تمت مناقشة اطروحة الدكتوراه الموسومة (تقييم مكونات الراشح من العناصر الثقيلة المتصلبة باستخدام السمنت الحيوي) المقدمة من الطالبة “اسراء رحمن غانم” في قاعة المناقشات في قسم الهندسة البيئية يوم الثلاثاء المصادف 2/3 / 2021 وباشراف الاستاذ الدكتورة شهلاء اسماعيل ابراهيم وتألفت لجنة المناقشة برئاسة الاستاذ الدكتور اياد عبد الحمزة فيصل وعضوية كل من الاستاذ المساعد الدكتور سعد عمار حنش والاستاذ المساعد الدكتورة زينب بهاء محمد والاستاذ المساعد الدكتور حسين مجيد فليح والاستاذ المساعد الدكتور زياد طارق عبد علي. ركزت الباحثة في هذه الدراسة على استخدام القدرة الكامنه لترسيب كاربونات الكالسيوم المستحث حيويا (MICP) لغرض الترسيب الحيوي لبلورات كاربونات الكالسيوم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الهندسية مثل الهندسة البيئية (إزالة ملوثات المعادن الثقيلة من التربة والمياه) والهندسة المدنية (تحسين خصائص الملاط الأسمنتي). تم عزل السلالة البكتيرية من العينات الخرسانية وتم تحديد نوعها بواسطة نظام Viteck2 المضغوط مع احتمال 99٪ أن نوع الخلية البكتيرية اليوريز هو Bacillus licheniformis. وكان معدل ترسيب الكالسيت لهذه الخلايا البكتيرية هو 7.82733 غم / لتر. تم استخدام طريقتين لإدخال الخلية البكتيرية إلى الملاط الأسمنتي (الرش والخلط) ،حيث تم اختيار طريقة الخلط بتركيز بكتيري (عند 600 نانومتر) تساوي كثافة بصرية مقدارها 1 (OD) والتي سجلت أعلى مقاومة انضغاط ، بزيادة حوالي 38٪ مقارنة بالملاط الاسمنتي العادي. يُظهر اختبار الفحص بالميكروسكوب الإلكتروني (SEM) توزيع بلورات الكالسيت داخل مصفوفة الأسمنت وكيف تمتلئ المسام ، وبعد ذلك ، الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) للمعادن الثقيلة (أيونات الكادميوم والرصاص) التي يمكن أن تبقى الخلية البكتيرية على قيد الحياة بوجودها ، تم اختيار 750 ملغم / كغم ، بعد عدة تجارب تأقلم تمت على البكتريا. ثلاث انواع ملاط مختلفة تم تحضيرها لعملية التصلب / التثبيت (S / S) ؛ كان الملاط الأول عبارة عن مصفوفة التضمين الحيوي عن طريق خلط بكتيريا Bacillus licheniformis اليورياز مع الأسمنت والرمل الملوث بأيونات الكادميوم والرصاص ، وتم تحضير الثانية بخلط الأسمنت مع الرمل الملوث والطريقة الثالثة كانت مماثلة للطريقة الثانية باستثناء استبدال نسبة 25 % من الاسمنت المستخدم(OPC) بغبار قمائن الأسمنت (CKD) من معمل أسمنت الكوفة.
تم استخدام ثلاث نسب أسمنتية لجميع الحالات (5،7 ، و 15٪) وثلاثة تراكيز معادن ثقيلة (250،500 ، و 750) ملغم / كغم مع نسبة C / W ثابتة (0.485). من أجل تقييم عملية الرشح ، تم اجراء مجموعة من الفحوصات منها مقاومة الانضغاط ، ومسح المجهر الالكتروني SEM ، واختبار خصائص السمية للرشح (TCLP) ، واختبارات الرشح شبه الديناميكي. اثبتت نتيجة اختبار الانضغاط بعد 28 يومًا من المعالجة أن قوة الانضغاط لمصفوفة S/S للاسمنت الحيوي حققت اعلى القيم مقارنةً بالملاطات الصلبة / المثبتة الأخرى. كانت مقاومة الانضغاط للاسمنت الحيوي 13.7 ميجا باسكال عند (15٪ نسبة OPC و 250 ملغم / كغم من أيونات الكادميوم) ، بينما كانت قوة الانضغاط للعينة الملوثة المثبتة بالاسمنت الحيوي والملوثه بأيونات الرصاص 7.8 ميجا باسكال عند (15٪ نسبة OPC و 250 ملغم / كغم من أيونات الرصاص ). استوفت جميع مقاومات الانضغاط معايير وكالة حماية البيئة (EPA) للتخلص من النفايات الخطرة في مطامر النفايات. لقد ظهر أن وجود أيونات الرصاص داخل الملاط المتصلب يقلل من قوة الضغط للعينات مقارنة بالعينات الملوثة بأيونات الكادميوم والعينات الاعتياديه. تُظهر الصور الدقيقة لـ SEM الترسيب البيولوجي للمعادن الثقيلة مع بلورات الكالسيت في biocement ، وكبقع بيضاء منتشرة داخل مسام ملاط OPC وتلك التي استبدلت جزئيًا ب CKD. أظهر اختبار خصائص السمية للراشح (TCLP) للجسيمات الأقل من 9.5 مم أن كمية أيونات الكادميوم التي تم ترشيحها أقل من كمية أيونات الرصاص لجميع أنواع المعالجة (ثلاث حالات) ، وبلغت قيمةالاس الهيدروجيني pH النهائية للراشح 12. أظهرت نتائج اختبار الرشح شبه الديناميكي لمدة 100 يوم أن ملاط القوالب الحيوية بنسبة 15٪ OPC حقق أعلى كفاءة تثبيت ، ووصل مؤشر القابلية للرشح إلى 11.497 لأيونات الكادميوم و 11.213 لأيونات الرصاص عند استخدام 750 ملغم / كغم من تركيز المعادن الثقيلة ، سجل معامل النفاذية ( cm2 / s E-156.46 و E-14 8.60699) للكادميوم والرصاص على التوالي والذي يحقق التقييد الكامل للملوثات داخل المصفوفات المتصلبه/ المثبته. ان قيمة الأس الهيدروجيني لها تأثير كبير على تثبيت المعادن الثقيلة لذا فإن وجود بكتيريا اليورياز والاسمنت البورتلاندي داخل المصفوفة يحافظ على نطاق جيد من الأس الهيدروجيني لعملية التصلب /التثبيت.
كانت الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN) اختيارًا جيدًا لنمذجة نظام التصلب /التثبيت. أوضحت النتائج أن الفتره الزمنيه للرشح كانت العامل الرئيسي الذي يؤثر على قابلية رشح أيونات الكادميوم والرصاص ، وعند المقارنة بين النتائج المختبريه للراشح و المحسوبه من البرنامج كان هناك توافق جيد للغاية بينهما. أخيرًا ، من الواضح أن استخدام OPC في التصلب /التثبيت كان خيارًا جيدًا للتعامل مع المعادن الثقيلة وخاصة عملية استخدام الملاط الحيوي. كما أن استخدام غبار مقانن الاسمنت لم يكن فكرة سيئة وأعطت نتائج مقبولة واعتبرت صديقة للبيئة.
