فطرت ڈاٹ کام پر جانے کا شکریہ۔ آپ جس براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے محدود CSS سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ براؤزر کا تازہ ترین ورژن استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو بند کردیں)۔ مزید برآں، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، اس سائٹ میں اسٹائل یا جاوا اسکرپٹ شامل نہیں ہوگا۔
مٹی کے طوفان زراعت، انسانی صحت، نقل و حمل کے نیٹ ورکس اور انفراسٹرکچر پر تباہ کن اثرات کی وجہ سے دنیا کے کئی ممالک کے لیے سنگین خطرہ ہیں۔ نتیجے کے طور پر، ہوا کے کٹاؤ کو ایک عالمی مسئلہ سمجھا جاتا ہے۔ ہوا کے کٹاؤ کو روکنے کے لیے ماحول دوست طریقوں میں سے ایک مائکروبیل انڈسڈ کاربونیٹ ورن (MICP) کا استعمال ہے۔ تاہم، یوریا کے انحطاط پر مبنی MICP کی ضمنی مصنوعات، جیسے امونیا، جب بڑی مقدار میں تیار کی جاتی ہیں تو مثالی نہیں ہیں۔ یہ مطالعہ یوریا پیدا کیے بغیر MICP کے انحطاط کے لیے کیلشیم فارمیٹ بیکٹیریا کے دو فارمولیشنز پیش کرتا ہے اور ان کی کارکردگی کا جامع طور پر غیر امونیا پیدا کرنے والے کیلشیم ایسیٹیٹ بیکٹیریا کی دو فارمولیشنوں سے موازنہ کرتا ہے۔ جن بیکٹیریا پر غور کیا جاتا ہے وہ ہیں Bacillus subtilis اور Bacillus amyloliquefaciens۔ سب سے پہلے، CaCO3 کی تشکیل کو کنٹرول کرنے والے عوامل کی اصلاح شدہ اقدار کا تعین کیا گیا۔ اس کے بعد ونڈ ٹنل ٹیسٹ ریت کے ٹیلے کے نمونوں پر کیے گئے جن کا علاج آپٹیمائزڈ فارمولیشنز کے ساتھ کیا گیا، اور ہوا کے کٹاؤ کی مزاحمت، حد سے نکلنے کی رفتار، اور ریت کی بمباری کی مزاحمت کی پیمائش کی گئی۔ کیلشیم کاربونیٹ (CaCO3) allomorphs کا آپٹیکل مائکروسکوپی، اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM)، اور ایکس رے ڈفریکشن تجزیہ کا استعمال کرتے ہوئے جائزہ لیا گیا۔ کیلشیم کاربونیٹ کی تشکیل کے لحاظ سے کیلشیم فارمیٹ پر مبنی فارمولیشنز نے ایسیٹیٹ پر مبنی فارمولیشنز سے نمایاں طور پر بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔ اس کے علاوہ، B. subtilis نے B. amyloliquefaciens سے زیادہ کیلشیم کاربونیٹ پیدا کیا۔ SEM مائیکروگرافس نے واضح طور پر کیلشیم کاربونیٹ پر فعال اور غیر فعال بیکٹیریا کے بائنڈنگ اور امپرنٹنگ کو دکھایا جو تلچھٹ کی وجہ سے ہوتا ہے۔ تمام فارمولیشنوں نے ہوا کے کٹاؤ کو نمایاں طور پر کم کیا۔
ہوا کے کٹاؤ کو ایک طویل عرصے سے خشک اور نیم خشک علاقوں جیسے کہ جنوب مغربی ریاستہائے متحدہ، مغربی چین، صحارا افریقہ، اور مشرق وسطی کے بیشتر علاقوں کا سامنا کرنے والے ایک بڑے مسئلے کے طور پر تسلیم کیا گیا ہے۔ خشک اور زیادہ خشک آب و ہوا میں کم بارش نے ان خطوں کے بڑے حصوں کو صحراؤں، ریت کے ٹیلوں اور غیر کاشت شدہ زمینوں میں تبدیل کر دیا ہے۔ ہوا کا مسلسل کٹاؤ بنیادی ڈھانچے جیسے ٹرانسپورٹیشن نیٹ ورکس، زرعی زمین اور صنعتی زمین کے لیے ماحولیاتی خطرات کا باعث بنتا ہے، جس کی وجہ سے ان خطوں میں حالات زندگی خراب ہوتے ہیں اور شہری ترقی کے زیادہ اخراجات ہوتے ہیں۔ اہم بات یہ ہے کہ ہوا کا کٹاؤ نہ صرف اس جگہ پر اثر انداز ہوتا ہے جہاں یہ واقع ہوتا ہے بلکہ دور دراز کی آبادیوں میں صحت اور معاشی مسائل کا بھی سبب بنتا ہے کیونکہ یہ ہوا کے ذریعے ذرات کو ماخذ 5,6 سے دور علاقوں تک پہنچاتا ہے۔
ہوا کے کٹاؤ پر قابو پانا ایک عالمی مسئلہ ہے۔ ہوا کے کٹاؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے مٹی کے استحکام کے مختلف طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔ ان طریقوں میں واٹر ایپلی کیشن 7، آئل ملچس 8، بائیو پولیمر 5، مائکروبیل انڈسڈ کاربونیٹ پریپیٹیشن (MICP) 9,10,11,12 اور انزائم انڈسڈ کاربونیٹ پریپیٹیشن (EICP)1 جیسے مواد شامل ہیں۔ مٹی کو گیلا کرنا کھیت میں دھول دبانے کا ایک معیاری طریقہ ہے۔ تاہم، اس کا تیز بخارات بنجر اور نیم خشک علاقوں میں اس طریقہ کار کو محدود کر دیتا ہے۔ تیل ملچنگ مرکبات کا اطلاق ریت کی ہم آہنگی اور انٹر پارٹیکل رگڑ کو بڑھاتا ہے۔ ان کی مربوط جائیداد ریت کے دانے کو ایک ساتھ باندھتی ہے۔ تاہم، تیل کے ملچ دیگر مسائل بھی پیدا کرتے ہیں۔ ان کا گہرا رنگ گرمی کے جذب کو بڑھاتا ہے اور پودوں اور مائکروجنزموں کی موت کا باعث بنتا ہے۔ ان کی بدبو اور دھوئیں سے سانس کے مسائل پیدا ہو سکتے ہیں، اور خاص طور پر ان کی زیادہ قیمت ایک اور رکاوٹ ہے۔ بائیو پولیمر ہوا کے کٹاؤ کو کم کرنے کے لیے حال ہی میں تجویز کردہ ماحول دوست طریقوں میں سے ایک ہیں۔ وہ قدرتی ذرائع جیسے پودوں، جانوروں اور بیکٹیریا سے نکالے جاتے ہیں۔ Xanthan گم، guar گم، chitosan اور gellan گم انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والے بائیو پولیمر ہیں5۔ تاہم، پانی میں گھلنشیل بائیو پولیمر طاقت کھو سکتے ہیں اور پانی کے سامنے آنے پر مٹی سے باہر نکل سکتے ہیں13,14۔ EICP کو متعدد ایپلی کیشنز کے لیے دھول دبانے کا ایک مؤثر طریقہ دکھایا گیا ہے جس میں کچی سڑکیں، ٹیلنگ تالاب اور تعمیراتی مقامات شامل ہیں۔ اگرچہ اس کے نتائج حوصلہ افزا ہیں، لیکن کچھ ممکنہ خرابیوں پر غور کیا جانا چاہیے، جیسے لاگت اور نیوکلیشن سائٹس کی کمی (جو CaCO3 کرسٹل 15,16 کی تشکیل اور بارش کو تیز کرتی ہے)۔
MICP کو سب سے پہلے 19ویں صدی کے آخر میں مرے اور ارون (1890) اور اسٹین مین (1901) نے سمندری مائکروجنزموں کے ذریعے یوریا کے انحطاط کے مطالعہ میں بیان کیا تھا۔ MICP ایک قدرتی طور پر پائے جانے والا حیاتیاتی عمل ہے جس میں مختلف قسم کی مائکروبیل سرگرمیاں اور کیمیائی عمل شامل ہیں جس میں کیلشیم کاربونیٹ ماحول میں کیلشیم آئنوں کے ساتھ مائکروبیل میٹابولائٹس سے کاربونیٹ آئنوں کے رد عمل سے تیار ہوتا ہے۔ ایم آئی سی پی جس میں یوریا ڈیگریڈنگ نائٹروجن سائیکل شامل ہے (یوریا ڈیگریڈنگ ایم آئی سی پی) مائکروبیل انڈسڈ کاربونیٹ ورن کی سب سے عام قسم ہے، جس میں بیکٹیریا کے ذریعہ تیار کردہ یوریس یوریا کے ہائیڈولیسس کو اتپریرک کرتا ہے
MICP میں نامیاتی نمک کے آکسیڈیشن کے کاربن سائیکل (MICP بغیر یوریا کے انحطاط کی قسم) میں، ہیٹروٹروفک بیکٹیریا نامیاتی نمکیات جیسے کہ ایسیٹیٹ، لییکٹیٹ، سائٹریٹ، سوکسینٹ، آکسالیٹ، میلیٹ اور گلائی آکسیلیٹ کو کاربونیٹ معدنیات پیدا کرنے کے لیے توانائی کے ذرائع کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ کاربن ماخذ اور کیلشیم آئنوں کے طور پر کیلشیم لییکٹیٹ کی موجودگی میں، کیلشیم کاربونیٹ کی تشکیل کا کیمیائی رد عمل مساوات (5) میں دکھایا گیا ہے۔
MICP کے عمل میں، بیکٹیریل خلیے نیوکلیشن سائٹس فراہم کرتے ہیں جو خاص طور پر کیلشیم کاربونیٹ کے ورن کے لیے اہم ہوتے ہیں۔ بیکٹیریل سیل کی سطح منفی طور پر چارج ہوتی ہے اور یہ کیلشیم آئنوں جیسے متضاد کیشنز کے لیے ایک جذب کے طور پر کام کر سکتی ہے۔ بیکٹیریل خلیات پر کیلشیم آئنوں کو جذب کرنے سے، جب کاربونیٹ آئن کا ارتکاز کافی ہوتا ہے، تو کیلشیم کیشنز اور کاربونیٹ ایونز رد عمل ظاہر کرتے ہیں اور کیلشیم کاربونیٹ بیکٹیریل سطح پر 29,30 پر تیز ہو جاتا ہے۔ اس عمل کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے 31,32:
بائیو جنریٹڈ کیلشیم کاربونیٹ کرسٹل کو تین اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: کیلسائٹ، ویٹرائٹ اور آراگونائٹ۔ ان میں، کیلسائٹ اور ویٹیرائٹ سب سے زیادہ عام بیکٹیریا سے متاثر کیلشیم کاربونیٹ ایلومورفس 33,34 ہیں۔ کیلسائٹ تھرموڈینامک طور پر سب سے زیادہ مستحکم کیلشیم کاربونیٹ ایلومورف 35 ہے۔ اگرچہ ویٹیرائٹ کو میٹاسٹیبل ہونے کی اطلاع دی گئی ہے، لیکن یہ بالآخر کیلسائٹ 36,37 میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ ویٹرائٹ ان کرسٹل میں سب سے گھنا ہے۔ یہ ایک ہیکساگونل کرسٹل ہے جو اپنے بڑے سائز کی وجہ سے دوسرے کیلشیم کاربونیٹ کرسٹل سے بہتر سوراخ بھرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ یوریا ڈیگریڈڈ اور یوریا انڈیگریڈڈ MICP دونوں ہی 13,39,40,41 vaterite کے ورن کا باعث بن سکتے ہیں۔
اگرچہ MICP نے مسائل زدہ زمینوں اور ہوا کے کٹاؤ کے لیے حساس مٹیوں کو مستحکم کرنے میں امید افزا صلاحیت ظاہر کی ہے، لیکن یوریا ہائیڈولیسس کی ضمنی مصنوعات میں سے ایک امونیا ہے، جو نمائش کی سطح کے لحاظ سے ہلکے سے شدید صحت کے مسائل کا سبب بن سکتا ہے۔ یہ ضمنی اثر اس مخصوص ٹیکنالوجی کے استعمال کو متنازعہ بنا دیتا ہے، خاص طور پر جب بڑے علاقوں کا علاج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ دھول دبانے کے لیے۔ اس کے علاوہ، امونیا کی بدبو ناقابل برداشت ہوتی ہے جب یہ عمل اعلیٰ درخواست کی شرح اور بڑی مقدار میں کیا جاتا ہے، جو اس کے عملی اطلاق کو متاثر کر سکتا ہے۔ اگرچہ حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ امونیم آئنوں کو دیگر مصنوعات جیسے سٹروائٹ میں تبدیل کر کے کم کیا جا سکتا ہے، لیکن یہ طریقے امونیم آئنز50 کو مکمل طور پر نہیں ہٹاتے ہیں۔ لہذا، اب بھی ایسے متبادل حل تلاش کرنے کی ضرورت ہے جو امونیم آئن پیدا نہیں کرتے ہیں۔ MICP کے لیے نان یوریا انحطاط کے راستوں کا استعمال ایک ممکنہ حل فراہم کر سکتا ہے جو ہوا کے کٹاؤ کو کم کرنے کے تناظر میں ناقص طور پر تلاش کیا گیا ہے۔ الفتحی وغیرہ۔ کیلشیم ایسیٹیٹ اور بیسیلس میگاٹیریم 41 کا استعمال کرتے ہوئے یوریا سے پاک MICP انحطاط کی تحقیقات کی، جبکہ Mohebbi et al. استعمال شدہ کیلشیم ایسیٹیٹ اور بیسیلس ایمیلولیکیفاسینس9۔ تاہم، ان کے مطالعہ کا موازنہ دیگر کیلشیم ذرائع اور ہیٹروٹروفک بیکٹیریا سے نہیں کیا گیا جو بالآخر ہوا کے کٹاؤ کے خلاف مزاحمت کو بہتر بنا سکتے ہیں۔ ہوا کے کٹاؤ کو کم کرنے میں یوریا سے پاک انحطاط کے راستوں کا یوریا کے انحطاط کے راستوں سے موازنہ کرنے والے ادب کی بھی کمی ہے۔
اس کے علاوہ، زیادہ تر ہوا کے کٹاؤ اور دھول پر قابو پانے کے مطالعے فلیٹ سطحوں کے ساتھ مٹی کے نمونوں پر کیے گئے ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ ریت کے ٹیلے صحرائی علاقوں میں زمین کی تزئین کی سب سے عام خصوصیت ہیں۔
مذکورہ بالا خامیوں کو دور کرنے کے لیے، اس تحقیق کا مقصد غیر امونیا پیدا کرنے والے بیکٹیریل ایجنٹوں کا ایک نیا مجموعہ متعارف کرانا تھا۔ اس مقصد کے لیے، ہم نے نان یوریا ڈیگریجنگ MICP کے راستوں پر غور کیا۔ کیلشیم کے دو ذرائع (کیلشیم فارمیٹ اور کیلشیم ایسیٹیٹ) کی کارکردگی کی چھان بین کی گئی۔ مصنفین کے بہترین علم کے مطابق، دو کیلشیم ماخذ اور بیکٹیریا کے امتزاج (یعنی کیلشیم فارمیٹ-بیسلس سبٹیلس اور کیلشیم فارمیٹ-بیسلس امائلولیکیفیسیئنز) کا استعمال کرتے ہوئے کاربونیٹ کی بارش کی پچھلے مطالعات میں تحقیق نہیں کی گئی ہے۔ ان بیکٹیریا کا انتخاب ان انزائمز پر مبنی تھا جو وہ پیدا کرتے ہیں جو کیلشیم فارمیٹ اور کیلشیم ایسیٹیٹ کے آکسیڈیشن کو متحرک کرتے ہیں تاکہ مائکروبیل کاربونیٹ ورن بناتے ہیں۔ ہم نے پی ایچ، بیکٹیریا کی اقسام اور کیلشیم کے ذرائع اور ان کے ارتکاز، کیلشیم سورس سلوشن میں بیکٹیریا کا تناسب اور علاج کے وقت جیسے بہترین عوامل کو تلاش کرنے کے لیے ایک مکمل تجرباتی مطالعہ ڈیزائن کیا۔ آخر میں، کیلشیم کاربونیٹ ورن کے ذریعے ہوا کے کٹاؤ کو دبانے میں بیکٹیریل ایجنٹوں کے اس مجموعہ کی تاثیر کی جانچ ریت کے ٹیلوں پر ونڈ ٹنل ٹیسٹوں کی ایک سیریز کے ذریعے کی گئی تاکہ ہوا کے کٹاؤ کی شدت، حد سے نکلنے والی رفتار اور ہوا کی بمباری کی مزاحمت کا تعین کیا جا سکے۔ پھیلاؤ (XRD) تجزیہ اور اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM)) بھی انجام دیا گیا۔
کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار کے لیے کیلشیم آئنوں اور کاربونیٹ آئنوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ کیلشیم آئن مختلف کیلشیم ذرائع سے حاصل کیے جا سکتے ہیں جیسے کیلشیم کلورائیڈ، کیلشیم ہائیڈرو آکسائیڈ، اور سکم دودھ پاؤڈر54,55۔ کاربونیٹ آئن مختلف مائکروبیل طریقوں جیسے یوریا ہائیڈولیسس اور نامیاتی مادے کے ایروبک یا اینیروبک آکسیکرن سے تیار کیے جاسکتے ہیں۔ اس مطالعہ میں، کاربونیٹ آئن فارمیٹ اور ایسیٹیٹ کے آکسیکرن رد عمل سے حاصل کیے گئے تھے۔ اس کے علاوہ، ہم نے خالص کیلشیم کاربونیٹ پیدا کرنے کے لیے فارمیٹ اور ایسیٹیٹ کے کیلشیم نمکیات کا استعمال کیا، اس طرح صرف CO2 اور H2O بطور ضمنی مصنوعات حاصل کیے گئے۔ اس عمل میں، صرف ایک مادہ کیلشیم کے ذریعہ اور کاربونیٹ کے ذریعہ کے طور پر کام کرتا ہے، اور کوئی امونیا پیدا نہیں ہوتا ہے۔ یہ خصوصیات کیلشیم کا ذریعہ اور کاربونیٹ کی پیداوار کا طریقہ بناتی ہیں جسے ہم نے بہت امید افزا سمجھا۔
کیلشیم کاربونیٹ بنانے کے لیے کیلشیم فارمیٹ اور کیلشیم ایسیٹیٹ کے متعلقہ رد عمل فارمولوں (7)-(14) میں دکھائے گئے ہیں۔ فارمولے (7)-(11) سے پتہ چلتا ہے کہ کیلشیم فارمیٹ پانی میں گھل کر فارمک ایسڈ یا فارمیٹ بناتا ہے۔ اس طرح حل مفت کیلشیم اور ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کا ذریعہ ہے (فارمولہ 8 اور 9)۔ فارمک ایسڈ کے آکسیکرن کے نتیجے میں، فارمک ایسڈ میں کاربن کے ایٹم کاربن ڈائی آکسائیڈ (فارمولہ 10) میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ کیلشیم کاربونیٹ بالآخر بنتا ہے (فارمولا 11 اور 12)۔
اسی طرح، کیلشیم کاربونیٹ کیلشیم ایسیٹیٹ (مساوات 13–15) سے بنتا ہے، سوائے اس کے کہ فارمک ایسڈ کی بجائے ایسٹک ایسڈ یا ایسٹیٹ بنتا ہے۔
خامروں کی موجودگی کے بغیر، ایسیٹیٹ اور فارمیٹ کو کمرے کے درجہ حرارت پر آکسائڈائز نہیں کیا جا سکتا۔ FDH (formate dehydrogenase) اور CoA (coenzyme A) فارمیٹ اور ایسیٹیٹ کے آکسیڈیشن کو کاربن ڈائی آکسائیڈ بنانے کے لیے اتپریرک کرتے ہیں، بالترتیب (Eqs. 16, 17) 57, 58, 59۔ مختلف بیکٹیریا ان انزائمز کو پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں، اور bactrophlicia (بیکٹیریا) نامی ذیلی قسم کے بیکٹیریا۔ #1204 (فارسی قسم کا کلچر کلیکشن)، جسے NCIMB #13061 بھی کہا جاتا ہے (بیکٹیریا، خمیر، فیج، پلازمیڈز، پلانٹ سیڈز اور پلانٹ سیل ٹشو کلچرز کا بین الاقوامی مجموعہ)) اور Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732)، NCIMB #1732، NCIMB اس مطالعہ میں استعمال کیے گئے تھے۔ یہ بیکٹیریا ایک درمیانے درجے میں تیار کیے گئے تھے جس میں گوشت پیپٹون (5 جی/ ایل) اور گوشت کا عرق (3 جی/ ایل) تھا، جسے نیوٹرینٹ شوربہ (NBR) (105443 مرک) کہتے ہیں۔
اس طرح، دو کیلشیم ذرائع اور دو بیکٹیریا کا استعمال کرتے ہوئے کیلشیم کاربونیٹ ورن کو دلانے کے لیے چار فارمولیشنز تیار کیے گئے تھے: کیلشیم فارمیٹ اور بیسیلس سبٹیلس (ایف ایس)، کیلشیم فارمیٹ اور بیسیلس امائیلولیکیفاسیئنز (ایف اے)، کیلشیم ایسیٹیٹ اور بیسیلس سبٹیلس (اے ایس)، اور امیلینسسیکلس)۔
تجرباتی ڈیزائن کے پہلے حصے میں، زیادہ سے زیادہ کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار حاصل کرنے والے بہترین امتزاج کا تعین کرنے کے لیے ٹیسٹ کیے گئے۔ چونکہ مٹی کے نمونوں میں کیلشیم کاربونیٹ موجود تھا، ابتدائی تشخیصی ٹیسٹوں کا ایک سیٹ مختلف امتزاج سے تیار کردہ CaCO3 کو درست طریقے سے ماپنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا، اور کلچر میڈیم اور کیلشیم سورس سلوشنز کے مرکب کا جائزہ لیا گیا تھا۔ اوپر بیان کیے گئے کیلشیم سورس اور بیکٹیریا سلوشن کے ہر ایک مجموعہ کے لیے (FS, FA, AS, اور AA)، اصلاحی عوامل (کیلشیم سورس کا ارتکاز، کیورنگ ٹائم، بیکٹیریا سلوشن کا ارتکاز جو محلول کی نظری کثافت (OD) سے ماپا جاتا ہے، کیلشیم سورس ٹو بیکٹیریا سلوشن کا تناسب، اور پی ایچ ڈی ٹریٹمنٹ میں استعمال کیا جاتا ہے مندرجہ ذیل حصوں میں بیان کیا گیا ہے۔
ہر امتزاج کے لیے، CaCO3 بارش کے اثر کا مطالعہ کرنے اور مختلف عوامل کا جائزہ لینے کے لیے 150 تجربات کیے گئے، یعنی کیلشیم ماخذ کا ارتکاز، علاج کا وقت، بیکٹیریل OD قدر، کیلشیم ماخذ سے بیکٹیریل محلول کا تناسب اور نامیاتی مادے کے ایروبک آکسیڈیشن کے دوران pH (ٹیبل 1)۔ تیز تر نمو حاصل کرنے کے لیے بہتر بنائے گئے عمل کے لیے پی ایچ رینج کا انتخاب بیکیلس سبٹیلس اور بیکیلس امائلولیکیفیسیئنز کے نمو کے منحنی خطوط کی بنیاد پر کیا گیا تھا۔ نتائج کے سیکشن میں اس کی مزید تفصیل سے وضاحت کی گئی ہے۔
اصلاحی مرحلے کے لیے نمونے تیار کرنے کے لیے درج ذیل اقدامات استعمال کیے گئے تھے۔ MICP حل پہلے کلچر میڈیم کے ابتدائی pH کو ایڈجسٹ کرکے تیار کیا گیا تھا اور پھر اسے 121 ° C پر 15 منٹ کے لیے آٹوکلیو کیا گیا تھا۔ اس کے بعد اس تناؤ کو لیمینر ہوا کے بہاؤ میں ٹیکہ لگایا گیا اور 30 ​​° C اور 180 rpm پر ہلتے ہوئے انکیوبیٹر میں رکھا گیا۔ ایک بار جب بیکٹیریا کا OD مطلوبہ سطح پر پہنچ گیا، تو اسے مطلوبہ تناسب میں کیلشیم سورس محلول کے ساتھ ملایا گیا (شکل 1a)۔ MICP حل کو 220 rpm اور 30 ​​° C پر ایک ہلتے ہوئے انکیوبیٹر میں رد عمل ظاہر کرنے اور ٹھوس ہونے کی اجازت دی گئی تھی اس وقت کے لیے جو ہدف کی قیمت تک پہنچ جائے۔ 5 منٹ کے لئے 6000 جی پر سینٹرفیوگریشن کے بعد تیز CaCO3 کو الگ کیا گیا تھا اور پھر کیلسیمیٹر ٹیسٹ کے نمونے تیار کرنے کے لئے 40 ° C پر خشک کیا گیا تھا (شکل 1b)۔ اس کے بعد CaCO3 کی بارش کی پیمائش برنارڈ کیلسیمیٹر کے ذریعے کی گئی، جہاں CaCO3 پاؤڈر CO2 پیدا کرنے کے لیے 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور اس گیس کا حجم CaCO3 مواد (شکل 1c) کا ایک پیمانہ ہے۔ CO2 کے حجم کو CaCO3 مواد میں تبدیل کرنے کے لیے، خالص CaCO3 پاؤڈر کو 1 N HCl سے دھو کر اور تیار شدہ CO2 کے خلاف سازش کر کے ایک انشانکن وکر تیار کیا گیا۔ SEM امیجنگ اور XRD تجزیہ کا استعمال کرتے ہوئے تیز CaCO3 پاؤڈر کی شکل اور پاکیزگی کی تحقیقات کی گئیں۔ بیکٹیریا کے ارد گرد کیلشیم کاربونیٹ کی تشکیل، تشکیل شدہ کیلشیم کاربونیٹ کے مرحلے اور بیکٹیریا کی سرگرمی کا مطالعہ کرنے کے لیے 1000 کی میگنیفیکیشن کے ساتھ ایک نظری خوردبین کا استعمال کیا گیا۔
دیجیغ طاس ایران کے جنوب مغربی صوبہ فارس کا ایک معروف انتہائی کٹا ہوا علاقہ ہے، اور محققین نے اس علاقے سے ہوا سے کٹنے والی مٹی کے نمونے اکٹھے کیے ہیں۔ مطالعہ کے لیے نمونے مٹی کی سطح سے لیے گئے تھے۔ مٹی کے نمونوں پر انڈیکیٹر ٹیسٹوں سے پتہ چلتا ہے کہ مٹی کو گاد کے ساتھ ریتلی مٹی کو خراب ترتیب دیا گیا تھا اور اسے یونیفائیڈ سوائل کلاسیفیکیشن سسٹم (USC) (شکل 2a) کے مطابق SP-SM کے طور پر درجہ بندی کیا گیا تھا۔ XRD تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ Dejegh مٹی بنیادی طور پر کیلسائٹ اور کوارٹز (شکل 2b) پر مشتمل تھی۔ اس کے علاوہ، EDX تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ دوسرے عناصر جیسے Al، K، اور Fe بھی چھوٹے تناسب میں موجود تھے۔
ہوا کے کٹاؤ کی جانچ کے لیے لیبارٹری ٹیلوں کو تیار کرنے کے لیے، مٹی کو 170 ملی میٹر کی اونچائی سے 10 ملی میٹر قطر کے فنل کے ذریعے ایک مضبوط سطح تک کچل دیا گیا، جس کے نتیجے میں ایک عام ٹیلہ کی اونچائی 60 ملی میٹر اور قطر 210 ملی میٹر ہے۔ فطرت میں، سب سے کم کثافت والے ریت کے ٹیلے ایولین عمل سے بنتے ہیں۔ اسی طرح، مندرجہ بالا طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے تیار کردہ نمونے میں سب سے کم رشتہ دار کثافت، γ = 14.14 kN/m³ تھی، جو تقریباً 29.7° کے آرام کے زاویہ کے ساتھ افقی سطح پر جمع ریت کا شنک بناتا ہے۔
پچھلے حصے میں حاصل کردہ بہترین MICP محلول کو 1، 2 اور 3 lm-2 کی درخواست کی شرح پر ٹیلے کی ڈھلوان پر اسپرے کیا گیا اور پھر نمونوں کو ایک انکیوبیٹر میں 30 ° C (تصویر 3) پر 9 دن کے لیے محفوظ کیا گیا (یعنی بہتر ہونے کا بہترین وقت) اور پھر ٹیسٹنگ ٹنل کو ہوا کے لیے نکالا گیا۔
ہر علاج کے لیے، چار نمونے تیار کیے گئے، ایک کیلشیم کاربونیٹ مواد اور سطح کی طاقت کو پینےٹرومیٹر کے ذریعے ماپنے کے لیے، اور بقیہ تین نمونوں کو تین مختلف رفتاروں پر کٹاؤ کے ٹیسٹ کے لیے استعمال کیا گیا۔ ونڈ ٹنل ٹیسٹوں میں، کٹاؤ کی مقدار کا تعین ہوا کی مختلف رفتار سے کیا جاتا تھا، اور پھر ہر علاج کے نمونے کے لیے حد سے نکلنے والی رفتار کا تعین ہوا کی رفتار کے مقابلے کٹاؤ کی مقدار کے پلاٹ کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا تھا۔ ہوا کے کٹاؤ کے ٹیسٹ کے علاوہ، علاج شدہ نمونوں کو ریت کی بمباری کا نشانہ بنایا گیا (یعنی، جمپنگ تجربات)۔ اس مقصد کے لیے 2 اور 3 L m−2 کی درخواست کی شرح پر دو اضافی نمونے تیار کیے گئے تھے۔ ریت کی بمباری کا ٹیسٹ 120 gm−1 کے بہاؤ کے ساتھ 15 منٹ تک جاری رہا، جو کہ پچھلے مطالعات میں منتخب کردہ اقدار کی حد کے اندر ہے 60,61,62۔ کھرچنے والی نوزل ​​اور ٹیلے کی بنیاد کے درمیان افقی فاصلہ 800 ملی میٹر تھا، جو سرنگ کے نیچے سے 100 ملی میٹر اوپر واقع تھا۔ یہ پوزیشن اس طرح قائم کی گئی تھی کہ تقریباً تمام کودتے ہوئے ریت کے ذرات ٹیلے پر گرے۔
ونڈ ٹنل ٹیسٹ ایک کھلی ونڈ ٹنل میں کیا گیا جس کی لمبائی 8 میٹر، چوڑائی 0.4 میٹر اور اونچائی 1 میٹر تھی (شکل 4a)۔ ونڈ ٹنل جستی سٹیل کی چادروں سے بنی ہے اور 25 میٹر فی سیکنڈ تک ہوا کی رفتار پیدا کر سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، ایک فریکوئنسی کنورٹر کا استعمال پنکھے کی فریکوئنسی کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے اور دھیرے دھیرے تعدد کو بڑھا کر ہدف کی ہوا کی رفتار حاصل کی جاتی ہے۔ شکل 4b ہوا کے ذریعے مٹنے والے ریت کے ٹیلوں کا اسکیمیٹک خاکہ اور ہوا کی سرنگ میں ماپا ہوا ہوا کی رفتار پروفائل دکھاتا ہے۔
آخر میں، اس مطالعے میں تجویز کردہ غیر urealytic MICP فارمولیشن کے نتائج کا urealytic MICP کنٹرول ٹیسٹ کے نتائج سے موازنہ کرنے کے لیے، ٹیلے کے نمونے بھی تیار کیے گئے اور ان کا علاج حیاتیاتی محلول کے ساتھ کیا گیا جس میں یوریا، کیلشیم کلورائیڈ اور Sporosarcina pasteurii (چونکہ Sporosarcina pasteurii کی پیداوار میں نمایاں صلاحیت ہے)۔ بیکٹیریل محلول کی نظری کثافت 1.5 تھی، اور یوریا اور کیلشیم کلورائیڈ کی ارتکاز 1 M تھی (پچھلے مطالعات میں تجویز کردہ اقدار کی بنیاد پر منتخب کیا گیا 36,64,65)۔ کلچر میڈیم غذائی اجزاء کے شوربے (8 گرام/L) اور یوریا (20 g/L) پر مشتمل تھا۔ بیکٹیریل محلول کو ٹیلے کی سطح پر اسپرے کیا گیا اور بیکٹیریل اٹیچمنٹ کے لیے 24 گھنٹے کے لیے چھوڑ دیا گیا۔ منسلک ہونے کے 24 گھنٹوں کے بعد، ایک سیمنٹنگ محلول (کیلشیم کلورائیڈ اور یوریا) کا اسپرے کیا گیا۔ urealytic MICP کنٹرول ٹیسٹ کو بعد میں UMC کہا جاتا ہے۔ urealytically اور non-urealytically علاج شدہ مٹی کے نمونوں میں کیلشیم کاربونیٹ مواد Choi et al.66 کے تجویز کردہ طریقہ کار کے مطابق دھو کر حاصل کیا گیا تھا۔
شکل 5 کلچر میڈیم (غذائیت کے محلول) میں بیسیلس امائلولیکیفیسیئنز اور بیسیلس سبٹیلس کے بڑھتے ہوئے منحنی خطوط کو ظاہر کرتی ہے جس کی ابتدائی پی ایچ رینج 5 سے 10 ہے۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے، بیکیلس امائلولیکیفیسیئنز اور بیسیلس سبٹیلس بالترتیب پی ایچ 6-8 اور 7-7 پر تیزی سے بڑھے۔ لہذا، اس پی ایچ کی حد کو اصلاح کے مرحلے میں اپنایا گیا تھا۔
غذائیت کے درمیانے درجے کی مختلف ابتدائی pH اقدار پر (a) Bacillus amyloliquefaciens اور (b) Bacillus subtilis کے نمو کے منحنی خطوط۔
شکل 6 برنارڈ لائمیٹر میں پیدا ہونے والی کاربن ڈائی آکسائیڈ کی مقدار کو ظاہر کرتی ہے، جو کہ کیلشیم کاربونیٹ (CaCO3) کی نمائندگی کرتا ہے۔ چونکہ ہر ایک مرکب میں ایک عنصر طے کیا گیا تھا اور دوسرے عوامل مختلف تھے، ان گرافس پر ہر نقطہ تجربات کے اس سیٹ میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کے زیادہ سے زیادہ حجم کے مساوی ہے۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے، جیسے جیسے کیلشیم کے ماخذ کی حراستی میں اضافہ ہوا، کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار میں اضافہ ہوا۔ لہذا، کیلشیم کے ذریعہ کی حراستی براہ راست کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار کو متاثر کرتی ہے. چونکہ کیلشیم کا منبع اور کاربن ماخذ ایک جیسے ہیں (یعنی کیلشیم فارمیٹ اور کیلشیم ایسیٹیٹ)، جتنے زیادہ کیلشیم آئن خارج ہوتے ہیں، اتنا ہی زیادہ کیلشیم کاربونیٹ بنتا ہے (شکل 6a)۔ AS اور AA فارمولیشنوں میں، کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار بڑھتے ہوئے علاج کے وقت کے ساتھ بڑھتی رہی یہاں تک کہ 9 دن کے بعد بھی ورن کی مقدار میں کوئی تبدیلی نہیں ہوئی۔ ایف اے کی تشکیل میں، کیلشیم کاربونیٹ کی تشکیل کی شرح اس وقت کم ہو گئی جب علاج کا وقت 6 دن سے تجاوز کر گیا۔ دیگر فارمولیشنز کے مقابلے میں، فارمولیشن FS نے 3 دن کے بعد نسبتاً کم کیلشیم کاربونیٹ بنانے کی شرح ظاہر کی (شکل 6b)۔ فارمولیشنز FA اور FS میں، کل کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار کا 70% اور 87% تین دن کے بعد حاصل کیا گیا، جبکہ فارمولیشن AA اور AS میں، یہ تناسب بالترتیب صرف 46% اور 45% تھا۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ فارمک ایسڈ پر مبنی فارمولیشن میں ابتدائی مرحلے میں ایسیٹیٹ پر مبنی فارمولیشن کے مقابلے میں CaCO3 کی تشکیل کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، بڑھتے ہوئے علاج کے وقت کے ساتھ تشکیل کی شرح کم ہو جاتی ہے۔ شکل 6c سے یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ OD1 سے زیادہ بیکٹیریا کے ارتکاز میں بھی، کیلشیم کاربونیٹ کی تشکیل میں کوئی خاص شراکت نہیں ہے۔
CO2 کے حجم میں تبدیلی (اور متعلقہ CaCO3 مواد) جس کی پیمائش برنارڈ کیلشیمیٹر کے ذریعے کی گئی ہے (a) کیلشیم ماخذ کی حراستی، (b) ترتیب کا وقت، (c) OD، (d) ابتدائی pH، (e) کیلشیم کے ماخذ کا بیکٹیریل محلول سے تناسب (ہر فارمولیشن کے لیے)؛ اور (f) کیلشیم کاربونیٹ کی زیادہ سے زیادہ مقدار کیلشیم کے منبع اور بیکٹیریا کے ہر امتزاج کے لیے پیدا ہوتی ہے۔
میڈیم کے ابتدائی pH کے اثر کے بارے میں، شکل 6d ظاہر کرتا ہے کہ FA اور FS کے لیے، CaCO3 کی پیداوار pH 7 پر زیادہ سے زیادہ قیمت تک پہنچ گئی ہے۔ یہ مشاہدہ پچھلے مطالعات سے مطابقت رکھتا ہے کہ FDH انزائمز pH 7-6.7 پر سب سے زیادہ مستحکم ہیں۔ تاہم، AA اور AS کے لیے، جب pH 7 سے تجاوز کر گیا تو CaCO3 کی بارش میں اضافہ ہوا۔ پچھلے مطالعات نے یہ بھی ظاہر کیا کہ CoA انزائم کی سرگرمی کے لیے پی ایچ کی بہترین حد 8 سے 9.2-6.8 تک ہے۔ اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ CoA انزائم کی سرگرمی اور B. amyloliquefaciens کی نمو کے لیے بہترین pH رینجز بالترتیب (8-9.2) اور (6-8) ہیں، (شکل 5a)، AA فارمولیشن کا بہترین pH 8 ہونے کی امید ہے، اور دو pH رینجز اوورلیپ ہو جاتی ہیں۔ اس حقیقت کی تصدیق تجربات سے ہوئی، جیسا کہ شکل 6d میں دکھایا گیا ہے۔ چونکہ B. سبٹیلس نمو کے لیے زیادہ سے زیادہ پی ایچ 7-9 ہے (شکل 5b) اور CoA انزائم کی سرگرمی کے لیے زیادہ سے زیادہ پی ایچ 8-9.2 ہے، اس لیے زیادہ سے زیادہ CaCO3 ورن کی پیداوار 8-9 کی pH رینج میں متوقع ہے، جس کی تصدیق شکل 6d سے ہوتی ہے (یعنی precipitum pH)۔ شکل 6e میں دکھائے گئے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ بیکٹیریل محلول میں کیلشیم سورس سلوشن کا بہترین تناسب ایسٹیٹ اور فارمیٹ دونوں حلوں کے لیے 1 ہے۔ موازنے کے لیے، مختلف فارمولیشنز (یعنی، AA، AS، FA، اور FS) کی کارکردگی کا اندازہ مختلف حالات میں زیادہ سے زیادہ CaCO3 کی پیداوار کی بنیاد پر کیا گیا تھا (یعنی، کیلشیم سورس کا ارتکاز، علاج کا وقت، OD، کیلشیم سورس سے بیکٹیریل سلوشن کا تناسب، اور ابتدائی pH)۔ مطالعہ کیے گئے فارمولیشنوں میں، فارمولیشن FS میں سب سے زیادہ CaCO3 کی پیداوار تھی، جو کہ فارمولیشن AA (شکل 6f) سے تقریباً تین گنا تھی۔ کیلشیم کے دونوں ذرائع کے لیے بیکٹیریا سے پاک کنٹرول کے چار تجربات کیے گئے اور 30 ​​دن کے بعد کوئی CaCO3 بارش نہیں دیکھی گئی۔
تمام فارمولیشنز کی آپٹیکل مائیکروسکوپی امیجز سے پتہ چلتا ہے کہ ویٹرائٹ وہ اہم مرحلہ تھا جس میں کیلشیم کاربونیٹ بنتا تھا (شکل 7)۔ ویٹریٹ کرسٹل 69,70,71 شکل میں کروی تھے۔ یہ پایا گیا کہ کیلشیم کاربونیٹ بیکٹیریل خلیوں پر پھیل گیا کیونکہ بیکٹیریل خلیات کی سطح منفی طور پر چارج کی گئی تھی اور یہ divalent cations کے لیے جذب کرنے والے کے طور پر کام کر سکتی ہے۔ اس تحقیق میں فارمولیشن ایف ایس کو بطور مثال لیتے ہوئے، 24 گھنٹوں کے بعد، کیلشیم کاربونیٹ کچھ بیکٹیریل خلیات (شکل 7a) پر بننا شروع ہوا، اور 48 گھنٹوں کے بعد، کیلشیم کاربونیٹ کے ساتھ ملمع بیکٹیریل خلیوں کی تعداد میں نمایاں اضافہ ہوا۔ اس کے علاوہ، جیسا کہ شکل 7b میں دکھایا گیا ہے، ویٹریائٹ کے ذرات کا بھی پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ آخر کار، 72 گھنٹوں کے بعد، بیکٹریا کی ایک بڑی تعداد ویٹریٹ کرسٹل سے جکڑے ہوئے دکھائی دی، اور ویٹریٹ ذرات کی تعداد میں نمایاں اضافہ ہوا (شکل 7c)۔
وقت کے ساتھ FS کمپوزیشنز میں CaCO3 ورن کے آپٹیکل مائکروسکوپی مشاہدات: (a) 24، (b) 48 اور (c) 72 h۔
تیز رفتار مرحلے کی مورفولوجی کی مزید تحقیقات کرنے کے لئے، ایکس رے پھیلاؤ (XRD) اور پاؤڈرز کے SEM تجزیہ کیے گئے تھے۔ XRD سپیکٹرا (تصویر 8a) اور SEM مائیکرو گرافس (تصویر 8b، c) نے ویٹرائٹ کرسٹل کی موجودگی کی تصدیق کی، کیونکہ ان کی شکل لیٹش جیسی تھی اور ویٹرائٹ چوٹیوں اور تیز چوٹیوں کے درمیان خط و کتابت دیکھی گئی۔
(a) تشکیل شدہ CaCO3 اور ویٹرائٹ کے ایکس رے ڈفریکشن سپیکٹرا کا موازنہ۔ بالترتیب (b) 1 kHz اور (c) 5.27 kHz میگنیفیکیشن پر ویٹرائٹ کے SEM مائیکرو گرافس۔
ونڈ ٹنل ٹیسٹ کے نتائج کو شکل 9a، b میں دکھایا گیا ہے۔ یہ شکل 9a سے دیکھا جا سکتا ہے کہ غیر علاج شدہ ریت کی حد کے کٹاؤ کی رفتار (TDV) تقریباً 4.32 m/s ہے۔ 1 l/m² (شکل 9a) کی درخواست کی شرح پر، FA، FS، AA اور UMC کے فریکشنز کے لیے مٹی کے نقصان کی شرح کی لکیروں کی ڈھلوانیں تقریباً وہی ہیں جو علاج نہ کیے جانے والے ٹیلے کے لیے ہیں۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ اس درخواست کی شرح پر علاج غیر موثر ہے اور جیسے ہی ہوا کی رفتار TDV سے بڑھ جاتی ہے، مٹی کی پتلی پرت غائب ہو جاتی ہے اور ٹیلے کے کٹاؤ کی شرح وہی رہتی ہے جو کہ علاج نہ کیے جانے والے ٹیلے کی ہوتی ہے۔ فریکشن AS کی کٹاؤ کی ڈھلوان بھی دوسرے حصوں کی نسبت کم ہے جس میں نچلے حصے (یعنی TDV) ہیں (شکل 9a)۔ شکل 9b میں تیر اشارہ کرتے ہیں کہ ہوا کی زیادہ سے زیادہ رفتار 25 m/s پر، علاج شدہ ٹیلوں میں 2 اور 3 l/m² کی درخواست کی شرح پر کوئی کٹاؤ نہیں ہوا۔ دوسرے لفظوں میں، FS، FA، AS اور UMC کے لیے، ٹیلے ہوا کے کٹاؤ کے لیے زیادہ مزاحم تھے CaCO³ کے جمع ہونے کی وجہ سے ہوا کی زیادہ سے زیادہ رفتار (یعنی 25 m/s) کے مقابلے میں 2 اور 3 l/m² کی درخواست کی شرح پر۔ اس طرح، ان ٹیسٹوں میں حاصل کردہ 25 m/s کی TDV قدر تصویر 9b میں دکھائے گئے درخواست کی شرحوں کے لیے کم حد ہے، سوائے AA کے، جہاں TDV ہوا کی سرنگ کی زیادہ سے زیادہ رفتار کے تقریباً برابر ہے۔
ہوا کا کٹاؤ ٹیسٹ (a) وزن میں کمی بمقابلہ ہوا کی رفتار (درخواست کی شرح 1 l/m2)، (b) تھریشولڈ ٹیر آف اسپیڈ بمقابلہ درخواست کی شرح اور فارمولیشن (کیلشیم ایسیٹیٹ کے لیے CA، کیلشیم فارمیٹ کے لیے CF)۔
شکل 10 ریت کے ٹیلوں کی سطح کے کٹاؤ کو دکھاتا ہے جس کا علاج ریت کی بمباری کے ٹیسٹ کے بعد مختلف فارمولیشنز اور درخواست کی شرحوں کے ساتھ کیا گیا ہے اور مقداری نتائج شکل 11 میں دکھائے گئے ہیں۔ علاج نہ کیے جانے والے کیس کو نہیں دکھایا گیا کیونکہ اس نے کوئی مزاحمت نہیں دکھائی اور ریت کی بمباری کے ٹیسٹ کے دوران مکمل طور پر ختم ہو گیا (مکمل بڑے پیمانے پر نقصان)۔ شکل 11 سے یہ واضح ہے کہ بائیو کمپوزیشن AA کے ساتھ علاج کیا گیا نمونہ 2 l/m2 کی درخواست کی شرح سے اپنے وزن کا 83.5% کھو گیا جبکہ دیگر تمام نمونوں نے ریت کی بمباری کے عمل کے دوران 30% سے کم کٹاؤ دکھایا۔ جب درخواست کی شرح کو 3 l/m2 تک بڑھایا گیا تو، تمام علاج شدہ نمونے اپنے وزن کے 25% سے بھی کم کھو گئے۔ درخواست کی دونوں شرحوں پر، کمپاؤنڈ FS نے ریت کی بمباری کے خلاف بہترین مزاحمت کا مظاہرہ کیا۔ FS اور AA کے علاج شدہ نمونوں میں زیادہ سے زیادہ اور کم سے کم بمباری کی مزاحمت کو ان کی زیادہ سے زیادہ اور کم سے کم CaCO3 ورن (شکل 6f) سے منسوب کیا جا سکتا ہے۔
2 اور 3 l/m2 کے بہاؤ کی شرح پر مختلف مرکبات کے ریت کے ٹیلوں پر بمباری کے نتائج (تیر ہوا کی سمت کی نشاندہی کرتے ہیں، کراسز ہوا کی سمت کو ڈرائنگ کے ہوائی جہاز پر کھڑے ہونے کی نشاندہی کرتے ہیں)۔
جیسا کہ شکل 12 میں دکھایا گیا ہے، تمام فارمولوں کے کیلشیم کاربونیٹ مواد میں اضافہ ہوا کیونکہ درخواست کی شرح 1 L/m² سے بڑھ کر 3 L/m² ہو گئی۔ اس کے علاوہ، تمام درخواست کی شرحوں پر، سب سے زیادہ کیلشیم کاربونیٹ مواد والا فارمولا FS تھا، اس کے بعد FA اور UMC۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ ان فارمولوں میں سطح کی مزاحمت زیادہ ہو سکتی ہے۔
شکل 13a غیر علاج شدہ، کنٹرول اور علاج شدہ مٹی کے نمونوں کی سطح کی مزاحمت میں تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے جس کی پیمائش پرمی میٹر ٹیسٹ کے ذریعے کی گئی ہے۔ اس اعداد و شمار سے، یہ واضح ہے کہ درخواست کی شرح میں اضافے کے ساتھ UMC، AS، FA اور FS فارمولیشنوں کی سطح کی مزاحمت میں نمایاں اضافہ ہوا ہے۔ تاہم، سطح کی طاقت میں اضافہ AA کی تشکیل میں نسبتاً کم تھا۔ جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے، غیر یوریا ڈیگریڈڈ MICP کے FA اور FS فارمولیشنز میں یوریا ڈیگریڈڈ MICP کے مقابلے بہتر سطح کی پارگمیتا ہے۔ شکل 13b مٹی کی سطح کی مزاحمت کے ساتھ TDV میں تبدیلی کو ظاہر کرتی ہے۔ اس اعداد و شمار سے، یہ واضح طور پر ظاہر ہوتا ہے کہ 100 kPa سے زیادہ سطح کی مزاحمت والے ٹیلوں کے لیے، حد کو اتارنے کی رفتار 25 m/s سے زیادہ ہوگی۔ چونکہ صورتحال میں سطح کی مزاحمت کو آسانی سے پارمی میٹر سے ماپا جا سکتا ہے، اس لیے یہ علم ونڈ ٹنل ٹیسٹنگ کی غیر موجودگی میں TDV کا اندازہ لگانے میں مدد کر سکتا ہے، اس طرح فیلڈ ایپلی کیشنز کے لیے کوالٹی کنٹرول اشارے کے طور پر کام کرتا ہے۔
SEM کے نتائج شکل 14 میں دکھائے گئے ہیں۔ اعداد و شمار 14a-b غیر علاج شدہ مٹی کے نمونے کے بڑھے ہوئے ذرات کو ظاہر کرتا ہے، جو واضح طور پر اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ یہ مربوط ہے اور اس میں کوئی قدرتی بندھن یا سیمنٹیشن نہیں ہے۔ شکل 14c کنٹرول کے نمونے کا SEM مائیکرو گراف دکھاتا ہے جس کا علاج یوریا کی کمی والے MICP کے ساتھ کیا جاتا ہے۔ یہ تصویر کیلسائٹ پولیمورف کے طور پر CaCO3 precipitates کی موجودگی کو ظاہر کرتی ہے۔ جیسا کہ اعداد و شمار 14d-o میں دکھایا گیا ہے، تیز CaCO3 ذرات کو ایک ساتھ باندھتا ہے۔ SEM مائیکروگرافس میں کروی ویٹریٹ کرسٹل کی بھی شناخت کی جا سکتی ہے۔ اس مطالعہ اور پچھلے مطالعات کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ CaCO3 بانڈز جو ویٹریائٹ پولیمورفس کے طور پر تشکیل پاتے ہیں وہ بھی معقول میکانکی طاقت فراہم کر سکتے ہیں۔ ہمارے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ سطح کی مزاحمت 350 kPa تک بڑھ جاتی ہے اور حد سے علیحدگی کی رفتار 4.32 سے بڑھ کر 25 m/s سے زیادہ ہو جاتی ہے۔ یہ نتیجہ پچھلے مطالعات کے نتائج سے مطابقت رکھتا ہے کہ MICP-precipitated CaCO3 کا میٹرکس vaterite ہے، جس میں معقول مکینیکل طاقت اور ہوا کے کٹاؤ کی مزاحمت 13,40 ہے اور یہ فیلڈ ماحولیاتی حالات کے سامنے آنے کے 180 دنوں کے بعد بھی ہوا کے کٹاؤ کی معقول مزاحمت کو برقرار رکھ سکتا ہے۔
(a، b) غیر علاج شدہ مٹی کے SEM مائیکروگرافس، (c) MICP یوریا کے انحطاط پر کنٹرول، (df) AA- علاج شدہ نمونے، (gi) AS- علاج شدہ نمونے، (jl) FA- علاج شدہ نمونے، اور (mo) FS- علاج شدہ نمونے 3 L/m2 کی درخواست کی شرح پر مختلف میگنیفیکیشنز پر۔
شکل 14d-f سے پتہ چلتا ہے کہ AA مرکبات کے ساتھ علاج کے بعد، کیلشیم کاربونیٹ کو سطح پر اور ریت کے دانے کے درمیان چھوڑ دیا گیا تھا، جبکہ کچھ بغیر کوٹے ہوئے ریت کے دانے بھی دیکھے گئے تھے۔ AS اجزاء کے لیے، اگرچہ CaCO3 کی مقدار میں نمایاں اضافہ نہیں ہوا (تصویر 6f)، CaCO3 کی وجہ سے ریت کے دانے کے درمیان رابطوں کی مقدار AA مرکبات (تصویر 14g-i) کے مقابلے میں نمایاں طور پر بڑھ گئی۔
اعداد و شمار 14j-l اور 14m-o سے یہ واضح ہے کہ کیلشیم فارمیٹ کا کیلشیم ماخذ کے طور پر استعمال AS کمپاؤنڈ کے مقابلے CaCO3 ورن میں مزید اضافہ کا باعث بنتا ہے، جو کہ شکل 6f میں کیلشیم میٹر کی پیمائش کے مطابق ہے۔ ایسا لگتا ہے کہ یہ اضافی CaCO3 بنیادی طور پر ریت کے ذرات پر جمع ہوتا ہے اور ضروری نہیں کہ رابطے کے معیار کو بہتر بنائے۔ یہ پہلے سے مشاہدہ شدہ رویے کی تصدیق کرتا ہے: CaCO3 ورن کی مقدار میں فرق کے باوجود (شکل 6f)، تین فارمولیشنز (AS، FA اور FS) اینٹی ایولین (ونڈ) کارکردگی (فگر 11) اور سطح کی مزاحمت (شکل 13a) کے لحاظ سے نمایاں طور پر مختلف نہیں ہیں۔
CaCO3 لیپت بیکٹیریل خلیات اور تیز کرسٹل پر بیکٹیریل امپرنٹ کو بہتر انداز میں دیکھنے کے لیے، ہائی میگنیفیکیشن SEM مائیکروگرافس لیے گئے اور نتائج شکل 15 میں دکھائے گئے ہیں۔ جیسا کہ دکھایا گیا ہے، کیلشیم کاربونیٹ بیکٹیریل سیلز پر تیزی سے گرتا ہے اور اس کے لیے ضروری مرکزے فراہم کرتا ہے۔ اعداد و شمار میں CaCO3 کے ذریعہ متحرک اور غیر فعال روابط کو بھی دکھایا گیا ہے۔ یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ غیر فعال روابط میں کوئی بھی اضافہ لازمی طور پر میکانکی رویے میں مزید بہتری کا باعث نہیں بنتا۔ لہٰذا، CaCO3 ورن میں اضافہ ضروری نہیں کہ زیادہ میکانکی طاقت کا باعث بنے اور بارش کا نمونہ ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔ اس نکتے کا مطالعہ ترزیس اور لعلوی 72 اور سوغی اور الکبانی 45,73 میں بھی کیا گیا ہے۔ بارش کے پیٹرن اور مکینیکل طاقت کے درمیان تعلق کو مزید دریافت کرنے کے لیے، µCT امیجنگ کا استعمال کرتے ہوئے MICP مطالعات کی سفارش کی جاتی ہے، جو اس مطالعے کے دائرہ کار سے باہر ہے (یعنی امونیا سے پاک MICP کے لیے کیلشیم کے ماخذ اور بیکٹیریا کے مختلف امتزاج کو متعارف کرانا)۔
CaCO3 نے (a) AS کمپوزیشن اور (b) FS کمپوزیشن کے ساتھ علاج کیے گئے نمونوں میں فعال اور غیر فعال بانڈز کی حوصلہ افزائی کی اور تلچھٹ پر بیکٹیریل خلیات کا ایک نشان چھوڑا۔
جیسا کہ اعداد و شمار 14j-o اور 15b میں دکھایا گیا ہے، ایک CaCO فلم ہے (EDX تجزیہ کے مطابق، فلم میں ہر عنصر کی فی صد ساخت کاربن 11%، آکسیجن 46.62% اور کیلشیم 42.39% ہے، جو کہ شکل 16 میں CaCO کے فیصد کے بہت قریب ہے)۔ یہ فلم ویٹریٹ کرسٹل اور مٹی کے ذرات کا احاطہ کرتی ہے، جو مٹی کے تلچھٹ کے نظام کی سالمیت کو برقرار رکھنے میں مدد کرتی ہے۔ اس فلم کی موجودگی صرف فارمیٹ پر مبنی فارمولیشن کے ساتھ علاج کیے گئے نمونوں میں دیکھی گئی۔
جدول 2 پچھلے مطالعات اور اس مطالعے میں یوریا-ڈیگریڈنگ اور غیر یوریا-ڈیگریجنگ MICP راستوں کے ساتھ علاج کی گئی مٹی کی سطح کی طاقت، حد سے الگ ہونے کی رفتار، اور بایو انڈیسڈ CaCO3 مواد کا موازنہ کرتا ہے۔ MICP سے علاج شدہ ٹیلوں کے نمونوں کی ہوا کے کٹاؤ کی مزاحمت پر مطالعہ محدود ہیں۔ مینگ وغیرہ۔ لیف بلور کا استعمال کرتے ہوئے MICP سے علاج شدہ یوریا ڈیگریڈنگ ٹیلوں کے نمونوں کی ہوا کے کٹاؤ کی مزاحمت کی تحقیقات کی گئی، 13 جبکہ اس تحقیق میں، غیر یوریا ڈیگریڈنگ ٹیلے کے نمونے (نیز یوریا ڈیگریڈنگ کنٹرولز) کو ونڈ ٹنل میں جانچا گیا اور ان کا علاج بیکٹیریا اور سبسٹن کے چار مختلف مجموعوں سے کیا گیا۔
جیسا کہ دیکھا جا سکتا ہے، کچھ پچھلے مطالعات میں 4 L/m213,41,74 سے زیادہ درخواست کی شرح پر غور کیا گیا ہے۔ یہ بات قابل غور ہے کہ پانی کی فراہمی، نقل و حمل اور پانی کی بڑی مقدار کے استعمال سے منسلک اخراجات کی وجہ سے اقتصادی نقطہ نظر سے اعلی درخواست کی شرحیں آسانی سے فیلڈ میں لاگو نہیں ہوسکتی ہیں۔ کم درخواست کی شرحیں جیسے 1.62-2 L/m2 نے بھی 190 kPa اور TDV 25 m/s سے زیادہ سطح کی کافی اچھی طاقت حاصل کی۔ موجودہ مطالعے میں، یوریا کے انحطاط کے بغیر فارمیٹ پر مبنی MICP کے ساتھ علاج کیے جانے والے ٹیلوں نے سطح کی اعلی طاقت حاصل کی جو کہ درخواست کی شرحوں کی ایک ہی حد میں یوریا کے انحطاط کے راستے سے حاصل کیے جانے والوں سے موازنہ کی جاتی ہے (یعنی، فارمیٹ پر مبنی MICP کے ساتھ بغیر یوریا کے انحطاط کے نمونے بھی حاصل کرنے کے قابل تھے۔ تصویر 13a) درخواست کی زیادہ شرحوں پر۔ یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ 2 L/m2 کی درخواست کی شرح پر، 25 m/s کی ہوا کی رفتار سے ہوا کے کٹاؤ کو کم کرنے کے لیے کیلشیم کاربونیٹ کی پیداوار 2.25% تھی فارمیٹ پر مبنی MICP کے لیے بغیر یوریا کے انحطاط کے، جو CaCO3 کی مطلوبہ مقدار کے بہت قریب ہے۔ ایک ہی درخواست کی شرح اور ایک ہی ہوا کی رفتار (25 m/s) پر انحطاط۔
اس طرح، اس جدول سے یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ یوریا انحطاط کا راستہ اور یوریا سے پاک انحطاط کا راستہ دونوں سطح کی مزاحمت اور TDV کے لحاظ سے کافی قابل قبول کارکردگی فراہم کر سکتے ہیں۔ بنیادی فرق یہ ہے کہ یوریا سے پاک انحطاط کے راستے میں امونیا نہیں ہوتا اور اس لیے اس کا ماحولیاتی اثر کم ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، اس مطالعے میں تجویز کردہ فارمیٹ پر مبنی MICP طریقہ بغیر یوریا کے انحطاط کے ایسٹیٹ پر مبنی MICP طریقہ سے بہتر کارکردگی دکھاتا ہے۔ اگرچہ محبی وغیرہ۔ یوریا کے انحطاط کے بغیر ایسیٹیٹ پر مبنی MICP طریقہ کا مطالعہ کیا، ان کے مطالعے میں فلیٹ سطحوں پر نمونے شامل تھے۔ ٹیلے کے نمونوں کے ارد گرد ایڈی کی تشکیل اور نتیجے میں قینچ کی وجہ سے ہونے والے کٹاؤ کی اعلی ڈگری کی وجہ سے، جس کے نتیجے میں ٹی ڈی وی کم ہوتا ہے، ٹیلے کے نمونوں کا ہوا کا کٹاؤ اسی رفتار سے فلیٹ سطحوں سے زیادہ واضح ہونے کی امید ہے۔