بخشی از مقاله
چکیده
تثبیت خاک در حوزه های مختلف کاربردی از جمله حوزه محیطزیست جهت جلوگیری از خیزش خاکهای ریزدانه و ایجاد ریزگرد از اهمیت بسزایی برخوردار است. بهرهگیری از فرآیند تشکیل سیمان زیستی برای این منظور، از فناوریهای نوینی است که به لحاظ ماهیت سازگاری با محیط زیست و نیز توجیهپذیری اقتصادفرآیند مورد توجه بسیاری از محققین جهانی قرار گرفته است.
در این تحقیق، باکتری اسپوروسارسینا پاستوری PTCC 1645 به منظور ارزیابی تشکیل سیمانزیستی در محیط آبی و در یک خاک با دانه بندی ریز در شرایط غرقابی، مورد استفاده قرار گرفت. آزمون FTIR جنس رسوبات کربنات کلسیم را تایید نمود و مقاومتسنج تکمحوری افزایش مقاومت ستون خاکی با استفاده از رسوبات باکتریایی را نشان داد.
.1 مقدمه
نظر به گرمایش جهانی کره زمین، خشک شدن تالابها، دریاچهها و سایر منابع آبی و همچنین قطع بیرویه درختان که از عوامل پایداری خاک به شمار میروند، فرسایش تدریجی برجستگیهای کره زمین و نظایر آن، با افزایش خاکهای سست و افزایش روز افزون اراضی بیابانی مواجهیم که از عوامل عمده ایجاد ریزگردها هستند. ریزگردها، به خودی خود و یا با تشکیل هسته های آلای ندگی موجبات تشدید آلودگی هوا را فراهم میآورند و ناگزیر از مشکلات گریبانگیر جامعه امروز بشر به ویژه در مناطق خشک و بیابانی جغرافیایی محسوب میشوند.
از اینرو، مقابله با منشا ایجاد ریزگردها از اولویت ویژهای برخوردار است و در دستور کار سازمانهای متولی محیط زیست قرار دارد. مطالعات نشان میدهد که به ویژه در سالهای اخیر که مناطقی از کشور روزهای متعددی مبتلا به حضور ریزگردها بوده و ادامه زندگی روزمره برای ساکنین آن مناطق به سختی افتاده است، تحقیقات بسیاری به این سمت متوجه شده است که چگونه میتوان خاکهای مناطق بیابانی را به صورت تثبیت شدهای تبدیل نمود که در مقابله با بادهای دارای سرعت بالا که بعضا در برخی مناطق به 50 کیلومتر بر ساعت یا بیشتر هم میرسند مقاومت نموده و از خیزش ذرات خاک که موجبات ایجاد ذرات ریزگرد میشود جلوگیری به عمل آید.
در این راستا، مالچهای نفتی، معدنی و پلیمری متعددی پیشنهاد شدهاند که هریک خود میتواند به طریق اولی مسبب آلایندههای ثانویه در محیط شوند. از طرفی، مالچهای زیستی نظیر مالچهای بیوپلیمری و گیاهی نیز پیشنهاد گردیدهاند که به نظر میرسد تولید آنها با توجیه اقتصادی قابل قبولی مواجه نمیباشد، به ویژه که تهیه مالچهای گیاهی مستلزم زیرکشت گرفتن اراضی زراعی و مصرف آب کشاورزی ا ست که به جهت کمبودهای منابع آبی ک شور، از توجیه پذیری مقبولی برخوردار نمی باشد.
در همین زمی نه، گروه تحقیقاتی پژوه شگاه ملی مهند سی ژنتیک و زی ست فناوری م شغول به تهیه و معرفی مالچ میکروبی به منظور مهار نمودن و یا کاهش خیزش خاکهای ریزدانه است که از فاکتورهای اصلی پراکنش ذرات معلق خاک در اتمسفر میباشند. بدین ترتیب تحقیقات پی در پی به عنوان زیر ساخت د ستیابی به این مالچ تو سط این تیم انجام گرفته ا ست که از آن جمله میتوان به فرآیندهای سیمان زیستی اشاره نمود که در این متن به طور خلاصه به برخی از نتایج حاصل از این تحقیق پرداخته شده است.
سیمان زیستی - biocement - یک محصول نوین در حیطهی مواد ساختمانی ﻭ عمرانی است که میتواند بهصورت طبیعی از میکروارگانیسمهایی مانند باکتریها تولید شود. باکتریها با داشتن آنزیم اوره آز ﻭ در اختیار داشتن اوره طی یک فرآیند که بخشی از آن بهصورت بیولوژیکی و بخشی بهصورت شیمیایی صورت میگیرد میتوانند باعث رسوب کربنات کلسیم شوند. کربنات کلسیم مابین منافذ خاک را پرکرده و ضمن کم نمودن تخلخل خاک باعث چسبیدن ذرات خاک به همدیگر و سخت شدن آن میشود
مکانیسم عملکرد این سیستم بدین ترتیب است که آنزیم اورهآز در شرایط کمبود نیتروژن، توسط باکتریها سنتز میشود [2] و سبب هیدرولیز اوره میگردد که محصولات حاصل از این فرآیند در مجاورت یونهای کلسیم طبق واکنشهای پشت سرهم نشان داده شده در زیر، منجر به ایجاد رسوب کلسیم کربنات و پرکردن منافذ خاک میگردند.
سیمانی شدن زیستی، به بالا بردن مقاومت و ارتقاء سختی خاک و سنگها، با استفاده از محصولات یا فعالیتهای میکروبی گفته میشود که میتواند برای جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش پتانسیل تورم خاک رسی، کاهش پتانسیل روان گرایی خاک ماسهای و غیره در پروژههای اصلاح زمین استفاده گردد از جمله مزایایی که میتوان برای بکارگیری از روش سیمان زیستی ذکر کرد میتوان به انجام فرآیند در دمای محیط، نیاز به انرژی پایینترکه سبب کاهش مصرف سوختهای فسیلی و در نتیجه کاهش تولید گازهای گلخانهای میشود، قابلیت کاربرد روش بصورت درجا و بدون اعمال دستخوردگی و تغییر در ساختمان اصلی خاک، قابلیت کاربرد روش در محیطهای اشباع و غیراشباع، دستیابی به مقاومت مقبول خاک، عدم تغییر قابل توجه در تخلخل و نفوذپذیری خاک، جلوگیری از فرسایش خاک و صرفهجویی اقتصادی اشاره نمود.
در این مقاله تاثیر ایجاد سیمان زیستی توسط باکتری اسپوروسارسینا پاستوری PTCC 1645 در کاهش روانگرایی خاک با دانه بندی ریز - SP - مورد ارزیابی قرار گرفت.
.2 مواد و روشها
کلیه مواد شیمیایی مورد استفاده در این تحقیق، از شرکت مرک یا سیگما خریداری گردید. سویه باکتری اسپوروسارسینا پاستوری PTCC 1645 از کلکسیون میکروبی سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران تهیه گردید.
.1 .2 تهیه محیط پیش کشت
به منظور تهیه پیش کشت از محیط - Luria-Bertani - LB broth با ترکیبات عصارهی مخمر - 10g/l - ، تریپتون - 5g/l - ، کلرید کلسیم - 10g/l - استفاده شد و pH محیط روی 7 تنظیم گردید. پس از تلقیح باکتری درون محیط کشت، تا رسیدن به حداکثر دانسیته سلولی در انتهای فاز رشد لگاریتمی، در دمای 37°C و دور 180rpm گرماگذاری شد
.2 .2 سنجش آنزیم اوره آز توسط باکتریها
برای بررسی کیفی تولید آنزیم اوره آز، از محیط کشت جامد اوره-آگار مرکب از پپتون - 1g/l - ، دکستروز - 1g/l - ، - 5g/l - NaCl،Na2HPO4 - 1/2g/l - ، - 0/8g/l - KH2PO4، فنلرد - 0/012g/l - و آگار - 15g/l - استفاده شد. باکتریها بهصورت کشت در مرکز پلیتهای محیط جامد اوره-آگار کشت داده شدند و در دمای 37°C شبانه گرماگذری شدند و روند فعالیت آنزیم اوره آز، بهصورت تغییر رنگ در محیط اوره آگار بررسی شد. هر چه میزان تولید آنزیم توسط باکتری بیشتر باشد آمونیاک بیشتری تولیدشده و تغییر رنگ محیط بیشتر خواهد بود
برای بررسی کمی تولید آنزیم اوره از از روش کانداکتومتری استفاده شد
.3 .2 بررسی تشکیل رسوب کربنات کلسیم
پیش کشت شبانه که در محیط LB تهیه گردیده بود به میزان 10 درصد درون محیط کشت YU، حاوی عصاره ی مخمر - 20g/l - و اوره
