Messen auf Kohlenstoffbasis Contaminant Mineralisation mit kombinierten CO ₂ Flux und Radiokarbon-Analysen

Das übergeordnete Ziel dieser kombinierten Modellierungsmethode für den Kohlendioxidfluss und den Radiokohlenstoffgehalt und die Einflusszone besteht darin, die Degradation von aus Erdöl gewonnenen Schadstoffen in situ unter Verwendung des abgereicherten Radiokohlenstoffsignals im Kohlendioxid, einem endgültigen Abbauprodukt, zu verfolgen. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in den Bereichen Bioremediation und Umweltbewertung zu beantworten. Zum Beispiel, wie viel Auffangbehälter vor Ort abgebaut wird?

Entweder durch natürliche Dämpfung oder in Verbindung mit technischen Sanierungsansätzen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie auf der Messung des Kohlenstoffs beruht, der aus dem eigentlichen Rückgrat des Sicherheitsbehälters stammt, anstatt mehrere indirekte Messungen als Beweismittel durchzuführen. Die Methode ermöglicht die Berechnung der tatsächlichen in situ biologischen Abbaurate.

Für die Feldinstillation bereiten Sie die Luftpumpen wie folgt vor. Bohren Sie zunächst ein Loch in das Pumpengehäuse für ein kurzes Stück gasundurchlässigen Kunststoffschlauch mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll. Führen Sie einen fünf bis sechs Zoll langen Schlauch in das Loch ein.

Versiegeln Sie dann alle äußeren Teile der Pumpe mit Marine-Dichtmittel. Gefolgt von einer Schicht Silikondichtstoff. Führen Sie anschließend eine Druckprüfung der abgedichteten Pumpen durch.

Blasen Sie den Schlauch vorsichtig ein und blockieren Sie dabei den Abfluss. Bereiten Sie als Nächstes eine Kohlendioxidfalle für jede Sammelwanne und eine Kontrolle vor. Wiegen Sie 25 Gramm Natriumhydroxid in einer 100-Milliliter-Serumflasche ab.

Verschließen Sie die Serumflasche mit einem Septum und drücken Sie sie fest. Schließen Sie nun die elektrischen Kabel an. Vor Ort sind lange Leitungen zu jeder Pumpe erforderlich, um jedes Bohrloch mit Strom zu versorgen.

Verschließen Sie die Leistung in den Feldbohrungen mit modifizierten Kappen mit zwei 1/16-Zoll-Löchern für Gasleitungen. In der Bohrung wird die abgesenkte Gasleitung etwas über dem Grundwasserspiegel und die Rücklaufleitung knapp unter dem Deckel verlegt. Versiegeln Sie dann die Schläuche und die Kappendichtung mit Vakuumfett, so dass alle Oberflächen gasdicht abdichten.

Führen Sie vom Bohrloch aus den unteren Schlauch in den Pumpeneinlass und leiten Sie die Gasleitung von der Pumpe zur Kohlendioxidfalle. Verwenden Sie eine 16-Gauge-Nadel, um das Septum zu durchstechen. Führen Sie dann mit einer anderen Nadel eine Rücklaufleitung von der Falle zur Gasleitung und direkt unter die Kappe.

Führen Sie nun das Setup so aus, dass eine erste Sammlung von 30 Well-Volumina durchgeführt wird. Verwerfen Sie später die anfänglichen Fallen. Ziehe die Nadeln aus dem Septum heraus und stecke sie in eine neue Flasche.

Protokollieren Sie dann die Startzeit der Sammlung. Um das gesammelte Gas zu analysieren, messen Sie das eingeschlossene Kohlendioxid in den Wasserproben mittels Coulometrie. Zuerst werden dreifache Ein-Milliliter-Teilproben in 40-Milliliter-Serumfläschchen überführt, die mit Septen verschlossen sind.

Dann säuern Sie jede Teilprobe mit einem Milliliter 50 Vol.-% Phosphorsäure an. Führen Sie die Leitung in eine Magnesiumperchloratfalle ein. Verwenden Sie als nächstes eine Kieselgelfalle mit einem 60-Angström-Netz.

Blasen Sie dann den Gasstrom in die coulometrische Zelle und verwenden Sie die gemessenen Coulombs, um den Kohlendioxidgehalt zu quantifizieren. Sammeln Sie zwei Wochen bis zwei Monate nach Beginn der Sammlung die Fallen. Schalten Sie die Pumpen aus und entfernen Sie die Nadeln.

Verschließen Sie die Fallen bei Bedarf für die Langzeitlagerung. Um die Falle zu analysieren, lösen Sie alle verbleibenden nicht verbrauchten festen Natriumhydroxid mit Wasser auf. Bestäuben Sie das Wasser mit Kohlendioxid-gewaschenem Heliumgas, um das gelöste Kohlendioxid zu entfernen.

Kombinieren Sie dann den vollständig verflüssigten Falleninhalt und messen Sie das Gesamtvolumen. Als nächstes werden Teilproben von fünf bis 10 Millilitern in 40-Milliliter-Fläschchen mit Septen überführt. Anschließend säuern Sie die Teilproben mit 50 Vol.-% Phosphorsäure an.

Analysieren und analysieren Sie nun den resultierenden Gasstrom durch Coulometrie, wie zuvor beschrieben. Wenn Sie später Ihre Berechnungen für diesen Probenahmezeitraum durchführen, stellen Sie sicher, dass Sie die Gleichgewichtskinetik berücksichtigen, indem Sie die niedrigste Sammelrate manuell von der an den anderen Wells gemessenen Sammelrate subtrahieren. Verwenden Sie MT3DMS in Verbindung mit MODFLOW 2005 über die ModelMuse-Schnittstelle, um die Kohlendioxiddiffusion im Gleichgewicht in Verbindung mit dem Bohrlochsieb zu simulieren.

Konfigurieren Sie ModelMuse mit dem Speicherort des MODFLOW-Programms. Klicken Sie dazu auf das Menü Modell und wählen Sie dann MODFLOW-Programmspeicherorte aus. Zeigen Sie dann das Programm auf das MODFLOW 2005-Programminstillationsverzeichnis.

Konfigurieren Sie im selben Dialogfeld ModelMuse mit dem MT3DMS-Programmspeicherort. Konfigurieren Sie als Nächstes MODFLOW-Pakete und -Programme im Menü Modell. Stellen Sie sicher, dass unter der Option Flow das Paket Layer-Eigenschaftsflow ausgewählt ist.

Wählen Sie unter Randbedingungen die Option Angegebene Förderhöhe aus. Wählen Sie dann CHD Time-Variant Specified Head Package aus. Wählen Sie als Nächstes das MT3DMS- und BTN Basic-Transport-Paket aus.

Stellen Sie dann die Mobile Spezies auf Kohlendioxid ein. Konfigurieren Sie nun die MODFLOW-Optionen. Wählen Sie im Menü Modell die Option MODFLOW-Optionen aus, und legen Sie die Modelleinheiten fest.

Konfigurieren Sie als Nächstes die MODFLOW-Zeit. Wählen Sie im Menü Modell die Option MODFLOW Time aus. Eine 360-Grad-Belastungsperiode führt die Simulation 15 Tage lang aus.

Konfigurieren Sie als Nächstes die MODFLOW-Datensätze. Wählen Sie im Menü "Daten" die Option "Datensätze" aus. Geben Sie dann die Daten von der Website von Interesse ein.

Geben Sie für Hydrologie k Werte in drei Dimensionen ein. MODFLOW Initial Head und MODFLOW Specified Head. Geben Sie für MT3DMS den Diffusionskoeffizienten, das Kohlendioxid, die Anfangskonzentration des Kohlendioxids und die Längsdispersivität ein.

Bearbeiten Sie abschließend die globalen Variablen. Wählen Sie im Menü Daten die Option Globale Variablen aus, geben Sie die am Standort verwendete Kohlendioxidsammelrate und die anfängliche Kohlendioxidkonzentration ein. Führen Sie nun die Simulation aus.

Drücken Sie auf den grünen Pfeil in der oberen Symbolleiste, um die Simulation zu starten. Speichern Sie dann die Eingabedateien, wenn Sie dazu aufgefordert werden, und die Simulation wird ausgeführt. Kompilieren und exportieren Sie nach dem Lauf die Daten, indem Sie das Dateimenü auswählen, dann exportieren und dann die MT3DMS-Eingabedateien.

Um die Ergebnisse des Modells zu beobachten und auszugeben, klicken Sie auf das Symbol Visualisieren. Wählen Sie dann die Simulation aus und geben Sie die Grenzwerte der Einflusszone in 3D-Koordinaten aus. Am Teststandort war die historische Kontamination mit chlorierten Kohlenwasserstoffen innerhalb des zentralen Bohrlochclusters am höchsten.

Die gemessene Kohlendioxidproduktion reichte von null bis 34 Milligramm pro Tag und war am niedrigsten in einem zentralen Bohrlochcluster, wo die historische Kontamination am höchsten war. Geochemische Parameter des Standorts, wie z. B. PH-, Kalzium- und andere Kationenkonzentrationen, deuteten nicht auf eine Karbonatauflösung hin, was die Interpretation der Radiokohlenstoffmessung verfälschen könnte. Zwei zweiwöchige Messungen der Trockenzeit wurden für nachfolgende Berechnungen gemittelt.

Die Messungen der Atmung und des Radiokohlenstoffs variierten zwischen den beiden Wochenperioden nicht wesentlich. Unter Verwendung früherer Berichte über die Grundwasserhydraulik in den Eigenschaften des gelösten Kohlendioxids wurde ein Einflusszonenmodell erstellt. Unter Verwendung von Schätzungen aus dem "Zone of Influence"-Modell wurde die Massenentfernung von chlorierten Kohlenwasserstoffen an jedem Bohrloch berechnet.

Letztendlich wiesen die Bohrlöcher in der Nähe der Standortperipherie den höchsten Abbau von chlorierten Kohlenwasserstoffen und die höchste Kohlendioxidproduktion auf, und die Modelle unterstützten diese Beobachtung. Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, daran zu denken, die Kontamination mit atmosphärischem Kohlendioxid zu minimieren, indem Sie schnell verschließen und den Kontakt mit der Atmosphäre minimieren. Alle Verdünnungsmittel sollten mit Inertgas gefüllt werden, um gelöstes CO2 zu entfernen.

Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden, wie z.B. die Bestimmung der biogeochemischen Standortbedingungen, entwickelt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. was steuert die In-situ-Degradationsraten?