De nombreux minéraux réactifs importants se forment lors de la réhabilitation in situ des eaux souterraines ; cependant, les méthodes conventionnelles basées sur des carottes de forage posent souvent des défis pour la collecte de ces minéraux. Cet article propose des techniques pour utiliser le Min-Trap, un dispositif d’échantillonnage passif innovant, afin de collecter et mesurer efficacement les minéraux réactifs provenant de puits de surveillance conventionnels.
Article de méthode
Déploiement et récupération des échantillonneurs minéraux
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les interactions chimiques, géochimiques et microbiologiques sous-marines, telles que la formation de minéraux réactifs, la génération de gaz et la sorption des contaminants, jouent un rôle crucial dans l’élaboration des stratégies de remédiation. Cependant, l’évaluation de ces processus à l’échelle du terrain est souvent limitée par le coût et l’aspect invasif des méthodes d’échantillonnage traditionnelles. L’échantillonneur à piège minéral offre une alternative pratique et peu coûteuse pour le suivi in situ de la formation de minéraux réactifs sans nécessiter de forage ou d’extraction supplémentaire de carottes. Déployé dans l’intervalle de criblage d’un puits de surveillance, l’échantillonneur collecte passivement les précipités minéraux et la biomasse microbienne sur une période d’au moins trente jours. Une fois récupéré, l’échantillonneur est scellé sous vide et transporté sur glace vers un laboratoire pour analyse selon des techniques commerciales standard. Cette innovation permet aux scientifiques et aux ingénieurs d’évaluer à la fois le taux et la répartition spatiale des précipitations minérales, fournissant des informations précieuses sur les conditions souterraines. En fournissant des données exploitables sur la formation minérale et l’activité microbienne, l’échantillonneur à piège minéral soutient les évaluations de performance et aide à orienter les stratégies d’optimisation des systèmes de remédiation. Sa simplicité et son accessibilité financière en font un outil utile pour améliorer la caractérisation du site et la gestion à long terme.
Introduction
La réhabilitation des eaux souterraines des solvants chlorés et des contaminants métalliques dépend souvent de la formation, dissolution ou transformation in situ des minéraux réactifs qui dégradent ou séquestrent les polluants. L’injection de sources de carbone organique (par exemple, lactate, mélasse, huile végétale émulsifiée) stimule les bactéries indigènes réductrices de fer et de sulfate, qui produisent du sulfure d’hydrogène et du fer réduit. Ces derniers réagissent pour former des minéraux sulfurés de fer — principalement la mackinawite (FeS) et la pyrite (FeS 2), qui transforment abiotiquement les composés organiques volatils chlorés (COVs)1,2,3,4,5,6.
La vérification directe sur le terrain de la formation des minéraux réactifs cibles peut améliorer l’optimisation des stratégies de réhabilitation en favorisant des conditions qui maximisent le développement minéral et, par conséquent, le potentiel de dégradation abiotique des composés organiques volatils chlorés (COOC). Cependant, les évaluations de formation minérale sont généralement déduites à partir d’indicateurs de phase aqueuse (c’est-à-dire des analyses des eaux souterraines), en raison des contraintes logistiques et financières importantes liées à l’acquisition d’échantillons en phasesolide 7,8. L’évaluation conventionnelle de la formation de minéraux réactifs repose sur l’inférence des changements de phase solide à partir des mesures en phase aqueuse. Des échantillons directs en phase solide peuvent être collectés, mais cela nécessite un forage ou un carottage discret et coûteux pour l’échantillonnage de sol/roche, ce qui est également généralement associé à une couverture spatiale limitée et à l’incapacité de collecter des échantillons répétés pour évaluer les évolutions dans le temps. De plus, le forage est associé à une augmentation du temps, de la main-d’œuvre et des risques pour la sécurité sanitaire. Ces contraintes entravent souvent l’optimisation rapide des stratégies de réhabilitation et la preuve définitive de la présence de minéraux réactifs.
Le Min-Trap, ci-après appelé piège à minéraux, est un dispositif d’échantillonnage in situ à faible coût conçu pour des puits de surveillance de 2 pouces de diamètre ou plus. Il se compose de « coussins » en nylon remplis d’une matrice en phase solide (par exemple, sable de silice ou matériau de site) enfermés dans un boîtier en PVC fente9. Déployés pendant des semaines à des mois sous l’écoulement des eaux souterraines natives, les pièges minéraux capturent les minéraux précipitants sans forage intrusif. Après cette période d’incubation, les pièges minéraux sont retirés du puits de surveillance, et les coussins de sable à l’intérieur du tubage PVC sont soumis pour analyse en laboratoire afin d’identifier et quantifier les minéraux capturés lors du déploiement. D’autres détails sur les spécifications de conception des pièges minéraux ainsi que sur les résultats des expériences en laboratoire en cuve et les résultats initiaux sur le terrain, y compris la comparaison avec des échantillons de carottes de sol sur site pour validation, sontdisponibles 10.
Les principaux avantages de l’approche par piège minéral incluent les suivants : preuves physiques directes de formation minérale réactive, élimination des carottes coûteuses et exigeantes en main-d’œuvre, échantillonnage répétable pour suivre la progression du traitement, large adaptabilité à tout traitement formant des minéraux, et personnalisation de la matrice coussin (c’est-à-dire sable, argile, sol de site, sol de site avec un amendement ajouté, etc.).
Les données minéralogiques des pièges minéraux peuvent guider toutes les étapes d’un programme de remise en état, de la caractérisation initiale du site et des tests de faisabilité à l’optimisation des remèdes et au suivi à long terme. En fournissant un outil rentable pour documenter et vérifier les procédés de traitement à base de minéraux, le piège minéral améliore la fiabilité et la transparence de la réhabilitation des eaux souterraines. Le piège minéral est particulièrement utile pour surveiller la formation de minéraux réactifs lors de la réduction chimique in situ (ISCR) et/ou de la déchloration réductrice accrue (ERD) pour traiter les COOC. Les données issues des pièges minéraux collectés au fil du temps peuvent être utilisées pour éclairer les transitions entre phases de remédiation active et passive.
De plus, le piège minéral est actuellement adapté pour faciliter la mesure des coefficients de distribution des champs de contaminants (champ d K) afin d’évaluer la faisabilité d’immobiliser des contaminants, tels que les substances per- et polyfluoroalkyliques (PFAS), dans le sous-sol comme stratégie de traitement. Des expériences en cours utilisent des échantillonneurs à pièges minéraux comme microcosmes déployés sur le terrain pour comparer lechamp D de K du sol non amendé du site au sol amendé avec des produits de carbone colloïdaux. L’utilisation d’un échantillonneur de piège minéral dans cette approche présente des bénéfices marginaux clairs en fournissant des comparaisons directes in situ de la distribution des eaux souterraines et des sols entre le sol du site natif et l’ajout d’amendements à base de sorbents. Cette adaptation peut fournir des preuves importantes pour la conception d’applications de carbone colloïdal dans le sous-sol ainsi que pour d’autres applications potentielles.
L’échantillonneur à piège minéral peut être utilisé pour collecter des précipités minéraux provenant de divers environnements géochimiques et évaluer différents processus de réhabilitation. Le protocole décrit ci-dessous est générique et généralement approprié à la plupart des applications. Cependant, des aspects spécifiques, tels que les temps d’incubation, la fréquence d’échantillonnage, le matériau matriciel de support et les méthodes analytiques utilisées, doivent être adaptés au processus géochimique anticipé et aux conditions du site.
Protocole
Les réactifs et l’équipement utilisés dans cette étude sont listés dans le tableau des matériaux.
1. Planification de l’évaluation du site
- Sélectionnez la matrice à utiliser à l’intérieur des pièges minéraux. Voir la section Discussion pour plus d’informations sur les matrices de pièges minéraux. Si la matrice standard de sable d’Ottawa est utilisée, procédez au déploiement sur le terrain. Si le sol du site est utilisé, passez aux étapes 1.1.1-1.1.2.
- Forez, carottez ou utilisez d’autres moyens pour collecter 250 à 300 g de matériau.
- Envoyez au vendeur pour être intégré dans l’échantillonneur.
REMARQUE : Selon les objectifs du projet, les carottes peuvent devoir être expédiées dans des conditions anaérobies à l’aide de sacs sous vide et de sachets récupérateurs d’oxygène.
2. Déploiement sur le terrain
- Obtenez l’unité auprès du vendeur. Voir la Figure 1 pour une image de l’échantillonneur fournie par le fournisseur11.
- Purgez le puits, comme si vous échantillonnez.
- Attachez une corde en nylon à l’œil sur le dessus du boîtier du siphon minéral et reliez-la au capuchon du puits à l’aide d’une longueur de corde qui atteint le point final souhaité dans l’écran du puits.
- Déployez des pièges minéraux directement dans l’intervalle tamisé du puits de surveillance, similaires à d’autres échantillonneurs de diffusion passifs disponibles dans le commerce, tels que les échantillonneurs de diffusion passifs (https ://itrcweb.org/teams/projects/diffusion-passive-samplers), les échantillonneurs Bio-Trap (https ://microbe.com/bio-trap-samplers/) et les échantillonneurs Hydrasleeve (https ://hydrasleeve.com/).
REMARQUE : Des pièges minéraux supplémentaires peuvent être fixés ensemble en « chaîne de marguerites ». - Fixez un poids sur l’œil inférieur si nécessaire pour aider à atteindre des profondeurs plus profondes dans l’écran.
Figure 1 : Échantillonneur de piège minéral. Piège minéral sur le côté (le haut est à droite), entièrement assemblé (en haut), prêt à être déployé dans un puits de surveillance et ouvert (en bas), montrant plusieurs « coussins » distincts remplis de sable pouvant être retirés individuellement et soumis pour analyse en laboratoire. De nombreux aspects des échantillonneurs à piège minéral sont modifiables en fonction des besoins du projet. Cela inclut la longueur de l’unité de logement, les dimensions de l’insert en maille, ainsi que le nombre, les dimensions et le matériau des coussins. Adapté de Divine et al.11. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
3. Récupération et préservation
- Laissez l’échantillonneur de piège minéral dans le puits de surveillance pendant l’intervalle de déploiement souhaité (généralement 1 à 2 mois).
REMARQUE : Pour déterminer une période de déploiement optimale, les chefs de projet peuvent consulter la littérature existante sur les conditions géochimiques idéales pour la formation de sulfures de fer dans les stratégies de réhabilitationrenforcée 12. - Rassemblez les matériaux suivants pour la récupération comme illustré à la Figure 2, y compris : sachets sous vide et sous vide (alternativement, des sacs GENbags anaérobies peuvent également être utilisés), source d’alimentation électrique (si nécessaire), ciseaux, appareil photo, un tableau blanc (d’au moins 24 pouces de diamètre), feutres effaçables à sec, règle, feutres permanents, sacs en polyéthylène scellables de 1 gallon, essuie-tout, refroidisseurs, et de la glace.
- Aménagez la zone de travail afin d’assurer une récupération rapide et efficace des pièges minéraux.
- Remplissez les glacières de glace.
- Étiquetez le sac d’échantillon avec le nom du site, le nom du puits, la date d’échantillonnage, le laboratoire de destination, l’analyse souhaitée et les initiales de l’échantillonneur.
- Si un thermoscelleur plutôt qu’un GENbag est utilisé, scellez trois des quatre côtés du sac, en laissant un côté ouvert pour insérer les échantillons du piège minéral.
- Commencez un minuteur pour vous assurer qu’il se passe moins de 15 minutes entre le moment où l’appareil est retiré du puits jusqu’à la mise sous videdes coussins 13.
- Tirez soigneusement sur la ligne en nylon pour retirer le piège minéral du puits.
- Désignez tout précipité (c’est-à-dire un matériau gris, noir ou brun) ou les odeurs provenant du boîtier du piège minéral.
- Photographiez l’apparence du boîtier.
- Dévissez le dessus du piège minéral pour exposer l’insert intérieur en maille des coussins remplis de matériau (Figure 3).
- Indiquez et/ou photographiez tout précipité sur l’insert en maille.
- Utilisez des ciseaux pour couper la boucle ou un collier de serrage qui fixe l’insert en maille au sommet de l’unité de logement.
- Placez l’insert en mesh à l’intérieur du GENbag ou du sac sous vide et scellez immédiatement.
- Mettez le sampler dans un sac grand (c’est-à-dire d’un gallon) à fermeture éclair.
- Photographiez l’échantillon.
- Placez immédiatement l’échantillon dans la glacière sur la glace.
- Arrêtez le minuteur et notez le temps écoulé dans le journal de bord sur le terrain.
- Répétez selon les besoins pour chaque puits, en veillant à toujours garder les échantillons sur la glace.
- Complétez la chaîne de possession.
- Emballez soigneusement la glacière et envoyez-la aux laboratoires pour une livraison nocturne.
REMARQUE : Le temps maximal d’attente avant d’atteindre le laboratoire est de 48 heures. Assurez-vous que les échantillons ne soient jamais plus froids que -18 °C. Le stockage cryogénique des échantillons (environ -78°C) peut induire la conversion de la mackinawite en pyrite avant lesanalyses 14. Cet effet n’a pas été observé lorsque les échantillons étaient stockés dans des conditions de congélation modestes (-18 °C).15. Les échantillons prélevés avec des pièges minéraux sont viables pour de nombreuses analyses. Le tableau 1 ci-dessous présente les méthodes analytiques utilisées sur des échantillons de pièges minéraux, ainsi que les références si applicables. La forte teneur en quartz de la matrice standard de sable de silice peut empêcher l’utilisation d’analyses XRD, donc des types de supports alternatifs pourraient être envisagés pour permettre une utilisation plus efficace de la XRD.
Figure 2 : Photographie montrant le matériel de terrain (dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du coin supérieur gauche). (A) Tableau blanc ; (B) marqueurs effaçables à sec ; (C) ciseaux (vert et bleu) ; (D) scelleuse sous vide ; (E) boîte de gants en latex ; (F) des sacs sous vide ; (G) des sachets absorbeurs d’oxygène pour stockage alimentaire ; et (H) carnet de terrain. Adapté de Divine et al.11. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 3 : Photographies montrant le matériel de terrain (dans le sens horaire depuis le coin supérieur gauche). (A) Retrait des pièges minéraux du puits de surveillance ; (B) découper et séparer les oreillers pièges minéraux individuels ; (C) deux échantillons de coussins à piège minéral scellés avec un absorbant d’oxygène ; (D) deux échantillons de coussins piège minéraux scellés avec un absorbant d’oxygène (notez la coloration noire indiquant la présence de minéraux sulfurés de fer) ; (E) deux pièges minéraux récupérés et ouverts avant l’échantillonnage (notez la coloration noire indiquant la présence de minéraux sulfurés de fer). Adapté de Divine et al.11. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Résultats
Quatre exemples représentatifs d’applications de pièges minéraux pour documenter la formation des minéraux cibles sont présentés ci-dessous.
Exemple 1
La biorémédiation in situ est mise en œuvre sur le site depuis plus de 10 ans par l’injection d’une source de carbone soluble et fermentescible pour traiter le trichloroéthyne et les composés apparentés. Les données géochimiques aqueuses provenant des puits de surveillance indiquent que les conditions réductrices de sulfates persistent depuis de nombreuses années, tandis que des concentrations élevées de cis-1,2-DCE et d’autres produits fils confirment que les processus de déchloration réductrice médiés par les microbes sont bien établis. Pour vérifier la formation active de sulfure de fer, des échantillonneurs à pièges minéraux ont été déployés sur le site. Les échantillonneurs à pièges minéraux ont été installés dans des puits de surveillance pendant environ cinq mois, après quoi les échantillons ont été analysés pour le fer total, l’AMIBA, et la microscopie électronique à balayage - spectroscopie dispersive d’énergie des rayons X (SEM-EDS). Des concentrations élevées de Fe total (100 mg/kg), CrES Fe²⁺ (44 mg/kg) et CrES (41 mg/kg) ont été observées. La cartographie élémentaire à partir des images SEM-EDS (Figure 4) démontre clairement la co-localisation du fer et du soufre. Collectivement, ces résultats fournissent des preuves solides que les activités de remédiation ont entraîné une précipitation active in situ des sulfures de fer. En revanche, l’absence de Fe²⁺ et de sulfure extraitables, ainsi que l’absence de fer et de soufre co-localisés dans les analyses SEM-EDS, indiqueraient que les sulfures de fer n’étaient pas présents dans l’échantillon.
Figure 4 : Cartes élémentaires SEM-EDS de cet échantillon de piège minéral montrant les emplacements spatiaux de Fe et S (centre et droite). Barres d’échelle : 25 μm. Adapté de Divine et al.15. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Exemple 2
Les eaux souterraines contaminées par du nickel dissous ont été traitées par injection d’une source de carbone soluble et fermentescible pour favoriser la précipitation minérale du nickel via la formation microbienne de sulfures de nickel en phase solide (NiS). Des réductions des concentrations de nickel dissous ont été observées dans les puits de surveillance, et des échantillonneurs à pièges minéraux ont été utilisés pour confirmer que ces diminutions résultaient de précipitations de nickel sous forme de NiS. Des pièges minéraux contenant du sable stérile ont été déployés dans les puits de surveillance pendant 64 jours, après quoi les échantillons ont été analysés pour le nickel total, le nickel mesuré par analyse SEM/AVS (Simultaneous Extracted Metals/Acid Volatile Sulfure) (SEM/AVS), qui indique les complexes Ni-S, et par Spectroscopie à Dispersion d’Énergie par microscopie électronique à balayage (SEM-EDS). Des concentrations élevées de nickel ont été détectées dans tous les échantillons de pièges minéraux, avec un nickel total allant de 5,2 à 89 mg/kg et un nickel extraible SEM/AVS allant de 3,7 à 100 mg/kg. La cartographie élémentaire à partir d’une image SEM-EDS d’un échantillon (Figure 5) montre la co-localisation du nickel et du soufre. Pris ensemble, ces résultats confirment que les activités de remédiation ont entraîné des précipitations in situ et une séquestration du nickel, y compris sous forme de NiS. De plus, les mesures de fer total et d’autres données de MEB suggèrent qu’une partie du nickel pourrait également être associée à des minéraux de fer non sulfurés (données non montrées).
Figure 5 : Cartes élémentaires SEM-EDS d’un échantillon de piège minéral montrant les emplacements spatiaux de S (à gauche) et Ni (à droite). Barres d’échelle : 1 μm. Adapté de Divine et al.11. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Exemple 3
Un piège minéral contenant un sol stérile a été déployé sur un site où une solution de carbone solvible et fermentescible a été injectée, et le sous-sol a été modestement chauffé (augmentation des températures d’environ 5 à 15 °C) pour favoriser une bioremédiation in situ 16. Après une période d’incubation d’environ quatre mois, l’échantillon du piège minéral a été analysé pour ses caractéristiques microbiologiques via les méthodes avancées qPCR de Microbial Insight, connues sous le nom d’analyses QuantArray-MIC et CENSUS qPCR-AHY (https://microbe.com/quantarray-mic/). Ces données (Figure 6) fournissent un aperçu des conditions de poise/géochimie redox ainsi que de l’abondance des principaux groupes microbiens pertinents pour la formation des espèces réactives de minéraux de fer. La matrice de piège minéral était stérile lors du déploiement, donc tous les micro-organismes détectés par qPCR représentent des colonisateurs in situ établis pendant la période d’incubation. Par exemple, trois des cibles les plus abondantes dans l’échantillon de piège minéral ont été identifiées comme les fermenteurs (FER), IRB et SRB (identifiés comme APS dans la Figure 6), qui indiquent des processus microbiens actifs compatibles avec les conditions redox observées. Les fermenteurs sont des bactéries anaérobies qui métabolisent les substrats de carbone organique pour produire des acides organiques et de l’hydrogène. La production d’hydrogène, à son tour, soutient la croissance d’autres organismes associés aux CMI, y compris les SRB. L’IRB réduit le fer ferrique insoluble en fer ferreux soluble, facilitant potentiellement la disponibilité du fer ferreux pour la formation de minéraux réactifs de fer. Les SRB consomment de l’hydrogène et produisent du sulfure d’hydrogène. Le sulfure d’hydrogène, à son tour, peut réagir avec le fer ferreux disponible pour former des sulfures de fer réactifs. Bien que les méthodes basées sur l’ADN ne quantifient pas directement l’activité enzymatique, la présence et la dominance de ces organismes dans un substrat auparavant stérile soutiennent fortement les réactions biogéochimiques en cours contribuant à la formation de minéraux réactifs. Dans l’ensemble, les résultats fournissent un aperçu utile de l’abondance relative des principaux groupes microbiens impliqués dans les réactions redox et la formation de minéraux sulfurés de fer réactifs. Ces résultats sont cohérents avec et expliquent la réduction de plus de 99,9 % des concentrations de COV à ce puits, un déplacement significatif de la masse molaire vers l’éthène et l’éthane (Figure 7), ainsi que la diminution associée du nombre de chlores (le nombre moyen de chlores pour les éthynes chlorés mesurés dans l’échantillon). Ces résultats montrent que la déchloration réductrice a été renforcée et progresse par la détoxification.
Figure 6 : QuantArray-MIC et CENSUS qPCR-AHY résultent d’un piège minéral prélevé dans un puits de surveillance après une période d’incubation de 4 mois. Adapté de Divine et al.11. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 7 : Variations temporelles de la masse molaire d’éthyne plus chloré vers l’éthène et l’éthane dans les concentrations d’eau souterraine, et la diminution associée du nombre de chlores (le nombre moyen de chlores pour les éthynes chlorés mesurés dans l’échantillon). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Exemple 4
Les pièges minéraux peuvent être utilisés in situ pour mesurer efficacement la répartition relative des contaminants entre le sol et les eaux souterraines. Parce que les échantillonneurs à pièges minéraux fonctionnent dans des conditions de champ biogéochimiquement actives en écoulement, ces valeurs représentent des coefficients de distribution effectifs (Kd-eff) qui englobent à la fois les processus de rétention sorptifs et médiés par les micros, plutôt que les paramètres de sorption par lots à l’équilibre. Ainsi, Kd-eff peut être plus utile que les valeurs Kd dérivées en laboratoire car il représente le comportement de sorption réel observé sur le terrain. Dans le cadre d’une étude pilote, des pièges minéraux avec une matrice de support personnalisée ont été déployés sur un site contaminé par des substances per- et polyfluoroalkyliques (PFAS) afin de calculer les valeurs spécifiques aux PFASK d-eff et de déterminer l’efficacité de la sorption de contaminants sur un produit carboné colloïdal. Dans ce projet expérimental, trois pièges à minéraux ont été déployés dans des puits séparés pendant 30 jours. Les coussins de piège minéral étaient remplis soit de terre du site, de sable d’Ottawa (pour déterminer l’adéquation du sable comme substitut du sol du site), soit de sol du site mélangé à un produit de réhabilitation au charbon actif. Après récupération des pièges, les eaux souterraines ont également été collectées dans chaque puits, et les eaux souterraines ainsi que trois matrices de chaque emplacement ont été analysées selon la méthode EPA 1633. Les coefficients de sorption individuels et sommés des PFAS ont été calculés en divisant la concentration dans le solide (mg/kg) par la concentration dans les eaux souterraines (mg/L). Les valeurssommées de K d-eff des PFAS, calculées pour chaque puits de surveillance et chaque matrice, sont présentées à la Figure 8 ci-dessous.
Figure 8 : Coefficients de sorption des PFAS sommés par localisation et matrice. Ces résultats démontrent que le produit de réhabilitation au charbon actif a considérablement augmenté la sorption des contaminants. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Un séquençage d’amplicons 16S rRNA a également été réalisé sur chaque matrice à partir de chaque emplacement à des fins exploratoires. Bien que la composition des communautés microbiennes semble plus étroitement corrélée à la matrice de support qu’à la localisation des puits (Figure 9), davantage de jeux de données sont attendus pour élucider les schémas chez les bactéries liées aux PFAS.
Figure 9 : Un dendrogramme hiérarchique de regroupement des classifications au niveau du genre à partir des échantillons de pièges minéraux. Les échantillons qui se ressemblent davantage sont regroupés, donc des mesures plus courtes indiquent plus de similarité. Par exemple, l’échantillon de carbone MW-7 est similaire au carbone MW-1 mais très différent du sable MW-8. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Pris ensemble, ces résultats démontrent la valeur des échantillonneurs à piège minéral pour traiter les contaminants émergents et orienter les stratégies de réhabilitation. Cette approche permet de quantifier une sorption efficace des contaminants et un échantillonnage in situ des communautés microbiennes dans les eaux souterraines impactées par les PFAS. Il est important de noter que la technique est surtout utile comme outil comparatif, par exemple pour évaluer les performances relatives des différents sorbants entre les pièges, plutôt que comme moyen de refléter directement les conditions d’équilibre au sein du sous-sol.
| Analyse | Objectif | Utiliser l’étude | |
| Évaluation de la bioremédiation intrinsèque aqueuse et minérale (AMIBA) • Sulfure volatil acide (SVA) • Sulfures extractibles au chrome (CrES) • Fer ferreux et ferrique fortement solubles en acides (SAS-Fe) • Fer ferreux et ferrique faiblement solubles en acide (WAS-Fe) | Biogéochimie du fer et du soufre | Ulrich et al. (2021a) Divine et al. (2023a) | |
| Microscopie électronique à balayage/spectroscopie à dispersion d’énergie des rayons X (SEM/EDS) | Minéralogie et composition élémentaire | Divine et al. (2023a) | |
| Métaux totaux, y compris le fer total (méthodes USEPA 3050B et 6020) | Composition du métal | Divine et al. (2023a) | |
| Diffraction des rayons X (XRD)* | Identification des minéraux cristallins | ||
| Susceptibilité magnétique | Composition de la magnétite | ||
| Réaction en chaîne quantitative de la polymérase (qPCR) et QuantArray | Concentration des populations microbiennes | Divine et al. (2023a) | |
| Séquençage de l’ADN (16S rRNA, ITS) | Composition des communautés microbiennes | ||
Tableau 1 : Analyses potentielles applicables aux échantillons collectés avec des échantillonneurs à piège minéral.
Discussion
Plusieurs étapes du protocole sont cruciales pour son succès. Premièrement, toutes les actions préparatoires permettant une récupération rapide et efficace par piège minéral sont essentielles pour éviter l’exposition à l’échantillon et préserver l’intégrité. Plus important encore, les pièges minéraux doivent être placés en conditions anaérobies dès que possible après la récupération.
Des modifications de protocole pour permettre l’acquisition de la matrice de piège minéral peuvent être nécessaires si une matrice non standard est sélectionnée. La conception standard utilise du sable de silice d’Ottawa. Les avantages de cette matrice incluent sa conductivité hydraulique élevée et sa porosité, sa similarité avec les matériaux de nombreux aquifères alluviaux sablonneux, ainsi que l’absence de teneur en ferferreux 9. Le sol du site est une matrice non standard courante, donc les instructions pour l’obtention du sol du site ont été incluses dans le protocole principal. Le sol ou le sable mélangé à des produits de remédiation tels que le carbone colloïdal peuvent également être utilisés dans les pièges minéraux. De plus, le protocole peut être adapté pour refléter les meilleures pratiques pour différentes équipes de terrain, en tenant compte des exigences en matière de personnel et de documentation.
L’échantillonneur à piège minéral répond à de nombreux défis liés au forage et au carottage pour l’échantillonnage minéralogique, mais il présente aussi ses propres limites. Premièrement, la matrice d’échantillonnage à l’intérieur du piège minéral peut ne pas représenter fidèlement le matériau de l’aquifère du site. Par exemple, le sable standard d’Ottawa fonctionne bien dans les aquifères sablonneux mais est moins représentatif des environnements limoneux ou riches en argile. Le sol du site est souvent utilisé comme alternative, bien qu’il puisse être difficile à obtenir. De plus, comme des pièges à minéraux doivent être déployés dans les puits de surveillance, les emplacements d’échantillonnage sont limités aux puits ou forages existants. Enfin, les données provenant des échantillonnages à pièges minéraux ne doivent pas être considérées comme un substitut direct à l’échantillonnage géochimique massif.
Les pièges minéraux ont plusieurs applications potentielles supplémentaires au-delà des exemples décrits ci-dessus. Cela inclut des approches de réhabilitation visant à précipiter d’autres contaminants métalliques, tels que l’arsenic, le chrome et l’uranium, sous forme de sulfures, d’oxydes de fer ou de minéraux phosphatés, par injection de réducteurs, oxydants, phosphates et/ou des solutions acides ou basiques. La procédure décrite ci-dessus devrait être d’application large ; cependant, des méthodes analytiques alternatives peuvent être nécessaires pour l’analyse de l’échantillon selon le contaminant cible et la phase minérale.
Déclarations de divulgation
Les auteurs Taggart et Ward sont employés par Microbial Insights, qui est exclusivement autorisée à fabriquer et vendre des Min-Traps. Les auteurs Divine, Justicia-León, Martin Tilton, Carter et Zardouzian sont employés par Arcadis, qui est le cessionnaire du brevet Min-Trap.
Remerciements
Le financement et le soutien pour ce travail ont été fournis via Satellite, le programme mondial d’innovation pour Arcadis (http://www.lovinklaan.nl/en/programs/imagine-satellite/), et ESTCP (Projet ER19-5190).
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Règle en inox de 18 pouces | Agrafes (www.staples.com) | 2772901 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Sacs en polyéthylène scellables de 1 gallon | Agrafes (www.staples.com) | 24401543 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Générateur Honda de 2200 watts | Home Depot (www.homedepot.com)) | 316604378 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Sachets de 5 g de sorbant d’oxygène en gel de silice alimentaire | Amazon (www.amazon.com) | 7.47607E+11 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Refroidisseurs | Agrafes (www.staples.com) | 24299978 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Appareil photo numérique | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables | ||
| Marqueurs effaçables à sec | Agrafes (www.staples.com) | 24398946 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Tableau blanc effaçable à sec (au moins 24 pouces de diamètre) et ; | Agrafes (www.staples.com) | 814930 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| GENbag Anaérobie & nbsp ; | bioMé ; rieux (https://biomerieuxdirect.com/biomerieux) | 45534 | Peuvent être utilisés comme alternative à un scelleur sous vide, les sacs GENbags anaérobies (https://biomerieuxdirect.com/), qui sont des sacs hermétiques contenant un sachet générateur absorbant l’oxygène et libérant du dioxyde de carbone, et peuvent être utilisés pour produire rapidement une atmosphère anaérobie pour la conservation et le stockage des échantillons Min-Trap. |
| Glace | Épicerie locale | ||
| Échantillonneurs Min-Trap | Microbial Insights, Inc. (https://microbe.com/min-trap-sampler/) | NA | (Brevet américain 11 002 643 B1) & nbsp ; |
| Corde en nylon | Agrafes (www.staples.com) | 191591 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Essuie-tout | Agrafes (www.staples.com) | 2126874 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Marqueur permanent | Agrafes (www.staples.com) | 125328 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Ciseaux | Agrafes (www.staples.com) | 24380498 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Scelleuse sous vide | Cabelas (www.cabelas.com) | 100113832 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
| Rouleau de sachet sous vide (8 sur 8) | Cabelas (www.cabelas.com) | 2514954 | Des modèles alternatifs peuvent être acceptables |
Références
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Réimpressions et autorisations
