Birbirini tamamlayan üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi metabolizmaları ile çimentolu kompozitlerin mikrobiyal yollarla kendini onarma perfromanslarının iyileştirilmesi

Beton, inşaatta sıkça kullanılan bir malzemedir ancak birçok nedenden dolayı çatlamaktadır. Çatlakların boyutu ve sayısı belirli bir eşiği aştığında, betonun dayanıklılığı için tehdit oluşturmakta ve kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Beton bileşenlerinin geri dönüşümü zor olduğundan, dünya genelinde beton atığı birikmesine neden olur. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, bakterilerin ve biyomineralizasyon sürecinin beton çatlaklarının onarımında kullanılmasını önermektedir. Bu konsept "biyobeton" olarak bilinmektedir. Bu çalışmada, üre hidrolizi ve nitrat indirgeme yeteneğine sahip non-aksenik mikrobiyal biyogranüller, beton çatlakların kendini onarmasının daha da geliştirilmesi için önerilmiştir. Bu granüller laboratuvar ölçeğinde silindirik ardışık kesikli reaktörde (AKR) üretildi. Granüller daha sonra hasat edildi ve kurutulduktan sonra canlandırma performansları test edildi. Çalışma, biogranüllerin kurutulmuş bir formda saklanabileceğini ve ihtiyaç duyulduğunda yeniden etkinleştirilebileceğini gösterdi. Biogranüller, üre ve NO3-N'yi verimli bir şekilde tüketti. Çalışma, biogranüllerin 6 saatte 1 g/L üre ve 3 saatte 200 mg/L NO3-N tüketebilecek kapasiteye sahip olduğunu belirledi. Ayrıca, çalışma reaktörün granülasyon performansını yapılan modifikasyonlar sonrasında dikkatli bir şekilde değerlendirdi ve granül üretim sürecinin minimum besin kullanımı (faz1) ve alkali pH koşullarına (Faz 2) uyum sağlayabildiği ve düzenli granül hasatına (Faz 3) imkan tanıdığı belirlendi. Reaktörden elde edilen analizler ve granül örnekleri, reaktörün bu koşullara etkili bir şekilde uyum sağlama yeteneğini gösterdi. Kurutulmuş biogranüller, canlandırılması ve kuru formdaki aktivitelerinin onaylanmasından sonra, çimentolu kompozitlere eklenmiştir. Çimentolu kompozitler kontrollü olarak çatlatılıp örneklerde 100±20 ila 600±30 mikron aralığında çatlak genişlikleri elde edildi. Bu çatlaklar haftalık olarak bir ışık mikroskobu altında gözlemlendi. Biogranüller, çatlaklardan içeri giren su dolayısıyla çözünen besinlerle birlikte, çatlakları kapatabilen doğal bir mineral olan kalsiyum karbonat üretebilen bakteriler içeriyordu. Bu araştırma, çeşitli çevresel koşullarda biyotik örneklerin çatlak iyileştirme performansını incelemektedir. Özellikle, çatlak iyileştirme eşiklerinin %90 iyileşmeye ulaşması, sırasıyla 156, 230 ve 253 mikron ölçülen yağmur suyunda, musluk suyunda ve deniz suyunda en yüksek olduğunu göstermektedir. Daha fazla analiz, belirli çatlak genişlik aralıklarında değişen kapanma yüzdeliklerini ortaya çıkardı, yağmur suyu, musluk suyu ve deniz suyu farklı davranışlar sergiledi. Ayrıca, deniz suyundaki biyotik ve abiyotik örnekler arasındaki 70 µm fark, mikrobiyal iyileşmenin boyutunu göstermektedir, yağmur suyu hem abiyotik hem de biyotik iyileşme açısından yüksek yüzdeliklerde önemli bir avantaj göstermedi. Musluk suyunda mikrobiyal iyileşme 55 µm gözlendi. Fakat yağmur suyunda, mikrobiyal iyileşme %80 iyileşme eşiğinde yaklaşık olarak 70 µm oldu. Bu bulgular, biomortar çatlak iyileştirmeyi etkileyen çevresel faktörleri aydınlatmaktadır ve granül içeren bakteriyel betonun uygulanmasına yönelik çalışmadır.