تاثير گئوتيت بر جذب سطحي و احياء زيستي آرسنات در شرايط بي هوازي

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

سابقه و هدف: آرسنيك يك آلاينده شبه فلزي است كه به دليل به خطر انداختن سلامت گياهان، حيوانات و بشر از نگراني هاي عمده در محيط زيست محسوب مي شود. بخش غالب مشكلات زيست محيطي ايجاد شده در نتيجه متحرك شدن آرسنيك تحت شرايط احياء است. در اين شرايط باكتري هاي احياء كننده قادر به احياء زيستي آرسنات و تبديل آن به آرسنيت و افزايش تحرك آن مي باشند. اين مطالعه با هدف بررسي احياء زيستي آرسنات محلول و آرسنات جذب سطحي شده بر روي كاني گئوتيت در حضور باكتري Shewanella sp در دو بخش مجزا انجام گرفت. مواد و روش: در بخش اول كاهش زيستي آرسنات در فاز محلول و در بخش دوم كاهش زيستي آرسنات جذب سطحي شده بر روي كاني گئوتيت با غلظت يكسان در حضور باكتري Shewanella sp مورد بررسي قرار گرفت. اندازه گيري قابليت زنده ماندن سلول هاي باكتري در محيط آزمايشي نيز به روش شمارش سلول زنده انجام گرفت. يافته ها: نتايج بخش اول آزمايش نشان داد كه باكتري Shewanella sp قادر به احياء زيستي آرسنات فاز محلول با غلظت 05/0 ميلي مولار بود. نتايج همچنين مشخص كرد كه كاني گئوتيت در طول مدت 6 روز قادر به جذب سطحي كامل آرسنات با غلظت 05/0 ميلي مولار بود و باكتري Shewanella sp همچنين قادر به احياء زيستي آرسنات جذب سطحي شده بر روي كاني گئوتيت بود. سرعت احياء زيستي در آرسنات موجود در فاز محلول بيشتر از سرعت احياء زيستي در آرسنات جذب سطحي شده بر روي كاني گئوتيت بود. نتايج همچنين نشان داد كه باكتري Shewanella sp توانايي احياء زيستي آهن سه ظرفيتي در ساختمان گئوتيت و تبديل آن به آهن دو ظرفيتي را دارا بود. بنابراين باكتري Shewanella sp قادر به احياء زيستي آرسنات جذب سطحي شده و آهن سه ظرفيتي در ساختمان كاني گئوتيت در شرايط بي هوازي را دارا بود. اما احياء زيستي آرسنات جذب سطحي شده بر روي كاني گئوتيت با ارجحيت بيشتري نسبت به آهن سه ظرفيتي موجود در ساختمان كاني گئوتيت در حضور باكتري Shewanella sp صورت گرفت. غلظت آرسنيت در فاز محلول پس از گذشت 30 روز از فرايند كاهش زيستي به 04/0 ميلي مولار رسيد كه بيانگر آن بود كه 80% از آرسنات جذب سطحي شده در فرايند احياء زيستي به آرسنيت تبديل و وارد فاز محلول شده بود. مقدار آهن دو ظرفيتي در فاز محلول تا مدت ده روز روند افزايشي داشت و پس از آن كاهش معني داري را نشان داد. مقدار آهن دو ظرفيتي كل نيز تا مدت 20 روز روند افزايشي نشان داد و پس از آن ثابت شد. نتايج حاصل از اندازه گيري قابليت زنده ماندن سلول هاي باكتري نيز تداوم رشد سلول هاي باكتري Shewanella sp را در آزمايش هاي كاهش زيستي نشان داد. نتيجه گيري: فرايند احياء زيستي در اكوسيستم هاي بي هوازي مي تواند منجر به آلودگي منابع آبي شده و لذا بايستي مورد توجه ويژه متخصصين علوم زيست محيطي قرار گيرد.

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 were 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 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 higher 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.