Biological sulphate reduction potential in waters from the geological repository site for nuclear waste disposal in Olkiluoto, Finland

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201812123682
Title: Biological sulphate reduction potential in waters from the geological repository site for nuclear waste disposal in Olkiluoto, Finland
Author: Manninen, Anna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201812123682
http://hdl.handle.net/10138/275565
Thesis level: master's thesis
Discipline: Mikrobiologia
Microbiology
Mikrobiologi
Abstract: Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen on määrä alkaa Suomessa 2020-luvulla. Ydinjäte sijoitetaan Eurajoen Olkiluodon peruskallioon. Biologisen sulfaatinpelkistyksen on todettu olevan yksi merkittävä loppusijoituskonseptin toimivuuteen vaikuttava tekijä. Mikrobien aineenvaihdunnassaan tuottamat sulfidit aiheuttavat käytetyn ydinpolttoaineen metallisten jätekapseleiden korroosiota. Keski- ja matala-aktiiviseen ydinjätteeseen lukeutuvaan metallijätteeseen kohdistuu myös korroosiouhka. Sulfaatinpelkistysnopeutta Olkiluodon pohjavesissä sekä simulaatiokokeiden vesissä tutkittiin 35SO42- -radioleimamenetelmällä. Lisäksi tarkasteltiin lisättyjen ravinteiden sekä inkubointiajan vaikutusta havaittuun sulfaatinpelkistysnopeuteen. Menetelmä optimoitiin vähäravinteisille, alhaisten mikrobimäärien pohjavesille soveltuvaksi. Mikrobiyhteisöjen merkkigeenien lukumääriä määritettiin qPCR-menetelmällä, kattaen bakteerien ja arkeonien 16S rRNA -geenit, sekä sulfaatinpelkistäjille tyypillisen dsrB-geenin. Menetelmään tehtiin useita parannuksia työn aikana, ja menetelmä todettiin soveltuvaksi ympäristönäytteille. Tulosten tulkinnassa on kuitenkin huomioitava tilastollisia tekijöitä, ja menetelmän detektioraja on asetettava tutkittava vesityyppi huomioiden. Näytevesien matalista mikrobimääristä johtuen rinnakkaisten näytteiden pelkistystulokset vaihtelivat huomattavasti. Biologista sulfaatinpelkistystä havaittiin eri puolilla loppusijoitustiloja, ja sulfaatinpelkistysnopeus vaihteli 0-1 nmol cm-3 d-1. Referenssimikrobina käytetyn Desulfovibrio desulfuricans -kannan sulfaatinpelkistysnopeus oli jopa 24 nmol cm-3 d-1. Lisätyillä ravinteilla ja inkubointiajalla oli vaihtelevia vaikutuksia sulfaatinpelkistysnopeuteen. Mikrobiyhteisöt todettiin vaihtuviin olosuhteisiin hyvin sopeutuneiksi, koska ne pystyivät hyödyntämään vesiin lisättyjä ravinteita. Työssä todetut pohjavesien sulfaatinpelkistysnopeudet olivat matalia. Ydinjätteen loppusijoituksen huomattavan pitkän keston aikana mikrobien metaboliaa ja sulfaatinpelkistyksen voimakkuutta on kuitenkin haastavaa arvioida.In Finland, the final disposal of spent nuclear fuel is due to begin in the 2020s. The spent nuclear fuel will be stored in the deep bedrock of Olkiluoto, Eurajoki. Biological sulphate reduction is one of the most significant mechanisms possibly disrupting the integrity of the final disposal concept. Microorganisms living in groundwater may produce sulphide, which induces corrosion of the metallic waste capsules designed for spent nuclear fuel. In addition, metallic waste present in the low-level and intermediate-level nuclear waste repository may be subject to corrosion. The rate of biological sulphate reduction in groundwater samples from Olkiluoto and in waters from experimental set-ups was studied with 35SO42- -radiolabel method. Furthermore, effects of supplemental nutrients and incubation time on detected sulphate reduction rates were studied. First, the method was optimised for the oligotrophic, deep groundwaters with low cell numbers. Abundance of marker genes was determined with qPCR, including dissimilatory sulphite reductase gene dsrB (beta subunit) and 16S rRNA gene of bacteria and archaea. Several improvements were made to the sulphate reduction rate measurement method during this thesis work. The method was demonstrated to be applicable for environmental samples. However, statistical matters, such as setting the minimum detection limit, need to be considered separately for each water type studied. Due to low cell numbers of the studied waters, variation between parallel samples was considerable throughout the work. Biological sulphate reduction was detected at various sites in the repository area. Sulphate reduction rates in the studied waters varied from approximately 0 to 1 nmol cm-3 d-1, whereas sulphate reduction rate of reference strain Desulfovibrio desulfuricans was up to 24 nmol cm-3 d-1. Supplemental nutrients and incubation time had variable effects on sulphate reduction rates. Microbial communities were demonstrated to be well-adapted to changing environmental conditions, as they were able to utilise introduced nutrients. Sulphate reduction rates detected in this study were modest. However, as the time scale for nuclear waste disposal is extremely long, estimating microbial metabolism over such period is challenging.
Subject: Biological sulphate reduction
deep bedrock
groundwater
nuclear waste disposal
SRB
sulphate reduction rate


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Manninen_Anna_Pro_gradu_2018.pdf 7.953Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record