.2 بهسازی میکروبی برای حفظ و مرمت سنگ های آهکی و قدیمی.. 36
3.2.3 تاثیر بهسازی میکروبی در افزایش مقاومت آجر(Bio-brick) 37
3.3 جدول مروری تحقیقات صورت گرفته در زمینه بهسازی میکروبی

منابع تحقیق ارزیابی عملکرد بهسازی خاک به روش بیولوژیکی

[1] De Jong, J. T., “ Bio-mediate soil improvement”, Ecological Engineering (36), pp197-210, 2010.

[2] Xanthakos, P.P., Abramson, L.W., Bruce, D.A., “Ground control and improvement.”, John Wiley and Sons, New York, NY, pp 910, 1994.

[3] Karol, R.H., “Chemical grouting and soil stabilization.”, Marcel Dekker, New York, NY, pp558, 2003.

[4] Whitman, W.B., Coleman, D.C., Wiebe, W.J., “Prokaryotes: the unseen majority.”, Nat. Acad. Sci. (95), pp6578-6583, 1998.

[5] De Jong, J.T., Martinez, B.C., Mortensen, B.M., Nelson, D.C., “Up scaling of bio-mediated soil improvement.”, 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, pp2300-2303, 2009.

[6] Ozdogan, Ayşe, “A Study on the triaxial shear behavior and microstructure of biologically treated sand specimens”, MSc thesis, University of Delaware, 2010.

[7] Ismail, M. A., Joer, H. A., Randolph, M. F., “Sample preparation technique for artificially cemented soils.” ASTM, Geotechnical Testing Journal, pp171-177, 2000.

[8] Whiffin, V. S., ” Microbial CaCO₃ precipitation for the production of Biocement.”, Ph.D. thesis, School of Biological Sciences & Biotechnology, Murdoch University, 2004.

[9] van Paassen, Leon A., ” Ground improvement by microbially induced carbonate precipitation”, Ph.D. thesis, Delft University of Technology, 2009.

[10] Van Passen, Leon A., “Microbes turning sand into sandstone using waste as cement”, 4^th YGEC sec(3), Egypt, 135-138, 2009.

[11] van Paassen, L.A., Daza, C.M., Staal, M., Sorokin, D.Y., van der Zon, W. , van Loosdrecht, M.C.M., “Potential soil reinforcement by biological denitrification.”, Ecological Engineering In Press, Corrected Proof., 2009.

[12] van Paassen, L.A., Daza, C.M., Stall, M., Sorokin, D.Y., van Loosdrecht, M.C.M., “In situ soil reinforcement by microbial denitrification.”, 1^st International Conference on Bio-Geo-Civil Engineering, Netherlands, pp. 124–133, June-2008.

[13] Ferris, F.G., Stehmeier, L.G., Kantzas, A., Mourits, F.M., “Bacteriogenic mineral plugging.”, J. Can. Petr. Technol. 35 (8), 56–61, 1996.

[14] NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Steel Structures, Part 1: Provisions, pp338, 2003.

[15] Brandenberg, S.J., ” Imaging a grouted column in a centrifuge model using shear wave velocity tomography.” Geotechnical earthquake engineering and soil dynamics, Geotechnical Special Publication No. 181, 2008.

[16] Mitchell, J.K., Santamarina, J.C., ” Biological considerations in geotechnical engineering.”, J. Geotech. Geoenviron. Eng. 131, pp1222–1233, 2005.

[17] Sneath, Peter H.A., “Endospore forming gram positive rods and cocci”, Section 13, ,Bergy’s manual of systematic Bacteriology Vol-II, pp1123-1124, 1984.

[18] Castainer, Le M.G., Perthuisot J.P., “Bacterial roles in the precipitation of carbonate minerals.”, In microbial sediments (Ed Riding RE, Awramik SM) Heidelberg, Springer-Verlag, pp32-39, 2000.

[19] Al-Thawadi, Salwa M., “High strength in-situ biocementation of soil by calcite precipitation locally isolated ureolytic bacteria”, Ph.D. thesis, pp80-120, 2008.

[20] Chahal, Navneet, Rajor, Anita, Siddique , Rafat, ” Calcium carbonate precipitation by different bacterial Strains.”, African Journal of Biotechnology, Vol.10(42), pp8359-8372, 2011.

[21] Whelan, J.F., Mc Connaughey, T.A., “Calcification generates protons for nutrient and bicarbonate uptake.”, Earth Sci. Rev.(42), pp95-117, 1997.

[22] Fujita, Y., Ferris, F.G., Lawson, R.D., Colwell, F.S., Smith, R.W., “Calcium carbonate precipitation by ureolytic subsurface bacteria”,Geomicrobiol. J. (17), pp305-318, 2000.

[23] Castanier, S., Le Metayer-Levrel, G., Perthuisot, J.P., “Ca-carbonates precipitation and limestone genesis – the microbiogeologist point of view”, Sediment Geol. (126), pp9-23, 1999.

[24] Whiffin, Victoria S., “Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique”, Geomicrobiology Journal (24), pp1-7, 2007.

[25] Ivanov, V., Chu, J., “Applications of microorganisms to geotechnical engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ.”, Rev. Environ. Sci. Biotechnol. (7), pp139-153, 2008.

[26] DeJong, Jason T., “Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear”, Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, ASCE, pp1381-1392, 2006.

[27] van Paassen, Leon A., “Strength and deformation of biologically cemented sandstone”, Engineering in Difficult Ground Conditions, pp406-412, 2010.

]28[ مدرس نیا، ا.، میرمحمدصادقی، م.، ابطحی، س.م.، امتیازی، گ.، ” ارزیابی عملکرد روش MICP به عنوان یک روش سازگار با محیط زیست جهت تثبیت ماسه های روان در بیابان ها”، کنفرانس ملی بوم های بیابانی، گردشگری و هنرهای محیطی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، 1390.

[29] Ismail, M.A., “Strength and deformation behavior of calcite-cemented calcareous soil, Ph.D. thesis, Department of Civil and Resource Engineering, The University of Western Australia, 2000.

[30] Van Paassen, L.A., Loosdrecht, M.C., Van Eijnden, A.P., Van denMulder, A., Verwaal, W., Ngan-Tillard, D.J.M., Harkes, M.P., Bekendam, R.F, “Reinforcement of calcarenite room and pillar mines by microbially induced carbonate precipitation.”, In Euro Engeo., Madrid, pp1-6, 2008.

[31] Harkes, M.P., Van Paassen, Leon A., Booster, Jacco, Whiffin, V.S., Van Loosdrechta Mark C.M., “Fixation and distribution of bacterial activity in sand to induce carbonate precipitation for ground reinforcement”, Ecological Engineering (36), pp112–117, 2010.

[32] Van Paassen, L.A., Harkes, M.P., Van Zwieten, G.A., Van der Zon, W.H., Van der Star, W.R.L., Van Loosdrecht, M.C.M., “Scale up of BioGrout: a biological ground reinforcement method”, Proceedings of the 17th international conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Alexandria, Egypt, 2009.

[33] Van passen, Leon A., “Biological ground improvement”, TUDelft conf., pp1-52, 2010.

[34] Gollapudi, U.K., Knutson, C.L., Bang, S.S., Islam, M.R., “A new method for controlling leaching through permeable channels.”, Chemosphere, Vol. 30, pp695-705, 1995.

[35] Stocks-Fischer, Shannon, “Microbiological precipitation of CaCO₃ ”, Soil Biology and Biochemistry, Vol.(31), pp1563-1571, 1999.

[36] Canakci, H., Cabalar, A. F., “Improvement of a sand matric using biopolymer-forming bacteria.”, Proc. of International conference on new developments in soil mechanics and geotechnical engineering, Lefkose, N. Cyprus, 2003.

[37] Lo Bianco, A., Madonia, G., “B.U.L.M. technique for increase of the bearing capacity in the pavement layers subjected to biological treatment.”, 4th International Siiv Congress, University of Palermo, Palermo, Italy, 2007.

[38] Alvarado, Daniel, ” Bio-mediated soil improvement: cementation of unsaturated sand samples”, Ph.D. thesis, University of California, Davis, 2008.

[39] Van Paassen, L.A., Ghose, R., Van der Linden, T.J.M., Van der Star, W.R.L., Van Loosdrecht, M.C.M., “Quantifying bio-mediated ground improvement by ureolysis: a large scale biogrout experiment”, ASCE Journal for Geotechnical and Geoenvironmental Engineering136(12), pp1721-1728, 2010.

[40] Whiffin, Victoria S., “Biochemical methods for soil improvement”, YELGIP Workshop, pp1-32, 2006.

[41] Ramakrishnan, S.K., Panchalan, R.K., Bang, S.S., “Improvement of concrete durability by bacterial mineral precipitation.”, 11th International conference on Fracture, Turin, Italy, 2001.

[42] Chunxiang, Q., Jianyun, W., Ruixing, W., Liang, C., “Corrosion protection of cement-based building materials by surface deposition of CaCO3 by Bacillus pasteurii.”, Mater. Sci. Eng. 29 (4), pp1273-1280, 2009.

[43] Jimenez-Lopez, C., Jroundi, F., Pascolini, C., Rodriguez-Navarro, C., Pi ˜nar-Larrubia,G., Rodriguez-Gallego, M., González-Mu˜noz, M.T., “Consolidation of quarry calcarenite by calcium carbonate precipitation induced by bacteria activated among the microbial inhabiting the stone.”, Int. Biodeterior. Biodegrad. 62 (4), pp352-363, 2008.

[44] Sarda, D., Choonia, S., Sarode, D.D., & Lele, S.S., “Bio calcification by Bacillus pasteurii urease: a novel application.”, Jeo. Industrial Microbial Biotechnol. 36, pp1111-1115, 2009.

[45] Tiano, P., Cantisani, E., Sutherland, I., Paget, J.M., “Biomediated reinforcement of weathered calcareous stones”, J. Cult. Herit. (7), pp49-55, 2006.

[46] De Muynck, W., Debrouwer, D., De Belie, N., Verstraete, W., “Bacterial carbonate precipitation improves the durability of cementations materials.”, Cem. Concr. Res. 38 (7), pp1005-1014, 2008.

[47] De Muynck, W., Cox, K., De Belie, N., Verstraete, W., “Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete.”, Constr. Build. Mater. 22 (5), 875–885, 2008.

[48] Jonkers, H., “Self-healing concrete: a biological approach.”, van der Zwaag, S.(Ed.), Self-Healing Materials: An alternative Approach to 20 Centuries of Materials Science. Springer, Netherlands, pp195-204, 2007.

[49] Achal, Varenyam, Mukherjee, Abhijit, Reddy, M. Sudhakara, ” Microbial Concrete: A way to enhance durability of building structures.”, 2^nd int. conf. on sustainable construction materials and technology, Ancona, Italy, 2010.

[50] De Muyncka, Willem, “Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review”, Ecological Engineering (36), pp118-136, 2010.

[51] Le Metayer-Levrel, G., Castanier, S., Orial, G., Loubiere, J.F., Perthuisot, J.P., “Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of lime stones in buildings and historic patrimony.”, Sediment. Geol. 126 (1-4), pp25-34, 1999.

[52] Banks, Eric D., Taylor, Nicholas M., Gulley, Jason, Lubbers, Brad R., Giarrizo, Juan G., Bullen, Heather A. , Hoehler, Tori M., Barton, Hazel A., ” Bacterial calcium carbonate precipitation in cave environments: A function of calcium homeostasis”, Geomicrobiology Journal(27), pp444-454, 2010.

[53] Bang, S.S., Galinat, J.K., & Ramakrishnan, V., “Calcite precipitation induced by polyurethane-immobilized Bacillus pasteurii.”, Enzyme and Microbial Technology(28) , pp404-409, 2001.

[54] Hammes, F., Boon, N., Clement, G., de Villiers, J., Siciliano, S.D., Verstraete, W., “Strain-specific ureolytic microbial calcium carbonate precipitation.”, Applied and Environmental Microbiology 69(8), pp4901-4909, 2003.

[55] Al Qabany, Ahmed, Mortensen, Brina, Martinez, Brian, Soga1, Kenichi, DeJong, Jason, ” Microbial carbonate precipitation: correlation of S-wave velocity with calcite precipitation”, Geo-Frontiers, ASCE , pp3993-4001, 2011.

توجه:

تحقیق ارزیابی عملکرد بهسازی خاک به روش بیولوژیکی شامل یک فایل ورد 45 صفحه ای و یک پاورپوینت 25 اسلایدی می باشد.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.