nature.com इत्यत्र गमनार्थं धन्यवादः। भवान् यत् ब्राउजर् संस्करणं उपयुङ्क्ते तस्य CSS समर्थनं सीमितम् अस्ति । उत्तम-अनुभवाय वयं भवन्तं नवीनतमं ब्राउजर्-संस्करणं उपयोक्तुं अनुशंसयामः (अथवा Internet Explorer मध्ये संगतता-विधिं निष्क्रियं कुर्वन्तु) । तदतिरिक्तं, निरन्तरं समर्थनं सुनिश्चित्य, अस्मिन् स्थले शैल्याः वा जावास्क्रिप्ट् वा न समाविष्टाः भविष्यन्ति ।
धूलितूफानानां कृषिः, मानवस्वास्थ्यं, परिवहनजालं, आधारभूतसंरचनं च विनाशकारी प्रभावः भवति इति कारणेन विश्वस्य अनेकेभ्यः देशेभ्यः गम्भीरं खतरा वर्तते फलतः वायुक्षयः वैश्विकसमस्या इति मन्यते । वायुक्षयस्य निवारणार्थं पर्यावरणसौहृदं मार्गं सूक्ष्मजीवप्रेरितकार्बोनेट्-वृष्टेः (MICP) उपयोगः अस्ति । परन्तु यूरिया-क्षय-आधारितस्य MICP इत्यस्य उपोत्पादाः, यथा अमोनिया, यदा बृहत् परिमाणेन उत्पाद्यन्ते तदा आदर्शाः न भवन्ति । अस्मिन् अध्ययने यूरिया-उत्पादनं विना MICP-क्षयार्थं कैल्शियम-फॉर्मेट्-जीवाणुनां द्वौ सूत्रौ प्रस्तुतौ स्तः तथा च तेषां कार्यक्षमतायाः व्यापकरूपेण अमोनिया-उत्पादक-कैल्शियम-एसिटेट्-जीवाणुनाम् द्वयोः सूत्रयोः सह तुलनां करोति विचार्यमाणाः जीवाणुः बेसिलस् सबटिलिस्, बेसिलस् एमिलोलिक्वेफेसियन्स् च सन्ति । प्रथमं CaCO3 निर्माणं नियन्त्रयन्तः कारकानाम् अनुकूलितमूल्यानि निर्धारितानि । ततः अनुकूलितसूत्रैः उपचारितेषु वालुकाटीलानां नमूनासु पवनसुरङ्गपरीक्षाः कृताः, वायुक्षरणप्रतिरोधः, स्ट्रिपिंग थ्रेशोल्डवेगः, रेतबमप्रहारप्रतिरोधः च मापितः ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), एक्स-रे विवर्तन विश्लेषणस्य च उपयोगेन कैल्शियम कार्बोनेट् (CaCO3) एलोमोर्फस्य मूल्याङ्कनं कृतम् । कैल्शियम-स्वरूप-आधारित-सूत्रेषु कैल्शियम-कार्बोनेट-निर्माणस्य दृष्ट्या एसीटेट्-आधारित-सूत्रेभ्यः अपेक्षया महत्त्वपूर्णतया उत्तमं प्रदर्शनं कृतम् । तदतिरिक्तं बी. एसईएम सूक्ष्मचित्रेषु अवसादनस्य कारणेन कैल्शियमकार्बोनेट् इत्यस्य उपरि सक्रियस्य निष्क्रियजीवाणुनाम् बन्धनं मुद्रणं च स्पष्टतया दृश्यते स्म । सर्वेषु सूत्रेषु वायुक्षयस्य महती न्यूनता अभवत् ।
वायुक्षरणं दक्षिणपश्चिमसंयुक्तराज्यसंस्था, पश्चिमचीन, सहारा आफ्रिका, मध्यपूर्वस्य अधिकांशभागः इत्यादिषु शुष्क-अर्धशुष्कक्षेत्रेषु प्रमुखसमस्यारूपेण दीर्घकालं यावत् स्वीकृतम् अस्ति शुष्क-अतिशुष्कजलवायुषु न्यूनवृष्ट्या एतेषां प्रदेशानां बृहत् भागाः मरुभूमिषु, वालुकाटीलेषु, अकृष्यभूमिषु च परिणताः निरन्तरवायुक्षरणेन परिवहनजालम्, कृषिभूमिः, औद्योगिकभूमिः इत्यादीनां आधारभूतसंरचनानां कृते पर्यावरणीयखतराणि भवन्ति, येन एतेषु क्षेत्रेषु दुर्बलजीवनस्थितिः, नगरविकासस्य उच्चव्ययः च भवति2,3, महत्त्वपूर्णतया, वायुक्षरणं न केवलं तस्य स्थानं प्रभावितं करोति यत्र सः भवति, अपितु दूरस्थसमुदायेषु स्वास्थ्यं आर्थिकसमस्यां च जनयति यतः सः वायुमार्गेण कणान् स्रोतः दूरस्थेषु क्षेत्रेषु परिवहनं करोति
वायुक्षरणनियन्त्रणं वैश्विकसमस्या एव अस्ति । वायुक्षयस्य नियन्त्रणार्थं मृदास्थिरीकरणस्य विविधाः पद्धतयः उपयुज्यन्ते । एतेषु पद्धतिषु जलप्रयोग7, तैलमल्च8, जैवबहुलक5, सूक्ष्मजीवप्रेरितं कार्बोनेट् अवक्षेपणं (MICP)9,10,11,12 तथा एन्जाइमप्रेरितं कार्बोनेट् अवक्षेपणं (EICP)1 इत्यादीनि सामग्रीः सन्ति मृदा आर्द्रीकरणं क्षेत्रे धूलिनिरोधस्य मानकविधिः अस्ति । परन्तु तस्य द्रुतवाष्पीकरणेन शुष्क-अर्धशुष्कप्रदेशेषु एषा पद्धतिः सीमितप्रभावशीलतां जनयति1 । तैलमल्चिंग् यौगिकस्य प्रयोगेन वालुकासंयोजनं, अन्तरकणघर्षणं च वर्धते । तेषां समन्वयात्मकः गुणः वालुकाधान्यान् एकत्र बध्नाति; तथापि तैलस्य मलचः अन्यसमस्याः अपि उत्पद्यन्ते; तेषां कृष्णवर्णः तापशोषणं वर्धयति, वनस्पतयः सूक्ष्मजीवानां च मृत्युं जनयति । तेषां गन्धः, धूमः च श्वसनस्य समस्यां जनयितुं शक्नोति, विशेषतः तेषां उच्चव्ययः अन्यः बाधकः अस्ति । बायोपॉलिमरः वायुक्षयस्य निवारणाय सद्यः प्रस्तावितेषु पर्यावरण-अनुकूल-विधिषु अन्यतमः अस्ति; ते वनस्पतयः, पशवः, जीवाणुः इत्यादिभ्यः प्राकृतिकस्रोतेभ्यः निष्कासिताः भवन्ति । अभियांत्रिकी-अनुप्रयोगेषु ज़ैन्थन्-गमः, ग्वार-गुमः, चिटोसनः, गेलन-गुमः च सर्वाधिकं प्रयुक्ताः जैवबहुलकाः सन्ति5 । परन्तु जलविलयनशीलाः जैवबहुलकाः जलस्य सम्पर्कं प्राप्य बलं नष्टं कृत्वा मृत्तिकातः बहिः लीच कर्तुं शक्नुवन्ति13,14 । ईआईसीपी अपक्कीमार्गाः, टेलिंग्-तडागाः, निर्माणस्थलानि च समाविष्टानि विविधप्रयोगानाम् कृते प्रभावी धूलदमनपद्धतिः इति दर्शिता अस्ति यद्यपि तस्य परिणामाः उत्साहवर्धकाः सन्ति तथापि केचन सम्भाव्यदोषाः अवश्यं विचारणीयाः, यथा व्ययः तथा च नाभिकीयकरणस्थलानां अभावः (यत् CaCO3 स्फटिकानाम् निर्माणं अवक्षेपणं च त्वरयति15,16)
एम.आई.सी.पी. MICP एकः प्राकृतिकरूपेण भवति जैविकप्रक्रिया अस्ति यस्मिन् विविधाः सूक्ष्मजीवक्रियाकलापाः रासायनिकप्रक्रियाः च सन्ति यस्मिन् सूक्ष्मजीवचयापचयद्रव्येभ्यः कार्बोनेट् आयनानां वातावरणे कैल्शियमआयनानां सह प्रतिक्रियायाः कारणेन कैल्शियमकार्बोनेटस्य अवक्षेपणं भवति18, यूरिया-अपघटनकारी नाइट्रोजन-चक्रं (यूरिया-अपघटनकारी MICP) सम्मिलितं MICP सूक्ष्मजीव-प्रेरित-कार्बोनेट-वक्षेपस्य सर्वाधिकं सामान्यं प्रकारं भवति, यस्मिन् जीवाणुभिः उत्पादितः यूरेजः यूरिया-स्य जलविपाकं उत्प्रेरकं करोति20,21,22,23,24,25,26,27 निम्नलिखितरूपेण
कार्बनिक लवणस्य आक्सीकरणस्य कार्बनचक्रं सम्मिलितं MICP (यूरिया अपघटनप्रकारं विना MICP) विषमजीवाः कार्बोनेट् खनिजानाम् उत्पादनार्थं ऊर्जास्रोतरूपेण एसीटेट्, लैक्टेट्, साइट्रेट्, सुक्सिनेट्, ऑक्सालेट्, मेलेट्, ग्लाइऑक्सिलेट् इत्यादीनां कार्बनिकलवणानाम् उपयोगं कुर्वन्ति कार्बनस्रोतरूपेण कैल्शियमलैक्टेट् तथा कैल्शियम आयनानां उपस्थितौ कैल्शियमकार्बोनेटनिर्माणस्य रासायनिकविक्रिया समीकरणे (५) दर्शिता अस्ति
MICP प्रक्रियायां जीवाणुकोशिका न्यूक्लियेशनस्थानानि प्रदास्यन्ति ये कैल्शियमकार्बोनेटस्य अवक्षेपणार्थं विशेषतया महत्त्वपूर्णानि भवन्ति; जीवाणुकोशिकापृष्ठं ऋणात्मकं आभारयुक्तं भवति तथा च कैल्शियम आयन इत्यादीनां द्विसंयोजककैटशियमानाम् शोषकस्य कार्यं कर्तुं शक्नोति । जीवाणुकोशिकासु कैल्शियम-आयनानाम् शोषणेन यदा कार्बोनेट-आयन-सान्द्रता पर्याप्तं भवति तदा कैल्शियम-कैटशियमाः कार्बोनेट-आयनानि च प्रतिक्रियां कुर्वन्ति तथा च जीवाणुपृष्ठे कैल्शियमकार्बोनेटस्य अवक्षेपणं भवति29,30 प्रक्रियायाः सारांशः यथा३१,३२ इति वक्तुं शक्यते ।
जैवजनितकैल्शियमकार्बोनेट् स्फटिकाः कल्काइट्, वैटराइट्, एरागोनाइट् इति त्रयः प्रकाराः विभक्तुं शक्यन्ते । तेषु कैल्साइट्, वैटराइट् च जीवाणुप्रेरिताः कैल्शियमकार्बोनेट् एलोमोर्फाः सर्वाधिकं प्रचलन्ति३३,३४ । कैल्साइट् उष्मागतिकीदृष्ट्या सर्वाधिकं स्थिरः कैल्शियमकार्बोनेट् एलोमोर्फः अस्ति35 । यद्यपि वैटराइट् मेटास्टेबल इति ज्ञातम् अस्ति तथापि अन्ततः कैल्साइट् इत्यत्र परिणमति३६,३७ । एतेषु स्फटिकेषु वाटेराइट् सघनतमः अस्ति । इदं षट्कोणीयस्फटिकं यस्य बृहत्तरस्य आकारस्य कारणेन अन्येभ्यः कैल्शियमकार्बोनेटस्फटिकेभ्यः अपेक्षया छिद्रपूरणक्षमता उत्तमा अस्ति38 । यूरिया-अक्षयित-अक्षीण-MICP इत्येतयोः द्वयोः अपि वैटराइट्-इत्यस्य अवक्षेपणं भवितुम् अर्हति13,39,40,41 ।
यद्यपि एमआईसीपी इत्यनेन समस्याग्रस्तानां मृदानां तथा वायुक्षरणस्य प्रवणानाम् मृदाणां स्थिरीकरणे आशाजनकक्षमता दर्शिता42,43,44,45,46,47,48, तथापि यूरियाजलविघटनस्य एकः उपोत्पादः अमोनिया अस्ति, यः संसर्गस्य स्तरस्य आधारेण मृदुतः गम्भीरपर्यन्तं स्वास्थ्यसमस्यां जनयितुं शक्नोति एषः दुष्प्रभावः अस्य विशेषस्य प्रौद्योगिक्याः उपयोगं विवादास्पदं करोति, विशेषतः यदा बृहत्क्षेत्रेषु उपचारस्य आवश्यकता भवति, यथा धूलिदमनार्थम् । तदतिरिक्तं यदा प्रक्रिया उच्चप्रयोगदरेण बृहत्मात्रायां च क्रियते तदा अमोनियायाः गन्धः असह्यः भवति, येन तस्य व्यावहारिकप्रयोज्यता प्रभाविता भवितुम् अर्हति यद्यपि अद्यतन-अध्ययनेन ज्ञातं यत् अमोनियम-आयनानि स्ट्रुवाइट्-इत्यादिषु अन्येषु उत्पादेषु परिवर्त्य न्यूनीकर्तुं शक्यन्ते तथापि एताः पद्धतयः अमोनियम-आयनानि पूर्णतया न निष्कासयन्ति50 अतः अद्यापि वैकल्पिकसमाधानस्य अन्वेषणस्य आवश्यकता वर्तते येषु अमोनियम-आयनानि न उत्पद्यन्ते । एमआईसीपी कृते गैर-यूरिया-अपघटनमार्गस्य उपयोगः सम्भाव्यं समाधानं प्रदातुं शक्नोति यस्य पवन-क्षरण-शमनस्य सन्दर्भे दुर्बलतया अन्वेषणं कृतम् अस्ति फत्ताही इत्यादयः । कैल्शियम एसीटेट् तथा बेसिलस मेगेटेरियम41 इत्यस्य उपयोगेन यूरिया-रहितस्य MICP-क्षयस्य अन्वेषणं कृतम्, यदा तु मोहेब्बी इत्याख्यः । कैल्शियम एसीटेट् तथा बेसिलस एमिलोलिक्वेफेसियन्स् इत्यस्य उपयोगः कृतः9. परन्तु तेषां अध्ययनस्य तुलना अन्यैः कैल्शियमस्रोतैः विषमजीवाणुभिः च सह न कृता ये अन्ततः वायुक्षरणप्रतिरोधं सुधारयितुम् अर्हन्ति वायुक्षयनिवारणे यूरियारहितक्षयमार्गैः सह यूरियाक्षयमार्गैः सह तुलनां कृत्वा साहित्यस्य अभावः अपि अस्ति
तदतिरिक्तं अधिकांशं वायुक्षयस्य धूलनियन्त्रणस्य च अध्ययनं समतलपृष्ठयुक्तेषु मृदानमूनेषु कृतम् अस्ति ।१,५१,५२,५३ परन्तु समतलपृष्ठानि प्रकृतौ पर्वतानाम् अवसादानां च अपेक्षया न्यूनानि सन्ति अत एव मरुभूमिप्रदेशेषु वालुकाटीलाः सर्वाधिकं प्रचलन्ति ।
उपर्युक्तानि दोषाणि दूरीकर्तुं अस्य अध्ययनस्य उद्देश्यं अमोनिया-उत्पादकजीवाणु-कारकाणां नूतनसमूहस्य परिचयः आसीत् । अस्य कृते वयं गैर-यूरिया-अवक्षय-MICP-मार्गान् विचारितवन्तः । द्वयोः कैल्शियमस्रोतयोः (कैल्शियम-फॉर्मेट्, कैल्शियम-एसिटेट् च) कार्यक्षमतायाः अन्वेषणं कृतम् । लेखकानां ज्ञाने पूर्वाध्ययनेषु कैल्शियमस्रोतद्वयं जीवाणुसंयोजनं च (अर्थात् कैल्शियमफॉर्मेट्-बैसिलससबटिलिस् तथा कैल्शियमफॉर्मेट-बैसिलस एमाइलोलिक्वेफेसियन्स्) उपयुज्य कार्बोनेटवक्षेपणस्य अन्वेषणं न कृतम् अस्ति एतेषां जीवाणुनां चयनं तेषां उत्पादितानां एन्जाइमानां आधारेण आसीत् ये कैल्शियम-फॉर्मेट्-कैल्शियम-एसिटेट्-योः आक्सीकरणं उत्प्रेरकरूपेण सूक्ष्मजीवकार्बोनेट्-अवक्षेपणं निर्मान्ति वयं पीएच, जीवाणुप्रकाराः तथा कैल्शियमस्रोताः तथा च तेषां सान्द्रता, बैक्टीरियायाः कैल्शियमस्रोतविलयनस्य च अनुपातः तथा च उपचारसमयः इत्यादीन् इष्टतमकारकान् अन्वेष्टुं सम्यक् प्रयोगात्मकं अध्ययनं परिकल्पितवन्तः। अन्ते, कैल्शियमकार्बोनेटवृष्टिद्वारा वायुक्षरणं दमनं कर्तुं जीवाणुकारकाणां अस्य समुच्चयस्य प्रभावशीलतायाः अन्वेषणं रेतस्य टीलासु पवनसुरङ्गपरीक्षाणां श्रृङ्खलां कृत्वा रेतस्य वातस्य कटावस्य परिमाणं, दहलीजविच्छेदवेगं, वायुबमबारीप्रतिरोधं च निर्धारयितुं, तथा च पेनेट्रोमीटर् मापनं सूक्ष्मसंरचनात्मकाध्ययनं च (उदाहरणार्थं एक्स-रे विवर्तन (XRD)) स्कैनिङ्गं च निर्धारितं कृतम् इलेक्ट्रॉनसूक्ष्मदर्शनम् (SEM)) अपि कृतम् ।
कैल्शियमकार्बोनेट्-उत्पादने कैल्शियम-आयनस्य, कार्बोनेट्-आयनस्य च आवश्यकता भवति । कैल्शियम-आयनानि कैल्शियम-क्लोराइड्, कैल्शियम-हाइड्रोक्साइड्, स्किम-दुग्धचूर्णम् इत्यादिभ्यः विविध-कैल्शियम-स्रोतेभ्यः प्राप्तुं शक्यन्ते५४,५५ । यूरियाजलविपाकः तथा कार्बनिकपदार्थस्य एरोबिक अथवा अवायवीय आक्सीकरणं इत्यादिभिः विविधैः सूक्ष्मजीवविधैः कार्बोनेट् आयनस्य उत्पादनं कर्तुं शक्यते56 । अस्मिन् अध्ययने फॉर्मेट्-एसिटेट्-योः आक्सीकरण-विक्रियायाः कृते कार्बोनेट्-आयनानि प्राप्तानि । तदतिरिक्तं शुद्धकैल्शियमकार्बोनेट्-उत्पादनार्थं वयं फॉर्मेट्-एसिटेट्-योः कैल्शियमलवणयोः उपयोगं कृतवन्तः, अतः केवलं CO2, H2O च उपोत्पादरूपेण प्राप्तौ । अस्मिन् क्रमे एकः एव पदार्थः कल्कस्य स्रोतः, कार्बोनेट् स्रोतः च कार्यं करोति, अमोनिया न निर्मीयते । एते लक्षणानि कैल्शियमस्रोतस्य कार्बोनेट्-उत्पादनस्य च पद्धतिं कुर्वन्ति यत् अस्माभिः अतीव आशाजनकं मन्यते स्म ।
कैल्शियम-फॉर्मेट्-कैल्शियम-एसिटेट्-योः तदनुरूपाः विक्रियाः कैल्शियमकार्बोनेटस्य निर्माणार्थं (7)-(14) सूत्रेषु दर्शिताः सन्ति । सूत्रेषु (७)-(११) ज्ञायते यत् कैल्शियम-फॉर्मेट् जले विलीनः भूत्वा फॉर्मिक-अम्लः अथवा फॉर्मेट् इति भवति । एवं विलयनं मुक्तकैल्शियम-हाइड्रोक्साइड-आयनयोः स्रोतः भवति (सूत्रं ८, ९ च) । फॉर्मिक अम्लस्य आक्सीकरणस्य फलस्वरूपं फॉर्मिक अम्लस्य कार्बनपरमाणुः कार्बनडाय-आक्साइड् इत्यत्र परिणमति (सूत्रं १०) । अन्ततः कैल्शियमकार्बोनेट् निर्मीयते (सूत्रं ११, १२ च) ।
तथैव कैल्शियम-एसिटेट् इत्यस्मात् (समीकरणानि १३–१५) कैल्शियमकार्बोनेट् निर्मीयते, केवलं फॉर्मिक-अम्लस्य स्थाने एसिटिक-अम्लम् अथवा एसीटेट् इति निर्मीयते ।
एन्जाइमस्य उपस्थित्या विना एसीटेट्, फॉर्मेट् च कक्षतापमाने आक्सीकरणं कर्तुं न शक्यन्ते । FDH (formate dehydrogenase) तथा CoA (coenzyme A) क्रमशः फॉर्मेटस्य एसीटेटस्य च ऑक्सीकरणस्य उत्प्रेरकरूपेण कार्बनडाय-आक्साइड् निर्मान्ति (समीकरणम् 16, 17) 57, 58, 59. विभिन्नाः जीवाणुः एतान् एन्जाइमान्, तथा च विषमजीवाः, अर्थात् Bacillus subtilis (PTCC #1204 (Persian Type संस्कृतिसङ्ग्रहः), यः एनसीआईएमबी #13061 (जीवाणु, खमीर, फेज, प्लाज्मिड्, वनस्पतिबीजानां तथा वनस्पतिकोशिका ऊतकसंस्कृतीनां अन्तर्राष्ट्रीयसङ्ग्रहः)) तथा बेसिलस एमिलोलिक्वेफेसियन्स् (PTCC #1732, NCIMB #12077) इति नाम्ना अपि ज्ञायते, अस्मिन् अध्ययने उपयुज्यते स्म एतेषां जीवाणुनां संवर्धनं मांसपेप्टोन (५ ग्राम/लीटर) तथा मांसस्य अर्क (३ ग्राम/लीटर) युक्ते माध्यमे कृतम्, यत् पोषकशोषः (NBR) (१०५४४३ मर्क) इति कथ्यते
एवं च कैल्शियमकार्बोनेट् अवक्षेपणं प्रेरयितुं कैल्शियमस्रोतद्वयं तथा च द्वौ जीवाणुनाम् उपयोगेन चत्वारि सूत्राणि निर्मिताः: कैल्शियम फॉर्मेट् तथा बेसिलस सबटिलिस (FS), कैल्शियम फॉर्मेट् तथा बेसिलस एमिलोलिक्वेफेसिन्स (FA), कैल्शियम एसिटेट् तथा बेसिलस सबटिलिस् (AS), तथा कैल्शियम एसीटेट् तथा बेसिलस एमिलोलिक्वेफेसियन्स् (AA)
प्रयोगात्मकस्य परिकल्पनस्य प्रथमभागे अधिकतमं कैल्शियमकार्बोनेट् उत्पादनं प्राप्तुं शक्नुवन्तं इष्टतमं संयोजनं निर्धारयितुं परीक्षणं कृतम् । यतो हि मृदा नमूनासु कैल्शियमकार्बोनेट् आसीत्, अतः विभिन्नसंयोजनैः उत्पादितस्य CaCO3 इत्यस्य सटीकं मापनार्थं प्रारम्भिकमूल्यांकनपरीक्षाणां समुच्चयः परिकल्पितः, संस्कृतिमाध्यमस्य कैल्शियमस्रोतविलयनस्य च मिश्रणस्य मूल्याङ्कनं कृतम् उपरि परिभाषितस्य कैल्शियमस्रोतस्य जीवाणुविलयनस्य च प्रत्येकं संयोजनस्य (FS, FA, AS, तथा AA) कृते अनुकूलनकारकाः (कैल्शियमस्रोतसान्द्रता, उपचारसमयः, विलयनस्य ऑप्टिकलघनत्वेन (OD), कैल्शियमस्रोतस्य जीवाणुविलयनस्य च अनुपातेन मापिता जीवाणुविलयनसान्द्रता, तथा च pH) व्युत्पन्नं कृत्वा निम्नलिखितखण्डेषु वर्णितेषु रेतटीलाउपचारपवनसुरङ्गपरीक्षणेषु उपयोगः कृतः
प्रत्येकं संयोजनस्य कृते CaCO3 अवक्षेपणस्य प्रभावस्य अध्ययनार्थं १५० प्रयोगाः कृताः तथा च विविधकारकाणां मूल्याङ्कनं कृतम्, यथा कैल्शियमस्रोतसान्द्रता, क्यूरिगसमयः, जीवाणुस्य OD मूल्यं, कैल्शियमस्रोतः जीवाणुविलयनस्य अनुपातः तथा कार्बनिकपदार्थस्य एरोबिक-आक्सीकरणस्य समये पीएच (सारणी १) अनुकूलितप्रक्रियायाः कृते पीएच-परिधिः द्रुततरवृद्धिं प्राप्तुं बेसिलस-सुबटिलिस्-बैसिलस-एमिलोलिक्-फेसियन्स्-इत्येतयोः वृद्धिवक्रयोः आधारेण चयनं कृतम् एतत् परिणामविभागे अधिकविस्तारेण व्याख्यातम् अस्ति ।
अनुकूलनचरणस्य नमूनानां सज्जीकरणाय निम्नलिखितपदार्थानाम् उपयोगः कृतः । प्रथमं संवर्धनमाध्यमस्य प्रारम्भिकपीएच समायोज्य MICP-विलयनं निर्मितं ततः 121 °C-पर्यन्तं 15 मि. ततः तनावस्य टीकाकरणं लामिनारवायुप्रवाहे कृत्वा ३० °C तथा १८० आरपीएम इत्यत्र कम्पित-इन्क्यूबेटर्-मध्ये स्थापितं । एकदा जीवाणुनां OD इष्टस्तरं प्राप्तवान् तदा इष्टप्रमाणेन कैल्शियमस्रोतविलयनेन सह मिश्रितम् (चित्रम् १ क) । MICP-विलयनं लक्ष्यमूल्यं प्राप्तुं यावत् समयं यावत् 220 rpm तथा 30 °C इत्यत्र कम्पित-इन्क्यूबेटर-मध्ये प्रतिक्रियां कृत्वा ठोसरूपेण स्थापयितुं अनुमतिः दत्ता अवक्षेपितं CaCO3 6000 g मध्ये 5 min यावत् अपकेन्द्रीकरणस्य अनन्तरं पृथक् कृत्वा ततः 40 °C मध्ये शुष्कं कृत्वा कैल्सीमीटर् परीक्षणार्थं नमूनानि सज्जीकृतानि (चित्रम् 1b) ततः CaCO3 इत्यस्य अवक्षेपणं बर्नार्ड कैल्सीमीटर् इत्यस्य उपयोगेन मापितं, यत्र CaCO3 चूर्णं 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) इत्यनेन सह प्रतिक्रियां कृत्वा CO2 उत्पादयति, अस्य गैसस्य आयतनं च CaCO3 सामग्रीयाः मापनम् अस्ति (चित्रम् 1c) CO2 इत्यस्य आयतनं CaCO3 सामग्रीरूपेण परिवर्तयितुं शुद्धं CaCO3 चूर्णं 1 N HCl इत्यनेन प्रक्षाल्य विकसितस्य CO2 इत्यस्य विरुद्धं प्लॉट् कृत्वा मापनवक्रं उत्पन्नम् अवक्षेपितस्य CaCO3 चूर्णस्य आकृतिविज्ञानस्य शुद्धतायाः च अन्वेषणं SEM इमेजिंग् तथा XRD विश्लेषणस्य उपयोगेन कृतम् । जीवाणुस्य परितः कैल्शियमकार्बोनेट् इत्यस्य निर्माणस्य, निर्मितस्य कैल्शियमकार्बोनेट् इत्यस्य चरणस्य, जीवाणुस्य क्रियाकलापस्य च अध्ययनार्थं १००० आवर्धनयुक्तस्य प्रकाशीयसूक्ष्मदर्शकस्य उपयोगः कृतः
इराणस्य दक्षिणपश्चिमे फार्स्-प्रान्ते स्थितः डेजेघ-बेसिन् इति प्रसिद्धः अत्यन्तं क्षरणयुक्तः प्रदेशः अस्ति, अतः शोधकर्तारः अस्मात् क्षेत्रात् वायु-क्षरणयुक्तानि मृदा-नमूनानि संगृहीतवन्तः अध्ययनार्थं मृदापृष्ठात् नमूनानि गृहीताः आसन् । मृदा नमूनासु सूचकपरीक्षासु ज्ञातं यत् मृदा गादयुक्ता रेतयुक्ता मृत्तिका दुर्बलतया क्रमिता आसीत् तथा च एकीकृतमृदावर्गीकरणप्रणाली (USC) (चित्रम् २ क) इत्यस्य अनुसारं SP-SM इति वर्गीकृता आसीत् XRD विश्लेषणेन ज्ञातं यत् डेजेघ् मृत्तिका मुख्यतया कैल्साइट्, क्वार्ट्ज इत्यनेन च निर्मितम् आसीत् (चित्रम् २ख) । तदतिरिक्तं EDX विश्लेषणेन ज्ञातं यत् Al, K, Fe इत्यादयः अन्यतत्त्वानि अपि लघुप्रमाणेन उपस्थिताः सन्ति ।
प्रयोगशालायाः टीलान् वायुक्षरणपरीक्षणाय सज्जीकर्तुं १० मि.मी.व्यासस्य कीपद्वारा मृत्तिकां मर्दयित्वा दृढपृष्ठं यावत् ६० मि.मी. प्रकृतौ न्यूनतमघनत्वयुक्ताः वालुकाटीलाः एओलियनप्रक्रियाभिः निर्मीयन्ते । तथैव उपर्युक्तप्रक्रियायाः उपयोगेन निर्मितस्य नमूनायाः सापेक्षिकघनत्वं न्यूनतमं γ = 14.14 kN/m3 आसीत्, यत् क्षैतिजपृष्ठे निक्षिप्तं वालुकाशंकुं निर्मितवान् यस्य विश्रामकोणं प्रायः 29.7° आसीत्
पूर्वखण्डे प्राप्तं इष्टतमं MICP घोलं 1, 2 तथा 3 lm-2 इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण टिब्बाप्रवणतायां छिद्रं कृत्वा ततः नमूनानि 30 °C (चित्र 3) इत्यत्र 9 दिवसपर्यन्तं (अर्थात् इष्टतमं क्यूरिगसमयः) इन्क्यूबेटरमध्ये संगृहीताः ततः पवनसुरङ्गपरीक्षणार्थं बहिः गृहीताः।
प्रत्येकं उपचाराय चत्वारि नमूनानि निर्मिताः, एकः पेनेट्रोमीटर् इत्यस्य उपयोगेन कैल्शियमकार्बोनेट्-सामग्रीणां पृष्ठबलस्य च मापनार्थं, शेषत्रयस्य नमूनानां उपयोगः त्रयाणां भिन्नवेगानां कटावपरीक्षायै कृतः पवनसुरङ्गपरीक्षासु भिन्नवायुवेगेषु क्षरणस्य परिमाणं निर्धारितं, ततः प्रत्येकस्य उपचारनमूनायाः कृते दहलीजविच्छेदवेगः कटावमात्रायाः विरुद्धं वायुवेगस्य प्लॉटस्य उपयोगेन निर्धारितः वायुक्षरणपरीक्षायाः अतिरिक्तं उपचारितनमूनानां वालुकाबमप्रहारः (अर्थात् कूर्दनप्रयोगः) कृतः । अस्य कृते 2 तथा 3 L m−2 इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण अतिरिक्तनमूनाद्वयं निर्मितम् । रेतबमप्रहारपरीक्षा 120 gm−1 इत्यस्य प्रवाहेन सह 15 मिन्ट् यावत् चलितवती, यत् पूर्वाध्ययनेषु चयनितमूल्यानां परिधिमध्ये अस्ति60,61,62 घर्षणनोजलस्य टिब्बाधारस्य च क्षैतिजदूरता ८०० मि.मी., सुरङ्गतलात् १०० मि.मी. एषा स्थितिः एतादृशी स्थापिता यत् प्रायः सर्वे कूर्दन्तः वालुकाकणाः टिब्बे पतन्ति स्म ।
पवनसुरङ्गपरीक्षा ८ मीटर् दीर्घता, ०.४ मीटर् विस्तारः, १ मीटर् ऊर्ध्वता च मुक्तवायुसुरङ्गे कृता (चित्रम् ४ क) वायुसुरङ्गः जस्ती इस्पातपत्रैः निर्मितः अस्ति, सः २५ मी/सेकण्ड् यावत् वायुवेगं जनयितुं शक्नोति । तदतिरिक्तं लक्ष्यवायुवेगं प्राप्तुं व्यजनस्य आवृत्तिं समायोजयितुं क्रमेण आवृत्तिवर्धनार्थं आवृत्तिपरिवर्तकस्य उपयोगः भवति । चित्रे ४ ख वायुना क्षीणानां वालुकाटीलानां योजनाबद्धचित्रं वायुसुरङ्गे मापितं वायुवेगरूपरेखा च दर्शयति
अन्ते, अस्मिन् अध्ययने प्रस्तावितस्य गैर-यूरेलिटिक MICP सूत्रीकरणस्य परिणामानां तुलनां यूरेलिटिक MICP नियन्त्रणपरीक्षणस्य परिणामैः सह कर्तुं, टिब्बानां नमूनानि अपि यूरिया, कैल्शियमक्लोराइड्, Sporosarcina pasteurii च युक्तेन जैविकविलयनेन निर्मिताः, उपचारिताः च (यतोहि Sporosarcina pasteurii इत्यस्य यूरेजस्य उत्पादनस्य महत्त्वपूर्णा क्षमता अस्ति63)। जीवाणुविलयनस्य प्रकाशीयघनत्वं १.५ आसीत्, यूरिया-कैल्शियम-क्लोराइड्-योः सान्द्रता च १ एम (पूर्व-अध्ययनेषु अनुशंसित-मूल्यानां आधारेण चयनितम्) आसीत् संस्कृतिमाध्यमे पोषकशोषः (८ ग्राम/लीटर) यूरिया (२० ग्राम/लीटर) च आसीत् । जीवाणुविलयनं टिब्बापृष्ठे सिञ्चितं कृत्वा जीवाणुसंलग्नतायै २४ घण्टापर्यन्तं त्यक्तम् । २४ घण्टानां संलग्नतायाः अनन्तरं सीमेण्टीकरणविलयनं (कैल्शियमक्लोराइड्, यूरिया च) सिञ्चितम् । यूरेलिटिक MICP नियन्त्रणपरीक्षा अतः परं UMC इति उच्यते । यूरेलिटिकरूपेण तथा गैर-यूरियालिटिकरूपेण उपचारितस्य मृदानमूनानां कैल्शियमकार्बोनेटसामग्री चोई इत्यादिभिः प्रस्ताविता प्रक्रियानुसारं प्रक्षालनेन प्राप्ता ।66
चित्रे ५ मध्ये ५ तः १० पर्यन्तं प्रारम्भिकपीएच-परिधियुक्ते संस्कृतिमाध्यमे (पोषकद्रव्यविलयनम्) बेसिलस-एमिलोलिक्विफेसियन्स्-बेसिलस-सुब्टिलिस्-योः वृद्धिवक्राणि क्रमशः पीएच ६-८ तथा ७-९ पर्यन्तं शीघ्रं वर्धन्ते स्म अतः अनुकूलनपदे एषा पीएच-परिधिः स्वीकृता ।
पोषकमाध्यमस्य भिन्न-भिन्न-प्रारम्भिक-पीएच-मूल्येषु (क) बेसिलस-एमिलोलिक्विफेसियन्स-(ख) बेसिलस-सुबटिलिस्-इत्येतयोः वृद्धि-वक्राः ।
चित्रे ६ बर्नार्ड-चूनामापकस्य कार्बनडाय-आक्साइडस्य परिमाणं दर्शितम् अस्ति, यत् अवक्षेपितं कैल्शियमकार्बोनेट् (CaCO3) प्रतिनिधियति । यतः प्रत्येकस्मिन् संयोजने एकः कारकः नियतः आसीत्, अन्ये कारकाः च भिन्नाः आसन्, एतेषु आलेखेषु प्रत्येकं बिन्दुः तस्मिन् प्रयोगसमूहे कार्बनडाय-आक्साइडस्य अधिकतम-आयतनस्य अनुरूपः भवति यथा चित्रे दर्शितं यथा यथा कैल्शियमस्रोतसान्द्रता वर्धते तथा तथा कैल्शियमकार्बोनेटस्य उत्पादनं वर्धते स्म । अतः कैल्शियमस्रोतस्य सान्द्रतायाः प्रभावः प्रत्यक्षतया कैल्शियमकार्बोनेटस्य उत्पादनं भवति । यतो हि कैल्शियमस्रोतः कार्बनस्रोतः च समानौ (अर्थात् कैल्शियमफॉर्मेट्, कैल्शियमएसिटेट् च) तस्मात् अधिकानि कैल्शियम-आयनानि मुक्ताः भवन्ति तावत् अधिकं कैल्शियमकार्बोनेट् निर्मीयते (चित्रम् ६ क) एएस तथा एए सूत्रेषु ९ दिवसेभ्यः परं अवक्षेपस्य परिमाणं प्रायः अपरिवर्तितं यावत् क्यूरीङ्गसमये वर्धमानेन कैल्शियमकार्बोनेट् उत्पादनं वर्धमानं भवति स्म FA सूत्रीकरणे यदा क्यूरीङ्गसमयः ६ दिवसाधिकः अभवत् तदा कैल्शियमकार्बोनेट्-निर्माणस्य गतिः न्यूनीभूता । अन्येषां सूत्राणां तुलने सूत्रीकरणे FS ३ दिवसेभ्यः अनन्तरं अपेक्षाकृतं न्यूनं कैल्शियमकार्बोनेटनिर्माणस्य दरं दर्शितवान् (चित्रम् ६ ख) । FA तथा FS इति सूत्रेषु कुलकैल्शियमकार्बोनेट्-उत्पादनस्य ७०%, ८७% च त्रयः दिवसाः अनन्तरं प्राप्ताः, यदा तु AA तथा AS इति सूत्रेषु एषः अनुपातः क्रमशः केवलं प्रायः ४६%, ४५% च आसीत् एतेन ज्ञायते यत् एसीटेट्-आधारित-सूत्रस्य तुलने फॉर्मिक-अम्ल-आधारित-सूत्रस्य प्रारम्भिक-पदे CaCO3-निर्माणस्य दरः अधिकः भवति परन्तु चिकित्साकालस्य वर्धनेन निर्माणस्य गतिः मन्दः भवति । चित्र 6c तः निष्कर्षः निकासितुं शक्यते यत् OD1 इत्यस्मात् उपरि जीवाणुसान्द्रतायां अपि कैल्शियमकार्बोनेटनिर्माणे महत्त्वपूर्णं योगदानं नास्ति ।
बर्नार्ड कैल्सीमीटर् द्वारा मापिते CO2 आयतने (तथा तदनुरूप CaCO3 सामग्री) परिवर्तनं (क) कैल्शियमस्रोतसान्द्रता, (ख) सेटिंगसमय, (ग) ओडी, (घ) प्रारम्भिक पीएच, (ङ) कैल्शियमस्रोतस्य जीवाणुविलयनस्य च अनुपातस्य (प्रत्येकसूत्रस्य कृते) कार्यरूपेण तथा (च) कैल्शियमस्रोतस्य जीवाणुस्य च प्रत्येकं संयोजनाय उत्पादितस्य कैल्शियमकार्बोनेटस्य अधिकतममात्रा ।
माध्यमस्य प्रारम्भिकपीएच प्रभावस्य विषये चित्रे 6d दर्शयति यत् FA तथा FS कृते CaCO3 उत्पादनं pH 7 इत्यत्र अधिकतमं मूल्यं प्राप्तवान् एतत् अवलोकनं पूर्वाध्ययनेन सह सङ्गतम् अस्ति यत् FDH एन्जाइम्स् pH 7-6.7 इत्यत्र सर्वाधिकं स्थिराः सन्ति। परन्तु एए तथा एएस कृते CaCO3 अवक्षेपणं तदा वर्धते यदा पीएच 7 अधिकः भवति पूर्वाध्ययनेन अपि ज्ञातं यत् CoA एन्जाइमक्रियाकलापस्य इष्टतमः पीएच परिधिः 8 तः 9.2-6.8 पर्यन्तं भवति। CoA एन्जाइम-क्रियाकलापस्य तथा B. amyloliquefaciens-वृद्धेः इष्टतम-पीएच-परिधिः क्रमशः (8-9.2) तथा (6-8) इति विचार्य (चित्रम् 5a), एए-सूत्रीकरणस्य इष्टतम-पीएच-परिधिः 8 इति अपेक्षितः, तथा च पीएच-परिधिद्वयं ओवरलैप् भवति एतत् तथ्यं प्रयोगैः पुष्टिः अभवत्, यथा चित्रे ६घ दर्शितम् अस्ति । यतो हि B. subtilis वृद्धेः इष्टतमं pH 7-9 (चित्रम् 5b) तथा CoA एन्जाइमक्रियाकलापस्य इष्टतमं pH 8-9.2 भवति, अतः अधिकतमं CaCO3 अवक्षेपणस्य उपजं 8-9 इत्यस्य pH परिधिमध्ये भवितुं अपेक्षितं, यस्य पुष्टिः चित्र 6d द्वारा भवति (अर्थात् इष्टतमं वर्षणस्य pH 9 अस्ति) चित्रे 6e दर्शिताः परिणामाः सूचयन्ति यत् एसीटेट् तथा फॉर्मेट् विलयनयोः कृते कैल्शियमस्रोतविलयनस्य जीवाणुविलयनस्य इष्टतमः अनुपातः 1 भवति तुलनायै, भिन्न-भिन्न-सूत्राणां (अर्थात्, एए, एएस, एफए, तथा एफएस) कार्यप्रदर्शनस्य मूल्याङ्कनं भिन्न-भिन्न-स्थितौ (अर्थात्, कैल्शियम-स्रोत-सान्द्रता, क्यूरिग-समयः, ओडी, कैल्शियम-स्रोतः जीवाणु-विलयन-अनुपातः, प्रारम्भिक-पीएच च) अधिकतम-CaCO3-उत्पादनस्य आधारेण कृतम् अध्ययनं कृतेषु सूत्रेषु सूत्रीकरणस्य FS इत्यस्य सर्वाधिकं CaCO3 उत्पादनं जातम्, यत् सूत्रीकरणस्य AA इत्यस्य प्रायः त्रिगुणं आसीत् (चित्रम् 6f) । उभयोः कैल्शियमस्रोतयोः कृते चत्वारि जीवाणुरहितनियन्त्रणप्रयोगाः कृताः तथा च ३० दिवसेभ्यः परं CaCO3-वृष्टिः न दृष्टा ।
सर्वेषां सूत्राणां प्रकाशीयसूक्ष्मदर्शिकप्रतिबिम्बेषु ज्ञातं यत् वैटराइट् मुख्यः चरणः यस्मिन् कैल्शियमकार्बोनेटस्य निर्माणं जातम् (चित्रम् ७) । वटेराइट् स्फटिकाः गोलाकाराः आसन्६९,७०,७१ । जीवाणुकोशिकानां पृष्ठभागः ऋणात्मकः आभारः भवति, द्विसंयोजककैटशियमानाम् शोषकरूपेण कार्यं कर्तुं शक्नोति इति कारणेन जीवाणुकोशिकासु कैल्शियमकार्बोनेट् अवक्षेपितः इति ज्ञातम् अस्मिन् अध्ययने सूत्रीकरणं FS उदाहरणरूपेण गृहीत्वा २४ घण्टानां अनन्तरं केषुचित् जीवाणुकोशिकासु कैल्शियमकार्बोनेटस्य निर्माणं आरब्धम् (चित्रम् ७ क), ४८ घण्टानां अनन्तरं कैल्शियमकार्बोनेट् लेपितानां जीवाणुकोशिकानां संख्यायां महती वृद्धिः अभवत् तदतिरिक्तं यथा चित्रे ७ ख दर्शितं तथा वैटराइट् कणाः अपि ज्ञातुं शक्यन्ते स्म । अन्ते ७२ घण्टानां अनन्तरं बहुसंख्याकाः जीवाणुः वैटाइट्-स्फटिकैः बद्धाः इव भासन्ते स्म, तथा च वैटाइट्-कणानां संख्यायां महती वृद्धिः अभवत् (चित्रम् ७ ग)
कालान्तरे FS रचनासु CaCO3 अवक्षेपणस्य प्रकाशीयसूक्ष्मदर्शननिरीक्षणम् : (क) 24, (ख) 48 तथा (ग) 72 घण्टा।
अवक्षेपितचरणस्य आकृतिविज्ञानस्य अग्रे अन्वेषणार्थं चूर्णानां एक्स-रे विवर्तनम् (XRD) तथा SEM विश्लेषणं कृतम् । XRD स्पेक्ट्रा (चित्र 8a) तथा SEM सूक्ष्मचित्र (चित्र 8b, c) इत्यनेन वैटराइट्-स्फटिकानाम् उपस्थितेः पुष्टिः कृता, यतः तेषां सलाद-सदृशः आकारः आसीत् तथा च वैटराइट-शिखर-अवक्षेप-शिखरयोः मध्ये पत्राचारः अवलोकितः
(क) निर्मितस्य CaCO3 तथा वैटराइट् इत्यस्य एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रमस्य तुलना। क्रमशः (ख) १ किलोहर्ट्ज तथा (ग) ५.२७ किलोहर्ट्ज आवर्धनसमये वैटराइट् इत्यस्य SEM सूक्ष्मचित्रम् ।
वायुसुरङ्गपरीक्षाणां परिणामाः चित्रे ९ क, ख दर्शिताः सन्ति । चित्रे ९ क तः द्रष्टुं शक्यते यत् अनुपचारितवालुकायां दहलीजक्षरणवेगः (TDV) प्रायः ४.३२ मी/सेकण्ड् भवति । 1 l/m2 (चित्र 9a) इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण FA, FS, AA, UMC इत्येतयोः अंशयोः कृते मृदाहानिदररेखाणां प्रवणताः प्रायः अनुपचारितस्य टिब्बायाः समानाः भवन्ति एतेन ज्ञायते यत् अस्मिन् अनुप्रयोगदरेण उपचारः अप्रभावी भवति तथा च वायुवेगः टीडीवी अतिक्रम्य एव पतला मृदापर्पटः अन्तर्धानं भवति तथा च टिब्बाक्षयस्य दरः अउपचारितस्य टिब्बायाः समानः भवति AS अंशस्य कटावप्रवणता अपि अन्येषां अंशानां अपेक्षया न्यूना भवति यस्य अब्सिस् (अर्थात् TDV) भवति (चित्रम् ९ क) । चित्रे ९ ख मध्ये बाणाः सूचयन्ति यत् अधिकतमवायुवेगः २५ मी/सेकण्ड् यावत् २ तथा ३ एल/वर्गमीटर् इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण उपचारितटीलेषु कोऽपि कटावः न अभवत् अन्येषु शब्देषु, FS, FA, AS तथा UMC इत्येतयोः कृते अधिकतमवायुवेगस्य (अर्थात् 25 m/s) अपेक्षया 2 तथा 3 l/m2 इत्यस्य अनुप्रयोगदरेषु CaCO3 अवक्षेपणेन उत्पन्नस्य वायुक्षरणस्य प्रति टिब्बा अधिकं प्रतिरोधी आसीत् एवं च एतेषु परीक्षणेषु प्राप्तं 25 m/s इत्यस्य TDV मूल्यं चित्रे 9b दर्शितानां अनुप्रयोगदराणां निम्नसीमा भवति, एए इत्यस्य प्रकरणं विहाय, यत्र TDV अधिकतमवायुसुरङ्गवेगस्य प्रायः समानं भवति
पवनस्य कटावपरीक्षणं (क) पवनस्य गतिः बनाम वजनस्य हानिः (अनुप्रयोगस्य दरः १ एल/वर्गमीटर्), (ख) दहलीजस्य फाड़नस्य गतिः वर्सेस् अनुप्रयोगस्य दरः तथा च सूत्रीकरणं (कैल्शियम एसीटेट् कृते सीए, कैल्शियम फॉर्मेटस्य कृते सीएफ)।
चित्रे १० रेतबमप्रहारपरीक्षायाः अनन्तरं भिन्नभिन्नसूत्रैः उपचारितवालुकाटीलानां पृष्ठीयक्षरणं दृश्यते तथा च परिमाणात्मकपरिणामाः चित्रे ११ दर्शिताः सन्ति।अउपचारितः प्रकरणः न दर्शितः यतोहि रेतविस्फोटपरीक्षायाः समये तस्य प्रतिरोधः नासीत् तथा च पूर्णतया क्षरणं (कुलद्रव्यमानहानिः) अभवत् चित्र 11 तः स्पष्टं भवति यत् जैवसंरचना एए इत्यनेन उपचारितस्य नमूनायाः 2 l/m2 इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण 83.5% वजनं न्यूनीकृतम् अन्येषु सर्वेषु नमूनासु रेतबमप्रहारप्रक्रियायाः कालखण्डे 30% तः न्यूनं कटावः दृश्यते स्म यदा अनुप्रयोगस्य दरः ३ एल/वर्गमीटर् यावत् वर्धितः तदा सर्वेषां उपचारितनमूनानां वजनस्य २५% तः न्यूनं न्यूनता अभवत् । उभयत्र अनुप्रयोगदरेषु यौगिकः एफएस रेतबमप्रहारस्य सर्वोत्तमप्रतिरोधं दर्शितवान् । एफएस तथा एए उपचारित नमूनेषु अधिकतमं न्यूनतमं च बमबारीप्रतिरोधं तेषां अधिकतमं न्यूनतमं च CaCO3 अवक्षेपणस्य कारणं भवितुम् अर्हति (चित्रम् 6f)
२ तथा ३ एल/मी२ प्रवाहदरेण विभिन्नसंरचनानां वालुकाटीलानां बमप्रहारस्य परिणामाः (बाणाः वायुदिशां सूचयन्ति, क्रॉस् रेखाचित्रस्य विमानस्य लम्बवत् वायुदिशां सूचयन्ति)
यथा चित्रे १२ दर्शितं, सर्वेषां सूत्राणां कैल्शियमकार्बोनेट्-सामग्री वर्धिता यथा यथा अनुप्रयोगस्य दरः १ एल/वर्गमीटर् तः ३ एल/वर्गमीटर् यावत् वर्धते स्म तदतिरिक्तं सर्वेषु अनुप्रयोगदरेषु सर्वाधिकं कैल्शियमकार्बोनेटसामग्रीयुक्तं सूत्रं FS आसीत्, तदनन्तरं FA, UMC च आसीत् । एतेन एतेषां सूत्राणां पृष्ठप्रतिरोधः अधिकः भवितुम् अर्हति इति ज्ञायते ।
चित्रे १३ क पारगम्यतापरीक्षणेन मापितस्य अनुपचारितस्य, नियन्त्रणस्य, उपचारितस्य च मृदानमूनानां पृष्ठीयप्रतिरोधस्य परिवर्तनं दर्शयति । अस्मात् आकृतौ स्पष्टं भवति यत् अनुप्रयोगस्य दरस्य वृद्ध्या सह यूएमसी, एएस, एफए, एफएस सूत्रीकरणानां पृष्ठीयप्रतिरोधः महतीं वर्धितः। परन्तु एए सूत्रीकरणे पृष्ठबलस्य वृद्धिः तुल्यकालिकरूपेण अल्पा आसीत् । यथा चित्रे दर्शितं, यूरिया-अपघटनित-MICP इत्यस्य FA तथा FS सूत्रीकरणेषु यूरिया-अपघटित-MICP इत्यस्य तुलने उत्तमपृष्ठपारगम्यता भवति । चित्रे १३ ख मृदापृष्ठप्रतिरोधेन सह टीडीवी परिवर्तनं दर्शयति । अस्मात् आकृतौ स्पष्टतया स्पष्टं भवति यत् १०० किलोपास्कलात् अधिकपृष्ठप्रतिरोधयुक्तानां टिब्बानां कृते दहलीज-विच्छेदनवेगः २५ मी/सेकण्ड्-अधिकः भविष्यति यतो हि स्थले पृष्ठीयप्रतिरोधस्य मापनं पारगम्यताद्वारा सुलभतया कर्तुं शक्यते, अतः एतत् ज्ञानं पवनसुरङ्गपरीक्षणस्य अभावे टीडीवी-अनुमानं कर्तुं साहाय्यं कर्तुं शक्नोति, तस्मात् क्षेत्रप्रयोगानाम् गुणवत्तानियन्त्रणसूचकरूपेण कार्यं करोति
SEM परिणामाः चित्रे 14 दर्शिताः सन्ति चित्रे 14a-b अप्रचारितस्य मृदानमूनायाः विस्तारिताः कणाः दर्शयन्ति, येन स्पष्टतया सूचितं यत् एतत् एकरूपं भवति तथा च प्राकृतिकं बन्धनं वा सीमेन्टीकरणं वा नास्ति। चित्रे १४ ग यूरिया-अपघटित-MICP इत्यनेन उपचारितस्य नियन्त्रणनमूनायाः SEM सूक्ष्मचित्रं दर्शयति । अस्मिन् चित्रे CaCO3 अवक्षेपाणां उपस्थितिः कैल्साइट् बहुरूपरूपेण दृश्यते । यथा चित्रेषु १४d-o दर्शितं, अवक्षेपितः CaCO3 कणान् एकत्र बध्नाति; SEM सूक्ष्मचित्रेषु गोलाकारवैटाइटस्फटिकानाम् अपि पहिचानं कर्तुं शक्यते । अस्य अध्ययनस्य पूर्वाध्ययनस्य च परिणामाः सूचयन्ति यत् वैटराइट् बहुरूपरूपेण निर्मिताः CaCO3 बन्धाः अपि उचितं यांत्रिकं बलं दातुं शक्नुवन्ति; अस्माकं परिणामाः दर्शयन्ति यत् पृष्ठीयप्रतिरोधः ३५० किलोपास्कलपर्यन्तं वर्धते तथा च दहलीजपृथक्करणवेगः ४.३२ तः २५ मी/सेकण्ड् अधिकं यावत् वर्धते । इदं परिणामं पूर्वाध्ययनस्य परिणामैः सह सङ्गतम् अस्ति यत् MICP-अवक्षेपितस्य CaCO3 इत्यस्य आकृतिः वैटराइट् अस्ति, यस्य उचितं यांत्रिकशक्तिः वायुकटाहप्रतिरोधः च अस्ति13,40 तथा च क्षेत्रपर्यावरणस्थितीनां 180 दिवसेभ्यः परं अपि उचितवायुक्षरणप्रतिरोधं निर्वाहयितुं शक्नोति
(a, b) अनुपचारित मृदाया: SEM सूक्ष्मचित्रं, (c) MICP यूरिया-अपघटननियन्त्रणं, (df) AA-उपचारितनमूनानां, (gi) AS-उपचारित-नमूनानां, (jl) FA-उपचारित-नमूनानां, तथा (mo) FS-उपचारित-नमूनानां भिन्न-भिन्न-वर्धनयोः 3 L/m2 इत्यस्य अनुप्रयोग-दरेन।
चित्रे १४d-f दर्शयति यत् एए-यौगिकैः उपचारानन्तरं पृष्ठे, वालुकाकणिकानां मध्ये च कैल्शियमकार्बोनेटस्य अवक्षेपणं जातम्, यदा तु केचन अलेपिताः वालुकाकणिकाः अपि अवलोकिताः एएस घटकानां कृते यद्यपि निर्मितस्य CaCO3 इत्यस्य मात्रायां महती वृद्धिः न अभवत् (चित्रम् 6f), तथापि एए यौगिकानां तुलने CaCO3 इत्यनेन उत्पन्नस्य रेतकणानां मध्ये सम्पर्कस्य मात्रायां महती वृद्धिः अभवत् (चित्रम् 14g-i)
चित्र 14j-l तथा 14m-o इत्यस्मात् स्पष्टं भवति यत् कैल्शियम-फॉर्मेटस्य कैल्शियम-स्रोतरूपेण उपयोगेन AS-संयुतस्य तुलने CaCO3-वृष्टेः अधिका वृद्धिः भवति, यत् चित्रे 6f मध्ये कैल्शियम-मीटर्-मापनेन सह सङ्गतम् अस्ति इदं अतिरिक्तं CaCO3 मुख्यतया वालुकाकणेषु निक्षिप्तं दृश्यते तथा च सम्पर्कगुणवत्तायां सुधारः न भवति इति अनिवार्यम् । एतेन पूर्वं अवलोकितस्य व्यवहारस्य पुष्टिः भवति: CaCO3 अवक्षेपणस्य मात्रायां (चित्रं 6f) अन्तरस्य अभावेऽपि, त्रयः सूत्राणि (AS, FA तथा FS) एण्टी-ओलियन (वायु) प्रदर्शनस्य (चित्रम् 11) तथा पृष्ठप्रतिरोधस्य (चित्रं 13a) दृष्ट्या महत्त्वपूर्णरूपेण भिन्नाः न सन्ति
CaCO3 लेपितजीवाणुकोशिकानां तथा अवक्षेपितस्फटिकानाम् उपरि जीवाणुमुद्रणस्य उत्तमं दृश्यीकरणार्थं उच्चवर्धनस्य SEM सूक्ष्मचित्रं गृहीतं तथा च परिणामाः चित्रे 15 दर्शिताः यथा दर्शितं, कैल्शियमकार्बोनेट् जीवाणुकोशिकासु अवक्षेपणं करोति तथा च तत्र अवक्षेपणार्थं आवश्यकानि नाभिकानि प्रदाति। चित्रे CaCO3 इत्यनेन प्रेरितस्य सक्रियस्य निष्क्रियस्य च सम्बद्धतायाः चित्रणं कृतम् अस्ति । निष्क्रियसम्बद्धानां यत्किमपि वृद्धिः यांत्रिकव्यवहारस्य अधिकसुधारं न जनयति इति निष्कर्षः कर्तुं शक्यते । अतः CaCO3 वर्षणस्य वर्धनेन अनिवार्यतया अधिका यांत्रिकशक्तिः न भवति तथा च वर्षणस्य प्रतिमानं महत्त्वपूर्णां भूमिकां निर्वहति । अस्य बिन्दुस्य अध्ययनं तेर्जिस् तथा लालूई72 तथा सोघी तथा अल-कबानी इत्येतयोः कृतीषु अपि कृतम् अस्ति45,73 । वर्षाप्रतिमानस्य यांत्रिकबलस्य च सम्बन्धस्य अग्रे अन्वेषणार्थं μCT इमेजिंग् इत्यस्य उपयोगेन MICP अध्ययनस्य अनुशंसा भवति, यत् अस्य अध्ययनस्य व्याप्तेः परम् अस्ति (अर्थात् अमोनिया-रहितस्य MICP कृते कैल्शियमस्रोतस्य जीवाणुस्य च भिन्नसंयोजनानां परिचयः)
CaCO3 इत्यनेन (क) AS संरचनायाः (ख) FS संरचनायाः च उपचारितेषु नमूनासु सक्रिय-निष्क्रिय-बन्धनानि प्रेरितानि तथा च तलछटे जीवाणुकोशिकानां छापं त्यक्तवन्तः
यथा चित्रेषु १४j-o, १५b च दर्शितं, तत्र CaCO-पटलम् अस्ति (EDX-विश्लेषणस्य अनुसारं चलचित्रे प्रत्येकस्य तत्त्वस्य प्रतिशत-रचना कार्बन-११%, आक्सीजन-४६.६२%, कैल्शियम-४२.३९% च भवति, यत् चित्रे १६ मध्ये CaCO-प्रतिशतस्य अत्यन्तं समीपे अस्ति) अस्मिन् चलच्चित्रे वैटराइट्-स्फटिकाः, मृदा-कणाः च आच्छादिताः सन्ति, येन मृदा-अवसाद-व्यवस्थायाः अखण्डतां निर्वाहयितुं साहाय्यं भवति । अस्य चलच्चित्रस्य उपस्थितिः केवलं फॉर्मेट्-आधारित-सूत्रेण उपचारितेषु नमूनासु एव अवलोकिता ।
सारणी 2 पूर्वाध्ययनयोः अस्मिन् अध्ययने च यूरिया-अपघटनकारी-अ-यूरिया-अपघटनकारी MICP मार्गैः उपचारितानां मृदाणां पृष्ठीयशक्तिः, दहलीजविच्छेदवेगः, जैवप्रेरित-CaCO3-सामग्री च तुलनां करोति MICP-उपचारितस्य टिब्बानां नमूनानां वायुक्षरणप्रतिरोधस्य अध्ययनं सीमितम् अस्ति । मेंग इ. एमआईसीपी-उपचारितस्य यूरिया-अपघटनकारी टिब्बा-नमूनानां पर्ण-ब्लोवरस्य उपयोगेन पवन-क्षरण-प्रतिरोधस्य अन्वेषणं कृतवान्,13 यदा अस्मिन् अध्ययने अ-यूरिया-अपघटनकारी-टीला-नमूनानां (तथा च यूरिया-अपघटनकारी-नियन्त्रणानां) पवन-सुरङ्गे परीक्षणं कृत्वा जीवाणु-पदार्थयोः चतुर्भिः भिन्न-संयोजनैः उपचारः कृतः
यथा दृश्यते, पूर्वकाले केषुचित् अध्ययनेषु ४ एल/मी२१३,४१,७४ तः अधिकानि उच्चप्रयोगदराणि विचारितानि सन्ति । ज्ञातव्यं यत् जलप्रदायेन, परिवहनेन, बृहत् परिमाणेन जलस्य अनुप्रयोगेन च सम्बद्धस्य व्ययस्य कारणतः आर्थिकदृष्ट्या उच्चप्रयोगदराः क्षेत्रे सुलभतया प्रयोज्यः न भवितुमर्हन्ति १.६२-२ एल/मी२ इत्यादीनां न्यूनप्रयोगदराणां कृते १९० किलोपास्कलपर्यन्तं तुल्यरूपेण उत्तमं पृष्ठबलं च २५ मी/सेकण्ड् अधिकं टीडीवी च प्राप्तम् । वर्तमान अध्ययने यूरिया-अपघटनं विना फॉर्मेट-आधारित-MICP-सहितं उपचारित-टिब्बेषु उच्च-पृष्ठ-बलं प्राप्तम् यत् यूरिया-अवघटन-मार्गेण सह प्राप्तानां समान-अनुप्रयोग-दरेषु तुलनीयम् आसीत् (अर्थात्, यूरिया-क्षयस्य विना फॉर्मेट्-आधारित-MICP-इत्यनेन उपचारित-नमूनानि अपि Meng et al., 13, Figure 13a द्वारा प्रतिवेदितस्य समान-परिधि-पृष्ठ-बल-मूल्यानि प्राप्तुं समर्थाः आसन्) अधिकानि आवेदनदराणि। इदमपि द्रष्टुं शक्यते यत् 2 L/m2 इत्यस्य अनुप्रयोगदरेण 25 m/s वायुवेगेन वायुक्षरणशमनार्थं कैल्शियमकार्बोनेटस्य उपजः यूरिया-अक्षयरहितस्य फॉर्मेट्-आधारित-MICP-कृते 2.25% आसीत्, यत् एकस्मिन् एव प्रयोगे यूरिया-क्षयेन सह नियन्त्रण-MICP-इत्यनेन उपचारित-टिब्बानां तुलने CaCO3-इत्यस्य आवश्यक-मात्रायाः (अर्थात् 2.41%) अत्यन्तं समीपे अस्ति गतिः तथा समानवायुवेगः (२५ मी/सेकण्ड्) ।
एवं च अस्मात् सारणीतः निष्कर्षः निकासितुं शक्यते यत् यूरिया-अवघटनमार्गः यूरिया-रहितः अपघटनमार्गः च पृष्ठप्रतिरोधस्य टीडीवी-दृष्ट्या च अत्यन्तं स्वीकार्यं प्रदर्शनं दातुं शक्नुवन्ति मुख्यः अन्तरः अस्ति यत् यूरिया-रहित-अपघटनमार्गे अमोनिया नास्ति अतः पर्यावरण-प्रभावः न्यूनः भवति । तदतिरिक्तं अस्मिन् अध्ययने प्रस्ताविता यूरिया-अवघटनं विना फॉर्मेट्-आधारित-MICP-पद्धतिः यूरिया-अपघटनं विना एसीटेट्-आधारित-MICP-पद्धत्याः अपेक्षया उत्तमं प्रदर्शनं करोति इति भासते यद्यपि मोहेब्बी इत्यादि। यूरिया-अपघटनं विना एसीटेट्-आधारित-MICP-पद्धतेः अध्ययनं कृतवन्तः, तेषां अध्ययने समतलपृष्ठेषु नमूनानि समाविष्टानि आसन्9. टिब्बानां नमूनानां परितः भंवरनिर्माणेन अधिकाधिकं क्षरणं भवति तथा च परिणामतः कतरनी भवति, यस्य परिणामेण न्यूनटीडीवी भवति, टिब्बानां नमूनानां वायुक्षरणं समानवेगेन समतलपृष्ठानां अपेक्षया अधिकं स्पष्टं भविष्यति इति अपेक्षा अस्ति