Kim, Tae-Young ;Nawaz, Muhammad Naqeeb;Do, Jinung ;Chong, Song-Hun
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.8
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pp.41-48
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2023
Microbially induced calcite precipitation(MICP) is a novel cementation method meant to enhance soil engineering properties through the use of microorganisms. This study investigates the effect of different MICP concentrations on plant growth. Tall fescue seeds are grown in plant columns filled with Jumunjin sand. Following plant growth, the soil samples are treated with MICP via spraying method. The results indicate that the MICP-treated plants exhibit hampered growth compared with the untreated plants. pH and electrical conductivity(EC) tests are performed to analyze the changes in soil properties by MICP. The MICP-treated soils exhibit a pH = 7, similar to the untreated soil. However, the EC dramatically increases with the increase in the MICP concentration, which leads to an increase in the osmotic pressure of the soil surrounding the plant roots. Eventually, the higher osmotic pressure in MICP-treated soil hinders the absorption of water and nutrients in plant roots, thus inhibiting plant growth.
To remediate lead (Pb)-contaminated soils, it is proposed that microbially induced calcite precipitation (MICP) would provide the best alternative to other remediation technologies. In this study, Pb bioremediation in soils was investigated using the calcite-precipitating bacterium Kocuria flava. Results indicate that the Pb is primarily associated with the carbonate fraction in bioremediated soil samples. The bioavailability of Pb in contaminated soil was reduced so that the potential stress of Pb was alleviated. This research provides insight into the geochemistry occurring in the MICP-based Pb-remediated soils, which will help in remediation decisions.
Microbially induced carbonate precipitation (MICP) is extensively discussed as a promising topic for ground stabilization. The practical effect of stabilizing the expansive soil is presented in this paper with a logical process from the bacterial activity to the treatment technology. Temperature, pH, shaking frequency, and inoculation amount are discussed to evaluate the bacterial activity. The physic-mechanic properties are also evaluated to discuss the effect of the MICP process on expansive soil. Results indicate that the MICP method achieves the mitigation of expansion. The treated soil has a low proportion of fine particles (< 5 ㎛), the plasticity index significantly decreases, and strength values improve much. MICP process has a significant cementation effect on the soil matrix. Moreover, the infiltration model test presents the coating effect on the topsoil. According to the relation between the CaCO3 content and the treatment effect, the topsoil has better treatment than the deeper soil.
Kim, YongGyeong;Kang, Chang-Ho;Oh, Soo Ji;So, Jae-Seong
KSBB Journal
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v.29
no.5
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pp.323-327
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2014
Microbially induced calcite precipitation is a naturally occurring biological process in which microbes produce calcite on the surface of the microorganisms by urease activity. In order to collect calcite forming bacteria (CFB) in Korea, we isolated 343 putative CFB strains from various environments over three year period (2011~2013) and selected 100 CFB strains. Average of calcite productivity was 10.56 mg/mL. And average of ammonium concentration by urease activity was $8.00{\mu}M$. Two useful CFB strains of the others were analyzed by 16S rRNA and identified as Sporosarcina sp. and Viridibacillus arenosi. The CFB strains presented in this study are indigenous microorganisms in Korea and they are expected to be applicable to a variety of environments in the country.
Biocementation based on the microbially induced calcite precipitation (MICP) process is a novel soil improvement method. Biocement can improve significantly the properties of soils by binding soil particles to increase the shear strength or filling in the pores to reduce the permeability of soil. In this paper, results of triaxial consolidated undrained (CU) tests and constant shear drained (CSD) tests on biocemented Ottawa sand are presented. In the CU tests, the biocemented sand had more dilative behaviour by showing a higher stress-strain curves and faster pore pressure reducing trends as compared with their untreated counterparts. In the CSD tests, the stress ratio q/p' at which biocemented sand became unstable was higher than that for untreated sands, implying that the biocementation will improve the stability of sand to water infiltration or liquefaction.
Biocementation due to the microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) process is a potential technique that can be used for soil improvement. However, the effect of biocementation may be affected by many factors, including nutrient concentration, bacterial strains, injection strategy, temperature, pH, and soil type. This study investigates mainly the effect of chemical concentration on the formation of calcium carbonate (e.g., quantity, size, and crystalline structure) and unconfined compressive strength (UCS) using different treatment time and chemical concentration in the biotreatment. Two chemical concentrations (0.5 and 1.0 M) and three different treatment times (2, 4, and 8 cycles) were studied. The effect of chemical concentrations on the treatment was also examined by making the total amount of chemicals injected to be the same, but using different times of treatment and chemical concentrations (8 cycles for 0.50 M and 4 cycles for 1.00 M). The UCS and CCC were measured and scanning electron microscopy (SEM) analysis was carried out. The SEM images revealed that the sizes of calcium carbonate crystals increased with an increase in chemical concentrations. The UCS values resulting from the treatments using low concentration were slightly greater than those from the treatments using high concentration, given the CCC to be more or less the same. This trend can be attributed to the size of the precipitated crystals, in which the cementation efficiency increases as the crystal size decreases, for a given CCC. Furthermore, in the high concentration treatment, two mineral types of calcium carbonate were precipitated, namely, calcite and amorphous calcium carbonate (ACC). As the crystal shape and morphology of ACC differ from those of calcite, the bonding provided by ACC can be weaker than that provided by calcite. As a result, the conditions of calcium carbonate were affected by test key factors and eventually, contributed to the UCS values.
Bio-CaCO3 is a blowout environment-friendly materials for soil improvement and sealing of rock fissures. To evaluate the chemical characteristics, shape, size and productivity of soybean urease induced CaCO3 precipitates (SUICP), experimental studies were conducted via EDS, XRD, FT-IR, TGA, BET, and SEM. Also, the conversion rate of SUICP reaction at different time were determined and analyzed. The Bio-CaCO3 product obtained by SUICP is comprehensively judged as calcite based on the results of EDS, XRD and FT-IR. The SUICP calcite precipitates are detected as spherical or ellipsoidal particles 3-6 ㎛ in diameter with nanoscale pores on their surface, and this morphology is novel. The median secondary particle size d50 is 39-88 ㎛, indicating the agglomeration of the primary calcite particles. The Bio-calcite decomposes at 650-780℃, representing a medium thermal stability. The conversion rate of SUICP reaction can reach 80% in 24h, which is much more efficient than microbially induced CaCO3 precipitation. These results reveal the knowledges of SUICP, and further direct its engineering applications. Moreover, we show an economic channel to obtain porous spherical calcite.
Microbially induced calcite precipitation (MICP) has been explored for protection and consolidation of construction materials such as concrete. In this study, we isolated 54 calcite forming bacteria from concrete pavement and selected 5 isolates which showed high specific urease activity. Also response of the 5 strains against various environmental stresses was examined. BC 4 and BC 5 showed 35% and 26% viability at heat stress ($50^{\circ}C$), respectively. BC 1 and BC 4 maintained 60.4% and 70.4% viability upon osmotic stress (1 M NaCl), respectively. Among the 5 isolates BC 4 had the highest viability upon alkaline stress (pH 10).
Qi, Yongshuai;Gao, Yufeng;Meng, Hao;He, Jia;Liu, Yang
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.1
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pp.79-90
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2022
Soybean-urease induced carbonate precipitation (EICP), as an alternative to microbially induced carbonate precipitation (MICP), was employed for soil improvement. Meanwhile, soluble calcium produced from industrial waste carbide slag powder (CSP) via the acid dissolution method was used for the EICP process. The ratio of CSP to the acetic acid solution was optimized to obtain a desirable calcium concentration with an appropriate pH. The calcium solution was then used for the sand columns test, and the engineering properties of the EICP-treated sand, including unconfined compressive strength, permeability, and calcium carbonate content, were evaluated. Results showed that the properties of the biocemented sand using the CSP derived calcium solution were comparable to those using the reagent grade CaCl2. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses revealed that spherical vaterite crystals were mainly formed when the CSP-derived calcium solution was used. In contrast, spherical calcite crystals were primarily formed as the reagent grade CaCl2 was used. This study highlighted that it was effective and sustainable to use soluble calcium produced from CSP for the EICP process.
Microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) has recently become an intelligent and environmentally friendly method for repairing cracks in concrete. To improve on this ability of microbial materials concrete repair, we applied random mutagenesis and optimization of mineralization conditions to improve the quantity and crystal form of microbially precipitated calcium carbonate. Sporosarcina pasteurii ATCC 11859 was used as the starting strain to obtain the mutant with high urease activity by atmospheric and room temperature plasma (ARTP) mutagenesis. Next, we investigated the optimal biomineralization conditions and precipitation crystal form using Plackett-Burman experimental design and response surface methodology (RSM). Biomineralization with 0.73 mol/l calcium chloride, 45 g/l urea, reaction temperature of 45℃, and reaction time of 22 h, significantly increased the amount of precipitated calcium carbonate, which was deposited in the form of calcite crystals. Finally, the repair of concrete using the optimized biomineralization process was evaluated. A comparison of water absorption and adhesion of concrete specimens before and after repairs showed that concrete cracks and surface defects could be efficiently repaired. This study provides a new method to engineer biocementing material for concrete repair.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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