Abstract Oil sands surface mining operations in northeastern, Alberta, Canada produce enormous volumes of fluid fine tailings, an aqueous suspension of fine clays, sand, unrecovered bitumen, and diluent hydrocarbons. The tailings are deposited and retained on-site in large settling basins where the colloidal solids sediment and consolidate very slowly by gravity and pore water collects at the surface for re-use. Tailings “biodensification”, mediated by indigenous microbes that produce methane and/or carbon dioxide, is a phenomenon observed in situ and in vitro whereby tailings with active anaerobic microbial communities consolidate and de-water faster than predicted by gravitational (self-weighted) consolidation alone. To exploit this phenomenon, we used organic amendments to stimulate endogenous anaerobic tailings microorganisms. Tailings from three different operators were amended with agri-business by-products, placed in 100-mL microcosms and 1.5-L settling columns, and monitored for methanogenesis, pore water recovery, and solids densification. Several amendments increased methane production and accelerated biodensification compared to unamended and negative controls. Hydrolyzed canola, blood meal, bone meal and glycerol generally accelerated biodensification, stimulated methane production and supported growth of methanogens and fermentative microbes. Amendment altered the chemistry of the tailings, generally decreasing pH, increasing conductivity and magnesium, potassium, sodium, and bicarbonate concentrations. Biodensification is a potential engineered technology for accelerating water recovery and reducing the volume of stored oil sands tailings.

Resumen Introducción: La extracción de hidrocarburos en el Noreste de Alberta, en Canadá, genera una gran cantidad de residuos conocidos como “arenas de alquitrán”. Las arenas de alquitrán son una suspensión acuosa de arcillas finas, arena, betún de petróleo e hidrocarburos. Estos residuos son depositados y retenidos en estanques de sedimentación, donde los sólidos coloidales precipitan y se concentran muy lentamente por efecto de la gravedad y el agua intersticial que se libera se colecta para reúso. La concentración, también llamada densificación, de las arenas de alquitrán mediada por los microorganismos nativos que producen metano o dioxido de carbono, es un fenómeno observado in situ e in vitro, a través del cual, los residuos se precipitan, y se libera agua intersticial más rápidamente que la sedimentación por gravedad. Método: En este trabajo, se aplicaron enmiendas orgánicas para estimular la actividad de microorganismos nativos de los estanques de sedimentación, con el objetivo de acelerar la densificación y liberación de agua intersticial. Se utilizaron muestras de arenas de alquitrán de tres distintas compañías petroleras (Syncrude Canada Ltd.; Suncor Energy Inc.; y Shell Albian Sands), y se enmendaron en condiciones anaeróbicas con seis materias primas de la industria agrícola: (residuos de la extracción de aceite de canola; harina de huesos y harina de sangre de res hidrolizados; suero de leche hidrolizado; glicerol y granos secos de maíz usados para la producción de cerveza y bioetanol). Se utilizó acetato de sodio como control positivo de metanogénesis y 2-bromoetanosulfonato (BES) 10 mM como inhibidor específico de metanogénesis. Los experimentos de densificación se realizaron en botellas serológicas de 100 ml en condiciones anaeróbicas, y en columnas de sedimentación de vidrio de 1.5 L; y se siguió la producción de metano, recuperación de agua intersticial y densificación. Se tomaron muestras durante los experimentos para la cuantificación de bacterias por número más probable, y para el seguimiento de los cambios en la dinámica de comunidades microbianas por pirosecuenciación de los genes ribosolames 16S. Al término de los experimentos de densificación, se realizaron algunas determinaciones de características físicas y químicas de las arenas densificadas y del agua intersticial liberada. Resultados: Varias enmiendas incrementaron la producción de metano y aceleraron la densificación, en comparación con los controles negativo y sin enmienda. Residuos de canola, hidrolizados de harina de hueso, y de sangre y glicerol, aceleraron la densificación, estimularon la producción de metano e incrementaron el crecimiento de microorganismos metanogénicos y fermentadores. Las enmiendas alteraron algunos parámetros químicos de las arenas de alquitrán sedimentadas; generalmente disminuyeron el pH, incrementaron la conductividad eléctrica e incrementaron las concentraciones de magnesio, potasio, sodio y bicarbonato. Discusión o Conclusión: La Densificación mediada por microorganismos representa una tecnología potencial para acelerar los procesos de recuperación de agua intersticial y densificación de las arenas de alquitrán almacenadas en los estanques de precipitación de las industrias petroleras en Canadá.

Os conhecimentos sobre a dinâmica da matéria orgânica e disponibilidade de nutrientes em solos salinos podem ser úteis para nortear a adoção de estratégias de recuperação e manejo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da condutividade elétrica (EC) e presença de N inorgânico na decomposição da matéria orgânica a dois solos salinos localizados em Guanajuato (México). Nesse sentido, glicose marcada com 14C com ou sem amônio na dose de 200 mg kg-1 de N foi adicionada em dois tipos de solo com valores de condutividade elétrica de 0,94 dS m-1 (baixo EC; LEC) e 6,72 dS m-1 (alta EC; HEC). Amostras de solos foram incubadas durante 21 dias e, ao longo desse tempo, foram avaliadas as concentrações de N inorgânico e a produção de 12CO2 e 14CO2. Após o período de incubação, aproximadamente 60 % da glicose marcada com 14C adicionado ao solo LEC evoluiu como 14CO2, mas somente 20 % no solo HEC a evolução de 14CO2 foi de apenas 20 %. Decorrido um dia de incubação, menos de 200 mg de 14C foram extraídos do solo LEC, ao passo que no solo HEC foram extraídos mais de 500 mg de 14C. Não ocorreu mineralização de N nos dois solos e a adição de glicose reduziu as concentrações de N inorgânico no solo controle e no solo que recebeu N-NH4+. As concentrações de NO2- e NO3- foram, em média, maiores no solo LEC do que no solo HEC, com exceção do teor de NO2-, que foi maior no HEC tratado com NH4+. O aumento da condutividade elétrica promoveu a redução da mineralização de substrato facilmente decomponível e a diminuição do teor de N no solo.

Organic matter dynamics and nutrient availability in saline agricultural soils of the State of Guanajuato might provide information for remediation strategies. 14C labeled glucose with or without 200 mg kg-1 of NH4+-N soil was added to two clayey agricultural soils with different electrolytic conductivity (EC), i.e. 0.94 dS m-1 (low EC; LEC) and 6.72 dS m-1 (high EC; HEC), to investigate the effect of N availability and salt content on organic material decomposition. Inorganic N dynamics and production of CO2 and 14CO2 were monitored. Approximately 60 % of the glucose-14C added to LEC soil evolved as 14CO2, but only 20 % in HEC soil after the incubation period of 21 days. After one day, < 200 mg 14C was extractable from LEC soil, but > 500 mg 14C from HEC soil. No N mineralization occurred in the LEC and HEC soils and glucose addition reduced the concentrations of inorganic N in unamended soil and soil amended with NH4+-N. The NO2- and NO3- concentrations were on average higher in LEC than in HEC soil, with exception of NO2- in HEC amended with NH4+-N. It was concluded that increases in soil EC reduced mineralization of the easily decomposable C substrate and resulted in N-depleted soil.