| Abstract |
A mathematical model based on the advection-dispersion equation, modified to account for growth, decay, attachment, and detachment of microorganisms, was developed to describe the transport and growth of bacteria in aquifers. Column experiments on the transport of a species of sulfate-reducing bacteria through saturated-aquifer sediment were conducted to gain a quantitative knowledge of the attachment and detachment processes. Relevant parameter values such as the attachment-site capacity of the sediment and the attachment and detachment coefficients under different conditions, were obtained by fitting the experimental data with the non-growth condition transport model. The transport model was then refined and improved to incorporate the microbial sulfate reduction mechanism. To evaluate the applicability of this model, bacterial transport in aquifers under both nutrient-rich and oligotrophic environments was modeled by employing the parameters gained from experiments and from available literature; the model results were consistent with observations reported in former studies. In addition, the results revealed that the distribution of bacteria in the aqueous phase and in the sediments is directly related to the attachment-site capacity of the sediment. Thus, the attachment-site capacity of the sediment is a key factor to evaluate the transport and growth of bacteria in aquifers.Un modèle mathématique basé sur l’équation d’advection-dispersion, modifié pour prendre en compte la croissance, la décroissance, la fixation et la libération de microorganismes, a été développé pour décrire le transport et la croissance des bactéries dans les aquifères. Des expérimentations sur le transport d’une bactérie sulfato-réductrice à travers un sédiment aquifère saturé ont été menées sur colonnes pour acquérir une connaissance quantitative du processus fixation-libération. Les valeurs de paramètres appropriés, telles la capacité de fixation des sédiments et les coefficients de fixation-libération dans différentes conditions, ont été obtenues en confrontant les résultats expérimentaux avec le modèle de transport en condition de non croissance. Le modèle de transport a ensuite été affiné et amélioré pour prendre en compte le mécanisme de réduction microbiologique du sulfate. Pour évaluer l’adéquation de ce modèle, un transport de bactéries dans des aquifères d’une part riches d’autre part pauvres en nutriments a été simulé, en employant les paramètres tirés de l’expérimentation et de la documentation existante; les résultats de la simulation sont cohérents avec les observations effectuées dans des études antérieures. De plus, les résultats ont montré que la distribution bactérienne dans la phase aqueuse et dans les sédiments dépend directement de la capacité de fixation du support sédimentaire. Ainsi, la capacité de fixation du sédiment est un facteur clef pour déterminer la capacité de transport et de croissance bactérienne dans les aquifères.Se desarrolló un modelo matemático basado en la ecuación de advección - dispersión, modificada para tener en cuenta el crecimiento, decaimiento, adhesión y separación de microorganismos para describir el transporte y crecimiento de bacterias en los acuíferos. Experimentos de columnas se llevaron a cabo sobre el transporte de unas especies de bacterias reductoras de sulfatos a través del sedimento de un acuífero saturado para obtener un conocimiento cuantitativo de los procesos de adhesión y separación. Se obtuvieron los valores de los parámetros relevantes, tales como la capacidad de adhesión al sitio de los sedimentos y los coeficientes de adhesión y separación bajo diferentes condiciones, ajustando datos experimentales con un modelo de transporte en condición de no crecimiento. El modelo de transporte fue luego refinado y mejorado para incorporar el mecanismo microbiano de reducción de sulfato. Para evaluar la aplicabilidad de este modelo, se simuló el transporte bacteriano en un acuífero bajo ambientes ricos en nutrientes y oligotróficos, empleando los parámetros obtenidos de los experimentos y de la literatura disponible, los resultados del modelo fueron consistentes con las informaciones reportadas en estudios previos. Además, los resultados revelaron que la distribución de bacterias en la fase acuosa y en los sedimentos está directamente relacionada a la capacidad de adhesión al sitio del sedimento. Así la capacidad de adhesión al sitio del sedimento es un factor clave para evaluar el transporte y crecimiento de las bacterias en los acuíferos.基于对流-弥散方程, 考虑微生物的成长、衰变、附着和分离, 建立一个数值模型以描述含水层细菌的运移和生长。描述饱和含水层中硫酸盐还原细菌运移的圆柱实验可对附着和分离过程定量化。相关参数如沉积层的附着容量、不同条件下附着和分离系数, 可通过对无生长状态下运移模型进行调试得到。而后用细菌引起的硫酸盐还原机理调试以优化模型。为了对模型的适用性进行评估, 分别对富营养化和贫营养环境下的含水层中细菌运移进行模拟, 参数从实验和已发表文献中获取, 测试结果和前期研究结果一致。此外, 结果显示了水相细菌的分布, 且含水层中的细菌分布与沉积层的附着能力直接相关。沉积层的附着容量是评估含水层中细菌运移和生长的关键因子。Um modelo matemático baseado na equação de advecção-dispersão, modificado para incluir o crescimento, decaimento, ligação e remoção de microrganismos, foi desenvolvido para descrever o transporte e crescimento de bactérias num aquífero. Efectuaram-se experiências laboratoriais sobre o transporte de uma espécie de bactérias sulfato-redutoras através dos sedimentos saturados de um aquífero, visando obter informação quantitativa dos processos de ligação e remoção das bactérias. Valores dos parâmetros relevantes, como a disponibilidade de pontos de ligação nos sedimentos e os coeficientes de ligação e remoção sob condições diferentes, foram obtidos por ajuste entre os dados experimentais e o modelo de transporte em condições de não-crescimento. O modelo de transporte foi posteriormente refinado e melhorado para incorporar o mecanismo microbiano de redução de sulfatos. Para avaliar a aplicabilidade deste modelo, o transporte de bactérias em aquíferos num ambiente rico em nutrientes e num ambiente oligotrófico foi modelado, utilizando os parâmetros obtidos nas experiências e na literatura disponível; os resultados do modelo foram consistentes com os descritos em estudos anteriores. Adicionalmente, os resultados revelaram que a distribuição de bactérias na fase aquosa e nos sedimentos está directamente relacionada com a disponibilidade de locais de ligação nos sedimentos. Assim, a disponibilidade de locais de ligação nos sedimentos é um factor chave para avaliar o transporte e crescimento de bactérias em aquíferos. |
