This study investigates the in-situ implementation of bio-regenerated iron mineral catalyst to remove explosive compounds in ground water at a military shooting range in operation. A bio-regenerated iron mineral catalyst was synthesized using lepidocrocite (iron-bearing soil mineral), iron-reducing bacteria Shewanella putrefaciens CN32, and electron mediator (riboflavin) in the culture medium. This catalyst was then injected periodically in the ground to build a redox active zone acting like permeable reactive barrier through injection wells constructed at a live fire military shooting range. Ground water and core soils were sampled periodically for analysis of explosive compounds, mainly RDX and its metabolites, along with toxicity analysis and REDOX potential measurement. Results suggested that a redox active zone was formed in the subsurface in which contaminated ground water flows through. Concentration of RDX as well as toxicity (% inhibition) of ground water decreased in the downstream compared to those in the upstream while concentration of RDX reduction products increased in the downstream.
To clarify a significant difference between red-colored phenomena (RCP) and microbes isolated from rhizosphere soil of healthy ginseng (HES) and red-colored ginseng (RCS), we have examined growth and cellulase activities of the microbes according to pH variation and iron status. The soil microbes could not grow at pH 3.0 on the YEB medium. The growth of bacterium isolated from RCG at pH from 5.0 to 9.0 showed small differences and the growth of bacterium HES was lower than that of others. The growth of bacteria from RCS and surface soil (SUS) at pH 5.0 were also lower than that of pH 7.0 and pH 9.0. However, the bacteria isolated from red-colored ginseng (RCG) and RCS are able to grow on the medium contained 2 mM Fe$\^$3+/ at pH 3.0. Furthermore, the growth of bacterium from RCG increased about two times in the medium contained iron at pH 7.0 compared with minus iron. The cellulase activity of isolated bacteria increased two times in the medium contained 2 mM Fe$\^$3+/ compared with minus iron. The activity of extra-cellular cellulase was higher by one hundred times than that of intracellular level. The cellulase activity of the bacterium from RCS at pH 5.0 was higher by two times than that of pH 7.0. Especially, intracellular activity of the bacterium from RCS on the medium contained 2mM Fe$\^$3+/ increased about six to seven times compared with control (minus iron). Also, extra-cellular activity increased about eleven to twelve times compared with control. These results indicate that the soil microbes seem to be related iron redoxidation by proton extrusion and with cell wall digestion by secreted cellulase.
It is in its infancy to use bacteria as a novel biotechnology for leaching precious and heavy metals from raw materials. The objective of this study was to investigate biogeochemical processes of iron leaching from magnetite reduction by iron-reducing bacteria isolated from intertidal flat sediments, southwestern part of Korea. Microbial leaching experiments were performed using commercial magnetite, Aldrich magnetite, in well-defined mediums with and without bacteria. Water soluble Fe production was determined by ICP analysis of bioleached samples in comparison to uninoculated controls, and the resulting precipitated solids were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The extent of iron leaching from magnetite in the aerobic conditions (Fe = 107 ppm) was higher than that in the anaerobic environments (Fe = 94 ppm). In the anaerobic conditions, Fe(III) in commercial magnetite was also reduced to Fe(II), but no secondary mineral phases were observed. Amorphous iron oxides formed in the medium under aerobic conditions where there was sufficient supply of oxygen from the atmosphere. SEM observation suggests that the reduction process involves dissolution-precipitation mechanisms as opposed to solid state conversion of magnetite to amorphous iron oxides. The ability of bacteria to leach soluble iron and precipitate amorphous iron oxides from crystalline magnetite could have significant implications for biogeochemical processes in sediments where Fe(III) in magnetite plays an important role in the largest pool of electron acceptor as well as the tool as a novel biotechnology for leaching precious and heavy metals from raw materials.
Proteins secreted from bifidobacteria are believed to play important roles in human intestines via interacting with different host cells. In this respect, proteins secreted from Bifidobacterium pseudocatanulatum BP1, which has been rarely studied, were analyzed by two-dimensional gel electrophoresis (2DE). Using this approach, approx-imately 21 protein spots on a 2DE gel were detected and 10 of these spots were identified by mass spectrometry. Five spots were identified as hypothetical proteins and the remaining 5 spots were identified as a putative iron-side-rophore binding lipoprotein, a short-chain dehydrogenase/reductase SDR, an exonuclease, cytochrome P450 hydroxylase, and a putative dehydrogenase. The identification of secreted putative iron-siderophore binding lipoprotein was highly interesting since it is an important protein that is involved in ferric iron uptake in pathogenic bacteria. This finding could accelerate studies on the probiotic effect of Bifidobacterium by explaining the competition between bifidobacteria and intestinal pathogens for ferric iron.
Acid mine drainage (AMD) producing mine tailings can be beneficially recycled to generate electricity by applying fuel cell technology. Pyrite-containing mine tailings and indigenous bacteria from abandoned mine areas were used to construct fuel cells to investigate the effect of pyrite contents and the presence of iron-oxidizing bacteria. The results showed an enhanced electrical performance with a higher content of pyrite in mine tailings. The inoculation of the indigenous bacteria also enhanced the current density by about three times, and the power density by about 10 times. Overall, this study shows that the combined use of the ecological function of indigenous bacteria from mine areas and mine-tailings in fuel cells does not only contribute to reducing harmful effects of mine tailings but also generate electricity.
This research was conducted using a model home plumbing system composed of copper, stainless steel, galvanized iron, carbon steel, and PVC (polyvinyl chloride) pipe. The number of bacteria present in stainless steel pipe and PVC was higher than other pipes. High turbidity and zinc release were found in galvanized iron pipe material and detected during the first 6 months. Conversely, there was a decrease in turbidity and zinc release after 6 months resulting in levels similar to other pipes. Copper concentration decreased as operation times increased. In this experiment, the number of bacteria detected in biofilm for a copper pipe continued to increase. Pipe material influenced bacterial numbers in biofilm and water. This showed that elevated chlorine could not control bacterial growth in biofilm for galvanized iron and stainless steel systems. It also suggested that the dosing of chlorine might not be available for all kinds of pipes. Therefore, another complementary method should be introduced to manage biofilm effectively in water distribution systems.
As part of our attempt to discover novel active compounds against multi-drug resistant pathogens, we hereby report two new complexes of iron(III) with formulae: [Fe(L1)2(H2O)2]Cl3 and [Fe(L1)2(L2)(H2O)]Cl2 where L1 = 1,10-phenanthroline (C12H8N2) and L2 = guanide (C5H4N5O-). The synthesized complexes were characterized using spectroscopic analysis (ESI-MS, ICP-OES, FT-IR, and UV-Vis), cyclic voltammetry, CHN analysis, gravimetric chloride determination, melting point determination, and conductance measurement. Octahedral geometries are assigned to both complexes. In vitro antibacterial activity was tested on two Gram-positive (Staphylococcus aureus, Streptococcus epidermidis) and two Gram-negative (Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae) bacteria using the disc diffusion method. The complexes demonstrated appreciable activity against these pathogens. Interestingly, the [Fe(L1)2(L2)(H2O)]Cl2 complex manifested a higher degree of inhibition against the drug-resistant Gram-negative bacteria than the commercially available drug, namely erythromycin.
Contaminated marine sediment is a secondary pollution source in the coastal areas, which can result in increased nutrients concentrations in the overlying water. We analyzed the nutrients release characteristics into overlying water from sediments and the interaction among benthic circulation of nitrogen, phosphorus, iron, and sulfur were investigated in a preset sediment/water column. Profiles of pH, ORP, sulfur, iron, nitrogen, phosphorus pools were determined in the sediment and three different layers of overlying water. Variety types of sulfur in the sediments plays a significant role on nutrients transfer into overlying water. Dissimilatory nitrate reduction and various sulfur species interaction are predominantly embodied by the enhancing effects of sulfide on nitrogen reduction. Contaminant sediment take on high organic matter, which is decomposed by bacteria, as a result promote bacterial sulfate reduction and generate sulfide in the sediment. The sulfur and iron interactions had also influence on phosphorus cycling and released from sediment into overlying water may ensue over the dissolution of ferric iron intercede by iron-reducing bacteria. The nutrients release rate was calculated followed by release rate equation. The results showed that the sediments released large-scale quantity of ammonium nitrogen and phosphate, which are main inner source of overlying water pollution. A mechanical migration of key nutrients such as ammonia and inorganic phosphate was depicted numerically with Fick's diffusion law, which showed a fair agreement to most of the experimental data.
With the gradual expansion of copper demands, the utilization of enormous tonnages of waste copper mineral containig up to 0.5% copper becomes available. In order to investigate the possibilities on the application of bacterial leaching method to waste dumps or abandoned mines, the authors had carried out microbial leaching of copper minerals by F.ferrooxidans isolated from the Dalsung copper mine water. The results obtained were as follows : 1. The copper extraction rate from the Dalsung chalcopyrite has been a little accerelated by using flasks in place of percolators. 2. The percentage of copper extracted from the Dalsung chalcopyrite sample was 100% in 30 days in the presence of iron-oxidizing bacteria F.ferrooxidans while 9.27% in the absence of bacteria. 3. F.ferroxidans was capable of producing sufficient quantities of ferric sulfate and sulfuric acid from ferrous iron to bring about the dissolution of 100% of copper from the Dalsung chalcopyrite.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.4
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pp.287-293
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2009
This study investigated the influence of ionic strength on the adhesion and release of bacteria (Escherichia coli, Bacillus subtilis, and Staphylococcus aureus) in quartz and iron-coated sands using column experiments. Results show that the mass recovery remained constant (E. coli = 13.7${\pm}$0.5%, B. subtilis = 9.8${\pm}$1.3%, S. aureus = 13.0${\pm}$2.1%) in iron-coated sand while it decreased from 80.7 to 45.3% (S. aureus) in quartz sand with increasing ionic concentrations from 1 to 100 mM. As the ionic concentrations of leaching solution was lowered from 100 to 0.1 mM, average 39.1% of bacterial detachment was quantified from quartz sand, but no bacterial release was observed in iron-coated sand. The phenomenon observed in iron-coated sand can be attributed to the inner-sphere complexes between bacteria and coated sand, which have minimal effect from ionic strength. This study improves our knowledge regarding the bacterial interaction with surface-modified porous media.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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