إعداد العمود التجريبية لدراسة التفاعلات الكيميائية الأرضية الأحيائية اللاهوائية بين هيدروكسيدات الحديد (أوكسي)، والعناصر النزرة، والبكتيريا
Summary
مصير وانتواع من الزرنيخ والزئبق في طبقات المياه الجوفية هي ظروف يرتبط ارتباطاً وثيقا الفيزيائية-الكيميائية والنشاط الميكروبي. وهنا، نقدم برنامج إعداد تجريبية عمود الأصلي الذي يحاكي طبقة المياه جوفية، وتمكن من فهم أفضل للعناصر النزرة بيوجيوتشيميستري في ظروف وصول. وترد مثالين، الجمع بين النهج الجيوكيميائية والميكروبيولوجية.
Abstract
مصير وانتواع من العناصر النزرة (قسم التدريب والامتحانات)، مثل الزرنيخ (ك) والزئبق (Hg)، في طبقات المياه الجوفية ارتباطاً وثيقا بالظروف الفيزيائية والكيميائية، مثل الأكسدة المحتملة (Eh) ودرجة الحموضة، ولكن أيضا إلى الأنشطة الميكروبية التي يمكن أن تقوم بدور مباشر أو غير مباشر على انتواع و/أو التنقل. والواقع أن بعض أنواع البكتيريا يمكن مباشرة أكسدة As(III) إلى As(V) أو الحد من As(V) إلى As(III). وبالمثل، البكتيريا يشاركون بقوة في زئبق ركوب الدراجات، أما من خلال ما مثلايشن، تشكيل الزئبق مونوميثيل عصبي، أو من خلال الحد منه إلى عنصري Hg °. الأقدار على حد سواء زئبق مرتبطة أيضا بشدة تكوين التربة أو المياه الجوفية؛ وفي الواقع، كما ويمكن ربط Hg المركبات العضوية أو هيدروكسيدات (أوكسي)، التي سوف تؤثر على قدرتهم على الحركة. وفي المقابل، يمكن أن تؤثر الأنشطة البكتيرية مثل الحد من هيدروكسيد الحديد (أوكسي) أو تعدين المواد العضوية غير مباشر واحتباس الزئبق. يمكن أن يؤثر وجود كبريتات/كبريتيد أيضا بشدة هذه عناصر معينة من خلال تشكيل المجمعات مثل الايثير-أرسيناتيس بوصفه أو ميتاسينابار مع الزئبق.
ونتيجة لذلك، قد أثيرت العديد من الأسئلة الهامة حول مصير وانتواع من وصفها والزئبق في البيئة وكيفية الحد من سميتها. ومع ذلك، نتيجة مفاعليه بهم نحو مكونات طبقة المياه الجوفية، يصعب أن تنأى بوضوح العمليات الكيميائية الأرضية الأحيائية التي تحدث وآثارها المختلفة على مصير هذه الشركة المصرية للاتصالات.
للقيام بذلك، قمنا بتطوير نسخة أصلية، التجريبية، نفدت إعداد العمود الذي يحاكي طبقة المياه جوفية بالمناطق الغنية كاو Hg–أكسيد الحديد مقابل الحديد المناطق، مما يتيح فهم أفضل للشركة المصرية للاتصالات بيوجيوتشيميستري في ظروف وصول. البروتوكول التالي يعطي إرشادات خطوة بخطوة لإنشاء عمود أما أو زئبق، فضلا عن مثال كما يقضي بذلك الحديد وسلفات التقليل من الشروط.
Introduction
فهم والتنبؤ بحركة العناصر النزرة (TE) وبيوجيوتشيميستري في البيئة ضروري من أجل رصد وتطوير وتطبيق القرارات الإدارية المناسبة للمواقع الملوثة. وينطبق هذا خاصة في حالة الامتحانات السامة مثل الزرنيخ (ك) والزئبق (Hg). مصير وانتواع لهذه الامتحانات في التربة أو المياه الجوفية ارتباطاً وثيقا للظروف الفيزيائية والكيميائية، مثل Eh ودرجة الحموضة، ولكن أيضا إلى الأنشطة الميكروبية التي يمكن أن تلعب أي دور مباشر على انتواع أو بدور غير مباشر في التنقل.
والواقع أن بعض أنواع البكتيريا يمكن مباشرة أكسدة As(III) إلى As(V) أو الحد من As(V) إلى As(III). وهذا يؤثر على كالسمية، حيث As(III) هو الشكل الأكثر سمية، والتنقل، ومنذ As(III) أكثر تنقلاً من As(V)، الذي يمكن أن يسهل الجسميات هيدروكسيدات (أوكسي) الحديد أو المواد العضوية1،2. وبالمثل، البكتيريا يشاركون بقوة في الزئبق ركوب الدراجات، أما من خلال ما مثلايشن، أساسا من كبريتات والحديد خفض البكتيريا3،4، تشكيل الزئبق مونوميثيل عصبي (سهولة أحيائياً في سلسلة الغذاء)، أو من خلال الحد منه إلى التقلب الابتدائية الزئبق (Hg °)5.
على حد سواء كما ومصائر Hg ترتبط أيضا بشدة بتكوين التربة أو المياه الجوفية، منذ المركبات مثل المواد العضوية أو هيدروكسيدات الحديد (أوكسي) يمكن أن تؤثر على تنحية والتوافر البيولوجي. As(V) تمتز جيدا للحديد هيدروكسيدات (أوكسي)6, بينما زئبق لها صلة عالية جداً للمواد العضوية (OM؛ أساسا لجماعات ثيول) ولكن أيضا للحديد الغروية أو المنغنيز هيدروكسيدات (أوكسي) في OM المنضب بيئات7،8 , 9 , 10 , 11.
يمكن أن تؤثر الأنشطة البكتيرية ثم مصير الامتحانات تمتز إلى هيدروكسيدات (أوكسي) أو المواد العضوية من خلال الحد من الحديد (أوكسي) هيدروكسيدات أو تمعدن المادة العضوية. تخفيض الحديد مباشرة من البكتيريا هو المسار المهيمن لخفض الحديد الكبريت المنضب مناطق،من1213، Fe(III) تستخدم يقبلون إلكترون المحطة طرفية، بينما غير مباشر، يمكن تخفيض Fe(III) إلى Fe(II) كبريتيد التي شكلتها الحد من كبريتات بكتيرية14. وعلاوة على ذلك، يمكنك أيضا تعديل وجود كبريتات الزئبق وكما انتواع من خلال تشكيل المجمعات مثل الايثير-أرسيناتيس15 بوصفها أو ميتاسينابار مع الزئبق.
وبالتالي، فهم أفضل لتأثير الحديد وسلفات ركوب الدراجات في مصير الشركة المصرية للاتصالات، مثل الزئبق وحسب، يمكن أن تساعدنا لتحسين إدارة المواقع الملوثة، والحفاظ على نوعية التربة والمياه. البيانات يمكن أن تسهم أيضا في تعزيز النماذج القائمة على المعادن–التنقل. Fe الميكروبية (ثالثا)-يمكن أن يسبب انخفاض16،،من1718 الامتزاز للشركة المصرية للاتصالات. من الناحية النظرية، الحد غير المباشرة من الحديد هيدروكسيدات (أوكسي) كبريتيد تنتجها الحد الميكروبي من كبريتات يمكن أن تؤثر أيضا تنقل الشركة المصرية للاتصالات. ومع ذلك، مدى وحركية من ردود الفعل هذه عموما دراستها في أنظمة متجانسة دفعة أو دفعة ميكروكوسمس16،18،،من1920. عيب تجارب دفعة هو الافتقار إلى الانفصال الظواهر التي تحدث؛ وفي الواقع، يستند النشاط والمحدودة من الموارد الحالية في الدفعة وإلا يعطي نتيجة نهائية للتحولات في انتواع والامتزاز. باستخدام نهج عمود يمكن تجديد إينفلووينج وسائل الإعلام ورصد مصير الشركة المصرية للاتصالات عبر الزمان والمكان. هذه الشروط أكثر واقعية عند مقارنتها بطبقة المياه جوفية، حيث الظواهر الحقيقية ترتبط ارتباطاً وثيقا بظروف ترشيح مستمرة. وعلاوة على ذلك، هو حدوث هيدروكسيد الحديد غير متجانسة (أوكسي) في رواسب المياه الجوفية المشتركة21،23، والتغيرات المكانية في التشكيل المعدني والكيميائي من المراحل الصلبة محركات التأكيد الأنشطة الميكروبية .
لتوضيح تأثير هذه التغاير على الظواهر الجغرافية للميكروبات ومصير الشركة المصرية للاتصالات المرتبطة بالحديد، قمنا بتطوير مختبر، عمود التي تغذيها باستمرار تمثل طبقة المياه جوفية نموذج مبسط. يتم تعبئة العمود ﻹنشاء منطقة النضوب الحديد في مدخل العمود ومنطقة الغنية بالحديد في الجزء العلوي. تمكين منافذ العينات العادية لنا لدراسة كل منطقة على حدة، فضلا عن الظواهر المرتبطة بواجهة. مثال على تطبيق هذا الجهاز التجريبي لدراسة مصير الزئبق وانتواع بالفعل متاحة24. هنا نعطي وصفاً مفصلاً لبرنامج الإعداد التجريبية ومثال ثان لتطبيقه وركزت على سلوك كما هو الحال في طبقات المياه الجوفية الملوثة.
Protocol
Representative Results
Discussion
إعداد العمود التجريبية ثبت أن جهاز مختبر مريحة لدراسة العمليات الكيميائية الأرضية الأحيائية اللاهوائية في ظروف مستمرة. تسمح أنظمة العمود المستمر يعملون في ظروف أقرب إلى تلك المياه الجوفية الحقيقية من نظم دفعة الملاط أو ميكروكوسمس. يمكنك محاكاة النظم المستمر حركة المياه الجوفية من خلال ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل المشترك قبل التعدينية، بمنحه ما بعد الدكتوراه من معهد كارنو ولواريه دو العام المجلس. ونعترف أيضا مع الامتنان الدعم المالي المقدم للمشروع محاور المركز الإقليمي-فال دو لوار.
Materials
| Glass columns | Beaucaverre, France | Specific request | columns were composed of 3 separate pieces, the main column core with the cooling jacket and the 5 sampling ports (size GL14 with olive) and a top and bottom piece that fits to the main column body and is held in place with a silicone joint and screw (RIN F 40×38 & SVL 42). note: this design was discussed directly with the company. We recommend to find a local glazier. |
| Septa PTFE/silicone diam 20mm | Sigma-Aldrich | 508608 | |
| PTFE tubing ID 3mm | VWR | 228-0745 | |
| Peristaltic pump | Dominique Dutsher SAS | 66493 | |
| Peristaltic pump tubing LMT 55 | VWR | 224-2250 | Tygon® LMT 55 |
| Fontainbleau sand D50=209 µm | SIBELCO, France | ||
| N2 for bubbling | Air Liquide, France | ||
| Gamma iradiation | Ionisos, Dagneux, France | ||
| Automatic Mercury Analyser (AMA 254, ) | Courtage Analyses, France | ||
| Varian SpectrAA 300 Zeeman | Agilent | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| HNO3 Supra pur | VWR | 1.00441.1000 | Producer: Merck |
| HCL 30% Supra pur | VWR | 1.00318.1000 | Producer: Merck |
| Hg(NO3)2 | Merck | 516953 | |
| As2O3 | Merck | 202673 | |
| FeCl3-6H2O | Merck | 207926 | |
| silica gel | Sigma-Aldrich | 336815-500G |
References
- Oremland, R. S., Stolz, J. F. The Ecology of Arsenic. Science. 300 (5621), 939 (2003).
- Silver, S., Phung, L. T. Genes and enzymes involved in bacterial oxidation and reduction of inorganic arsenic. Appl Environ Microbiol. 71 (2), 599-608 (2005).
- Compeau, G. C., Bartha, R. Sulfate-Reducing Bacteria: Principal Methylators of Mercury in Anoxic Estuarine Sediment. Appl. Environ. Microbiol. 50, (1985).
- Fleming, E. J., Mack, E. E., Green, P. G., Nelson, D. C. Mercury Methylation from Unexpected Sources: Molybdate-Inhibited Freshwater Sediments and an Iron-Reducing Bacterium. Appl. Environ. Microbiol. 72 (1), 457-464 (2006).
- Barkay, T., Miller, S., Summers, A. Bacterial mercury resistance from atoms to ecosystems. FEMS Microbiol Rev. 27 (2-3), 355-384 (2003).
- Dixit, S., Hering, J. G. Comparison of arsenic(V) and arsenic(III) sorption onto iron oxide minerals: Implications for arsenic mobility. Environ. Sci. Technol. 37, (2003).
- Andersson, H. A., Nriagu, J. O. . The Biochemistry of Mercury in the Environnment. , 79-112 (1979).
- Khwaja, A., Bloom, P. R., Brezonik, P. L. Binding Constants of Divalent Mercury in Soil Humic Acids and Soil Organic. Environ. Sci. Technol. 40, (2006).
- Neculita, C. M., Zagury, G. J., Deschenes, L. Mercury Speciation in Highly Contaminated Soils from Chlor-Alkali Plants Using Chemical Extractions. J Environ Qual. 34 (1), (2005).
- Schuster, E. The behaviour of mercury in the soil with special emphasis on complexation and adsorption processes – a review of the literature. Water Air Soil pollut. 56 (56), 667-680 (1991).
- Wallschläger, D., Desai, M. V. M., Spengler, M., Windmöller, C. C., Wilken, R. D. How humic substances dominate mercury geochemistry in contaminated floodplain soils and sediments. J. Environ. Qual. 27 (5), (1998).
- Lovley, D. R. Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 55 (2), 259-287 (1991).
- Lovley, D. R., Kashefi, K., Vargas, M., Tor, J. M., Blunt-Harris, E. L. Reduction of humic substances and Fe(III) by hyperthermophilic microorganisms. Chem. Geol. 169 (3-4), 289-298 (2000).
- Hansel, C. M., et al. Structural constraints of ferric (hydr)oxides on dissimilatory iron reduction and the fate of Fe(II). Geochimica Cosmochimica Acta. 68, 3217-3229 (2004).
- Thamdrup, B., Fossing, H., Jørgensen, B. B. Manganese, iron and sulfur cycling in a coastal marine sediment Aarhus bay, Denmark. Geochim.Cosmochim. Acta. 58 (23), 5115-5129 (1994).
- Planer-Friedrich, B., London, J., McCleskey, R. B., Nordstrom, D. K., Wallschläger, D. Thioarsenates in Geothermal Waters of Yellowstone National Park: Determination, Preservation, and Geochemical. Environ. Sci. Technol. 41 (15), 5245-5251 (2007).
- Burnol, A., et al. Decoupling of arsenic and iron release from ferrihydrite suspension under reducing conditions: a biogeochemical model. Geochem. Trans. 8 (1), 12 (2007).
- Kocar, B. D., et al. Integrated biogeochemical and hydrologic processes driving arsenic release from shallow sediments to groundwaters of the Mekong delta. Appl. Geochem. 23 (11), (2008).
- Harris-Hellal, J., Grimaldi, M., Garnier-Zarli, E., Bousserrhine, N. Mercury mobilization by chemical and microbial iron oxide reduction in soils of French Guyana. Biogeochem. 103 (1), (2011).
- Islam, F. S., et al. Role of metal-reducing bacteria in arsenic release from Bengal delta sediments. Nature. 430, (2004).
- Schultz-Zunkel, C., Rinklebe, J., Bork, H. R. Trace element release patterns from three floodplain soils under simulated oxidized-reduced cycles. Ecol. Eng. 83, 485-495 (2015).
- Nickson, R. T., et al. Mechanisms of arsenic release to groundwater, bangladesh and West Bengal. App. Geochem. 15, 403-413 (2000).
- Varsanyi, I., et al. Arsenic, iron and organic matter in sediments and groundwater in the Pannonian basin, Hungary. App. Geochem. 21, 949-963 (2006).
- Hellal, J., et al. Mercury mobilization and speciation linked to bacterial iron oxide and sulfate reduction: A column study to mimic reactive transfer in an anoxic aquifer. J. Contam. Hydrol. 180, 56-68 (2015).
- Battaglia-Brunet, F., Dictor, M. C., Garrido, F., Crouzet, C., Morin, D., Dekeyser, K., Clarens, M., Baranger, P. An arsenic(III)-oxidizing bacterial population: selection, characterization, and performance in reactors. J Appl. Microbiol. 93 (2002), 656-667 (2002).
- Salvato, N., Pirola, C. Analysis of mercury traces by means of solid sample atomic absorption spectrometry. Microchim Acta. 123 (1), 63-71 (1996).
- Huguet, L. . Caractérisation biogéochimique et potentiel de méthylation du mercure de biofilms en milieu tropical (retenue de Petit Saut et estuaire du Sinnamary, Guyane Française). . , (2009).
- Mamindy-Pajany, Y., et al. Arsenic in Marina Sediments from the Mediterranean Coast: Speciation in the Solid Phase and Occurrence of Thioarsenates. Soil Sed. Contam. 22, 984-1002 (2013).
- dos Santos Afonso, M., et al. Reductive dissolution of iron(III) (hydro)oxides by hydrogen sulfide. Langmuir. 8, 1671-1675 (1992).
- Postma, D., et al. Redox zonation: equilibrium constraints on the Fe(III)/SO4-reduction interface. Geochem Cosmochim. Acta. 60, 3169-3175 (1996).
- Kumar, N., et al. Sulfur and oxygen isotope tracing in zero valent iron based In situ remediation system for metal contaminants. Chemosphere. 90, 1366-1371 (2013).
