Installazione colonna sperimentale per lo studio anaerobici biogeochimici interazioni tra batteri, oligoelementi e idrossidi di ferro (ossi)
Summary
Destino e speciazione dell’arsenico e mercurio nelle falde acquifere sono condizioni strettamente correlate al fisico-chimiche e l’attività microbica. Qui, presentiamo un’installazione sperimentale colonna originale che imita una falda acquifera e consente una migliore comprensione dell’oligoelemento biogeochimica in condizioni anossiche. Due esempi sono presentati, la combinazione di approcci geochimici e microbiologici.
Abstract
Destino e speciazione di elementi in traccia (TEs), come l’arsenico (As) e mercurio (Hg), nelle falde acquifere sono strettamente correlati alle condizioni fisico-chimiche, come potenziale redox (Eh) e pH, ma anche per le attività microbica che possono giocare un ruolo diretto o indiretto su speciazione e/o mobilità. Infatti, alcuni batteri direttamente possono ossidare fosfatici di pentavalente o ridurre pentavalente per fosfatici. Allo stesso modo, i batteri sono fortemente coinvolti in Hg, escursioni in bicicletta, attraverso la metilazione, formando il mercurio monometil neurotossina, o attraverso la sua riduzione a elementare Hg °. I destini di entrambi come e Hg sono anche fortemente legate alla composizione del terreno o dell’acquifero; Infatti, come e Hg possono essere associati a composti organici o idrossidi (oxy), che influenzeranno la loro mobilità. A sua volta, attività batterica, come riduzione di idrossido di ferro (ossi) o mineralizzazione della sostanza organica può influenzare indirettamente il come e il sequestro della Hg. La presenza di solfato/solfuro può influire anche fortemente questi particolari elementi attraverso la formazione di complessi quali thio-arseniati con come o metacinnabar con Hg.
Di conseguenza, sono state sollevate molte domande importanti sul destino e speciazione di come e Hg nell’ambiente e come limitare la loro tossicità. Tuttavia, dovuto la loro reattività verso componenti dell’acquifero, è difficile dissociare chiaramente i processi biogeochimici che si verificano e loro impatti diversi sulla sorte di questi TE.
A tale scopo, abbiamo sviluppato un originale, sperimentale, installazione di colonna che imita una falda acquifera con aree ricche come – o Hg-ossido di ferro contro ferro vuotato aree, consentendo una migliore comprensione della biogeochimica TE in condizioni di anossia. Il seguente protocollo dà le istruzioni passo passo per l’allestimento di colonna sia per come o Hg, come pure un esempio con come sotto il ferro ed il solfato in condizioni riducenti.
Introduction
Comprensione e previsione dell’oligoelemento (TE) mobilità e biogeochimica nell’ambiente è essenziale al fine di monitorare, sviluppare e applicare le decisioni di gestione appropriato per siti inquinati. Questo vale soprattutto nel caso di TEs tossici come arsenico (As) e il mercurio (Hg). Il destino e la speciazione di questi TEs nel suolo o falde acquifere sono strettamente correlati alle condizioni fisico-chimiche, quali Eh e pH, ma anche per le attività microbica che possono giocare un ruolo sia diretto sulla speciazione o un ruolo indiretto sulla mobilità.
Infatti, alcuni batteri direttamente possono ossidare fosfatici di pentavalente o ridurre pentavalente per fosfatici. Questo problema riguarda come tossicità, poiché fosfatici è la forma più tossica di come e la mobilità, poiché fosfatici è più mobile di pentavalente, che facilmente possono adsorbire (oxy) idrossidi del ferro o materia organica1,2. Allo stesso modo, i batteri sono fortemente coinvolti in mercurio, escursioni in bicicletta, sia attraverso la metilazione, principalmente da solfato e ferro riducendo batteri3,4, formando il mercurio di monometil neurotossina (prontamente bioaccumulato nella catena alimentare), o attraverso la sua riduzione a volatile elementare Hg (Hg °)5.
Sia come e destini di Hg sono anche fortemente legati alla composizione del terreno o dell’acquifero, dal composti come materia organica o idrossidi (oxy) del ferro possono influenzare loro sequestro e biodisponibilità. Pentavalente assorbe bene al ferro (oxy) idrossidi6, considerando che Hg ha un’affinità molto elevata per materia organica (OM; principalmente per gruppi tiolici) ma anche per ferro colloidale o manganese (oxy) idrossidi in OM impoverito ambienti7,8 , 9 , 10 , 11.
Attività batteriche possono quindi influenzare il destino di TEs adsorbito da idrossidi (ossi) o materia organica attraverso la riduzione degli idrossidi (oxy) del ferro o la mineralizzazione della sostanza organica. Riduzione di ferro diretto da batteri è che pathway dominante per la riduzione del ferro in zolfo impoverito zone12,13, Fe (III) viene utilizzato come un accettore terminale di elettroni, considerando che indirettamente, Fe (III) può essere ridotto a Fe (II) solfuro formata da una riduzione di batteri solfato14. Inoltre, la presenza di solfato può anche modificare Hg e come speciazione attraverso la formazione di complessi quali thio-arseniati15 con come o metacinnabar con Hg.
Così, una migliore comprensione dell’impatto di ferro e solfato di ciclismo sul destino di TE, come Hg e come, potrebbe aiutarci a meglio gestire siti contaminati e mantenere la qualità del suolo e dell’acqua. Dati potrebbero anche contribuire a rafforzare i modelli esistenti di metallo-mobilità. Microbico Fe (III)-riduzione16,17,18 può causare il desorbimento di TE. Teoricamente, la riduzione indiretta di idrossidi (oxy) del ferro dal solfuro prodotto tramite la riduzione microbica del solfato potrebbe incidere anche mobilità TE. Tuttavia, la portata e la cinetica di queste reazioni sono generalmente studiati in sistemi omogenei batch o batch microcosmi16,18,19,20. L’inconveniente di esperimenti di batch è la mancanza di dissociazione dei fenomeni naturali; Infatti, attività si basa su e limitata dalle risorse presenti nel batch e sola dà un risultato finale degli spostamenti nella speciazione e adsorbimento. Utilizzando un approccio di colonna consente il rinnovamento della presenza del flusso multimediale e il controllo del destino di TE nel tempo e nello spazio. Queste condizioni sono più realistiche rispetto ad una falda acquifera, dove fenomeni reali sono strettamente legati alle condizioni di percolazione continuo. Inoltre, presenza di idrossido di eterogenei ferroso (oxy) nei sedimenti dell’acquifero è comune21,23, e i cambiamenti spaziali nella composizione chimica e mineralogica delle fasi solide spinge certamente attività microbica .
Per delucidare l’influenza di queste eterogeneita ‘ sui fenomeni geo-microbica e il destino di TE ferro-collegata, abbiamo sviluppato un laboratorio, una colonna continuamente-Federazione che rappresenta un acquifero di modello semplificato. La colonna viene riempita per creare un fuso di ferro-vuotate all’ingresso colonna e una zona ricca di ferro nella parte superiore. Campionamento regolare porte consentono noi per studiare individualmente ogni zona così come fenomeni di interfaccia-collegata. Un esempio dell’applicazione di questo dispositivo sperimentale per lo studio del destino di Hg e speciazione è già disponibile24. Qui vi diamo una descrizione dettagliata dell’apparato sperimentale e un secondo esempio della sua applicazione incentrata sul comportamento di come in acquiferi contaminati.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il programma di installazione di colonna sperimentale si è rivelata un dispositivo comodo laboratorio per studiare processi anaerobici biogeochimici in condizioni di continue. Sistemi a colonna continua permettono di lavorare in condizioni più vicino a quelle degli acquiferi reali rispetto a sistemi di lotti di liquami o microcosmi. Sistemi continui possono simulare il movimento delle acque sotterranee attraverso sedimenti dell’acquifero.
Il punto più critico all’interno del protocollo sta …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato co-finanziato dalla BRGM, una borsa di studio post-dottorato presso il Conseil Général du Loiret e l’Istituto di Carnot. Riconosciamo anche con gratitudine il sostegno finanziario fornito al progetto perni di Région Centre – Val de Loire.
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 |
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