Estudi de la biomineralització de carbonat de calci per la millora d'àrids reciclats

Abstract

The construction sector is one of the main consumers of natural resources and generators of waste worldwide. The use of recycled aggregates (RA) is one of the measures adopted to reduce the environmental impact of the sector, but their performance is lower than that of natural aggregates (NA) due to their high porosity and lower density. The aim of this work is to develop and evaluate a biological pretreatment based on the calcium carbonate precipitation capacity of the bacterium Bacillus subtilis, to improve the properties of RA and of concrete tiles manufactured with this material. The experimental method of the study consisted of three main phases: (i) initial characterization of the RA (morphology, density, and porosity); (ii) treatment of the RA in small reactors with different concentrations of sodium carbonate (¿NaHCO¿_3) and flexural test specimens; and (iii) scaling up the pretreatment of the RA in suspended biomass bioreactors to carry out the test with 20 × 20 × 4 cm concrete tiles. Total solids and volatile solids were quantified. The properties of the tiles were evaluated through flexural strength and water absorption tests. The results of the flexural test specimens show that treatment with Bacillus subtilis reduces water absorption of RA by up to 40% compared to untreated RA and increases the flexural modulus, in some cases even exceeding the values of NA. While in the bioreactors the positive results for water absorption were maintained, the flexural modulus did not reach equally satisfactory values. In conclusion, treatment with Bacillus subtilis is confirmed as a promising strategy to improve the properties of RA and, consequently, to promote the reuse of this material. However, the process needs to be optimized and properly scaled up to become a competitive treatment.

El sector de la construcció és un dels principals consumidors de recursos naturals i generadors de residus a escala mundial. L'ús d'àrids reciclats (AR) és una de les mesures adoptades per reduir l'impacte ambiental del sector, però les seves prestacions són inferiors a les dels àrids naturals (AN) a causa de la seva elevada porositat i menor densitat. L'objectiu d'aquest treball és desenvolupar i avaluar un tractament biològic basat en la capacitat de precipitació de carbonat de calci del bacteri Bacillus subtilis, per millorar les propietats dels AR i de les rajoles de formigó fabricades amb aquest material. L'estudi va consistir en tres fases principals: (i) caracterització inicial dels AR (morfologia, densitat i porositat); (ii) tractament de l'AR en reactors petits amb diferents concentracions de carbonat de sodi (¿NaHCO¿_3) i assaig de provetes de flexió; i (iii) dimensionament del tractament de l'AR en bioreactors de biomassa suspesa per realitzar l'assaig amb panots de formigó de 20 × 20 × 4 cm. Quantificació dels sòlids totals i sòlids volàtils. Les propietats dels panots i rajoles es van avaluar mitjançant assajos de resistència a la flexió i d'absorció d'aigua. Els resultats de les provetes de flexió mostren que el tractament amb Bacillus subtilis redueix fins a un 40% l'absorció d'aigua dels AR respecte als AR sense tractar i incrementa el mòdul de flexió, arribant en alguns casos a superar els valors dels AN. Mentre que en els bioreactors es van mantindre els resultats tant positius de l'absorció d'aigua, el mòdul de flexió no va assolir uns valors tant gratificants. En conclusió, el tractament amb Bacillus subtilis es confirma com una estratègia prometedora per millorar les propietats dels AR i, a conseqüència, afavorir la reutilització d'aquest material. Tot i que cal optimitzar el procés i realitzar un bon escalat per acabar sent un tractament competitiu.

El sector de la construcción es uno de los principales consumidores de recursos naturales y generadores de residuos a escala mundial. El uso de áridos reciclados (AR) es una de las medidas adoptadas para reducir el impacto ambiental del sector, pero sus prestaciones son inferiores a las de los áridos naturales (AN) debido a su elevada porosidad y menor densidad. El objetivo de este trabajo es desarrollar y evaluar un pretratamiento biológico basado en la capacidad de precipitación de carbonato de calcio de la bacteria Bacillus subtilis, para mejorar las propiedades de los AR y de las baldosas de hormigón fabricadas con este material. El método experimental del estudio consistió en tres fases principales: (i) caracterización inicial de los AR (morfología, densidad y porosidad); (ii) tratamiento del AR en reactores pequeños con diferentes concentraciones de carbonato de sodio (¿NaHCO¿_3) y ensayo de probetas de flexión; y (iii) dimensionamiento del pretratamiento del AR en biorreactores de biomasa suspendida para realizar el ensayo con baldosas de hormigón de 20 × 20 × 4 cm. Se cuantificaron los sólidos totales y los sólidos volátiles. Las propiedades de las baldosas se evaluaron mediante ensayos de resistencia a la flexión y de absorción de agua. Los resultados de las probetas de flexión muestran que el tratamiento con Bacillus subtilis reduce hasta un 40% la absorción de agua de los AR respecto a los AR sin tratar e incrementa el módulo de flexión, llegando en algunos casos a superar los valores de los AN. Mientras que en los biorreactores se mantuvieron los resultados positivos en la absorción de agua, el módulo de flexión no alcanzó valores tan satisfactorios. En conclusión, el tratamiento con Bacillus subtilis se confirma como una estrategia prometedora para mejorar las propiedades de los AR y, en consecuencia, favorecer la reutilización de este material. Aunque es necesario optimizar el proceso y realizar un buen escalado para acabar siendo un tratamiento competitivo.

Objectius de Desenvolupament Sostenible::11 - Ciutats i Comunitats Sostenibles

Objectius de Desenvolupament Sostenible::11 - Ciutats i Comunitats Sostenibles