ارزيابي كارايي رسوب ميكروبي كربنات براي تثبيت شن‌هاي روان

Evaluation of the Efficiency of Microbial Induced Carbonate Precipitation For Loose Sand Dunes Fixation

فرسايش بادي يكي از عوامل اصلي در تخريب خاك و محيط زيست و همچنين آلودگي هوا در مناطق خشك و نيمه خشك است. با توجه به هزينه هاي زياد استفاده از مالچ هاي نفتي و همچنين اثرات مخرب محيط زيستي اين نوع مالچ ها، در تحقيق حاضر، اثر فرآيند ترسيب ميكروبي كربنات كلسيم (MICP) به عنوان يك روش بيولوژيك سبز و سازگار با محيط زيست جهت كنترل فرسايش بادي و تثبيت شن هاي روان مورد مطالعه قرار گرفته است. بدين منظور با استفاده از يك دستگاه تونل باد، فرسايش نمونه هاي سيماني شده بيولوژيكي در طيفي از سرعت هاي مختلف باد در دامنه ي 10 تا 55 كيلومتر بر ساعت در ارتفاع 10 سانتي متري از كف تونل شبيه سازي گرديد. نتايج نشان داد كه در تمامي سرعت هاي باد تيمار MICP در مقايسه با نمونه هاي شاهد كاهش معني داري در مقدار فرسايش خاك ايجاد كرده است. با اين حال تأثير MICP در سرعت هاي بالا بسيار چشمگير بود به طوري كه شار تلفات خاك در تيمار شاهد و تيمار MICP در سرعت 55 كيلومتر در ساعت به ترتيب 240 در مقابل 13/2 كيلوگرم بر مترمربع بر ساعت بود. نتايج آزمايش مقاومت فروروي نشان داد كه كاربرد MICP تا حدود 3 برابر سبب افزايش مقاومت فروروي لايه ي سطحي نمونه ها شده است كه نشان دهنده تشكيل لايه مقاوم سطحي بر روي نمونه هاي سيماني شده است. بررسي رسوبات كربنات كلسيم با استفاده از آناليز XRD و SEM نيز نشان داد رسوبات كربنات كلسيم بيشتر به شكل كريستال هاي واتريت مي باشد كه به صورت يك پل ارتباطي سبب اتصال ذرات سست ماسه به يكديگر شده و مقاومت آن ها را در مقابل تنش برشي باد افزايش مي دهد.

Wind erosion is one of the main factors in soil and environment degradations and air pollution in arid and semiarid areas. Existing methods of soil erosion control, including oil and chemical soil stabilizers, are too costly and they introduce toxic materials into the soil with significant environmental impact. Therefore, this research was conducted to determine the effectiveness of microbial induced calcite precipitation (MICP) as a biological and environmentally friendly method to improve the erosion resistance of loose sand dunes. For this purpose, the erosion of biocemented soil samples was measured experimentally in a wind tunnel under the wind velocities ranging from 10 to 55 kmh1at a height of 10 cm above the tunnel floor. Results demonstrated that the weight loss of MICPtreated samples relative to the weight loss of control treatment was significantly decreased at all velocities. The effect of biological treatment on wind erosion control was even superior at the higher velocities. Erosion rate of MICPtreated samples was 2.13 against 240 kgm2h1 at the velocity of 55 km.h1. The penetration resistance of the MICPtreated soil samples was observed up to three times higher than from control treatment, indicating a significant improvement of surface resistance in biologically treated samples. The result of SEM and XRD analysis shows that CaCO3 was mainly precipitated as vaterite crystals forming pointtopoint contacts between the sand particles and improving surface resistance against wind shear velocity.