Kwon, Man Jae;Yang, Jung-Seok;Shim, Moo Joon;Lee, Seunghak;Boyanov, Maxim;Kemner, Kenneth;O'Loughlin, Edward
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.19
no.1
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pp.54-62
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2014
To better understand dissimilatory iron and sulfate reduction (DIR and DSR) by subsurface microorganisms, we investigated the effects of sulfate and electron donors on the microbial goethite (${\alpha}$-FeOOH) reduction. Batch systems were created 1) with acetate or glucose (donor), 2) with goethite and sulfate (acceptor), and 3) with aquifer sediment (microbial source). With 0.2 mM sulfate, goethite reduction coupled with acetate oxidation was limited. However, with 10 mM sulfate, 8 mM goethite reduction occurred with complete sulfate reduction and x-ray absorption fine-structure analysis indicated the formation of iron sulfide. This suggests that goethite reduction was due to the sulfide species produced by DSR bacteria rather than direct microbial reaction by DIR bacteria. Both acetate and glucose promoted goethite reduction. The rate of goethite reduction was faster with glucose, while the extent of goethite reduction was higher with acetate. Sulfate reduction (10 mM) occurred only with acetate. The results suggest that glucose-fermenting bacteria rapidly stimulated goethite reduction, but acetate-oxidizing DSR bacteria reduced goethite indirectly by producing sulfides. This study suggests that the availability of specific electron donor and sulfate significantly influence microbial community activities as well as goethite transformation, which should be considered for the bioremediation of contaminated environments.
The change in relationships between methane production and sulfate reduction was investigated in reclaimed rice field soils at different time points after reclamation of tidal flat in Korea. Sulfate concentrations of soils in the ca. 60-year-old and 26-year-old reclaimed rice fields were much lower than that in a natural tidal flat. During 60 d of anaerobic incubation, total methane production and sulfate consumption of the soil slurries were 7.0 ${\mu}$mol $CH_4$/g and 8.2 ${\mu}$mol $SO_4^{2-}$/g in the 60-year-old rice field, 5.6 ${\mu}$mol $CH_4$/g and 12.7 mmol $SO_4^{2-}$/g in the 26-year-old rice field, and ca. 0 mmol $CH_4$/g and 22.4 ${\mu}$mol $SO_4^{2-}$/g in a natural tidal flat. Relative percent electron flow through sulfate reduction in the 60-year-old rice field was much lower (50.8%) compared with the 26-year-old rice field (69.3%) and the tidal flat (99.9%). The addition of an inhibitor of methanogenesis (2-bromoethanesulfonate) had no effect on sulfate reduction in the soil slurries of the reclaimed rice fields. However, instant stimulation of methane production was achieved with addition of an inhibitor of sulfate reduction (molybdate) in the soil slurries from the 26-year-old reclaimed rice field. The specific inhibitor experiments suggest that the relationship of methanogenesis and sulfate reduction might become mutually exclusive or syntrophic depending on sulfate content in the soil after reclamation. Sulfate, thus sulfate reduction activity of sulfate-reducing bacteria, would be an important environmental factor that inhibits methane production and determines the major pathway of electron and carbon flow in anaerobic carbon mineralization of reclaimed rice field soils.
Nevatalo, Laura M.;Bijmans, Martijn F. M.;Lens, Piet N. L.;Kaksonen, Anna H.;Puhakka, Jaakko A.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.3
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pp.615-621
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2010
The viability of low-temperature sulfate reduction with hydrogen as electron donor was studied with a bench-scale gas-lift bioreactor (GLB) operated at $9^{\circ}C$. Prior to the GLB experiment, the temperature range of sulfate reduction of the inoculum was assayed. The results of the temperature gradient assay indicated that the inoculum was a psychrotolerant mesophilic enrichment culture that had an optimal temperature for sulfate reduction of $31^{\circ}C$, and minimum and maximum temperatures of $7^{\circ}C$ and $41^{\circ}C$, respectively. In the GLB experiment at $9^{\circ}C$, a sulfate reduction rate of 500-600 mg $l^{-1}d^{-1}$, corresponding to a specific activity of 173 mg ${SO_4}^{2-}g\;VSS^{-1}d^{-1}$, was obtained. The electron flow from the consumed $H_2$-gas to sulfate reduction varied between 27% and 52%, whereas the electron flow to acetate production decreased steadily from 15% to 5%. No methane was produced. Acetate was produced from $CO_2$ and $H_2$ by homoacetogenic bacteria. Acetate supported the growth of some heterotrophic sulfate-reducing bacteria. The sulfate reduction rate in the GLB was limited by the slow biomass growth rate at $9^{\circ}C$ and low biomass retention in the reactor. Nevertheless, this study demonstrated the potential sulfate reduction rate of psychrotolerant sulfate-reducing mesophiles at suboptimal temperature.
Bijmans, Martijn F. M.;Dopson, Mark;Peeters, Tom W. T.;Lens, Piet N. L.;Buisman, Cees J. N.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.7
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pp.698-708
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2009
High rate sulfate reduction under acidic conditions opens possibilities for new process flow sheets that allow the selective recovery of metals from mining and metallurgical waste and process water. However, knowledge about high-rate sulfate reduction under acidic conditions is limited. This paper investigates sulfate reduction in a membrane bioreactor at a controlled pH of 5. Sulfate and formate were dosed using a pH-auxostat system while formate was converted into hydrogen, which was used for sulfate reduction. Sulfide was removed from the gas phase to prevent sulfide inhibition. This study shows a high-rate sulfate-reducing bioreactor system for the frrst time at pH 5, with a volumetric activity of 188 mmol $SO_4^{2-}$/I/d and a specific activity of 81 mmol $SO_4^{2-}$volatile suspended solids/d. The microbial community at the end of the reactor run consisted of a diverse mixed population including sulfate-reducing bacteria.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.6
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pp.635-641
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2005
Batch experiments were performed to evaluate the effect of sulfate reduction on methane production and reductive dechlorination, both compete for hydrogen with sulfate reduction. Dechlorination was inhibited by sulfate reduction at lower hydrogen concentration because their threshold values for hydrogen are similar (2 nM). Unlike methane production mainly inhibited transformation of cDCE to ethene, sulfate reduction inhibited the initial dechlorination step, PCE reduction into cDCE as well as cDCE dechlorination. The presence of sulfate eliminated methanogens as hydrogen competitor because of its high threshold value of 10 nM. When sulfate coexisted with PCE, dechlorination efficiency was not affected by the increase of seed concentration as both dechlorination and sulfate reduction were stimulated simultaneously by the increased seeding culture.
SRB(Sulfate Reducing Bacteria) converts sulfate into sulfide using an organic carbon source as the electron donor. The sulfide formed precipitates the various metals present in the AMD (Acid Mine Drainage). This study is the fundamental research on heavy metal removal from AMD using SRB. Two completely mixed anaerobic reactors were operated for cultivation of SRB at the temperature of $30^{\circ}C$ and anaerobic batch reactors were used to evaluate the effects of carbon source, COD/sulfate($SO_4^=$) ratio and alkalinity on sulfate reduction rate and heavy metal removal efficiency. AMD used in this study was characterized by low pH 3.0 and 1000mg/l of sulfate and dissolved high concentration of heavy metals such as iron, cadmium, copper, zinc and lead. It was found that glucose was an organic carbon source better than acetate as the electron donor of SRB for sulfate reduction in AMD. Amount of sulfate reduction maximized at the COD(glucose)/sulfate ratio of 0.5 in the influent and then removal efficiencies of heavy metals were 97.5% of Cu, 100% of Pb, 100% of Cr, 49% of Mn, 98% of Zn, 100% Cd and 92.4% of Fe. Although sulfate reduction results in an increase in the alkalinity of the reactor, alkalinity of 1000mg/1 (as $CaCo_3$) should be should be added continuously to the anaerobic reactor in order to remove heavy metals from AMD.
In oil-contaminated environments, anaerobic biodegradation of toluene depended on the concentration and distribution of terminal electron acceptor as well as the physicochemical properties such as DO concentration, redox potential and pH. This study showed the anaerobic biodegradation of toluene in two different soils by using nitrate reduction, ferric iron reduction, sulfate reduction and methanogensis. Toluene degradation rates in the soil samples taken from rice filed and tidal mud flat by nitrate reduction were higher than those by other processes. Tho soil samples from the two fields were enriched for 130 days by providing toluene as a sole carbon source and nitrate or sulfate as a terminal electron acceptor. The toluene degradation rates in the enriched denitrifying consortia obtained from the rice field and tidal mud flat soil were 310.7 and 200.6 $\mu$mol$ L^{-1}$ / $d^{-1}$, respectively. The toluene (legradation rates in the enriched sulfate-reducing consortia from the fields ranged fi-om 149.1 to 86.1$\mu$mol $L^{-1}$ / $d^{-1}$ .
In order to prepare the uniform copper particles from copper sulfate solution by using hydrazine as a reduction agents, the reduction behavior of copper particles from copper sulfate was investigated in detail at room temperature by the observation of reaction products. The effects of $NH_4$OH and $Na_4$$P_2$$O_{7}$ on the formation of uniform copper particles were discussed. ($NHCu_3$)$_4$$SO_4$was completely formed at over pH 11 by adding $NH_4$OH in copper sulfate solution. The fine $Cu_2$O with the particle size of 50 nm was produced in the initial reduction process of (NH$Cu_3$)$_4$$SO_4$solution with $Na_4$$P_2$$O_{ 7}$ and then the Cu$_2$O was converted into copper particles by inserting additional hydrazine. When Cu(NH$_3$)$_4$SO$_4$solution with $Na_4$$P_2$$O_{ 7}$ was reduced at $80^{\circ}C$ by hydrazine, the highly dispersed copper particles with the particle size of about 0.8 $\mu\textrm{m}$ was obtained.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.18
no.5
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pp.411-417
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2002
The purpose of this study is to evaluate the emission reduction characteristics depending on the formation of the catalyst which influences the development of the diesel oxidation catalyst (DOC) suitable for small-sized diesel engines. We also attempted to suggest the feasibility of it as an after-treatment device. The reduction efficiency of DOC for CO and HC was proportional to the contents of precious metals, and the particulate matter (PM) has been reduced as much as 53∼59%. The reduction rate of soluble organic fraction (SOF) by DOC attachment revealed 100%. The composition of sulfate in PM increased from 3%, 7∼11% by installation of DOC. It is described that increase of sulfate contributed to the production of PM. This result also showed that the SOF and sulfate have trade-off relationship.
Concentrations of sulfate and 6-values of sulfate, $({\delta}^{34}SO_4_){pw}$, dissolved In pore waters were measured from the sediment cores of the two different marine environments : deep northeast Pacific (57-1) and coastal Kyunggi Bay of Yellow Sea (57-2) . Sulfate concentration in pore waters decreases with depth at both cores, reflecting sulfate reduction in the sediment columns. However, much higher gradient of pore water sulfate at 57-2 than 57-1 indicates more rapid sulfate reduction at 57-2, because of high sedimentation rate at the coastal area compared to the deep-sea. The measured 6-values, $({\delta}^{34}SO_4_){pw}$, follow extremely well the predicted trend of the Rayleigh fractionation equation. The range of 26.756 to 61.35% at the coastal core 57-2 is not so great as that of 32.4$\textperthousand$ to 97.8$\textperthousand$ at the deep-sea core 57-1. Despite greater graclient of pore water sulfate at 57-2, the 6-values become lower than those of the deep- sea core 57-1. This inverse relation between the 6-values and the gradients of pore water sulfate could be explained by the combination of the two subsequent factors : the kinetic effect by which the residual pore water sulfate becomes progressively enriched with respect to the heavy isotope of $^{34}S$ as sulfate reduction proceeds, and the intrinsic formulation effect of the Rayleigh fractionation equation in which the greater becomes the fractionation factor, the more diminished values of $({\delta}^{34}SO_4_){pw}$ are predicted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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