Instalação de coluna experimental para estudar anaeróbicas biogeoquímicas interações entre bactérias, oligoelementos e hidróxidos de ferro (oxi)
Summary
Destino e especiação de arsénio e mercúrio em aquíferos são condições intimamente relacionadas a fisio-químicas e atividade microbiana. Aqui, apresentamos uma instalação experimental da coluna original que imita um aquífero e permite uma melhor compreensão do oligoelemento biogeochemistry em condições anóxica. Dois exemplos são apresentados, combinando abordagens geoquímicas e microbiológicas.
Abstract
Destino e especiação de oligoelementos (TEs), como o arsénio (As) e mercúrio (Hg), em aquíferos estão intimamente relacionadas às condições físico-químicas, como potencial redox (Eh) e pH, mas também para atividades microbianas que podem desempenhar um papel direto ou indireto na especiação e/ou mobilidade. De fato, algumas bactérias diretamente podem oxidar a magnitude de As(V) ou reduzir As(V) de magnitude. Da mesma forma, as bactérias são fortemente envolvidas em Hg, andar de bicicleta, através de sua metilação, formando o mercúrio monometílico de neurotoxina, ou por meio de sua redução a elementar Hg °. O destino de ambos como e Hg são também fortemente ligada à composição do solo ou aquífero; com efeito, como e Hg pode vincular a compostos orgânicos ou hidróxidos (oxi), que influenciarão a sua mobilidade. Por sua vez, atividades bacterianas, tais como redução de hidróxido de ferro (oxi) ou mineralização de matéria orgânica podem indiretamente influenciar como e o sequestro de Hg. A presença de sulfato/sulfeto também fortemente pode afetar esses elementos particulares através da formação de complexos tais como thio-arseniatos com como ou metacinnabar com Hg.
Consequentemente, foram levantado questões muito importantes sobre o destino e especiação de como e Hg no ambiente e como limitar sua toxicidade. No entanto, devido à sua reatividade para componentes do aquífero, é difícil dissociar claramente os processos biogeoquímicos que ocorrem e seus impactos diferentes sobre o destino destes et.
Para isso, desenvolvemos um original, experimental, instalação de coluna que imita um aquífero com zonas ricas como – ou Hg–óxido de ferro contra ferro empobrecido áreas, permitindo uma melhor compreensão da biogeoquímica TE em condições anóxica. O protocolo seguinte dá instruções passo a passo para a configuração de coluna para como ou Hg, bem como um exemplo com como sob ferro e sulfato de reduzir condições.
Introduction
Entendimento e prevendo a mobilidade do elemento de traço (TE) e biogeoquímica no ambiente é essencial para monitorar, desenvolver e aplicar as decisões de gestão adequadas para sítios poluídos. Isto aplica-se especialmente no caso de TEs tóxicos tais como o arsénio (As) e mercúrio (Hg). O destino e especiação destes TEs no solo ou aquíferos estão intimamente relacionadas às condições físico-químicas, tais como Eh e o pH, mas também para atividades microbianas que podem desempenhar também um papel directo na especiação ou um papel indirecto na mobilidade.
De fato, algumas bactérias diretamente podem oxidar a magnitude de As(V) ou reduzir As(V) de magnitude. Isso afeta como toxicidade, uma vez que a magnitude é a maioria das formas tóxicas de como e mobilidade, uma vez que a magnitude é mais móveis do que As(V), que facilmente pode adsorver (oxi) hidróxidos de ferro ou matéria orgânica1,2. Da mesma forma, as bactérias estão fortemente envolvidas em mercúrio, andar de bicicleta, através de sua metilação, principalmente por sulfato e ferro reduzindo bactérias3,4, formando o mercúrio monometílico de neurotoxina (prontamente bioaccumulated da cadeia alimentar), ou através de sua redução a voláteis elementares hectograma (Hg °)5.
Ambos como e destinos de Hg são também fortemente ligados à composição do solo ou aquífero, desde compostos como matéria orgânica ou hidróxidos de ferro (oxi) podem influenciar seu sequestro e biodisponibilidade. As(V) absorve bem a ferro hidróxidos (oxi)6, Considerando que Hg tem grande afinidade para a matéria orgânica (OM; principalmente para grupos tiol) mas também para ferro coloidal ou manganês (oxi) hidróxidos em OM empobrecido ambientes7,8 , 9 , 10 , 11.
Atividades bacterianas podem então influenciar o destino de TEs adsorvido de hidróxidos (oxi) ou matéria orgânica, através da redução de hidróxidos de ferro (oxi) ou a mineralização da matéria orgânica. Redução de ferro direto por bactérias é que a via dominante para a redução do ferro em enxofre empobrecido zonas12,13, III, sendo usado como um aceitador terminal de electrões, Considerando que indiretamente, III pode ser reduzido a FE por sulfeto de formada por uma redução de sulfato bacteriana14. Além disso, a presença de sulfato de sódio também pode modificar a Hg e como especiação através da formação de complexos tais como thio-arseniatos15 com como ou metacinnabar com Hg.
Assim, uma melhor compreensão do impacto de ferro e sulfato de ciclismo sobre o destino do TE, tais como Hg e como, poderia nos ajudar a melhor gerenciar sites contaminados e manter a qualidade do solo e da água. Dados também poderiam contribuir para reforçar modelos existentes de mobilidade de metal. Microbiana Fe (III)-redução16,17,18 pode causar a dessorção do TE. Teoricamente, a redução indireta de hidróxidos (oxi) de ferro pelo sulfeto produzida pela redução microbiana de sulfato também pode afetar a mobilidade TE. No entanto, a extensão e cinética destas reações são geralmente estudados sistemas homogêneos de lote ou lote microcosmos16,18,19,20. A desvantagem dos experimentos de lote é a falta de dissociação dos fenômenos naturais; com efeito, baseia-se na atividade e limitada pelos recursos presentes no lote e só dá um resultado final dos turnos na especiação e adsorção. Usar uma abordagem de coluna permite a renovação da mídia admitida e o controlo do destino do TE ao longo do tempo e do espaço. Estas condições são mais realistas quando comparado a um aquífero, onde fenômenos reais estão intimamente ligados às condições de percolação contínua. Além disso, ocorrência de hidróxido de ferro heterogêneos (oxi) em sedimentos de aquífero é comum21,23, e as alterações espaciais na composição mineralógica e química das fases sólidas certamente conduz atividades microbianas .
Para elucidar a influência dessas heterogeneidades em fenômenos geo-microbiana e o destino do ferro-associado TE, desenvolvemos um laboratório, uma coluna alimentados continuamente representando um aquífero de modelo simplificado. A coluna é preenchida para criar uma zona de depleção de ferro da entrada de coluna e uma zona rica em ferro no topo. Amostragem regular portas permitem estudar cada zona individualmente, bem como fenômenos de interface associada. Um exemplo da aplicação deste dispositivo experimental para o estudo do destino de Hg e especiação já está disponível,24. Aqui nós damos uma descrição detalhada da instalação experimental e um segundo exemplo de sua aplicação focada no comportamento de como em aquíferos contaminados.
Protocol
Representative Results
Discussion
A configuração de coluna experimental mostrou-se um dispositivo conveniente laboratório para estudar processos biogeoquímicos anaeróbicos em condições contínuas. Coluna contínua sistemas permitem trabalhar em condições mais próximos dos aquíferos reais do que sistemas de lote de chorume ou microcosmos. Sistemas contínuos podem simular o movimento das águas subterrâneas através de sedimentos do aquífero.
O passo mais crítico no âmbito do protocolo está preparando os hidróx…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi co-financiado pela BRGM, uma bolsa de pós-doutorado do Conseil Général du Loiret e o Instituto de Carnot. Reconhecemos também agradecem o apoio financeiro ao projecto pivôs pelo 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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