تاثیر گئوتیت بر جذب سطحی و احیاء زیستی آرسنات در شرایط بی‌هوازی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم خاک دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان

2 استاد گروه علوم خاک دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استادیار گروه علوم خاک دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

10.22069/ejsms.2017.9586.1568

چکیده

سابقه و هدف: آرسنیک یک آلاینده شبه فلزی است که به دلیل به خطر انداختن سلامت گیاهان، حیوانات و بشر از نگرانی‌های عمده در محیط زیست محسوب می‌شود. بخش غالب مشکلات زیست محیطی ایجاد شده در نتیجه متحرک شدن آرسنیک تحت شرایط احیاء است. در این شرایط باکتری‌های احیاء کننده قادر به احیاء زیستی آرسنات و تبدیل آن به آرسنیت و افزایش تحرک آن می‌باشند. این مطالعه با هدف بررسی احیاء زیستی آرسنات محلول و آرسنات جذب سطحی شده بر روی کانی گئوتیت در حضور باکتری Shewanella sp در دو بخش مجزا انجام گرفت.
مواد و روش: در بخش اول کاهش زیستی آرسنات در فاز محلول و در بخش دوم کاهش زیستی آرسنات جذب سطحی شده بر روی کانی گئوتیت با غلظت یکسان در حضور باکتری Shewanella sp مورد بررسی قرار گرفت. اندازه‌‌گیری قابلیت زنده ماندن سلول‌های باکتری در محیط آزمایشی نیز به روش شمارش سلول زنده انجام گرفت.
یافته‌ها: نتایج بخش اول آزمایش نشان داد که باکتری Shewanella sp قادر به احیاء زیستی آرسنات فاز محلول با غلظت 05/0 میلی‌مولار بود. نتایج همچنین مشخص کرد که کانی گئوتیت در طول مدت 6 روز قادر به جذب سطحی کامل آرسنات با غلظت 05/0 میلی‌مولار بود و باکتری Shewanella sp همچنین قادر به احیاء زیستی آرسنات جذب سطحی شده بر روی کانی گئوتیت بود. سرعت احیاء زیستی در آرسنات موجود در فاز محلول بیشتر از سرعت احیاء زیستی در آرسنات جذب سطحی شده بر روی کانی گئوتیت بود. نتایج همچنین نشان داد که باکتری Shewanella sp توانایی احیاء زیستی آهن سه ظرفیتی در ساختمان گئوتیت و تبدیل آن به آهن دو ظرفیتی را دارا بود. بنابراین باکتری Shewanella sp قادر به احیاء زیستی آرسنات جذب سطحی شده و آهن سه ظرفیتی در ساختمان کانی گئوتیت در شرایط بی‌هوازی را دارا بود. اما احیاء زیستی آرسنات جذب سطحی شده بر روی کانی گئوتیت با ارجحیت بیشتری نسبت به آهن سه ظرفیتی موجود در ساختمان کانی گئوتیت در حضور باکتری Shewanella sp صورت گرفت. غلظت آرسنیت در فاز محلول پس از گذشت 30 روز از فرایند کاهش زیستی به 04/0 میلی‌مولار رسید که بیانگر آن بود که 80% از آرسنات جذب سطحی شده در فرایند احیاء زیستی به آرسنیت تبدیل و وارد فاز محلول شده بود. مقدار آهن دو ظرفیتی در فاز محلول تا مدت ده روز روند افزایشی داشت و پس از آن کاهش معنی‌داری را نشان داد. مقدار آهن دو ظرفیتی کل نیز تا مدت 20 روز روند افزایشی نشان داد و پس از آن ثابت شد. نتایج حاصل از اندازه‌‌گیری قابلیت زنده ماندن سلول‌های باکتری نیز تداوم رشد سلول‌های باکتری Shewanella sp را در آزمایش‌های کاهش زیستی نشان داد.
نتیجه‌گیری: فرایند احیاء زیستی در اکوسیستم‌های بی‌هوازی می‌تواند منجر به آلودگی منابع آبی شده و لذا بایستی مورد توجه ویژه متخصصین علوم زیست محیطی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Influence of goethite on adsorption and bioreduction of arsenate under anoxic conditions

چکیده [English]

Background and objectives: Arsenic is a metalloid contaminant that due to its risk to plants, animals and human health is of impressive concern in the environment. The most environmental problems are the result of mobilization of arsenic under anaerobic conditions. In these conditions, reducing bacteria have ability for bioreduction of arsenate to arsenic and increasing its mobilization. The objective of this study was to determine the bioreduction of arsenate in aqueous and adsorbed on goethite in the presence of shewanella sp in two different sections.
Materials and methods: In the first section, bioreduction of arsenate in aqueous phase and in the second section bioreduction of adsorbed arsenate on goethite was studied. The change in the number of viable cells over the course of the experiments was monitored by viable cell counts.
Results: The results of the first section revealed that Shewanella sp bacterium is capable of bioreduction of arsenate in aqueous phase at a concentration of 0.05 mM. The results also showed that during 6 days, goethite is capable to adsorb arsenate at a concentration of 0.05 mM totally and Shewanella sp reduced adsorbed arsenate on goethite. The rate of bioreduction of arsenate in aqueous phase was more than the adsorbed arsenate on goethite. The results also showed that Shewanella sp was able to bioreduce of ferric iron in the structure of goethite to ferrous iron. So, Shewanella sp was able to reduce both adsorbed arsenate on goethite and ferric iron in anoxic condition and Shewanella sp as an iron reducing bacterium (IRB) was able to reduce arsenate. But bioreduction of adsorbed arsenate on goethite was done with more priority in comparison with ferric iron in the structure of goethite in the presence of Shewanella sp. The concentration of arsenite in aqueous phase after 30 days of bioreduction process was 0.04 mM that revealed 80% of adsorbed arsenate reduced to arsenite and entered to aqueous phase. The amount of aqueous ferrous iron increased up to 10 days and after that significantly decreased. The amount of total ferrous iron increased up to 20 days and after that became almost constant. The results of the change in the number of viable cells over the course of the experiments also showed continuation of bacterium cell growth of Shewanella sp in the bioreduction experiments.
Conclusion: Bioreduction process in anaerobic ecosystems could create contamination in water sources and should be considered especially by the environmental specialists.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arsenite
  • Arsenic
  • Ferric Iron
  • Shewanella sp