پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 158 |
| تعداد شماره‌ها | 6,230 |
| تعداد مقالات | 67,757 |
| تعداد مشاهده مقاله | 115,110,446 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 89,869,968 |
بهسازی زیستی خاک‌های ماسه‌ای روان با آنزیم برای کنترل فرسایش هیدرولیکی | ||
| تحقیقات آب و خاک ایران | ||
| دوره 52، شماره 6 - شماره پیاپی 66، شهریور 1400، صفحه 1571-1584 اصل مقاله (1.88 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijswr.2021.315449.668906 | ||
| نویسندگان | ||
| سودابه نیکبخت1؛ حمیده غفاری2؛ سید محمد علی زمردیان* 3؛ مرجان مجدی نسب4 | ||
| 11. بخش علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران | ||
| 2دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی، بخش مهندسی آب | ||
| 3دانشیار، بخش علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، | ||
| 4دانشیار بخش صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران | ||
| چکیده | ||
| فرسایش خاک یک پدیده مخرب است که باعث از بین رفتن خاک و همچنین خرابی و شکست سازه مرتبط می‌شود. بنابراین ارائه راهکارهای مقابله با این پدیده مخرب ضروری است. در این پژوهش از یک تکنیک نوین الهام گرفته زیستی، بر اساس رسوب کربنات کلسیم بر پایه استفاده از آنزیم آزاد در خاک ((EICP استفاده شده است و میزان بهبود پارامترهای فرسایش‌پذیری خاک با استفاده از دستگاه تابع فرسایش مورد ارزیابی قرار گرفته است. آنزیم اوره آز استفاده شده از مغز دانه هندوانه استخراج شد که میزان فعالیت آن U/mL 8/2 تخمین زده شد. به منظور فراهم آوردن شرایط محیطی مطلوب و تسریع در رسوب کربنات کلسیم در خاک از محلول سیمانی کننده حاوی 5/0، 75/0 و 1 مولار کلسیم کلراید و اوره به صورت یک بار تزریق و همچنین دو بار تزریق با فاصله زمانی 6 روز استفاده شد. عملکرد آنزیم اوره آز در بهبود خاک، به صورت یک بار تزریق و همچنین دو بار تزریق، تحت به‌کارگیری 10 استراتژی تزریق آنزیم و محلول سیمانی کننده به خاک ماسه سیلیسی مورد ارزیابی قرار گرفت. دوره درمان 14 روز تحت دمای 50°c در دستگاه انکوباتور بود. نتایج نشانگر بهبود مقاومت خاک در برابر فرسایش می‌باشد به گونهای که ضریب فرسایش‌پذیری خاک ماکزیمم 5/98% کاهش و تنش برشی بحرانی ماکزیمم 6 برابر افزایش پیدا نمودند. نتایج تست SEM و XRD نشانگر توزیع مناسب رسوب کربنات کلسیم میان ذرات ماسه و تشکیل کانی کلسیت در خاک می‌باشد. همچنین نتایج تست تیتراسیون نشان داد که در حالت بهینه 7/18% کربنات کلسیم نسبت به نمونه شاهد در خاک رسوب نموده است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فرسایش؛ آنزیم اوره‌آز؛ رسوب کربنات کلسیم؛ دستگاه تابع فرسایش؛ ضریب فرسایش‌پذیری | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Improvement of Sand Dunes with Enzyme-Induced Treatment to Control Hydraulic Erosion | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Sodabeh Nikbakhat1؛ Hamideh Ghaffari2؛ Seyed Mohammad Ali Zomorodian3؛ Marjan Majdinasab4 | ||
| 11. Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shiraz University of Shiraz, Iran | ||
| 2Shiraz University, college of agriculture,, Water Eng. | ||
| 3Associated Prof. Department of Water Engineering,, Faculty of Agriculture,, Shiraz University of Shiraz, Iran | ||
| 4Associated Prof., Department of Food industry, Faculty of Agriculture, Shiraz University of Shiraz, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Soil erosion is a destructive phenomenon that causes soil loss and the failure within structure built on it. Therefore, it is necessary to provide promising new approach to deal with it. In this paper, a new bio-inspired EICP technique has been used and the improvement of the erodibility parameters of silica sand has been evaluated using an erosion function apparatus device. Urease enzyme was extracted from watermelon seed kernel with an activity of 2.8 U/mL. In order to provide favorable environmental conditions and accelerate the deposition of calcium carbonate in the soil, a cementing solution containing 0.5, 0.75 and 1 M of calcium chloride and urea was used. Samples were treated with single and double injections (six days after the first injection) of enzyme and cementing solution with a treatment period of 14 days in an incubator at 50°C. The erodibility parameters of silica sand specimens treated with ten injection strategies were investigated. The best-performing treatment strategy produced a 98.55% reduction in erodibility and a six-fold increase in critical shear stress relative to untreated sand. These findings were confirmed by SEM, XRD and calcium carbonate titration tests. The results of titration test showed that in the best-performing treatment strategy, 18.7% of calcium carbonate was deposited in the soil compared to the control sample. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Erosion, Urease enzyme, Calcium carbonate precipitate, Erosion function device, Erodibility coefficient | ||
| مراجع | ||
|
Achal V, Mukherjee A and Reddy MS. (2010). Microbial concrete: way to enhance the durability of building structures. Journal of Materials in Civil Engineering 23(6): 730–734. Almajed, A., Khodadadi Tirkolaei, H., Kavazanjian Jr, E. (2018). Baseline Investigation on Enzyme-Induced Calcium Carbonate Precipitation, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 144(11): 04018081. Amin, M., Zomorodian, S.M.A., and O’Kelly, B.C. (2017). Reducing the hydraulic erosion of sand using microbial-induced carbonate precipitation. Proceedings of the Institution of Civil Engineers Ground Improvement. 2(117), 112-122. Amin, M., Zomorodian, S.M.A. (2017). Effect of biogrouting in reducing the erosion rate of sand, Sharif Journal of Civil Engineering, 32-2(4/2), 13-19. (In Persian) Al Qabany A, Soga K and Santamarina, C. (2012). Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 138(8): 992–1001. Anderson J., Bang S.S., Bang S., Lee S.J., Dho N.Y., Choi S.R., Ko S. (2012). Application of Microbial Calcite to Fiber Reinforced Soils to Reduce Wind Erosion Potential, Int J Geo-Eng, 4(2): 47–54. Arsalan, A and Younus, H. (2018). Enzymes and nanoparticles: Modulation of enzymatic activity via nanoparticles. International Journal of Biological Macromolecules, 118 (2018) 1833–184. Bang, S.S., Bang, S., Frutiger, S., Nehl, L.M. and Comes, B.L. (2009). Application of Novel Biological Technique in Dust Suppression. TRB 2009 Annual Meeting CD-ROM. Benini, S., Rypniewski, W.R., Wilson, K.S., Miletti, S., Ciurli, S., and Mangani, S. (1999). A new proposal for urease mechanism based on the crystal structures of the native and inhibited enzyme from Bacillus pasteurii: why urea hydrolysis costs two nickels. Journal of Structure, 7(2), 205–216. Berner, R.A. (1975). The role of magnesium in the crystal growth of calcite and aragonite from sea water. Geochimica et Cosmochimica Acta, 39, 489-504. Briaud JL, Ting FCK, Chen HC et al. (2001). Erosion function apparatus for scour rate predictions. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 127(2): 105–113. Briaud, J-L., Ting, F.C.K., Chen, H-C., Gudavalli, R., Kwak, K., Philogene, B., Han, S.W., Perugu, S., Wei, G., Nurtjahyo, P., Cao, Y., & Li, Y. (1999). SRICOS: Prediction of Scour Rate at Bridge Piers. College Station, USA: Texas A&M University. DeJong, J.T, Mortensen, BM., Martinez, BC. and Nelson, DC. (2010). Bio-mediate soil improvement. Journal of Ecological Engineering, 36 (2), 197-210. Dennis ML and Turner JP (1998). Hydraulic conductivity of compacted soil treated with biofilm. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124(2): 120–127. Dilrukshi, R.A.N., Watanabe, J., and Kawasaki, S. (2016). Strengthening of sand cemented with Calcium Phosphate Compounds using Plant-derived Urease. International Journal of Geomate, 11(25), 2461-2467. Dilrukshi, R.A.N. and Kawasaki, S. (2016). Effective Use of Plant-Derived Urease in the Field of Geoenvironmental/Geotechnical Engineering. Journal of Civil & Environmental Engineering. Ghaffari, H., & Zomorodian, S.M.A. (2017). Evaluation of Shear Strength of Soil Stabilized by Microbiological Method, Iranian Journal of Soil and Water Research, 48 (4), 737-748. (In Persian) Ivanov, V. and Chu, J. (2008). Applications of microorganisms to geotechnical engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ, Rev. Environ. Sci. Biotechnol., 7(2), 139-153. Javadi, N., Khodadadi, H., Hamdan, N., and Kavazanjian, E. (2018). EICP Treatment of Soil by Using Urease Enzyme Extracted from Watermelon Seeds. International Foundations Congress and Equipment Expo, Temp: Arizona State University, 115-124. Khodadadi T., H. Kavazanjian, E., van Paassen, L., DeJong, J. (2017). Bio-grout Materials: A Review. Grouting, 1-12. Larsen, R. (2008). Erosion Function Apparatus. Journal of Undergraduate Research, 6(1), 51-65. Meyer, F.D., Bang, S., Min, S., Stetler, L.D., Bang, S.S., (2011). Microbiologically-induced soil stabilization: application of Sporosarcina pasteurii for fugitive dust control. GSP 211. ASCE, Reston, VA, USA, 4002–4011. Mitchell, J.K., Santamarina, J.C. (2005). Biological Considerations in Geotechnical Engineering, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131(10): 1222-1233. Nafisi, A., Safavizadeh, Sh., and Montoya, B.M. (2019). Influence of Microbe and Enzyme-Induced Treatments on Cemented Sand Shear Response. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1090-0241. Ramachandran SK, Ramakrishnan V and Bang SS (2001). Remediation of concrete using micro-organisms. ACI Materials Journal, 98(1): 3–9. Rivadeneyra, M.A., Delgado, R., Quesada, E., Ramos-Cormenzana, A. (1991). Precipitation of calcium carbonate by Deleya halophile in media containing NaCl as sole salt. Current Microbiology, 22, 185-190. Seki K, Miyazaki T and Nakano, M (1998). Effects of microorganisms on hydraulic conductivity decrease in infiltration. European Journal of Soil Science, 49(2): 231 236. Stefance, Z., Tomaskavic, M., Rakivic-tresic, Z. (2006). Sepectrophotometric Method of Assaying Urease Activity. Analytical Letters, 2(4), 197-210. Shahrokhi-Shahraki, R., Zomorodian, S.M.A., Niazi, A., O’Kelly, B.C. (2015). Improving sand with microbial-induced carbonate precipitation. Proc. Inst. Civ. Eng. – Ground Improv. 168 (3), 217–230. Shanahan, C. and Montoya, B.M. (2014). Strengthening coastal sand dunes using microbial induced calcite precipitation, Geo-Congress 2014, Technical Papers, GSP 234, ASCE. Svane, S., Sigurdarson, J., Finkenwirth, F., Eitinger, T. Karring, H. (2020). Inhibition of urease activity by different compounds provides insight into the modulation and association of bacterial nickel import and ureolysis. Scientific Reports, 10: 8503 (2020). Van Paassen, L.A., Harkes, M.P., Van Zwieten, G.A., Van der Zon, W.H., Van der star, W.R.L. and Van Loosdrecht, M.C.M. (2009). Scale up of biogrout: A biological ground reinforcement method. Proceedings 17th International Conference on Soil Mechanics & Geotechnical Engineering (pp.2328-2333), Amsterdam: IOS Press. Yasuhara, H., D. Neupane, K. Hayashi, and M. Okamura. (2012). Experiments and predictions of physical properties of sand cemented by enzymatically-induced carbonate precipitation. Soils Found. 52 (3): 539-549. Zomorodian SMA, Ghaffari, H. and O’Kelly, BC, (2019). Stabilisation of crustal sand layer using biocementation technique for wind erosion control. Aeolian Research, 40: 34–41. Zantua, M.I. Bremner, J.M. (1977). Stability of Urease in Soils, Soil Bid. Bmchem, 9: 135-140
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 409 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 298 |
||