A Field and Modeling Study of Fractured Rock Permeability Reduction Using Microbially Induced Calcite Precipitation

方解石 地质学 地下水 磁导率 矿物学 岩土工程 土壤科学 降水 化学 生物化学 物理 气象学
作者
Mark Cuthbert,Lindsay A. McMillan,Stephanie Handley‐Sidhu,Michael S. Riley,Dominique J. Tobler,Vernon R. Phoenix
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:47 (23): 13637-13643 被引量:209
标识
DOI:10.1021/es402601g
摘要

Microbially induced calcite precipitation (MICP) offers an attractive alternative to traditional grouting technologies for creating barriers to groundwater flow and containing subsurface contamination, but has only thus far been successfully demonstrated at the laboratory scale and predominantly in porous media. We present results of the first field experiments applying MICP to reduce fractured rock permeability in the subsurface. Initially, the ureolytic bacterium, Sporosarcina pasteurii, was fixed in the fractured rock. Subsequent injection of cementing fluid comprising calcium chloride and urea resulted in precipitation of large quantities (approximately 750 g) of calcite; significant reduction in the transmissivity of a single fracture over an area of several m2 was achieved in around 17 h of treatment. A novel numerical model is also presented which simulates the field data well by coupling flow and bacterial and solute reactive transport processes including feedback due to aperture reduction via calcite precipitation. The results show that MICP can be successfully manipulated under field conditions to reduce the permeability of fractured rock and suggest that an MICP-based technique, informed by numerical models, may form the basis of viable solutions to aid pollution mitigation.
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