Durante la remediación in situ de aguas subterráneas se forman muchos minerales reactivos importantes; Sin embargo, los métodos convencionales basados en núcleos de perforación suelen presentar desafíos para la recogida de estos minerales. Este artículo ofrece técnicas para utilizar el Min-Trap, un innovador dispositivo de muestreo pasivo, para recoger y medir eficazmente minerales reactivos de pozos de monitorización convencionales.
Artículo de método
Despliegue y recuperación de muestreadores minerales
En este artículo
Resumen
Resumen
Las interacciones químicas, geoquímicas y microbiológicas subsuperficiales, como la formación de minerales reactivos, la generación de gases y la absorción de contaminantes, desempeñan un papel fundamental en la configuración de las estrategias de remediación. Sin embargo, evaluar estos procesos a escala de campo suele estar limitado por el coste y la invasividad de los métodos tradicionales de muestreo. El muestreador de trampas minerales ofrece una alternativa práctica y de bajo coste para el monitoreo in situ de la formación de minerales reactivos sin requerir perforación adicional ni extracción de núcleos. Desplegado dentro del intervalo de cribado de un pozo de monitorización, el muestreador recoge pasivamente precipitados minerales y biomasa microbiana durante un periodo de al menos treinta días. Una vez recuperada, la muestreadora se sella al vacío y se transporta sobre hielo a un laboratorio para su análisis utilizando técnicas comerciales estándar. Esta innovación permite a científicos e ingenieros evaluar tanto la velocidad como la distribución espacial de la precipitación mineral, proporcionando valiosas perspectivas sobre las condiciones del subsuelo. Al proporcionar datos accionables sobre la formación de minerales y la actividad microbiana, el muestreador de trampas minerales apoya evaluaciones de rendimiento y ayuda a guiar estrategias de optimización para sistemas de remediación. Su simplicidad y asequibilidad la convierten en una herramienta útil para mejorar la caracterización del sitio y la gestión a largo plazo.
Introducción
La remediación de aguas subterráneas de disolventes clorados y contaminantes metálicos a menudo depende de la formación, disolución o transformación in situ de minerales reactivos que degradan o secuestran contaminantes. La inyección de fuentes de carbono orgánico (por ejemplo, lactato, melaza, aceite vegetal emulsionado) estimula bacterias autóctonas reductoras de hierro y sulfato, que generan sulfuro de hidrógeno y hierro reducido. Estos reaccionan para formar minerales sulfurosos de hierro — principalmente mackinawita (FeS) y pirita (FeS 2) — que transforman abóticamente los compuestos orgánicos volátiles clorados (COVs)1,2,3,4,5,6.
La verificación directa en campo de la formación de minerales reactivos objetivo puede mejorar la optimización de las estrategias remediales al promover condiciones que maximicen el desarrollo mineral y, en consecuencia, el potencial de degradación abiótica de los compuestos orgánicos volátiles clorados (COVs). Sin embargo, las evaluaciones de formación mineral suelen inferirse a partir de indicadores de fase acuosa (es decir, análisis de aguas subterráneas), debido a las considerables limitaciones logísticas y financieras asociadas a la adquisición de muestras en fasesólida 7,8. La evaluación convencional de la formación de minerales reactivos se basa en inferir cambios en fase sólida a partir de mediciones en fase acuosa. Se pueden recoger muestras directas en fase sólida, pero esto requiere un alto coste y discreto de perforación o extracción de muestras de suelo/roca, lo que suele asociarse también a una cobertura espacial limitada y a la imposibilidad de recoger muestras repetidas para evaluar los cambios a lo largo del tiempo. Además, la perforación se asocia con un aumento de riesgos de tiempo, mano de obra y seguridad sanitaria. Estas limitaciones a menudo dificultan la optimización oportuna de las estrategias remediales y la prueba definitiva de la presencia de minerales reactivos.
La Min-Trap, en adelante denominada trampa mineral, es un dispositivo de muestreo in situ de bajo coste diseñado para pozos de monitorización de 2 pulgadas de diámetro o mayores. Consiste en "almohadas" de malla de nylon rellenas con una matriz de fase sólida (por ejemplo, arena de sílice o material del sitio) encerradas en una carcasa ranurada de PVC9. Desplegadas durante semanas o meses bajo flujo de aguas subterráneas nativas, las trampas minerales capturan minerales precipitantes sin perforación intrusiva. Tras este periodo de incubación, se retiran las trampas minerales del pozo de monitorización y las almohadillas de arena dentro del revestimiento de PVC se someten a análisis de laboratorio para identificar y cuantificar los minerales capturados durante el despliegue. Más detalles sobre las especificaciones de diseño de trampas minerales y los resultados de experimentos en tanques de laboratorio y resultados iniciales de campo, incluyendo la comparación con muestras de núcleos de suelo para validación,están disponibles 10.
Las principales ventajas del enfoque de trampa mineral incluyen las siguientes: evidencia física directa de formación de minerales reactivos, eliminación de caros y laboriosos testemulos de testemuña, muestreo repetible para seguir la progresión del tratamiento, amplia adaptabilidad a cualquier tratamiento de formación mineral y personalización de la matriz de almohadillas (es decir, arena, arcilla, suelo del sitio, suelo del sitio con una enmienda añadida, etc.).
Los datos mineralizados de las trampas minerales pueden guiar todas las etapas de un programa de remediación, desde la caracterización inicial del sitio y las pruebas de viabilidad hasta la optimización de la solución y el monitoreo a largo plazo. Al proporcionar una herramienta rentable para documentar y verificar los procesos de tratamiento impulsados por minerales, la trampa mineral mejora la fiabilidad y transparencia de la remediación de aguas subterráneas. La trampa mineral es especialmente aplicable para monitorizar la formación de minerales reactivos durante la reducción química in situ (ISCR) y/o la descloración reductiva mejorada (ERD) para tratar los COVs. Los datos de trampas minerales recogidos a lo largo del tiempo pueden utilizarse para informar las transiciones de fases de remediación activa a pasiva.
Además, la trampa mineral está siendo adaptada actualmente para facilitar la medición de los coeficientes de distribución de los campos contaminantes (campo K d) y así evaluar la viabilidad de inmovilizar contaminantes, como sustancias per- y polifluoroalquiladas (PFAS), en el subsuelo como estrategia de tratamiento. Los experimentos en curso están utilizando muestreadores de trampas minerales como microcosmos desplegados en el campo para comparar elcampo D de K del suelo del sitio sin enmendar con el suelo enmendado con productos de carbono coloidales. El uso de un muestreador de trampas minerales en este enfoque muestra claros beneficios marginales al proporcionar comparaciones directas in situ de contaminantes en la distribución de agua subterránea/suelo entre el suelo nativo del sitio y la adición de enmiendas basadas en sorbienes. Esta adaptación puede aportar evidencias importantes para el diseño de la aplicación de carbono coloidal en el subsuelo, así como para otras aplicaciones potenciales.
El muestreador de trampas minerales puede utilizarse para recoger muestras de precipitado mineral de diversos entornos geoquímicos y evaluar diferentes procesos de remediación. El protocolo descrito a continuación es genérico y generalmente apropiado para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, aspectos específicos, como los tiempos de incubación, la frecuencia de muestreo, el material de la matriz de soporte y los métodos analíticos utilizados, deben adaptarse al proceso geoquímico anticipado y a las condiciones del sitio.
Protocolo
Los reactivos y el equipo utilizado en este estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Planificación de la evaluación del sitio
- Selecciona la matriz que se usará dentro de las trampas minerales. Consulta la sección de Discusión para más información sobre matrices de trampas minerales. Si se utiliza la matriz estándar de arena de Ottawa, proceda a Despliegue en el Campo. Si se utiliza tierra del sitio, proceda a los pasos 1.1.1-1.1.2.
- Perforar, usar un núcleo o usar otros medios para recoger entre 250 y 300 g de material.
- Envía al proveedor para su incorporación en el sampler.
NOTA: Dependiendo de los objetivos del proyecto, los núcleos pueden necesitar enviarse en condiciones anaeróbias utilizando bolsas al vacío y sobres de recogida de osígeno.
2. Despliegue en el campo
- Consigue la unidad al vendedor. Consulte la Figura 1 para una imagen del muestreador proporcionada por el proveedor11.
- Purga el pozo, como si estuvieras tomando una muestra.
- Ata la cuerda de nylon al tornillo de ojo en la parte superior de la carcasa del sifón mineral y conéctalo a la tapa del pozo usando una longitud de cuerda que alcance el punto final deseado dentro de la malla del pozo.
- Despliega trampas minerales directamente dentro del intervalo de tamizaje del pozo de monitorización, similar a otros muestreadores de difusión pasiva disponibles comercialmente, como los muestreadores pasivos de difusión (https ://itrcweb.org/teams/projects/diffusion-passive-samplers), muestreadores Bio-Trap (https ://microbe.com/bio-trap-samplers/) y muestreadores Hydrasleeve (https ://hydrasleeve.com/).
NOTA: Se pueden unir trampas minerales adicionales en forma de "cadena de margaritas". - Si es necesario, coloca un peso en el tornillo inferior para ayudar a alcanzar profundidades más profundas dentro de la pantalla.
Figura 1: Muestreador de trampas minerales. Trampa mineral de lado (arriba a la derecha), completamente montada (arriba) y lista para desplegarse en un pozo de monitorización y abierta (abajo), mostrando múltiples "almohadas" rellenas de arena distintas que pueden retirarse individualmente y someterse a análisis de laboratorio. Muchos aspectos de los muestreadores de trampas minerales son modificables según las necesidades del proyecto. Esto incluye la longitud de la unidad de alojamiento, las dimensiones del inserto de malla y el número, dimensiones y material de las almohadas. Adaptado de Divine et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
3. Recuperación y preservación
- Deja el muestreador de trampas minerales en el pozo de monitorización durante el intervalo de despliegue deseado (normalmente 1-2 meses).
NOTA: Para determinar un periodo óptimo de despliegue, los gestores de proyecto pueden consultar la literatura existente sobre condiciones geoquímicas ideales para la formación de sulfuros de hierro en estrategias de remediación de reducciónmejorada 12. - Reúne los siguientes materiales para la recuperación como se muestra en la Figura 2, incluyendo los siguientes: bolsas de envasador al vacío y bolsas al vacío (alternativamente, también pueden usarse bolsas anaeróbicas de GENbag), fuente de energía eléctrica (si es necesaria), tijeras, cámara, una pizarra blanca (de al menos 24 pulgadas de ancho), rotuladores de borrado en seco, regla, rotuladores permanentes, bolsas de polietileno sellables de 1 galón, toallas de papel, neveras, y hielo.
- Organiza el área de trabajo para asegurar una recuperación rápida y eficiente de la trampa mineral.
- Llena las neveras con hielo.
- Etiqueta la bolsa de muestra con el nombre del sitio, nombre del pozo, fecha de muestreo, laboratorio de destino, análisis deseado y iniciales del muestreador.
- Si se utiliza un envasador al vacío en lugar de una bolsa GEN, sella tres de los cuatro lados de la bolsa, dejando un lado abierto para insertar las muestras de la trampa mineral.
- Inicia un temporizador para asegurarte de que transcurran menos de 15 minutos desde que la unidad se saca del pozo hasta que las almohadas se sellan alvacío.
- Tira con cuidado de la línea de nylon para eliminar la trampa mineral del pozo.
- Denota cualquier precipitado (es decir, material gris, negro o marrón) o los olores provenientes de la carcasa de la trampa mineral.
- Fotografía la apariencia de la carcasa.
- Desatornilla la parte superior de la trampa mineral para exponer el inserto interior de malla de almohadas rellenas de material (Figura 3).
- Denota y/o fotografía cualquier precipitado en el inserto de malla.
- Usa tijeras para cortar el lazo o la brida que sujeta el inserto de malla en la parte superior de la vivienda.
- Coloca el inserto de malla dentro de la bolsa GENbag o bolsa de vacío y sella inmediatamente.
- Doble bolsa del sampler en una bolsa grande (es decir, de un galón) con cremallera.
- Fotografía la muestra.
- Coloca la muestra en la nevera sobre hielo inmediatamente.
- Para el temporizador y registra el tiempo transcurrido en el libro de registro de campo.
- Repite según sea necesario para cada pozo, asegurándote de mantener siempre las muestras en hielo.
- Completa la cadena de custodia.
- Empaqueta la nevera de forma segura y envíala a los laboratorios para su entrega nocturna.
NOTA: El tiempo máximo de espera antes de llegar al laboratorio es de 48 horas. Asegúrate de que las muestras nunca superen los -18 °C. El almacenamiento criogénico de muestras (aproximadamente -78°C) puede inducir la conversión de mackinawita en pirita antes de losanálisis 14. Este efecto no se evidenció cuando las muestras se almacenaron bajo condiciones de congelación modestas (-18 °C).15. Las muestras recogidas con trampas minerales son viables para muchos análisis. La siguiente Tabla 1 proporciona métodos analíticos que se han utilizado en muestras de trampas minerales, así como referencias según corresponda. El alto contenido de cuarzo de la matriz estándar de arena de sílice puede impedir el uso de análisis XRD, por lo que se podrían considerar tipos alternativos de medios de soporte que permitan un uso más eficaz de XRD.
Figura 2: Fotografía que muestra el equipo de campo (en sentido horario desde la esquina superior izquierda). (A) Pizarra blanca; (B) rotuladores de borrado en seco; (C) tijeras (verde y azul); (D) envasadora al vacío; (E) caja de guantes de látex; (F) bolsas al vacío; (G) paquetes absorbentes de oxígeno para almacenamiento de alimentos; y (H) cuaderno de campo. Adaptado de Divine et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 3: Fotografías que muestran el equipo de campo (en sentido horario desde la esquina superior izquierda). (A) Eliminación de trampas minerales del pozo de monitorización; (B) cortar y separar almohadas minerales individuales para trampa; (C) dos muestras de almohadillas de trampa mineral selladas con un absorbente de oxígeno; (D) dos muestras de almohadillas de trampa mineral selladas con un absorbente de oxígeno (observa la coloración negra indicativa de la presencia de minerales de sulfuro de hierro); (E) dos capturas minerales recuperadas y abiertas antes de la muestra (nótese la coloración negra indicativa de la presencia de minerales sulfurosos de hierro). Adaptado de Divine et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Resultados
A continuación se presentan cuatro ejemplos representativos de aplicaciones de trampas minerales para documentar la formación de minerales objetivo.
Ejemplo 1
La biorremediación in situ se ha implementado en el lugar durante más de 10 años mediante la inyección de una fuente de carbono soluble y fermentable para tratar tricloroetileno y compuestos relacionados. Los datos geoquímicos acuosos de pozos de monitorización indican que las condiciones reductoras de sulfato han persistido durante muchos años, mientras que las concentraciones elevadas de cis-1,2-DCE y otros productos hijos confirman que los procesos reductivos de descloración mediados por microbios están bien establecidos. Para verificar la formación activa de sulfuro de hierro, se desplegaron muestreadores de trampas minerales en el lugar. Los muestreadores de trampas minerales se instalaron en pozos de monitorización durante aproximadamente cinco meses, tras lo cual las muestras se analizaron para hierro total, AMIBA y Espectroscopía de Dispersión de Rayos X de Energía por Microscopía de Barrido (SEM-EDS). Se observaron concentraciones elevadas de Fe total (100 mg/kg), CrES Fe²⁺ (44 mg/kg) y CrES (41 mg/kg). El mapeo elemental a partir de imágenes SEM-EDS (Figura 4) demuestra claramente la co-localización de hierro y azufre. En conjunto, estos hallazgos aportan una sólida evidencia de que las actividades de remediación resultaron en precipitación activa in situ de sulfuros de hierro. En cambio, la ausencia de Fe²⁺ y sulfuro extraíbles, junto con la ausencia de hierro y azufre co-localizados en los análisis SEM-EDS, indicaría que no había sulfuros de hierro en la muestra.
Figura 4: Mapas de elementos SEM-EDS de esta muestra de trampa mineral que muestran las ubicaciones espaciales de Fe y S (centro y derecha). Barras de escala: 25 μm. Adaptado de Divine et al.15. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Ejemplo 2
El agua subterránea contaminada con níquel disuelto se trató inyectando una fuente de carbono soluble y fermentable para promover la precipitación mineral de níquel mediante la formación microbiana de sulfuros de níquel en fase sólida (NiS). Se observaron reducciones en las concentraciones de níquel disuelto en pozos de monitorización, y se utilizaron muestreadores de trampas minerales para confirmar que estas disminuciones se debían a la precipitación de níquel como NiS. Durante 64 días se desplegaron trampas minerales que contenían arena estéril en pozos de monitorización, tras los cuales las muestras se analizaron para obtener níquel total, níquel medido mediante análisis de metales extraídos simultáneamente/sulfuro volátil ácido (SEM/AVS), que indica complejos Ni-S, y Espectroscopía de Microscopía Electrónica de Barrido y Dispersión de Rayos X de Energía (SEM-EDS). Se detectaron concentraciones elevadas de níquel en todas las muestras de trampa mineral, con níquel total que osciló entre 5,2 y 89 mg/kg y níquel extraible por SEM/AVS entre 3,7 y 100 mg/kg. El mapeo elemental a partir de una imagen SEM-EDS de una muestra (Figura 5) demuestra la co-ubicación del níquel y el azufre. En conjunto, estos resultados confirman que las actividades de remediación resultaron en precipitación in situ y secuestro de níquel, incluyendo como NiS. Además, las mediciones de hierro total y otros datos de SEM sugieren que una parte del níquel también puede estar asociada a minerales de hierro no sulfurosos (datos no mostrados).
Figura 5: Mapas de elementos SEM-EDS de una muestra de trampa mineral que muestran las ubicaciones espaciales de S (izquierda) y Ni (derecha). Barras de escala: 1 μm. Adaptado de Divine et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Ejemplo 3
Se desplegó una trampa mineral que contenía suelo estéril en un lugar donde se inyectó una solución de carbono fermentable soluble, y el subsuelo se calentó moderadamente (aumento de temperatura de unos 5-15 °C) para promover la biorremediación in situ 16. Tras un periodo de incubación de aproximadamente cuatro meses, la muestra de la trampa mineral fue analizada en busca de características microbiológicas mediante los avanzados métodos qPCR de Microbial Insight conocidos como análisis qPCR-AHY de CENSUS (https://microbe.com/quantarray-mic/). Estos datos (Figura 6) proporcionan información sobre las condiciones de reposite/geoquímicas redox y la abundancia de grupos microbianos clave relevantes para la formación de especies minerales reactivas de hierro. La matriz de trampa mineral era estéril en el momento del despliegue, por lo que todos los microorganismos detectados por qPCR representan colonizadores in situ que se establecieron durante el periodo de incubación. Por ejemplo, tres de los objetivos más abundantes en la muestra de trampa mineral fueron identificados como fermentadores (FER), IRB y SRB (identificados como APS en la Figura 6), que indican procesos microbianos activos consistentes con las condiciones redox observadas. Los fermentadores son bacterias anaeróbicas que metabolizan sustratos orgánicos de carbono para producir ácidos orgánicos e hidrógeno. La producción de hidrógeno, a su vez, apoya el crecimiento de otros organismos asociados a la CMI, incluido el SRB. El IRB reduce el hierro férrico insoluble a hierro ferroso soluble, facilitando potencialmente la disponibilidad de hierro ferroso para la formación de minerales reactivos de hierro. Los SRB consumen hidrógeno y producen sulfuro de hidrógeno. El sulfuro de hidrógeno, a su vez, puede reaccionar con el hierro ferroso disponible para formar sulfuros de hierro reactivos. Aunque los métodos basados en ADN no cuantifican directamente la actividad enzimática, la presencia y dominancia de estos organismos en un sustrato previamente estéril apoyan fuertemente las reacciones biogeoquímicas en curso que contribuyen a la formación de minerales reactivos. En general, los resultados proporcionan información útil sobre la abundancia relativa de grupos microbianos clave implicados en las reacciones redox y la formación de minerales sulfurosos de hierro reactivos. Estos resultados son consistentes y explican la reducción de más del 99,9% en las concentraciones de COV en este pozo y un desplazamiento significativo de la masa molar hacia el eteno y el etano (Figura 7), así como la disminución asociada en el número de cloro (el número medio de cloro para los etenos clorados medidos en la muestra). Estos resultados ponen de manifiesto que la descloración reductiva se ha intensificado y está avanzando en proceso de desintoxicación.
Figura 6: QuantArray-MIC y CENSUS qPCR-AHY resultan de una trampa mineral recogida de un pozo de monitorización tras un periodo de incubación de 4 meses. Adaptado de Divine et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 7: Cambios en el tiempo en la masa molar de más etenos clorados a etenos y etanos en las concentraciones de agua subterránea, y la disminución asociada del número de cloro (el número medio de cloro para los etenos clorados medidos en la muestra). Por favor, haga clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Ejemplo 4
Las trampas minerales pueden utilizarse in situ para medir de manera eficiente la distribución relativa de contaminantes entre el suelo y el agua subterránea. Dado que los muestreadores de trampas minerales operan bajo condiciones de campo fluido y biogeoquímicamente activas, los valores representan coeficientes de distribución efectivos (Kd-eff) que abarcan tanto procesos de retención sorptivos como mediados por microbios, en lugar de parámetros de sorción por lotes en equilibrio. Por tanto, Kd-eff puede ser más útil que los valores de Kd derivados en laboratorio, ya que representa el comportamiento real de sorción observado en el campo. Como estudio piloto, se desplegaron trampas minerales con una matriz de soporte personalizada en un lugar contaminado con sustancias per- y polifluoroalquilas (PFAS) para calcular los valores específicos de PFASde K d-eff y determinar la eficacia de la absorción de contaminantes sobre un producto de carbono coloidal. En este diseño experimental, se desplegaron tres trampas minerales en pozos separados durante 30 días. Las almohadillas de trampa mineral se rellenaban con tierra del sitio, arena Ottawa (para determinar la idoneidad de la arena como sustituto del suelo del sitio) o tierra del sitio mezclada con un producto de remediación por carbón activado. Al recuperar las trampas, también se recogió agua subterránea de cada pozo, y el agua subterránea y tres matrices de cada ubicación se analizaron mediante el método EPA 1633. Los coeficientes de sorción individual y sumado de PFAS se calcularon dividiendo la concentración en el sólido (mg/kg) por la concentración en el agua subterránea (mg/L). Los valores sumados de Kd-eff de PFAS, calculados para cada pozo de monitorización y matriz, se muestran en la Figura 8 a continuación.
Figura 8: Coeficientes de sorción de PFAS sumados por ubicación y matriz. Estos resultados demuestran que el producto de remediación de carbón activado aumentó drásticamente la absorción de los contaminantes. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
También se realizó secuenciación de amplicones de ARNr 16S en cada matriz desde cada ubicación con fines exploratorios. Aunque la composición de las comunidades microbianas parece correlacionarse más estrechamente con la matriz de soporte que con la ubicación de los pozos (Figura 9), se espera que más conjuntos de datos esclarezan patrones en bacterias relacionadas con PFAS.
Figura 9: Un dendrograma jerárquico de agrupación de las clasificaciones a nivel de género a partir de las muestras de trampas minerales. Las muestras que son más similares entre sí se agrupan, por lo que los compases más cortos denotan más similitud. Por ejemplo, la muestra de carbono MW-7 es similar a la de carbono MW-1 pero muy diferente de la arena MW-8. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
En conjunto, estos resultados demuestran el valor de los muestreadores de trampas minerales para abordar contaminantes emergentes e informar estrategias de remediación. El enfoque permite cuantificar la sorción eficaz de contaminantes y el muestreo in situ de comunidades microbianas en aguas subterráneas impactadas por PFAS. Es importante destacar que la técnica es más útil como herramienta comparativa, por ejemplo para evaluar el rendimiento relativo de diferentes sorbibentes entre trampas, más que como un medio para reflejar directamente las condiciones de equilibrio dentro del subsuelo.
| Análisis | Objetivo | Usa el estudio | |
| Evaluación de Biorremediación Intrínseca Acuosa y Mineral (AMIBA) • Sulfuro volátil ácido (SVA) • Sulfuros extraíbles de cromo (CrES) • Hierro ferroso y férrico soluble en ácidos fuertes (SAS-Fe) • Hierro ferroso y férrico débilmente solubles en ácidos (WAS-Fe) | Biogeoquímica del hierro y el azufre | Ulrich et al. (2021a) Divine et al. (2023a) | |
| Microscopía electrónica de barrido/espectroscopía de rayos X dispersiva de energía (SEM/EDS) | Mineralogía y composición elemental | Divine et al. (2023a) | |
| Metales totales, incluyendo hierro total (métodos USEPA 3050B y 6020) | Composición metálica | Divine et al. (2023a) | |
| Difracción de Rayos X (XRD)* | Identificación de minerales cristalinos | ||
| Susceptibilidad magnética | Composición de la magnetita | ||
| Reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa (qPCR) y QuantArray | Concentración de población microbiana | Divine et al. (2023a) | |
| Secuenciación de ADN (16S rRNA, ITS) | Composición de la comunidad microbiana | ||
Tabla 1: Análisis potenciales aplicables a muestras recogidas con muestreadores de trampa mineral.
Discusión
Varios pasos del protocolo son fundamentales para su éxito. En primer lugar, todas las acciones preparatorias que permitan una recuperación rápida y eficiente de las trampas minerales son esenciales para evitar la exposición de la muestra y mantener la integridad. Lo más importante es que las trampas minerales deben colocarse bajo condiciones anaeróbicas lo antes posible tras la extracción.
Pueden ser necesarias modificaciones del protocolo para acomodar la adquisición de la matriz de trampas minerales si se selecciona una matriz no estándar. El diseño estándar utiliza arena de sílice de Ottawa. Las ventajas de esta matriz incluyen su alta conductividad y porosidad hidráulica, similitud con materiales de muchos acuíferos aluviales arenosos y ausencia de contenido de hierroferroso 9. El suelo del yacimiento es una matriz común no estándar, por lo que las instrucciones para la adquisición de suelo del sitio se han incluido en el protocolo principal. El suelo o la arena mezclados con productos de remediación como el carbono coloidal también pueden usarse en trampas minerales. Además, el protocolo puede adaptarse para reflejar las mejores prácticas de diferentes equipos de campo, teniendo en cuenta los requisitos de personal y documentación.
El muestreador de trampas minerales aborda muchos desafíos asociados con la perforación y el muestreo mineralógico, pero también tiene sus propias limitaciones. Primero, la matriz de muestreo dentro de la trampa mineral puede no representar con precisión el material acuífero del sitio. Por ejemplo, la arena estándar de Ottawa funciona bien en acuíferos arenosos, pero es menos representativa de ambientes limosos o ricos en arcilla. A menudo se utiliza tierra del sitio como alternativa, aunque puede ser difícil de conseguir. Además, dado que es necesario desplegar trampas minerales en los pozos de monitorización, los lugares de muestreo están restringidos a pozos o sondeos existentes. Finalmente, los datos de los muestreadores de trampas minerales no deben considerarse un sustituto directo del muestreo geoquímico a granel.
Las trampas minerales tienen varias aplicaciones potenciales adicionales más allá de los ejemplos descritos anteriormente. Estos incluyen enfoques de remediación destinados a precipitar otros contaminantes metálicos, como arsénico, cromo y uranio, como sulfuros, óxidos de hierro o minerales fosfatados mediante la inyección de reductores, oxidantes, fosfatos y/o soluciones ácidas o basicas. Se espera que el procedimiento descrito anteriormente sea de gran extensión; sin embargo, pueden ser necesarios métodos analíticos alternativos para el análisis de muestras dependiendo del contaminante objetivo y la fase mineral.
Divulgaciones
Los autores Taggart y Ward trabajan en Microbial Insights, que tiene licencia exclusiva para fabricar y vender Min-Traps. Los autores Divine, Justicia-León, Martin Tilton, Carter y Zardouzian trabajan para Arcadis, que es el cesionario de la patente de Min-Trap.
Agradecimientos
La financiación y el apoyo para este trabajo se proporcionaron a través de Satellite, el programa global de innovación para Arcadis (http://www.lovinklaan.nl/en/programs/imagine-satellite/), y ESTCP (Proyecto ER19-5190).
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Regla de acero inoxidable de 18 pulgadas | Grapas (www.staples.com) | 2772901 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Bolsas de polietileno sellables de 1 galón | Grapas (www.staples.com) | 24401543 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Generador Honda de 2200 vatios | Home Depot (www.homedepot.com)) | 316604378 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Paquetes de osílice en gel de oxígeno de 5 gramos de alimentos | Amazon (www.amazon.com) | 7.47607E+11 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Cámaras frigoríficas | Grapas (www.staples.com) | 24299978 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Cámara digital | Modelos alternativos pueden ser aceptables | ||
| Marcadores de borrado en seco | Grapas (www.staples.com) | 24398946 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Pizarra blanca de borrador en seco (al menos 24 pulgadas de diámetro) y | Grapas (www.staples.com) | 814930 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| GENbag Anaeróbica y nbsp; | bioMé rieux (https://biomerieuxdirect.com/biomerieux) | 45534 | Puede usarse como alternativa a un envasador al vacío, las bolsas GENbags anaeróbicas (https://biomerieuxdirect.com/), que son bolsas herméticas que contienen un saquito generador que absorbe osígeno y libera dióxido de carbono, y pueden usarse para producir rápidamente una atmósfera anaeróbica para la preservación y almacenamiento de muestras Min-Trap. |
| Hielo | Tienda de conveniencia local | ||
| Muestreadores Min-Trap | Microbial Insights, Inc. (https://microbe.com/min-trap-sampler/) | NA | (Patente estadounidense 11.002.643 B1) |
| Cuerda de nailon | Grapas (www.staples.com) | 191591 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Servillas de papel | Grapas (www.staples.com) | 2126874 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Rotulador permanente | Grapas (www.staples.com) | 125328 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Tijeras | Grapas (www.staples.com) | 24380498 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Envasadora al vacío | Cábelas (www.cabelas.com) | 100113832 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
| Rodillo de bolsa al vacío (8-on) | Cábelas (www.cabelas.com) | 2514954 | Modelos alternativos pueden ser aceptables |
Referencias
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