Dynamic Behavior of Micobial Growth and Activity in Mixing-Controlled Contaminant Plumes

混合控制污染物羽流中微生物生长和活动的动态行为

基本信息

项目摘要

Organic contaminants, e.g. petroleum hydrocarbons, are frequently released into aquifers, forming plumes depleted in dissolved electron acceptors. Biodegradation of such plumes requires a dissolved reaction partner provided by transverse dispersive mixing. Analytical expressions for the plume length and the overall reaction rates have been developed for steady-state conditions. Under field conditions, however, steady state seldom prevails. Both the lateral position of a contaminant plume and the chemical composition of the mixing waters may change over time. For the predominantly immobile, active microbial biomass it may be difficult to cope with these changes so that the overall degradation of mixing-controlled plumes may be hampered. Dynamic changes in local chemical conditions may also induce shifts in the relative abundance of bacterial populations in a microbial community. We will conduct well controlled laboratory experiments of mixing-controlled bioreactive transport in quasi two-dimensional flow-through systems applying dynamic boundary conditions to elucidate the influence of such hydraulic and chemical dynamics on the overall degradation and the microbial communities involved. These experiments will be analyzed by numerical simulation of all relevant processes facilitating the transfer of results to conditions not covered within the experiments. We hypothesize that the importance of dynamic boundary conditions depends on relative time scales of these changes in comparison to the time scales of physical transport, biomass growth/decay and activation/deactivation.
有机污染物,例如石油烃经常被释放到含水层中,形成溶解的电子受体耗尽的羽流。这种羽毛的生物降解需要横向色散混合提供的溶解反应伴侣。羽状长度和总体反应速率的分析表达式已经为稳态条件开发出来。但是,在野外条件下,稳态很少占上风。污染物羽流的横向位置和混合水的化学成分都可能随着时间而变化。对于主要不动的活性微生物生物量,可能很难应对这些变化,因此混合控制的羽流的总体降解可能会受到阻碍。局部化学条件的动态变化也可能导致微生物群落中细菌种群相对丰度的转移。我们将在准控制的二维流动系统中进行混合控制的生物反应性转运,以应用动态边界条件,以阐明这种液压和化学动力学对整体降解和涉及的微生物群落的影响。这些实验将通过对所有相关过程的数值模拟进行分析,这些过程促进了结果转移到实验中未涵盖的条件的情况下。我们假设动态边界条件的重要性取决于这些变化的相对时间尺度与物理传输,生物量生长/衰减和激活/失活的时间尺度相比。

项目成果

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