Bioenergetics of transient and steady-state anaerobic redox processes relevant to groundwater contamination

Axel Colin Heimann

Research output: Book/ReportPh.D. thesisResearch

95 Downloads (Pure)

Abstract

I afhandlingen undersøges anaerob mikrobiel respiration for to forskellige typer af kontaminanter i grundvandet, klorerede ethener og arsen. En kombination af ren- og blandkultur eksperimenter, sedimentmikrokosmos studier og termodynamiske beregninger blev benyttet, for at belyse energetiske begrænsninger af en nøgle parameter i anoxiske systemer, koncentrationen af opløst brint. Triklorethen (TCE) nedbrydning af den deklorerende blandkultur KB 1 blev undersøgt ved forskellige temperaturer (4-60 °C) med hjælp af henholdsvis propionat og laktat som langsomt og hurtigt gærende substrater. Mens den overordnede dekloreringsrate var afhængig af temperaturen, havde valget af substrat og den afledte forskel i brint niveauet en stor indflydelse på de endelige produkter af dekloreringsprocessen og forekomsten af metandannelse. Langsom brintdannelse i løbet af propionat gæring resulterede i en nølefase inden videregående deklorering af cis dikloroethene (cDCE), ledsaget af en karakteristisk stigning i koncentrationen af brint og metan. Den samme kultur blev benyttet til at studere effekten af parametre, som bestemmer Gibbs fri energi for nedbrydning af cDCE og vinyl klorid (VC) på brint niveauet i systemet. Ændringer i temperaturen (10 30°C) og variationer af klorid niveauet (10 100 mmol/L) havde ikke en indflydelse på brint niveauet på en måde som kunne antyde termodynamisk kontrol. Dermed er partiel ligevægts modellering ikke direkte anvendelig på deklorerende systemer. Acetiklastiske metanogener af genus Methanosarcina driver deklorering af VC ved at levere brint, dannet ved anaerob acetat oxidation, til Dehalococcoides spp. Denne proces, som blev opdaget under dyrkning af KB 1 på acetat og VC, blev undersøgt med en kombination af ”fluorescence in situ hybridization” (FISH), radioaktive sporstoffer, brintmålinger og termodynamiske beregninger. Disse viste at overførselen af brint til Dehalococcoides spp. først bliver termodynamisk gunstig ved de lave brint niveauer, som er typisk for anaerob deklorering af VC. Tærskelværdier for brint under mikrobiel respiration af arsenat (As(V)) blev studeret i en renkultur af Sulfurospirillum arsenophilum, en mikroorganisme, som vokser ved at reducere As(V) til As(III). Tærskelværdierne for brint i denne kultur (0.03 0.09 nmol/L) er blandt de laveste værdier som hidtil er målt, hvis man sammenligner med andre terminale elektron accepterende processer (TEAPs). Ligeledes viste sediment mikrokosmer fra en arsen forurenet aquifer i Vietnam hurtig omsætning af As(V) til As(III) ledsaget af forholdsvis lave steady state brint niveauer. Sammen, tyder data på, at As(V) reduktion, mistænkt for at spille en rolle i arsen kontaminering i grundvandsystemer, er en meget konkurrencedygtig TEAP med hensyn til substrat udnyttelse og brint optage.
Original languageEnglish
Place of PublicationKgs. Lyngby
PublisherDTU Environment
Number of pages28
Publication statusPublished - Jun 2007

Cite this