Summary
גורל היווצרות המינים של ארסן וכספית באקויפרים הם פעילות מיקרוביאלית ותנאים קשורה קשר הדוק פיזיו-כימית. כאן, אנו מציגים התקנה ניסיוני העמודה המקורית מחקה אקויפר ומאפשרת הבנה טובה יותר של יסוד קורט דילדול בתנאים אנאוקסיים. שתי דוגמאות מוצגים, המשלב גישות גיאוכימיים מיקרוביולוגית.
Abstract
הגורל ואת היווצרות המינים של יסודות קורט (מלון טס), כגון ארסן (As), כספית (Hg), באקויפרים קשורים קשר הדוק לתנאים פיזיו-כימית, כגון חמצון-חיזור פוטנציאליים (Eh) ו- pH, אלא גם לפעילות מיקרוביאלית זה יכול לשחק תפקיד ישיר או עקיף על היווצרות המינים ו/או ניידות. אכן, חיידקים מסוימים ניתן ישירות נישחק As(III) כדי As(V) או להפחית את As(V) כדי As(III). באופן דומה, חיידקים מעורבים חריפה Hg רכיבה על אופניים, או באמצעות מתילציה שלו, ויוצרים את כספית monomethyl עצבי, או דרך הפחתת שלה אלמנטלים Hg °. הגורל של שני כמו כספית קשורים גם להרכב אדמה או אקוויפר; אכן, כמו כספית ניתן לאגד תרכובות אורגניות או והידרוקסידים (אוקסי), שתשפיע על ניידותו. בתורו, פעילויות חיידקיים כגון הפחתת הידרוקסיד ברזל (אוקסי) או חומר אורגני מינרליזציה יכולים להשפיע באופן עקיף כמו ו- Hg פחמיות. הנוכחות של סולפט/גופרתי יכול להשפיע גם רכיבים אלה מסוים דרך היווצרות של מתחמים כגון thio-ארסנטים עם או metacinnabar עם כספית.
כתוצאה מכך, שאלות חשובות רבות הועלו על הגורל ועל היווצרות המינים של כמו ו- Hg ב הסביבה וכיצד להגביל את הרעילות שלהם. עם זאת, בשל תגובתיות שלהם כלפי רכיבי אקוויפר, קשה בבירור מביצועם biogeochemical בתהליכים המתרחשים, שלהם השפעות שונות על גורלם של אלה טה.
לשם כך, פיתחנו מקורי, ניסיוני, להגדרת הטור המחקה אקויפר עם אזורים עשירים כמו - או Hg--תחמוצת ברזל לעומת ברזל דלה תחומים, המאפשר הבנה טובה יותר של טה דילדול בתנאים אנאוקסיים. הפרוטוקול הבא נותן הוראות צעד אחר צעד הגדרת עמודה לשם כמו או כספית, כמו גם דוגמה עם במסגרת סולפט הפחתת התנאים וברזל.
Introduction
הבנה, חיזוי יסוד קורט (TE) ניידות, ביוגיאוכימיה בסביבה הוא חיוני כדי לפקח, לפתח וליישם החלטות ניהול המתאים עבור אתרים מזוהמים. במיוחד חל במקרה של מלון טס רעילים כגון ארסן (As), כספית (כספית). גורלם ואת היווצרות המינים של מלון אלה טס אדמה או האקוויפרים קשורים קשר הדוק לתנאים הכימי פיזיקלי, כגון Eh ו- pH, אלא גם לפעילות מיקרוביאלית, שיכול לשחק גם תפקיד ישיר על היווצרות המינים או תפקיד עקיף על ניידות.
אכן, חיידקים מסוימים ניתן ישירות נישחק As(III) כדי As(V) או להפחית את As(V) כדי As(III). זה משפיע על רעילות, מאחר As(III) היא הצורה הרעילים ביותר של כל, וניידות, כיוון As(III) הוא לניידים יותר As(V), אשר יכול בקלות לספוח והידרוקסידים (אוקסי) ברזל או חומר אורגני1,2. באופן דומה, חיידקים מעורבים חריפה כספית רכיבה על אופניים, בין אם באמצעות מתילציה שלו, בעיקר על ידי הפחתת חיידקים3,4, ויוצרים את עצבי monomethyl כספית (ברצון bioaccumulated בשרשרת המזון), סולפט וברזל או דרך הפחתת שלה נדיף היסודי Hg (Hg °)5.
הן כמו הגורל Hg כרוכים גם להרכב אדמה או אקוויפר, מאז תרכובות כמו חומר אורגני או ברזל והידרוקסידים (אוקסי) יכול להשפיע על שלהם פחמיות ואת הזמינות הביולוגית. As(V) adsorbs טוב כדי ברזל והידרוקסידים (אוקסי)6, ואילו Hg יש זיקה גבוהה מאוד של חומר אורגני (אום; בעיקר עבור קבוצות תיול) אבל גם colloidal ברזל או מנגן והידרוקסידים (אוקסי) ב- OM דלה בסביבות7,8 , 9 , 10 , 11.
פעילות חיידקית אז יכול להשפיע על גורלו של מלון טס הספוחה והידרוקסידים (אוקסי) או חומר אורגני באמצעות צמצום והידרוקסידים (אוקסי) ברזל או את מינרליזציה של חומר אורגני. צמצום ברזל ישירה על ידי חיידקים הוא שהשביל דומיננטי להפחתת ברזל בגופרית דלה12,אזורי13, Fe(III) בשימוש של מקבל אלקטרון מסוף, ואילו בעקיפין, Fe(III) אפשר לצמצם Fe(II) על ידי גופרתי נוצר על ידי הפחתת סולפט חיידקי14. יתר על כן, הנוכחות של סולפט ניתן גם לשנות Hg כמו היווצרות המינים דרך היווצרות של מתחמים כגון thio-ארסנטים15 עם או metacinnabar עם כספית.
לפיכך, הבנה טובה יותר של ההשפעה של ברזל סולפט רכיבה על גורלה של טה, כגון כספית ו כ, יכול לעזור לנו כדאי לנהל אתרים מזוהמים ואיכות קרקע ומים. נתונים יכול לתרום גם חיזוק קיימים מודלים מתכת-ניידות. חיידקים Fe (III)-הפחתת16,17,18 יכול לגרום את desorption של טה. באופן תיאורטי, ההפחתה עקיף של ברזל והידרוקסידים (אוקסי) מאת סולפיד המיוצר על ידי הפחתת חיידקים גופרתי יכול גם להשפיע טה ניידות. עם זאת, במידה ואת קינטיקה של תגובות אלו נלמדים בדרך כלל במערכות הומוגנית אצווה או אצווה microcosms16,18,19,20. החיסרון של ניסויים אצווה הוא המחסור דיסוציאציה של התופעה המתרחשים; אכן, פעילות מבוססת על, מוגבלת על-ידי המשאבים נוכח האצווה ורק נותן תוצאה סופית של במאזן היווצרות המינים של ספיחה. שימוש בגישה עמודה מאפשר חידוש inflowing מדיה, הפיקוח על גורלו של טה במרחב ובזמן. תנאים אלה הם מציאותיים יותר בהשוואה אקויפר, איפה תופעות אמיתי הדוק לתנאים חלחול רציפה. יתר על כן, התרחשות הידרוקסיד (אוקסי) הטרוגניות ברזל אקוויפר משקעים הוא21,נפוצה23, השינויים המרחביים בהרכב למינרלוגיה וכימי של השלבים מוצק בהחלט נוהג פעילות מיקרוביאלית .
התירי את ההשפעה של אלה heterogeneities על תופעות גיאו-מיקרוביאלית וגורלה של ברזל-הקשורים טה, פיתחנו מעבדה, עמודה ברציפות-fed המייצג של אקוויפר במודל מפושט. מלא את העמודה כדי ליצור אזור מדולדל ברזל הכניסה בעמודה, אזור עשיר ברזל בחלק העליון. דיגום רגיל מאפשרים לנו לחקור את כל אזור בנפרד, כמו גם תופעות הקשורות ממשק. דוגמה של יישום התקן נסיוני זה לצורך המחקר של כספית הגורל ואת היווצרות המינים היא כבר זמין24. כאן אנחנו נותנים תיאור מפורט של ההתקנה ניסיוני, דוגמה שנייה של היישום שלה התמקדו את ההתנהגות כמו אקוויפרים מזוהמים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנה ניסיוני
- Acid-wash את כל החומרים (זכוכית, טפלון (PFTE)) במגע עם דגימות (5 ימים ב- 20% חומצה חנקתית (עב ס3) וי/v) ואחריו 5 ימים ב- 10% חומצת מימן כלורי (HCl) וי/v). לשטוף מספר פעמים עם מים אולטרא טהורים ויבש תחת מכסה המנוע זרימה שכבתית לכהן להשתמש.
- השתמש כפפות פוליאתילן (או דומה), ברדס fume עבור כל השלבים מעורבים חומרים כימיים.
2. מכינים Hg ובאשר עלה תחמוצות ברזל אמורפי
- להכין כ- 20 גרם של ferryhydrate (Fe(OH)3): להמיס 50 גרם של FeCl3-6 H2O ב- 500 מ של מים אולטרא טהורים (resistivity > MΩ 18 ס מ-1) תחת עצבנות ב כור זכוכית עם המדחף של פלדת או מגנטי בחישה. ה-ph ההתחלתית < 2.
- להוסיף באופן ידני של תמיסת NaOH 10 מ', כדי לזרז את ferryhydrate.
הערה: כ- 50 מ ל יידרשו כדי לזרז כל את הברזל (אוקסי) והידרוקסידים. להתאים את ה-pH 6 ולשמור על עצבנות לשעה לייצוב.- עבור עלה-Hg והידרוקסידים (אוקסי): להכין 10 מ"ל של HgNO3 -10 גרם L-1 ולהוסיף 350 µL הפתרון הידרוקסיד (אוקסי).
הערה: זו תניב הסופי של כספית בתוכן והידרוקסידים (אוקסי) רטוב של µg ~ 4 g-1 והידרוקסידים (אוקסי). - עבור-עלה והידרוקסידים (אוקסי): התכונן 100 מ של2O325 -10 גרם L-1 ולהוסיף 70 מ ל הפתרון תחמוצת ברזל. זה תניב התוכן As(III) הסופית ~ 70 מ ג/גרם והידרוקסידים (אוקסי).
- עבור עלה-Hg והידרוקסידים (אוקסי): להכין 10 מ"ל של HgNO3 -10 גרם L-1 ולהוסיף 350 µL הפתרון הידרוקסיד (אוקסי).
- להשאיר תחת עצבנות עם המדחף פלדת או פגים במשך 3 שעות, ואז צנטריפוגה במשך 20 דקות ב- 2,000 x g... להסיר את תגובת שיקוע מחדש להשעות את והידרוקסידים (אוקסי) ב- 500 מ של מים אולטרא טהורים. חזור על צנטריפוגה ושטיפה צעדים פעמיים. לשחזר את והידרוקסידים (אוקסי) לח (המוצקים של תכולת הלחות של 85-90% wt.) ולאחסן ב 4 ° C עד השימוש.
- לחטא Hg לחים או תחמוצות ברזל-עלה על ידי קרינת גמא, עם מינון קרינה מיוננת מינימלי של 25 kGy.
- לשלוט Hg כמו תוכן והידרוקסידים (אוקסי)
- לקבוע Hg התוכן של גלולה26.
הערה: מצאנו 3.90 ± 0.08 µg Hg g-1 מוצק. לכן, הסכום הכולל של כספית נוספו כל עמודה בסול 18.3 של תחמוצות ברזל היה µg ± 1.51 71.4. - לקבוע בתור תכנים בגדר. השתמש מינרליזציה חומצה חם (8 מ"ל של HCL N 5 במשך 4 שעות ב 50 מעלות צלזיוס), לנתח באמצעות ספקטרומטר ספיחה אטומית (AAS).
הערה: מצאנו 70 מ ג כ ז-1 מוצק. לכן, הסכום הכולל של ככל שנוספו העמודה בסול 18.3 של תחמוצות ברזל היה ~1.3 g.
- לקבוע Hg התוכן של גלולה26.
3. מכינים סיליקה ג'ל וחול מטריקס
הערה: מטריצה רופף סיליקה ג'ל שימש כדי לעצור את תחמוצות ברזל בסדר מעבר מתערובת חול/תחמוצת ברזל תחת זרם המים. המטריקס ג'ל הסופי היה 6% סיליקה ג'ל כדי לא ליצור בלוק אלא רק באופן רופף צבירה של תחמוצות.
- הכן תערובת סיליקה ג'ל 10% על ידי חימום 4 g של סיליקה ג'ל ב- 40 מ ל פתרון של 7% קו על פלטה חמה, לערבב עם פס מגנטי מערבבים עד התפרקה.
- להוסיף 60 מ של מים אולטרא טהורים ואז צנני את הפתרון ~ 20 ° C. במהירות titrate עם חומצה זרחתית מדולל (20%) ל pH 7.5. ואז במהירות מערבבים את נוזלי סיליקה ג'ל עם 320 גרם של חול סטרילי ו- g של 18.3 שכבר נוספה של תחמוצות ברזל Hg-ממוסמר או כמו עלה לפני זה עפור.
- לפרק את התערובת "jellified" על ידי ערבוב עם מרית ולשמור סטרילי לפני השימוש בשלב 4.
4. הגדרת העמודה
- להשתמש בעמודות זכוכית עם ז'קט מים מערכת הקירור (נפח פנימי = 400 מ"ל, גובה = 30 ס מ, קוטר 3.5 ס"מ), חמש סיליקה septa קבועים (כל 5 ס מ) לאורך העמודים כדי לאפשר לך לטעום לאורך העמודה.
- חותכים PTFE אבובים (PTFE int Ø 3 מ מ) כדי להבטיח אורך מספיק כניסת טור, עודפים. להתחבר מהזרימה ממברנות אבובים, אשר בתורו מחובר לספק מים/בינוניים.
- לעקר את כל החומרים (זכוכית, אבובים) על ידי autoclaving (1h ב 110 מעלות צלזיוס).
- צרף עמודה אנכית.
- להתחבר את הז'קט מים מים קירור מערכת כדי לשמור על טמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.
- מלא את העמודה מלמעלה כדלקמן:
-שכבה של צמר סלעים לחה כדי למנוע אובדן מוצק;
-g 320 של חול סטרילי (חול פונטנבלו, D50 = 209 מיקרומטר);
-320 גר' סטרילי חול מעורבב עם 18.3 g להתייבש אמורפי תחמוצות ברזל עלה עם כספית או כמו (ראו שלב 1) וקבוע במטריצה סיליקה ג'ל 6% (ראה שלב 2). - לצרף עמודה אנכית ולהתחבר זרימת ascendant ברציפות N2 מבעבע במים סטריליים הנדסה גנטית במהירות נמוכה (~ 2 מ ל h-1).
- מכסים את העמודה עם רדיד אלומיניום כדי להגן מפני האור.
איור 1: שרטוט וצילום של ההתקנה עמודה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
דוגמה 1. השפעת הפחתת ברזל של ניידות, היווצרות המינים
כל העמודה מחוסנת ישירות עם מי תהום מאתר הצגת As של ריכוז גבוה יותר מאשר הסטנדרטים שתייה (Bracieux, הלואר et שר, צרפת). מי תהום הייתה שנדגמו בבקבוקי סטרילי, המאוחסנים ב 5 ° C עד השימוש. העמודה היה נמאס מהתחתית עם המים האלו המכיל הקהילה מיקרוביאלית טבעית אנדוגני בספיקה נמוכה-(2 מ ל h-1) כדי להקל על הקובץ המצורף חיידקי החול. הטמפרטורה היה בתחילה קבוע 25 ° c כדי לטובת גידול חיידקים, ואז ירד, לאחר 54 ימי הניסוי רציפה, עד 14 ° C, אשר הטמפרטורה של האקוויפר. לאחר לחלץ שלב חיסון ראשוני, מיום 0 ליום 17 סולפט, לקטט, שמרים (בהתאמה 370 מ ג L-1מ"ג 830 L-1, 250 מ ג L-1) הוכנסו במים האכלה כדי להפעיל את bioreduction סולפט.
דוגמה 2. השפעת הפחתת ברזל/סולפט וברזל חיידקי על ניידות Hg ועל היווצרות המינים
עבור ניסוי זה, שתי עמודות היו ההתקנה באופן זהה. הראשון היה מחוסן עם הקהילה חיידקי בהפחתת ברזל, המסופקים עם molybdate (0.40 mmol L-1), כדי לעכב את הפחתת סולפט, וגם גלוקוז, לטובת חיידקים בהפחתת ברזל (עמודה IRB). עמודה אחרת היה מחוסן עם קהילה חיידקי בהפחתת סולפט, נמאס סולפט ליצירת סולפט הפחתת באזור התחתון החולי חצי עמודה, כמו גם נתרן לקטט כמו מצע (עמודה SRB).
שני המכשירים אנכי ניסיוני הואכלו מלמטה, תחילה עם מים אולטרא טהורים סטרילי, ולאחר מכן עם מי תהום זה היה מחוטא ע י autoclaving (121 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות). מי תהום זו בדקנו באתר Hg מזוהמים chlor-אלקלי (המכונה באתר X מאז המיקום חסוי). משאבה סחרור שימש ולקבוע קצב זרימת ההזנה היה ב- 2.8 מ ל h-1. לפני חיסון, העמודות היו לשטוף תחילה למשך שבוע עם מים אולטרא טהורים, צעד שבמהלכו סך התפרקה Hg ([THg]D), הכולל ברזל מומס ([מוסיקה]D) היו בפיקוח זרימה החוצה. בשלב הבא, עמודות הואכלו במהלך שבוע אחד עם מים באתר X סטרילי כדי לבדוק העדר של מרקורי והאביוטיים גיוס. העמודות האביסו ואז האתר X מים שתוקן עם לקטט, סולפט (370 מ ג L-1 של נתרן גופרתי) ו 830 מ ג L-1 של סודיום לקטט עבור העמודה SRB, ועם גלוקוז ו- molybdate (10 גרם L-1 ו 0.40 mmol L-1) עבור העמודה IRB. לאחר השלבים והאביוטיים ראשוני, 20 מ של inoculum היו מוזרק לתוך המים inflowing של כל עמודה ביום 21.
Inocula הוכנו על ידי העשרת הקהילה חיידקי אנדוגני אקס אתר מזוהם-Hg בתקשורת תרבות ספציפית להעדיף צמצום סולפט או הפחתת ברזל. הכנת הן באמצעי היה שתואר לעיל27. לאחר הפחתת סולפט וברזל שאושרו על-ידי מדידת [אז42 -] /S2 -] ו- [Fe(III)]/[Fe(II)] ב- enrichments אלה, הם שימשו כדי לחסן את העמודות SRB ו- IRB, בהתאמה.
תוצאות הניסויים עמודה כספית זמינים ב. Hellal et al. (2015) 24.
עבור ניסוי זה טור על ארסן ניידות, ההתנהגות לאורך זמן של ריכוז בסולפט [אז42 -], סה כ ברזל מומס (< 0.45 מיקרומטר) [מוסיקה]D, ועל סך המומסים ארסן [TAs]D בשקע החשמל פתרון מקבלים איור 2A, ואת ההתפתחות של אלמנטים אלה, כמו גם ה-pH Eh לאורך הפרופיל עמודה לאחר 54 ימי דגירה מקבלים איור 2B.
איור 2 . פיקוח על העמודה. (א) האבולוציה הטמפורלי של [אז42 -], [TAs]Dו- [מוסיקה]D פיקוח משקע החשמל עמודה. פרופילים עמודה אנכית (B) עבור ה-pH, Eh (הפניה למעורר Ag/AgCl), [כך42 -], [S2 -], [TAs]D, ו- [מוסיקה]D לאחר 54 ימים של ניטור.
אחרי שבועיים של ניסויים רציפה סולפט ו לקטט ההזנה, התמיסה בצבע שחור נצפתה על הממשק בין שתי שכבות של חול (איור 3 א). אזור שחור זה פלשו בהדרגה את הברזל העליונה (אוקסי) מועשרת הידרוקסיד אזור של העמודה (איור 3B). בסוף הניסוי (יום 95), השכבה העליונה כולה היה שחור (איור 3C).
איור 3: שינויים בהיבט של אזור הידרוקסיד לתוך העמודה במהלך הניסוי.
(א) האזור השחור הופיע בבית הממשק (יום 35), (B) השחור פוחת משקעים בהדרגה פלשו לאזור הידרוקסיד (יום 45), (ג) אזור הידרוקסיד היה שחור לגמרי (יום 65). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
לאחר 35 ימי ריצה רציפה, נצפתה ירידה [אז42 -] משקע החשמל עמודה, ואחריו עלייה ארעית של דגימות [מוסיקה]D ב- 0.45 מיקרומטר בפילטר. מיום 60, נמדדה עלייה משמעותית של [TAs]D במים עודפים. פרופיל של הפרמטרים פיזיקליות, כימיות לאורך מערכת ניסויית הושג ביום 54, כאשר ההפחתה סולפט היה פעיל בבירור, על ידי דגימה באמצעות septa 5. ה-pH לא משתנה, שנותרו קרוב pH 7 (מ- 7.00 על 7.32) מהחלק התחתון לחלק העליון של העמודה. לעומת זאת, פוטנציאל חמצון-חיזור הייתה שונה בבירור שתי שכבות (איור 2B), הצגת ערכי קרוב-400 mV (הפניה למעורר Ag/AgCl) בתחתית, משולל ברזל, והגברת לערכים קרובים-200 mV (ref.Ag/AgCl) באזור עשיר ברזל העליון. השכבה התחתונה, סולפיד מומס להגיע אל ריכוזי קרוב 20 מ ג L-1ולאחר מכן ירד לערכים נמוך מ 1 מ ג L-1 באזור עשיר ברזל. ריכוז סולפט היה נמוך באופן גלובלי בעמודה מאשר במים הזנה; עם זאת, זה ירד בחדות בין אזורי נטולי ברזל, ברזל עשיר. ארסן זוהה דגימות מיקרומטר מסונן 0.45 מן האזור העליון, שהכיל את והידרוקסידים ברזל (אוקסי) עלה ב- As). Thio-arsenate מינים זוהו בסמוך לאזור ממשק, תוצר ביניים של סולפט-הפחתת; תיוסולפט היה נוכח הפרעות-ברזל השכבה התחתונה28.
התוצאות של הפרופילים ריכוז סולפט ו- thio-arsenate ציין לשיא של סולפט-הפחתת פעילות בין שכבות נטולי ברזל, ברזל עשיר. בשכבה עתירי ברזל, התהליכים המתרחשים סביר צריך להיות על ידי מומס גופרתי כדי לייצר Fe(II), אשר אז שמצע עם סולפיד מומס בתור שחור פס מינרלים29הפחתת Fe(III). קצת ארסן בתחילה מוכרח ברזל (אוקסי) והידרוקסידים יכול היה גייסה על ידי הפחתת Fe(III) אבל אז הספוחה מחדש על גבי והידרוקסידים (אוקסי) הנותרים ברזל כל עוד אתרים ספיחה היו זמינות. כמו החזית פס שחור התקדם מעלה, הכמות של אתרים זמינים ספיחה ירד וריכוז ארסן במים עודפים גדל. הפעילות בהפחתת סולפט גבוה יותר, נמדד בקרבת הממשק נטולי ברזל, ברזל-עשיר, יכול להיות מוסבר על ידי הצריכה של סולפיד מומס על ידי ברזל; מאז המוצר פרסם בין סולפט-הפחתת היה הנצרך, התגובה הזו היה אנרגטית חיובית יותר30. התופעה נצפתה בזכות הגדרת עמודה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הגדרת עמודה ניסיוני הוכיחה להיות מכשיר מעבדה נוח ללמוד תהליכים אנאירוביים biogeochemical בתנאים רציפה. בעמודה רציפה מערכות מאפשרות לעבוד בתנאים קרוב יותר לאלו של האקוויפרים אמיתי מאשר במערכות אצווה slurry או microcosms. מערכות רציפות ניתן לדמות את התנועה של מי תהום דרך אקוויפר משקעים.
השלב הקריטי ביותר בתוך הפרוטוקול נערכת והידרוקסידים (אוקסי) את טה-ברזל, את התערובת עם סיליקה ג'ל וחול, אשר צריך להיווצר במהירות על מנת לקבל מרקם הומוגני. מעבר שלב זה קריטי כללי, הכנת והידרוקסידים (אוקסי) עלה מזהמים צריך להיות מעוצב בקפידה על מנת לייצג מודל מתאים של הישות המערכת הטבעית למד17.
העמודה נוצר כדי לאפשר דגימה ברמות שונות, ובכך נותן גישה לפרופילים של פרמטרים פיזיו-כימי וביולוגי. לפיכך, המערכת יכולה לכלול מספר שכבות שמדמות בחיי עיר heterogeneities. כאן, heterogeneities ריכוז הברזל באקויפרים טבעי היו מדומה; עם זאת, סוגים אחרים של heterogeneities למינרלוגיה עשויים להילמד על ידי התאמת סוג סינתטי מינרלים כלולים בג'ל סיליקה. המטריקס סיליקה ג'ל מנעו ביעילות התנועה של חלקיקים זעירים של ברזל והידרוקסידים (אוקסי). בדוגמאות נתון, העמודות חוסנו עם microflora הטבעית של מי התהום19, עם זאת, העמודה, כל הציוד המשויך לעקר, ניסויים עם זני חיידקים טהור יכול להיחשב.
המגבלות של הטכניקה מקושרים בהתאם לגודל המכשיר ניסיוני. כמות הנוזל הזה ניתן לטעום מן כל יציאה דגימה חייב להיות מוגבל עד 5 מ"ל (מקסימום) כי הדגימה משבש שיווי משקל המערכות. ההשלכות של הפרעה ניתן לקשר את קצב זרימת ההזנה: עבור שיעורי זרימת ההזנה נמוך מאוד, השיבוש יהיה יותר מאשר עבור זרימת-שיעור גבוה יותר. לפיכך, האחסון הדגימה נמוך מגביל את טווח המידות וניתוחים שניתן לבצע. תדירות הדיגום ב דגימה יציאות גם צריכה להיות מוגבלת לתת את העמודה להגיע שיווי משקל חדש בין כל דגימה פרופיל. מסיבות דומות, הדגימה של חומר מוצק דרך יציאות דגימה חייב להיות מוגבל בכמויות קטנות מאוד. מגבלה נוספת של הטכניקה היא הקושי של ביצוע ניסויים לשחזור בעמודות מרובות, מאז בתנאים הזנה רציפה יהיה קשה מאוד לשמור על תנאים זהים במכשירים מקבילים.
הגדרת עמודה ניסיוני נוכח רוכש נתונים הקשורים בתופעות המתרחשים האקוויפרים כי אין אפשרות להשיג באמצעות תנאים אצווה. במסגרת מחקר שלם, זה מהווה השלמה משמעותי ניסויים אצווה קלאסית שניתן לבצע במשכפל17,20.
יישומים אפשריים של הגדרת הניסוי הזה כוללים הבהרה של תהליכים biogeochemical וגורם לשחרור רעילים מלון טס (למשל, כ, Se) טבעי גיאולוגיות, הערכת ההשפעה של פעילות אנתרופוגניים על אלה תהליכים, כגון קלט של חנקת או חומרי הדברה של מי תהום, לדוגמה, או תנודות במפלס מי תהום. העמודות יכול להיות שימושי גם בבדיקת האפשרויות למצבה31 כילוי של מזהמים אורגניים או הייצוב של מזהמים אורגניים כגון כספית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו מומן במשותף על ידי BRGM, מענק פוסט-דוקטורט מן את Loiret du Général כי המכון קרנו. אנו גם בהכרת תודה להכיר את התמיכה הכספית לפרוייקט צירים שמספק מרכז Région - ואל דה לה לואר.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 40x38 & SVL 42). note: this design was discussed directly with the company. We recommend to find a local glazier. |
| Septa PTFE/silicone diameter 20 mm | Sigma-Aldrich | 508608 | |
| PTFE tubing ID 3 mm | 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 irradiation | Ionisos, Dagneux, France | ||
| Automatic Mercury Analyzer (AMA 254) | Courtage Analyses, France | ||
| Varian SpectrAA 300 Zeeman | Agilent | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| HNO3 Supra pur | VWR | 1.00441.1000 | Manufacturer: Merck |
| HCL 30% Supra pur | VWR | 1.00318.1000 | Manufacturer: 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. The Biochemistry of Mercury in the Environnment. Nriagu, J. O. , Elsevier. Amsterdam. 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). . , Université Henry Poincaré - Nancy 1, Pages. (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).
