The objective of the work described in this thesis was to understand sorption reactions of uranium occurring at the water-clay mineral interfaces in the presence and absence of arsenic and other inorganic ligands. Uranium(VI) removal by clay minerals is influenced by a large number of factors including: type of clay mineral, pH, ionic strength, partial pressure of CO2, load of the sorbent, total amount of U present, and the presence of arsenate and other inorganic ligands such as sulfate, carbonate, and phosphate. Both sulfate and carbonate reduced uranium sorption onto IBECO bentonite due to the competition between SO42- or CO32- ions and the uranyl ion for sorption sites, or the formation of uranyl-sulfate or uranyl-carbonate complexes. Phosphate is a successful ligand to promote U(VI) removal from the aqueous solution through formation of ternary surface complexes with a surface site of bentonite. In terms of the type of clay mineral used, KGa-1b and KGa-2 kaolinites showed much greater uranium sorption than the other clay minerals (STx-1b, SWy-2, and IBECO montmorillonites) due to more aluminol sites available, which have higher affinity toward uranium than silanol sites. Sorption of uranium on montmorillonites showed a distinct dependency on sodium concentrations because of the effective competition between uranyl and sodium ions, whereas less significant differences in sorption were found for kaolinite. A multisite layer surface complexation model was able to account for U uptake on different clay minerals under a wide range of experimental conditions. The model involved eight surface reactions binding to aluminol and silanol edge sites of montmorillonite and to aluminol and titanol surface sites of kaolinite, respectively. The sorption constants were determined from the experimental data by using the parameter estimation code PEST together with PHREEQC. The PEST- PHREEQC approach indicated an extremely powerful tool compared to FITEQL. In column experiments, U(VI) was also significantly retarded due to adsorptive interaction with the porous media, requiring hundreds of pore volumes to achieve breakthrough. Concerning the U(VI) desorption, columns packed with STx-1b and SWy-2 exhibited irreversible sorption, whereas columns packed with KGa-1b and KGa-2 demonstrated slow, but complete desorption. Furthermore, most phenomena observed in batch experiments were recognized in the column experiments, too. The affinity of uranium to clay minerals was higher than that of arsenate. In systems containing uranium and arsenate, the period required to achieve the breakthrough in all columns was significantly longer when the solution was adjusted to pH 6, due to the formation of the uranyl-arsenate complex. In contrast, when pH was adjusted to 3, competitive sorption for U(VI) and As(V) accelerated the breakthrough for both elements. Finally, experiments without sorbing material conducted for higher concentrations of uranium and arsenic showed no loss of total arsenic and uranium in non-filtered samples. In contrast, significant loss was observed after filtration probably indicating the precipitation of a U/As 1:1 phase.

Uranium decontamination gains a great importance with the spread of nuclear waste in both soil and water systems across the planet. All known remediation methods of uranium can be exclusively based either on synthetic materials with high adsorbent power and known physical chemistry or life organisms by which the uranium eventually accumulated inside their tissues. In the present thesis, it was attempted to design a rational approach for uranyl removal primarily from waters using the reducing potential of quercetin, which is a plant-derived small organic molecules, along with its photochemical activities. Such approach, which is neither a fully synthetic nor an organism-based approach, was chosen here to avoid disadvantages with both traditional strategies. Here, complexation experiments were designed to assess the use of uranyl-quercetin complexes for the photoreduction of water-soluble U(VI) to insoluble U(IV) by comparing absorption properties of uranyl-quercetin complexes in acetone, water, and hydrophobic bilayer lipid vesicles. The UV-vis data show that uranyl quercetin complex can form in both hydrophobic and hydrophilic environments. In both cases the B-ring band in quercetin structure becomes reduced, red shifted and a pronounced absorption arises in the 400-500 nm range. Such data suggests that U(VI) binds at the 3-OH and 4-carbonyl of ring C of quercetin. Interestingly, the results of UV-Vis spectroscopy part hint at a crucial role of a stable or transiently ionized hydroxyl for the efficient uranyl-dependent photodegradation of quercetin. FTIR spectroscopy absorption changes further demonstrates that the UV-vis-spectroscopic changes are indeed accompanied by changes in the chemical structure of the complex as expected for a uranyl-dependent photodegradation. IR data thus suggest that U(VI) becomes reduced by the photoreaction, rather than merely changing its coordination shell. The frequency shifts in the C=C and C=O absorption range on the other hand are consistent with changes in force constants rather than bond breakage. Upon illumination condition, uranyl quercetin complex in water forms a dark precipitate. Uranyl precipitation and the disappearance of U(VI) IR absorption bands upon illumination further demonstrate that uranyl acts as a redox partner rather than a catalyst in the photoreaction of quercetin. The formation of uranyl-quercetin complexes in the presence of lipidic phases has been addressed experimentally. The complex is partitioned into the hydrophilic/hydrophobic interface of liposomes. Its electronic absorption properties are influenced by the degree of hydrophobicity provided by the adjacent lipid headgroups. The preference of quercetin to associate with hydrophobic microenvironments can thus be exploited to transfer uranyl to the lipid water biomolecular interface. Illumination of the uranyl-quercetin complex in the presence of different liposomes has been performed in this study for the first time, to the best of my knowledge. The data provide evidence that again uranyl is a redox partner for the photodegradation of quercetin also in this microenvironment. Uranyl in an oxidation state smaller than VI is unsoluble in water. Therefore, its quercetin-mediated photoreduaction of uranium provides a method to transfer soluble uranium to the liposome and stabilize the reduced photoproduct. Thereby, uranyl could be removed from solution in an insoluble form using cheap natural compounds. The binding site assignment of uranyl-quercetin complex in acetone have been verified here using NMR spectra and DFT theory. NMR Spectra showed that the observations of broadened and narrow bands in the NMR spectra of quercetin, upon complexation with uranyl, support an intramolecular exchange or site exchange within the quercetin molecule. Moreover, the complexation takes place around the carbonyl group with U(VI) exhibiting two possibly coordination modes, involving the carbonyl and the adjacent O(H) groups. This has been also confirmed from the DFT calculations. Finally, interaction experiments of uranyl-quercetin complex with DNA have been performed to assess an alternative uranyl-trapping and photoreduction system. The data show that consecutive addition of quercetin and uranyl destabilizes DNA. However, a preformed uranyl quercetin complex has very little effect on DNA structure. On the other hand, quercetin and uranyl appear to bind to DNA as a preformed complex in the loop portion of hairpin DNA. Therefore, also HP DNA is expected to be a suitable but less effective trapping system for the uranyl quercetin complex and its potential photoproducts.

Die Uran-Ganglagerstätte Schlema-Alberoda wurde, abgesehen von mehreren Altbergbauaktivitäten auf ihrem Territorium und der Nutzung ihrer radioaktiven Wässer im früheren Radiumbad Oberschlema, de facto erst nach dem Zweiten Weltkrieg entdeckt. Sie hat sich im Verlaufe ihrer Erkundung und des Abbaus als eine der größten Lagerstätten ihres Typs auf der Erde erwiesen. Die Lagerstätte Schlema-Alberoda liegt regionalgeologisch gesehen in der erzgebirgisch streichenden Lößnitz-Zwönitzer Synklinale im Kreuzungsbereich mit der NW-SO gerichteten Gera-Jáchymov-Störungszone. Bedeutsamstes tektonisches Element dieser Störungszone ist der »Rote Kamm«, der die Uranlagerstätte Schlema-Alberoda von der sich südwestlich anschließenden Wismut-Kobalt-Nickel-Silber-Uran-Lagerstätte Schneeberg trennt. In der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale sind vorwiegend oberordovizisch-silurisch-devonische Gesteine, die so genannte »produktive« Serie, in unterordovizische Schiefer der Erzgebirgs-Nordrandzone eingefaltet. Dabei sind die Erzgänge in den Bereichen ausgebildet, in denen die Gesteine der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale im Exokontakt des varistisch-postorogenen Auer Granitmassivs liegen. Tektonische Störungen, Spalten und Gangstrukturen durchsetzen in einer außergewöhnlichen Vielzahl die Gesteine des Lagerstättengebietes. Sie wurden teilweise mehrfach aktiviert und dienten zirkulierenden hydrothermalen Lösungen als Bewegungsbahnen bzw. ermöglichten den Absatz ihres Mineralinhaltes. Die Mineralisation der Gänge der Lagerstätte Schlema-Alberoda ist insgesamt als eine komplizierte mehrphasige, überwiegend hydrothermal gebildete Folge von Gangformationen verschiedenen Alters anzusehen. Bergbaulich von wesentlicher Bedeutung waren insbesondere die uranführenden Karbonatgänge der spätvaristischen kku-Formation sowie der postvaristischen mgu- und biconi-Formation. Dabei stellen die Quarz-Calcit-Pechblende-Gänge der kku-Formation mit einem Pechblende-Alter von ca. 275 Mio. Jahren die primären Uranerzgänge der Lagerstätte dar. Die aus umfangreichen mineralogisch-geochemischen Untersuchungen in der Lagerstätte abgeleiteten minerogenetischen Aussagen lassen bezüglich der Herkunft des Urans mehrere mögliche Quellen bzw. Modellvorstellungen zu. Der Absatz erfolgte bei stetig abklingender Temperatur, wobei die Bildung der Uranparagenesen im Bereich von 200 - 100 °C und bei sehr variierenden Druckverhältnissen vor sich ging. Teufenbezogen lag die Hauptvererzung im Intervall von -390 m bis -1125 m. Darunter nahm die Uranvererzung, die in erster Linie lithologisch kontrolliert wird, mit zurückgehender Verbreitung der »produktiven« Gesteine der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale ab, war allerdings auch noch auf der tiefsten aufgefahrenen Sohle der Grube (-1800-m-Sohle) vorhanden. Der Abbau auf den vererzten Gangflächen erfolgte in der Regel im Firstenstoßbau. Die vor allem auf den tagesnahen Sohlen des Zentralfeldes von Oberschlema betriebene rigorose Abbauführung auf allen Gängen mit nachgewiesener Uranvererzung hatte nicht nur gravierende bergtechnische Probleme untertage, sondern auch intensive Bruch- und Senkungserscheinungen an der Oberfläche zur Folge. Insgesamt sind von 1946 bis Anfang 1991 etwa 80.000 t Uran gewonnen worden. Dabei lassen die intensiven und umfassenden Untersuchungs- und Erkundungsarbeiten die Schlussfolgerung zu, dass die Lagerstätte bis auf geringe Restvorräte abgebaut ist. Seit 1991 erfolgen die Arbeiten zur Verwahrung und Sanierung der bergbaulichen Anlagen und Flächen. Auf Grund des enormen Umfangs, der Intensität und Komplexität des getätigten Bergbaus sind diese Arbeiten sehr umfangreich, kompliziert und vielschichtig; sie werden voraussichtlich etwa 2010 abgeschlossen sein.

Die bis 1990 abgebaute Uranlagerstätte Königstein ist an eine cenomane Schichtenfolge gebunden, die aufeinander folgend aus terrestrischen, lagunären und litoral-marinen Ablagerungen besteht. Die Lagerstätte ist südlich der Elbe und westlich der Biela lokalisiert. Ihre Abbaukontur in 100 bis 280 m Tiefe erstreckt sich 600 - 1000 m breit über 4700 m und streicht SSW-NNE. Ihre Urananreicherungen sind in der Tendenz monometallisch ausgebildet. In Klüftungszonen ist der schichtkonformen Dispersvererzung der Typus imprägnativer »Trümer-Flecken-Erze« aufgeprägt. Die Lagerstätte ist das jüngste und letztaufgefundene sächsische Erzobjekt und wurde im Bergwerk Königstein untertägig abgebaut. Nach einer Umstellung des Betriebes wurde das Uran seit 1984 durch chemische Gesteinsauslaugung aus dem Grubengebäude gefördert. Der Vorrat der Lagerstätte wurde zuletzt mit 27.813 t Uran bei einem Durchschnittsgehalt des Urans im Erz von 0,06 % angegeben. Seit 1990 wird nach Einstellung des Bergbaues das Bergbaugebiet saniert. Die Lagerstätte ist einem peripheren Abschnitt des Cenomans an der südöstlichen Umrahmung der Pirnaer Senke infiltrativ aufgeprägt. Die Verteilung des Urans in der Schichtenfolge wird von deren hydrologischer Durchlässigkeitsstruktur bestimmt. Die Urananreicherungen sind an feinsandige, inkohlte organische Substanz führende, Schluff- und Tonsteinlagen im Kontakt mit permeablen Sandsteinschichten gebunden. Die Erzhorizonte (ca. 1-3 m mächtig) bilden die Migrationsbarrieren für in den Untergrundwässern gelöst mitgeführtes Uran. Uran und Thorium wurden vorrangig aus dem Granit von Markersbach freigesetzt und infolge ihres unter exogenen Bedingungen unterschiedlichen Migrationsverhaltens voneinander getrennt. Das Thorium wurde im Schweb der Oberflächenwässer in die Pirnaer Senke gespült und bildete mit Elementen vergleichbaren Verhaltens, wie Zinn, Blei und Zink in der terrestrischen Wechsellagerung eine synsedimentäre weitflächige polymetallische Dispersionsanomalie. Der Großteil des Urans wanderte dagegen in Untergrundwässern gelöst in die Schichtenfolge ein. Ergebnisse der Altersbestimmung der Erze nach der Uran-Blei-Methode und geologische Zeitmarken weisen auf eine stadiale Entwicklung der Lagerstätte vom Cenoman bis in die geologische Gegenwart hin. Die erhaltenen Werte lassen auf den Beginn der Herausbildung des 3. Erzhorizontes durch exo-diagenetische Infiltration des Urans etwa gleichzeitig mit der synsedimentären Polymetallanomalie schließen. Erst später bildeten sich, z. T. auf der stofflichen Grundlage des 3. Horizontes, durch epigenetische Infiltration und unter zeitweiliger Einflußnahme des tertiären Vulkanismus, die beiden oberen Erzhorizonte heraus. Zuletzt entwickelten sich die Klüftungserze. Die jüngsten Zugänge und Umverteilungen des Urans sind an Störungen des radioaktiven Gleichgewichtes (Ra/U) feststellbar, welche für

Der geologische Teil gibt erstmals eine vollständige Darstellung der fossilen Flora und Fauna des Döhlener Beckens wieder. Im Döhlener Becken sind 4 große Sedimentationsperioden erkennbar, die teilweise zyklisch strukturiert sind. Das Döhlener Becken wird hier erstmals als Uran-(Vanadium-) Lagerstätte beschrieben. Es enthielt ca. 7.000 t Uran sowie die gleiche Menge Vanadium, außerdem Molybdän, Arsen, Blei, Zink und große Mengen Eisen als Pyrit. Zinn und Kupfer sind selten. Es gibt Hinweise auf (syn- bis) frühepigenetische Thermalwasserbildungen. Im Becken ist ein System NW-SO-gerichteter Brüche vorhanden mit abgeschobenem NO-Flügel. Der flächenhafte Spannungsausgleich konzentrierte sich mit wachsender Stabilität der Sedimentdecke auf lineare Abschiebungszonen entlang der Grundgebirgsschwellen. Während der Sedimentation erweiterte sich das Becken tektonisch unregelmäßig in Richtung NO-SW. Der Bergbau-Teil (Kap. 9 bis 13) eröffnet eine Abhandlung über die Gewinnung verschiedener mineralischer Rohstoffe, wobei der Kohlenbergbau über Jahrhunderte dominierte. Die in den großen Bergbauunternehmen eingeführten technischen und organisatorischen Neuerungen werden vorgestellt. Der verbreitete Abbau von Kalkstein wird erstmalig vollständig dokumentiert. Mehrere Perioden der Gewinnung von Alaun und Vitriol aus Kohle, beginnend im 16. Jahrhundert, können unterschieden werden. Lösungen zum Überwinden bergbaubedingter Schwierigkeiten werden ausführlich dargestellt. Als technische Meisterleistung gelten der Tiefe Weißeritz Stolln und der von 1817 bis 1837 teilweise durch den Monzonit getriebene Tiefe Elbstolln. Seit 1820 lief die erste Dampfmaschine Sachsens beim Zauckeroder Kunstschacht. Weitere technische Neuerungen sind: Einsatz der ersten elektrischen Grubenlokomotive der Welt (1882), die Erprobung einer Schrämmaschine, die Erfindung und Anwendung der Kohlennassaufbereitung, die Verkokung der Kohle und die Produktion von Leuchtgas. Erstmals werden ausführliche Angaben zur Suche und Erkundung sowie Gewinnung der Uranlagerstätte Freital vorgestellt. Die Such- und Erkundungsarbeiten begannen 1947. Nach der Konfiszierung von Schächten des Kohlenbergbaus baute die SAG Wismut von 1949 bis 1954 uranhaltige Kohle ab. Im Jahre 1968 Einstellung der Steinkohlenförderung und Übernahme von der SDAG Wismut. Abbau und Förderung der Erzkohlen endeten am 01.12.1989. Das Ende der Urangewinnung durch die SDAG Wismut bedeutete das Ende von 447 Jahren aktiven Bergbaus im Döhlener Becken. Der Nachfolgebetrieb WISMUT GmbH verantwortet seit 1990 die Verwahrung und Sanierung der Hinterlassenschaften. Mit der Erarbeitung des WISMUT-Umweltkatasters wurden Grundlagen zur Verwahrung und Sanierung geschaffen. Besonders ausführlich wird die z.Zt. noch laufende Flutung des Grubengebäudes behandelt. Nach etwa 15 Jahren Verwahrung und Sanierung radioaktiv kontaminierter Standorte im Bergbaugebiet des Döhlener Beckens sind erste positive Auswirkungen nachweisbar.

Univ., Diss., 2009--Frankfurt (Main). / Engl. Übers. des Hauptsacht.: U-Pb geochronology, Hf isotopy and trace element geochemistry of detrital zircons from recent sediments of the Orange and Vaal river system in South Africa.

Universiẗat, Diss., 1999--Tübingen.

Since 1986 extensive reclamation works have taken place in the area. Aim of this works is to mend the damaged environment, eliminate impact of uranium processing, reduce contamination of ground water and radiation effects on the area. However after 29 years of reclamation works, risks of chemical and radiation toxicity are still present. Massive development of uranium mining occurred at the beginning of 20th century. Czech republic was not an exception and czech government decided to build chemical processing plant of uranium under a code name MAPE. chemical processing plantwas built near village Mydlovary, in the southeaster part of Czech republic. Construction began in 1959. Operation started in 1962. Uranium was processed either by acidic or alkalic leaching. During the operation of the plant 36 million tons of sludge were stored in nearby sludge beds. Operation of MAPE ended in the year 1991. This thesis focuses on problems of chemical toxicity in former uranium processing plant MAPE Mydlovary and nearby area. Primary aim was to assess potential risks of chemical toxicity resulting from MAPE operation which could influence health of former employees, citizens of nearby villages and the environment. In order to determine the risks it was necessary to analyse chemical substances used to process uranium, possible signs of uranium intoxication of living organisms, quality and direction of ground water flow in wider area of interest. Among substances used to process uranium were different kinds of gasoline, diesel, ammonia, nitric acid, sulphuric acids and its salts, sodium carbonate and barium chloride dyhydrate. In comparison to dangerousness of particular substances it was found that most occurring types of damage are types of damage to skin or eyes due to irritant or caustic effects. It was difficult to analyse the influence of uranium intoxication on living organisms because of limited availability of useful and relevant information . Therefore assessment of possible effects were established as the result of previous studies. Former employees of MAPE could have been exposed to several kinds of uranium compounds (UO2, UO3, (NH4)2U2O7), therefore effects of intoxication by these compounds were taken into the consideration. Most cases of chemical intoxication were localized in the renal and respiratory systems of living organisms. Ground waters of wider area of interest were estimated as main carrier of potential chemical intoxication of residents of nearby villages and environment. Analysis of quality and direction of spreading showed that villages close to processing plant can use ground water only for irrigation (in the village Mydlovary ground water cannot be used even for irrigation) . Furthermore there is a small risk of contamination of collecting borehole S4 near the city of Zliv. Water from this borehole is drinkable and worsening of the quality of this water could result in exceeding limits set by decree no. 274/2003. Nowadays former chemical processing plant of uranium MAPE Mydlovary represents one of the most severe ecological burdens in Czech republic. Reclamation works significantly reduce negative impacts of chemical processing plantand without these works present situation would pose both real threat to ecology and protection of public health.

Ehemalige Urangruben tragen durch das anfallende Flutungswasser maßgeblich zur Ausbreitung von Schadstoffen wie Uran und Arsen in teils dicht besiedelte Gebiete bei. Um die Prozesse in den unterirdischen Gruben besser zu verstehen und alternative Strategien zur konventionellen, kostenintensiven Wasserbehandlung entwickeln zu können, war das Ziel der Arbeit, mikrobielle Gemeinschaften aus drei gefluteten Uranerzbergwerken in Sachsen, namens Pöhla, Schlema und Zobes, die unterschiedliche Flutungsstadien repräsentierten, zu charakterisieren und den mikrobiellen Einfluss auf die Mobilität von Uran und Arsen zu untersuchen. Um herauszufinden, welche Mikroorganismen die hydrochemischen Vorgänge im Untergrund der Uranerzbergwerke beeinflussen könnten, wurde die Diversität und Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften mittels Pyrosequenzierung eines Fragments des 16S rRNA Gens (16S rDNA) und CARD-FISH ermittelt. Wenngleich Clusteranalysen zeigten, dass sich die planktonischen Gemeinschaften hinsichtlich ihrer bakteriellen Zusammensetzung zwischen den drei Uranerzbergwerken unterschieden, wurden alle von chemolithotrophen Schwefeloxidierern der Beta- und Epsilonproteobacteria dominiert, die mit den Gattungen Thiobacillus und Sulfuritalea bzw. Sulfuricurvum und Sulfurimonas vertreten waren. Im Unterschied zu den planktonischen Gemeinschaften bestanden in situ Biofilme, die auf BACTRAPs während einer 3-monatigen Exposition im Flutungswasser anwuchsen, laut Pyrosequenzierung zu einem wesentlichen, mitunter dominanten Anteil aus metall- bzw. sulfatreduzierenden Deltaproteobacteria. In Biofilmgemeinschaften aus Zobes wurden hauptsächlich Geobacter sp. detektiert, die als Fe(III)- und U(VI)-Reduzierer bekannt sind. Obwohl Archaea basierend auf den Ergebnissen der CARD-FISH-Analyse nur einen sehr geringen Anteil der planktonischen Gemeinschaften ausmachten, wurden mittels Pyrosequenzierung planktonische Euryarchaeota der Thermoprotei in allen Gruben detektiert. In planktonischen Gemeinschaften und 3-monatigen Biofilmen aus Pöhla und Zobes wurden zudem methanogene Crenarchaeota, vor allem Methanobacteria und teilweise Methanomicrobia, ermittelt. Die 16S rRNA-Analyse, die ergänzend zum DNA-basierten Ansatz durchgeführt wurde, lieferte Hinweise darauf, dass die detektierten, dominanten Mikroorganismen, Bacteria sowie Archaea, in der planktonischen Gemeinschaft aus Schlema und den Biofilmgemeinschaften stoffwechselaktiv waren. In der planktonischen Gemeinschaft aus Zobes wurden im Vergleich zur DNA-basierten Analyse höhere Abundanzen für Verrucomicrobia, Acidobacteria und Alphaproteobacteria ermittelt, deren Bedeutung offen bleibt. Untersuchungen zum mikrobiellen Stoffwechselpotential planktonischer Gemeinschaften mittels CFU- und MPN-Analysen ergaben, dass Mikroorganismen aus allen Urangruben ein breites Spektrum anaerober Reaktionen (Nitrat-, Eisen-, Mangan-, Arsenat- und Sulfatreduktion und Acetogenese) unter Laborbedingungen abdeckten. In guter Übereinstimmung mit den Sequenzierungsergebnissen konnten methanogene Mikroorganismen nur im Flutungswasser aus Pöhla und Zobes detektiert werden. Die Metaproteomanalyse ergab, dass 61,6% der Peptide in der planktonischen Gemeinschaft aus Schlema von den dominanten Epsilonproteobacteria stammten. Dagegen wurden für Zobes detektierte Peptide mehrheitlich methylotrophen und eisenoxidierenden Betaproteobacteria der Familien Methylophilaceae bzw. Gallionellaceae sowie methylotrophen Gammaproteobacteria der Methylococcaceae zugewiesen. Obwohl die Mehrheit der Proteine an der Translation beteiligt war, konnten insgesamt 49 Proteingruppen ermittelt werden, deren Vertreter für den mikrobiellen Energiestoffwechsel relevant waren. Insbesondere planktonische Gammaproteobacteria aus Zobes konnten so mit dem Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf in Zusammenhang gebracht werden. Mithilfe von Labormikrokosmen wurde der potentielle Einfluss mikrobieller Gemeinschaften aus Schlema auf die Mobilität von Arsen und Uran im Flutungswasser mit Acetat als Elektronendonor unter anaeroben Bedingungen über einen Zeitraum von 98 Tagen untersucht. Im Vergleich zu den Kontrollen konnten sowohl die stimulierte, planktonische Gemeinschaft als auch Biofilme natürliches Arsen aus der wässrigen Phase fast vollständig entfernen. Allerdings wies der spätere Anstieg des gelösten Arsens daraufhin, dass der immobilisierte Zustand langfristig nicht stabil blieb. In stimulierten Biofilm-Ansätzen wurde Uran mit bis zu 39 ± 9% (in Anwesenheit von 7 µM natürlichem Uran) bzw. 34 ± 8% (bei Zugabe von 50 µM U(VI)) aus der wässrigen Phase langfristig (98 Tage) immobilisiert. Laserfluoreszenzspektroskopische Untersuchungen zeigten, dass Uran im Biofilm reduziert wurde.

The macrophytes have the ability accumulating multiple metals/metalloids species from the terrestrial and aquatic environments. The environmental-friendly phytoremediation technologies via these plant species have been applied for non-degradable pollutants removal. The macrophytes derived rhizofiltration is a major and efficient technology for metals/metalloids removal, especially in aquatic environments (e.g. wetland). Comparing with the common metals/metalloids often studied, aquatic U rhizofiltration via macrophytes has been just considered recently. In this study, the field investigation in a U tailing basin wetland showed that the rhizofiltration was crucial for aquatic U retention via Phragmites australis Trin ex Steud. (water to root bioconcentration factor (BCF): 670 to 1556). The aquatic U retention efficiency in aboveground biomass of P. australis was insufficient (BCF: 0.4 to 5.3), comparing with the rhizofiltration. However, the high productivity (1.2 to 1.9 kg•m-2 per growing season) of P. australis still resulted in a notable yearly U accumulation in the areal total aboveground biomass (0.04 to 0.35 mg•m-2 per growing season). It was potentially promoted by the enhanced aquatic U rhizofiltration. The U within aboveground biomass could be released to submerse soil with the degradable or recalcitrant fallen litters. It enhanced the organic carbon supply in rhizosphere together with the root litter, and potential water to root U translocation within mobilized organic compounds. Hence the rhizofiltration stood in the crucial position of the plant-litter-water-soil U recycling in aquatic environment. The results from field investigation and mesocosm experiment further suggested that the Fe plaque (IP) on root surface was crucial for aquatic U rhizofiltration. The IP contained most of root retained U in both environments (proportion of U within IP: 55.8 to 82.6% in field and 66.7 to 86.0% in mesocosm). However, the efficiency of IP assisted aquatic U rhizofiltration was affected by the redox state gradient (-179 to 220 mV) related redox processes. Field investigation suggested that high content of dissolved oxygen (up to 8.2 mg•l-1) was capable to rapidly oxidize soluble Fe(II) as sparingly soluble Fe(III) oxides precipitated in subhydric soil. It consequently limited the aquatic Fe availability for root uptake and precipitation as IP. However, the strong oxidation ability also relatively increased aquatic U(VI) availability incorporated with inorganics and degradable organic matters. It was adverse for controlling the aquatic U concentration (66.7 to 92.0 μg•l-1 in field). On the other hand, it also benefited the U uptake by inner root tissue and upward translocation to aboveground biomass of P. australis. The different inorganic N species also significantly influenced IP assisted aquatic U rhizofiltration. The aquatic NH4+ sustained the reduction and acidification (via nitirification) potential for Fe(III) and U(VI) bioreduction in rhizosphere (-87 to 21 mV in NH4+ cultured mesocosm pots). It improved the root uptake (mainly within IP) of Fe and U (2992.9 to 5010.7 mg•kg-1 Fe and 45.7 to 62.8 mg•kg-1 U in NH4+ cultured root). On the contrary, the NO3- depended strong oxidation ability (23 to 224 mV in NO3- cultured mesocosm pots) inhibited the IP formation and the related aquatic U rhizofiltration efficiency (1568.5 to 2569.5 mg•kg-1 Fe and 26.2 to 49.6 mg•kg-1 U in NO3- cultured root). The aquatic U availability in rhizosphere was also increased via NO3- depended oxidation processes (aquatic U concentration in mesocosm: 1.6 to 589.3 μg•L-1 (NO3-) vs. 1.4 to 58.2 μg•L-1 (NH4+)). The sufficient nitrogen supply is also a significant driving force for high biomass productivity of P. australis. The higher biomass of P. australis increased the U accumulation capacity for root and aboveground tissues. The nitrogen related high biomass accumulation of P. australis also potentially enhanced the share of organic bound U in subhydric soil via plant litters supply. The IP assisted aquatic U rhizofiltration was also affected by the co-existing metals/metalloids in rhizosphere. The field investigation indicated that high As availability (aquatic As/U ratio: 0.7 to 1.6) inhibited the U retention within IP through the competitive absorption, due to its high affinity to IP. The Ca improved the aquatic U(VI) availability by forming the soluble Ca-uranyl-carbonate compounds. The Ca also potentially competed with hydrated Fe(III) oxides within IP by incorporating with U and encourage the U retention within inner root tissue. The P was beneficial for U retention within IP possibly in form of U-Fe-phosphate complexes. However, it was still need to be proofed in further studies. Despite of the biogeochemical conditions in rhizosphere, the aboveground transpiration of P. australis also affected the IP formation and related aquatic U rhizofiltration. The higher transpiration rate (TR) of P. australis (3.3±1.2 mm•d-1 in field, 4.5±2.0 mm•d-1 (NH4+)/5.0±2.2 mm•d-1(NO3-) in mesocosm) increased the aquatic nutrient/non-essential elements availability for root uptake. For this reason, the aquatic U rhizofiltration of P. australis (21.8±3.1 mg•kg-1 in field, 62.1±1.0 mg•kg-1 (NH4+)/47.6±1.8 mg•kg-1 (NO3-) in mesocosm) was enhanced under higher TR. The higher TR also promoted the formation of IP and its U retention capacity. Furthermore, the U translocation from root to above ground biomass (mainly in leaves) of P. australis was also enhanced under higher TR. It was potentially benefited by the increased transpirational pull and root uptake of other active mediator (e.g. Ca). The effect of transpiration was also coupled with the different N species on IP assisted aquatic U rhizofiltration. The higher TR depended strong root uptake and assimilation of N increased the biomass accumulation of P. australis. Furthermore, the higher TR also potentially increased the share of root in biomass partition of P. australis. Consequently, the stronger transpiration resulted in the higher aquatic U accumulation in area related root biomass (up to 84.0±3.6 mg•m-2 (NH4+) and 86.4±5.8 mg•m-2 (NO3-) U per season in mesocosm). In conclusion, it was possible for eutrophic P. australis stands to retain the aquatic U via rhizofiltration. The IP on root surface was a crucial mediator contributing the aquatic U rhizofiltration, especially in iron rich milieu. The efficiency of IP assisted aquatic U rhizofiltration could be further improved under suitable environmental conditions. In this study, these conditions might include: i) reductive rhizosphere environment with active reducers (e.g. NH4+) encouraging Fe(II) generation for IP formation and U retention within it; ii) limited competitive elements (e.g. As and Ca) co-existed with Fe and U in rhizosphere; iii) sufficient nutrients (e.g. N) supply and related high biomass productivity of plant; iv) strong transpiration effect improved the nutrient assimilation of root and also the aquatic U/Fe availability for root uptake. By adjusting these conditions (also include other potential factors not discussed in this study), an effective rhizofiltration technology was supposed to be applied for aquatic U removal.