Biomineralização de areia de coral por Bacillus thuringiensis isolado de uma caverna de travertino

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8687 (2023) Citar este artigo

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O travertino é um produto típico da mineralização microbiana na natureza e sua composição mineral é principalmente calcita e aragonita. Neste artigo, Bacillus thuringiensis, um tipo de bactéria mineralizada, é extraído do cristal de travertino para cimentar a areia de coral, e o efeito de reforço da tecnologia de precipitação de carbonato induzida por microbial (MICP) na areia de coral sob diferentes tempos de cimentação é estudado. Primeiramente, as condições de cultivo são otimizadas em nove pares de ensaios, incluindo teor de uréia, inoculação microbiana, velocidade do agitador e tempo de incubação. Sob as condições ideais de cultura, a areia de coral é cimentada pelo método de imersão. Com o aumento dos tempos de reforço, o coeficiente de permeabilidade da amostra de areia é reduzido para 10−4 cm/s, e a resistência ao cisalhamento é aumentada em mais de 130%. Em comparação com Sporosarcina pasteurii, a coesão e o ângulo de fricção interna da coluna de areia de coral cimentada por Bacillus thuringiensis são aumentados em mais de 50% e 10%, respectivamente. A distribuição de área do espectro T2 mostra que com o aumento do número de cimentação, a amplitude do pico principal diminui, indicando que os poros grandes são melhor preenchidos, o número de poros médios e pequenos também é reduzido e a área do poro é significativamente reduzido, com a amplitude de cerca de 44%. Os experimentos acima verificaram que o microrganismo no travertino também pode ser usado na tecnologia MICP e até mesmo alcançar um melhor efeito de reforço. Também fornece uma nova maneira e ideia para a seleção de bactérias mineralizadas pela tecnologia MICP.

Riscos de engenharia, como vazamento de rachaduras em fundações de barragens1, poluição por rejeitos de metais pesados2, liquefação de fundações3,4 e instabilidade de taludes5 geralmente levam a perdas materiais e até mesmo acidentes. Por muito tempo, profissionais relevantes e pesquisadores científicos têm se empenhado em estudar medidas relevantes para reduzir a ocorrência de tais problemas de engenharia. A tecnologia de biomineralização é uma promissora tecnologia de engenharia civil desenvolvida com base em pesquisas interdisciplinares nos últimos anos. Tem boas perspectivas de aplicação para lidar com tais problemas de engenharia. A precipitação de carbonato induzida por micróbios (MICP) é um dos representantes típicos da biomineralização. Esta tecnologia utiliza principalmente alguns microorganismos hidrolíticos de ureia, que podem formar carbonato de cálcio com função de cimentação, conduzindo a hidrólise de ureia e usando íon carbonato e íon cálcio na solução. Sob a ação do MICP, o solo solto é cimentado ou a rachadura é selada, de modo a atender aos requisitos de engenharia correspondentes.

Atualmente, as principais espécies microbianas utilizadas na tecnologia MICP são Bacillus pasteuris octadiae (CGMCC 1.3687), Sporosarcina pasteurii (ATCC 11859), Bacillus pasteuris octadiae (DSMZ 33) e Bacillus spheriformis (LMG 22257). Com o desenvolvimento do estudo do reforço do solo, muitos estudiosos separaram independentemente diferentes tipos de bactérias hidrolíticas de uréia e alcançaram uma série de conquistas na redução da permeabilidade e melhoria da resistência do solo. Chu et al.6 separaram o Bacillus sp.VS1 da areia de praia tropical e usaram a bactéria para fortalecer solos arenosos de grande porte, a resistência à permeabilidade e as propriedades mecânicas da fundação do solo reforçado foram melhoradas. Qian et al.7 usaram o Bacillus S3 extraído para cimentar a coluna de areia, a resistência à compressão retificada das amostras atingiu 1,9 MPa após o tratamento, eles utilizaram o Bacillus S3 separado para reforçar o solo arenoso, a resistência à compressão da areia cimentada se aproximou 2 MPa. Khan et al.8 isolaram o Parahodobacter sp. do solo próximo ao beachrock e aplicado para tratar areia de coral no teste de agulha, o UCS estimado dos espécimes em alguns pontos pode exceder 7 MPa.