بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش برانیم تا باکتري هاي بومی تولید کننده سیمان زیستی را از خاك جداسازي نماییم و بهترین شرایط را براي تولید بیشتر سیمان زیستی بررسی نماییم. محیط کشت اوره آگار حاوي 10 درصد اورهجداسازي باکتري هاي تجزیه کننده اوره از خاك استفاده شد. تولید سیمان زیستی در باکتري ها مورد ارزیابی قرار گرفت. دماي بهینه و pH بهینه جهت تولید بهتر سیمان زیستی مورد ارزیابی قرار گرفت.
بهترین pH و دما در تولید سیمان زیستی 8/5 و 30 درجه سانتی گراد می باشد. باکتري باسیلوس پاسترویی به دلیل غیر بیماري زا بودن، بومی خاك هاي مفقیر و داشتن اپرون اوره از بهترین باکتري ها براي تولید سیمان زیستی است. مساوي بودن مقدار کلرید کلسم و اوره نقش مهمی در تولید بیشتر سیمان زیستی دارد. از باکتري هاي تولید سیمان زیستی می توان در تثبیت خاك، کنترل ریز گرد ها و ... استقاده کرد.
مقدمه و هدف:
امروزه ساخت و سازهاي جدید بر روي خاك هاي ضعیف به علت کاهش جهانی زمین اجتناب ناپذیر شده است.[10] خاك هاي سست معمولا با ویژگی استحکام کم و تراکم پذیري زیاد مشخص می شوند.[13] تکنیک هاي اصلاح خاك به منظور اطمینان از بهبود تاثیر و کارایی نیاز به تکامل بیشتر دارند و در عین حال باید داراي پایداري و دوستداري محیط زیست باشند.
قابلیت سیمان هاي شیمیایی موجود در بازار مانند سیمان پورتلند، آهک، آسفالت، سدیم سیلیکات و غیره در امر اصلاح خاك اثبات شده است. با این وجود استفاده از این ترکیبات تزریقی مصنوعی غالبا سطح pH خاك را تغییر داده و باعث آلوده شدن خاك و آب هاي زیر زمینی به واسطه ویژگی هاي سمی و خطرناك این مواد می شود.
سیمان پورتلند یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در سراسر جهان می باشد و امروزه استفاده از آن در ساخت و سازهاي جدید رو به افزایش است این ماده ارزان و متنوع است و به هر شکل دلخواه در آمده و خواص مطلوب فراوانی دارد. در تولید بتون، عمدتا تولید سیمان پورتلند مقادیر زیادي CO2 در جو آزاد می شود. این نگرانی باعث شده مطالعاتی براي یافتن جایگزین هایی براي آن انجام گیرد
در سال هاي اخیر تکنیک هاي اصلاح خاك نسبتا سبز و پایداري به نام رسوب دادن کلسیت به واسطه تحریک میکروبی1 معرفی شده است.[1] این تکنیک با استفاده از فرایندهاي بیوشیمیایی باعث بهبود خواص مهندسی خاك - مانند استحکام و نفوذپذیري - می شوند.[2] این روش کاربردهاي موفقیت آمیزي در زمینه هاي مختلف از جمله افزایش استحکام و دوام آجر و استحکام خاك - شن - نشان داده است.
رایج ترین نوعرسوب دادن کلسیت به واسطه تحریک میکروبی رسوب دادن غیر مستقیم می باشد. در این روش فعالیت میکروبی - معمولا هیدرولیز اوره - pH سیستم را تغییر می دهد. یون هاي بی کربنات تولید می شود. در نهایت باعث رسوب دادن شیمیایی CaCO3در حضور یون هاي کلسیم مابین فضاهاي خالی ذرات خاك می شود.
بعضی از گونه هاي باکتري ها داراي آنزیم اوره آز می باشند که باعث افزایش pH سیستم و تولید یون هاي کربنات می شوند. این فرایند با هیدرولیز اوره آغاز می شود.
هنگامی که pH بالاتر از 8/3 است کربنات کلسیم به میزان زیادي تا حد 9 = pH شروع به رسوب کردن می کند. در آن موقع pH به سوي خنثی شدن کاهش می یابد. با این حال pH نهایی محلول به میزان واکنش و غلظت سوبستراها بستگی دارد
باکتري اسپروسارسینا پاسترویی2 که سابقا با نام باسیلوس پاسترویی3 شناخته میشد یک گونه باکتریایی است که تولید کننده اوره آز و هیدولیز کننده اوره است. در نهایت باعث تولید یون هاي آمونیاك و بی کربنات می شود. گونه هاي باسیلوس براي وفور گسترده اشان در طبیعت و مقاومت به عوامل شیمیایی و فیزیکی خوب شناخته شده اند. به همین دلیل آن ها را قادر می سازند در محیط هاي طبیعی باز در این زمبنه قابل استفاده باشند
باکتري اسپروسارسینا پاسترویی براي سیمانی کردن زیستی در نظر گرفته شده زیرا با همه معیارهاي فوق الذکر مطابقت دارد. به وفور در خاك و مواد در حال تجزیه شدن یافت می شود. همانطور که در مقالات وایفین در سال 2004 ذکر شده یک باکتري غیر هوازي است و خطري براي محیط زیست ندارد. اسپروسارسینا پاسترویی یک روش جالب توجه براي هیدرولیز اوره دارد که با تولید ATP در متابولیسم طبیعی باکتري همراه شده است
مواد و روشها:
جداسازي و تعیین هویت :
نمونه هاي خاك از سراسر کشور جمع آوري گردید. با تهیه رقت بر روي محیط کشت اوره آگار همراه با 10 درصد اوره کشت داده شد.پس از جداسازي سویه هاي اوره مثبت توسط تست هاي رنگ آمیزي گرم، تست اکسیداز، کاتالاز وتست هاي بیوشیمیایی تعیین هویت شدند
بررسی تولید کربنات کلسیم با تیتراسیون :EDTA
براي بررسی یون هاي کلسیم محیط و تولید کربنالت کلسیم از روش مک لین استفاده شد. جهت بررسی تولید کربنات کلسیم ابتدا باکتري در محیط کشت نوترینت براث به مدت 24 ساعت در دماي 37 درجه سانتی گراد کشت داده شد.سپس محلول تولید کننده سیمان زیستی4 حاوي 2 گرم در لیتر نوترینت براث، 2/1 گرم در لیتر بی کربنات سدیم،7 گرم در لیتر کلرید آمونیوم و 0/25 میلی مولار کلرید کلسیم و اوره به محیط کشت به نسبت مساوي اضافه شد.مقدار کربنات کلسیم تولیدي توسط تیتر کردن با EDTA به دست آمد.[5] بافر آمونیاك قلیایی استفاده شد.نقطه پایانی با استفاده از شناساگر اریدکروم بلک تی محاسبه شد.در صورتی که از صورتی مایل به قرمز به رنگ آبی فلزي تغییر کند تأیید حضور کربنات کلسیم در محیط است
بهینه سازي PH و دما :
پس از تعیین فعالترین باکتري توسط بررسی تولید کربنات کلسیم بهینه سازي PH و دما جهت تولید بهتر انجام گردید
نتایج و بحث:
از نقاط مختلف کشور 100 نمونه خاك جمع آوري گردید. توانستیم 15 نمونه باکتري اوره آز مثبت قوي شناسایی گردید. این باکتري ها قادر به رشد در عدم حضور اوره نیستند و براي رشد بایستی حتما به محیط کشت 2 درصد اوره اضافه شود.
