Tietopankki

Työraportti 2018-30

Takaisin

Nimi:

Microbial Release of Iron from Olkiluoto Rock Minerals

Raportin kirjoittaja:

Johansson, L., Stahlén, J., Taborowski, T., Pedersen, K., Lukkari, S., Marmo, J.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

110

Tiivistelmä:

RAUDAN MIKROBIOLOGINEN SAATAVUUS OLKILUODON KALLIOPERÄN RAUTAPITOISISTA MINERAALEISTA

Olkiluodon pohjavesistä mitatut ferroraudan (Fe2+) ja liuenneen sulfidin pitoisuudet käyttäytyvät kääntäen verrannollisesti, mikä kertoo rautasulfidisaostumien merkityksestä näiden ionien esiintymistä rajoittavana tekijänä. Tässä raportissa esitetyn työn tarkoituksena oli tutkia voivatko raudanpelkistäjäbakteerit (IRB) käyttää elektronien vastaanottajina Olkiluodon kallioperässä olevien rautasilikaattien ferrirautaa (Fe3+) tuottaen ferrorautaa. Työ suoritettiin neljässä eri vaiheessa vuosien 2015–2017 aikana. Ensimmäinen vaihe tehtiin laboratoriokokeena, jossa käytettiin useita eri mineraaleja, elektronien luovuttajia sekä pohjavesinäytteitä eri kairarei'istä Olkiluodon ONKALOsta. Toisessa ja kolmannessa vaiheessa jäljiteltiin in situ olosuhteita käyttämällä painekennoja, joiden läpi kierrätettiin pohjavettä ja mahdollistettiin pohjavedessä olevien bakteerien kiinnittyminen ja kasvaminen mineraalien pinnoilla. Neljännessä vaiheessa tutkittiin laboratorio-olosuhteissa liuenneen sulfidin vaikutusta rautasilikaatteihin.

Tutkimuksissa käytetyt biotiitti-, granaatti- ja kloriittirikasteet erotettiin migmatisoituneesta kiillegneissistä ja kloriittirikkaasta liuskeesta. Kivinäytteet olivat peräisinONKALOsta. Edellä mainitut mineraalit ovat näytteiden raudan pääkantajafaasit. Lähtöaines hajotettiin käyttäen korkeajännitepulssitusta, joka perustuu sveitsiläiseen SELFRAG teknologiaan. Sen avulla saatiin melko karkearakeista, puhtaita rakeita sisältävää mineraaliainesta laboratorion jatkokäsittelyyn. Lopullisten mineraaliseparaattien rikastusmenetelminä käytettiin seulontaa, raskasneste-separointia ja erilaisia magneetteja. Mineraalirikasteista määritettiin sekä mineraloginen että alkuainekoostumus, alkuaineiden jakautuminen ja mineraalien vapaana oleva määrä (liberaatio). Lisäksi analysoitiin mineraalirikasteiden Fe(II)/Fe(III)-suhde. Mineraali-rikasteiden laatu mahdollisti niiden käyttämisen bakteerikokeiden lähtömateriaalina, sillä biotiitti, granaatti ja kloriitti eivät merkittävästi sekoittuneet rikasteiden kesken. Pitoisuus- ja liberaatioprosentit kullekin mineraalirikasteelle olivat seuraavat: biotiitti 82/50, granaatti 96/87 ja kloriitti 49/28. Mössbauer mittausten mukaan sekä biotiitti- että kloriittirikasteiden ferrorautapitoisuus oli 85.5 % ja granaatin 100 %. Granaattirikasteet ovat kuitenkin voineet sisältää joitakin rautaoksidipigmenttejä ja/tai -sulkeumia.

Ensimmäisen vaiheen laboratoriossa tehdyissä pullokokeissa käytettiin granaattia ja biotiittia. Kasvatusta varten pulloihin lisättiin useita eri elektronin luovuttajia ja niihin istutettiin Olkiluodon mikrobilajistoa viiden (5) ONKALOssa olevan kairareiän pohjavesinäytteen avulla, mitkä edustivat myös eri pohjavesikemiallista koostumusta. Pullonäytteitä valmistettiin myös käyttäen ferrihydraattia (FeOOH), jota on aiemmin käytetty Olkiluodon pohjavesinäytteistä kerättyjen raudanpelkistäjäbakteerien (IRB) kasvatukseen. Viljely tehtiin 18 °C lämpötilassa ja näytteet Fe2+- ja sulfidianalyysejä varten kerättiin 28 ja 56 päivän jälkeen.

Toisessa ja kolmannessa vaiheessa läpivirtauskennojen avulla tutkittiin bakteerien kykyä irrottaa Olkiluodon kallioperästä otetuista rautasilikaateista ferrirautaa ja pelkistää sitä ferroraudaksi. In situ -kokeet tehtiin kairarei'illä ONK-PVA6 ja ONK-KR15. Toisessa vaiheessa painekennot täytettiin granaatilla, biotiitilla ja kloriitilla. Painekennot kytkettiin sarjaan pohjavesiasemalle ONK-PVA6 ja käynnistettiin SO4-rikkaan pohjaveden kierto kennojen läpi, jolloin pohjaveden bakteerit pystyivät kiinnittymään ja kasvamaan mineraalien pinnoille. Tämän jälkeen kennot siirrettiin laboratorioon, jossa lisättiin elektronien luovuttajat. Painekennot pidettiin 20 °C lämpötilassa ja näytteet kerättiin 8–9 viikon jälkeen. Kolmannen vaiheen kennokoe noudatti samaa järjestelyä kuin ensimmäinen kennokoe, mutta pohjavetenä käytettiin sulfaatti-vapaata vettä kairareiästä ONK-KR15. Painekennokokeiden tulokset viittasivat siihen, että liuennut sulfidi reagoi osin suoraan mineraalien raudan kanssa ilman mikrobien vaikutusta. Tämän takia neljännessä vaiheessa granaatti, biotiitti ja kloriitti altistettiin liuenneelle sulfidille bakteerivapaasti laboratorio-olosuhteissa ja tutkittiin vapautuneen ferroraudan, sulfidin ja elementaarisen rikin muodostumista.

Vapautuneen Fe2+ määrä vaihteli riippuen lisätyistä hiili- ja energialähteistä. Korkeimmat pitoisuudet, joista osa oli saostuneena FeS-sakkana, havaittiin lyhyiden orgaanisten happojen ja vedyn kanssa. Myös bakteerien lähteenä käytetty pohjavesi vaikutti vapautuneen raudan määrään. Kaikkien käytettyjen mineraalien kanssa havaittiin tapahtuvan mikrobiologista raudan vapautumista. Liuenneen Fe2+:n määrä oli isoin granaattimineraalista, kun taas korkeimmat happoliukoiset Fe2+-pitoisuudet määritettiin biotiitista. Näytesarjoissa, joissa käytettiin sulfaatinpelkistäjäbakteereja sisältävää pohjavettä, havaittiin sulfaatin läsnäollessa myös sulfaatinpelkistyprosessin käynnistyminen. Tulokset osoittivat kaksi pohjaveden sulfidin määrää vähentävää prosessia: 1) raudanpelkistäjäbakteerit käyttävät mm. asetaattia ja/tai vetyä pelkistäessään rautasilikaattien ferrirautaa ferroraudaksi, joka saostuu liuenneen sulfidin kanssa; 2) sulfidi reagoi suoraan mineraaleissa olevan Fe(III) kanssa ja muodostaa alkuainerikkiä sekä Fe2+-ioneja, jotka puolestaan saostuvat ylimääräisen sulfidin kanssa.

Avainsanat:

Ferrorauta, sulfidi, biotiitti, granaatti, kloriitti, raudan pelkistys, bakteeri, pohjavesi

Tiedosto(t):

WR 2018-30_web (pdf) (23.8 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli:
Tämä sivusto käyttää evästeitä sivuston käyttöä koskevien tietojen keräämiseksi. Kun käytät tätä sivustoa, hyväksyt evästeiden käytön.
Sulje

Evästekäytännöt

Tätä sivustoa käyttämällä hyväksyt, että voimme asettaa evästeitä tietokoneellesi tai mobiililaitteeseesi.

1. Mitä evästeet ovat?

Evästeet ovat pieniä datatiedostoja, jotka siirtyvät tietokoneellesi, kun otat yhteyden johonkin verkkosivustoon. Evästeet tallentuvat selaimen käyttämien tiedostojen yhteyteen.

Lisätietoa evästeistä saat sivulta www.aboutcookies.org.

2. Miksi evästeitä käytetään?

Evästeet tunnistavat tietokoneesi, kun tulet sivustolle uudelleen. Ne muistavat myös sivustolla aikaisemmin tekemäsi valinnat ja parantavat siten sivuston käyttökokemusta. Evästeiden avulla pystyy esimerkiksi tunnistamaan käyttäjän laitteet sekä mukauttamaan mahdollisia mainoksia sivuilla sekä mahdollisissa muissa palveluissa.

3. Mitä evästeitä käytetään?

Jotkin evästeet ovat sivustomme teknisen toiminnan ja käytön vuoksi välttämättömiä. Nämä evästeet eivät kerää käyttäjästä tietoa, jota voitaisiin hyödyntää markkinoinnissa tai muistamaan käyttäjän valitsemia sivustoja.

Suorituskykyä mittaavat evästeemme keräävät tietoa siitä, miten käyttäjät käyttävät verkkosivujamme (esim. eniten käytetyt sivut, mahdolliset virheviestit). Nämä evästeet eivät kerää käyttäjistä tunnistettavia tietoja, vaan ne ovat anonyymejä ja niitä käytetään ainoastaan parantamaan nettisivujen toimivuutta.

Sivuilla olevat kolmansien osapuolten liitännäispalvelut (esim. mainokset, YouTube-videot, Google-tilastointi tai Facebook-liitännäiset) saattavat tallentaa käyttäjän tunnistamiseen käytettävää tietoa, mihin emme valitettavasti voi vaikuttaa. Jos haluat estää niitä seuraamasta liikkumistasi verkossa, voit kytkeä ns. kolmannen osapuolen evästeet pois käytöstä selaimesi asetuksista. Ohjeet löydät selaimesi ohjesivuilta.

Sivuillamme saattaa olla myös painikkeita, jotka helpottavat sisällön jakamista eri verkkoviestintäympäristöihin ja sosiaaliseen mediaan. Jos käytät näitä painikkeita, valitsemaltasi palvelulta voidaan asettaa eväste päätelaitteellesi. Nämä evästeet eivät ole hallinnassamme. Lisätietoja kolmannen osapuolen evästeiden käytöstä saat kyseisen osapuolen verkkosivulta.

4. Evästeiden hallinta ja estäminen

Jos et halua vastaanottaa evästeitä, voit muuttaa Internet-selaimesi asetuksia niin, että saat ilmoituksen aina kun evästeitä ollaan lähettämässä tietokoneellesi. Vaihtoehtoisesti voit estää evästeiden käytön kokonaan. Evästeiden käyttöä voi rajoittaa tai sen voi estää Internet-selaimen kautta (katso tarkemmat tiedot selaimen ohjeista).

Jos estät evästeiden tallennuksen tai poistat ne käytöstä, jotkin verkkosivujemme toiminnoista eivät välttämättä toimi oikein.

Sulje