Двухфазное MICP-закрепление снизило водопроницаемость грунта примерно на два порядка

Исследователи проверили двухфазную инъекционную технологию микробиологического закрепления грунта MICP и одновременно проследили, как серия инъекций влияет не только на образование кальцита, но и на естественное микробное сообщество грунта. Работа опубликована 30 сентября в Journal of Soils and Sediments.

MICP основан на микробно-индуцированном осаждении карбоната кальция. Образующийся кальцит заполняет поровое пространство и создаёт связи между частицами грунта, повышая его связанность и уменьшая фильтрацию.

В эксперименте использовали грунтовые колонки и двухфазную схему инъекции. На первой стадии вводили бактериальную суспензию, после чего подавали цементирующий раствор, содержащий хлорид кальция и мочевину. Исследователи изменяли концентрацию раствора, количество циклов и наличие дополнительного питания для бактерий.

До обработки содержание карбоната кальция составляло около 4,1%. После MICP оно выросло до 11,1–14,4%, причём увеличение концентрации цементирующего раствора и числа циклов усиливало минерализацию.

Особенно заметно изменилась фильтрационная способность. После четырёх циклов инъекции раствора концентрацией 1 М коэффициент фильтрации уменьшился примерно с 6×10⁻⁵ до 1×10⁻⁵ см/с. При дальнейшем увеличении числа циклов он снизился до порядка 10⁻⁶ см/с, а после семи циклов с растворами 1–1,5 М достигал примерно 10⁻⁷ см/с.

Фактически это уменьшение проницаемости примерно на два порядка относительно исходного состояния.

Но эксперимент выявил и проблему, которая особенно важна для масштабирования технологии. Цементация получалась неравномерной: сильнее всего грунт закреплялся возле зон инъекции, тогда как центральная часть колонны оставалась слабее.

Добавление питательных компонентов увеличивало количество осаждаемого кальцита, но одновременно усиливало его пространственную неоднородность.

Исследователи также секвенировали 16S rRNA, чтобы определить изменения микробного сообщества. После повторных инъекций его разнообразие снижалось, а при увеличении концентрации раствора и количества циклов состав сообщества изменялся всё сильнее.

Таким образом, работа показывает одновременно две стороны MICP. С инженерной точки зрения технология способна резко уменьшать водопроницаемость грунта за счёт карбонатной цементации. Но для реального применения необходимо научиться равномерно распределять реагенты по массиву и учитывать воздействие процесса на естественную микробиоту.