Üreolitik bakteriler ile kalsiyum karbonat mineralizasyonu ve zemin iyileştirmede kullanımı

Abstract

Calcium carbonate is a solidification substance and it is produced by microbial activity both natural and artificial ways. Microbiological calcium carbonate precipitation is consisted of various processes in calcium rich environments. In this study, Bacillus aerius U2 (a ureolytic bacterium) was used. It was isolated from calcium rich soil in Israfil Creek (Karcı mountain, Denizli). The effects of different growth parameters such as (urea concentration, temperature and initial pH) on calcium carbonate mineralization were examined and the mineralization parameters were optimized. Also, the type of carbonate minerals and properties of physical were determined by XRD and TGA. The other parts of the work that soil improvement works were determined by geotechnical applications. According to results of optimization, the maximum calcium carbonate amount was 2483.36 ± 207.12 mg / L in 300 mM urea concentrations on day 5 at 20°C and pH 5.5. Pure calcium carbonat sample was analysed by XRD and it was found that bacterial calcium carbonate were consisted of crystalline structure (types of calcite and vaterite minerals) and amorphous (extracellular polymeric Substance: EPS). SEM analysis was proved that the calcium carbonat content was vaterite.

Kalsiyum karbonat, mikrobiyal aktivite ile hem doğal hem de yapay yolla üretilebilen başlıca katılaştırma (çimentolaşma) maddesidir. Mikrobiyolojik kalsiyum karbonat çökelmesi, kalsiyum açısından zengin çevrede karbonatın üretilmesi ile mikrobiyolojik aktivite sonucu çeşitli proseslerden oluşmaktadır. Çalışmamızda Denizli Karcı Dağı’nda bulunan İsrafil Dere’sinden alınan toprak numunelerinden izole edilen üreolitik aktiviteye sahip olan Bacillus aerius U2 ile kalsiyum karbonat mineralizasyonu üzerine farklı gelişme parametrelerinin etkisi (üre konsantrasyonu, sıcaklık ve başlangıç pH’sı) incelenmiş olup belirlenen parametrelerle optimizasyon sağlanmıştır. Ayrıca yapılan optimizasyon çalışmaları ile elde edilen numunelere Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işınları Kırınımı (XRD) ve Termogravimetrik (TGA) analizler uygulanarak suşun oluşturduğu mineralin yapısı, fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Çalışmanın diğer kısmı olan zemin iyileştirme çalışmaları ise jeoteknik uygulamalarla belirlenmiştir. Bacillus aerius U2 ile yapılan optimizasyon sonucunda en iyi veri 5. günde 300 mM üre konsatrasyonunda, 20 °C ve pH 5.5’te 2483,36±207,12 mg/L olarak belirlenmiştir. XRD verilerine göre; bakteriyel kalsiyum karbonat oluşumları çoğunlukla kristalin (kalsit ve vaterit), daha az da amorf (Ekstraselular Polimerik Substance: EPS) yapıya sahiptir. SEM analizi ile de oluşan yapının daha çok vaterit içerdiği doğrulanmıştır.