Artigo de método

Instalação de coluna experimental para estudar anaeróbicas biogeoquímicas interações entre bactérias, oligoelementos e hidróxidos de ferro (oxi)

DOI:

10.3791/56240

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19 de dezembro de 2017

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1Environmental Biogeochemistry and Water Quality Unit, BRGM, 2Risks and Risk Prevention Division, BRGM, 3Egg Safety & Quality Research

Neste artigo

Resumo

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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.

Resumo

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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.

Introdução

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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....

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Protocolo

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1. preparação experimental

  1. Acid-Wash todos os materiais (vidro, politetrafluoretileno (PTFE)) em contacto com amostras (5 dias em 20% de ácido nítrico (HNO3) v/v) seguidos por 5 dias em ácido clorídrico (HCl) a 10% v/v). Enxágue várias vezes com água ultra pura e seca sob um fluxo laminar antes de capuz de usar.
  2. Usar luvas de polietileno (ou similar) e uma coifa para todas as etapas que envolvem produtos químicos.

2. prepare Hg e quanto cravado de óxidos de ferro amorfo

  1. Prepare-se aproximadamente 20 g de ferryhydrate (Fe(OH)3): dissolver 50 g de FeCl3-6 H2O....

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Resultados

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Exemplo 1. Impacto da redução do ferro da mobilidade e especiação

O como coluna diretamente foi inoculada com águas subterrâneas de um site que apresenta uma concentração como maior do que os critérios de potabilidade (Bracieux, Loire et Cher, França). Águas subterrâneas foi amostrada em frascos estéreis e armazenada a 5 ° C até o uso. A coluna foi alimentada de baixo com essa água contendo a comunidade microbia.......

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Discussão

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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 hidróxidos de ferro-TE (oxi).......

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Divulgações

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Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

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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.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Colunas de vidroBeaucaverre, Françapedido específicoeram compostas por 3 peças separadas, o núcleo da coluna principal com a camisa de resfriamento e as 5 portas de amostragem (tamanho GL14 com azeitona) e uma peça superior e inferior que se encaixa no corpo da coluna principal e é mantida no lugar com uma junta de silicone e parafuso (RIN F 40x38 & SVL 42). Nota: Este projeto foi discutido diretamente com a empresa. Recomendamos encontrar um vidraceiro local.
Septa PTFE/silicone diâmetro 20 mmSigma-Aldrich508608
Tubulação de PTFE ID 3 mmVWR228-0745
Bomba peristálticaDominique Dutsher SAS66493
Tubulação de bomba peristáltica LMT 55VWR224-2250Tygon® LMT 55
Areia de Fontainbleau D50=209 µ mSIBELCO, França
N2 para borbulhamentoAir Liquide, França
Irradiação gamaIonisos, Dagneux, França
Analisador Automático de Mercúrio (AMA 254)Análises de corte, França
Varian SpectrAA 300 ZeemanAgilent
Nome CompanyNúmero de catálogo<strong>Comentários
Chemicals
HNO3 Supra purVWR1.00441.1000Fabricante: Merck
HCL 30% Supra purVWR1.00318.1000Fabricante: Merck
Hg (NO3< / sub>) < sub>2< / sub>Merck516953
As2< / sub>O3< / sub>Merck202673
FeCl < sub>3< / sub>-6H2OMerck207926
gel de sílicaSigma-Aldrich336815-500G
As colunas de

Referências

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  1. Oremland, R. S., Stolz, J. F. The Ecology of Arsenic. Science. 300 (5621), 939(2003).
  2. 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).
  3. Compeau, G. C., Bartha....

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