פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO

המטרה הכללית של שיטה משולבת זו, המשלבת מדידת תוכן רדיוקרבון בזרימת פחמימן ומידול אזור השפעה, היא לעקוב אחר פירוק של מזהמים המופקים מנפט במקום (in situ), באמצעות שימוש באות הרדיוקרבון המדולל בדו-תחמוצת הפחמן, שהיא תוצר פירוק סופי. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחומי הביורמדיאציה וההערכה הסביבתית, כגון: כמה מהחומר הכלוא עובר פירוק באתר?

בין אם באמצעות דעיכה טבעית ובין אם בשילוב עם גישות פחיתה הנדסיות. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מסתמכת על מדידת הפחמן הנגזר משלד ההכלה בפועל, במקום לבצע מספר מדידות עקיפות כראיות תומכות. השיטה מאפשרת לחשב את קצב הביודגרדציה בפועל in situ.

עבור ההחדרה בשטח, הכינו את משאבות האוויר באופן הבא. ראשית, קדחו חור במעטפת המשאבה עבור קטע קצר של צינור פלסטיק בלתי חדיר לגז בקוטר 1/16 inch. הכניסו לחור צינור באורך של חמישה עד שישה אינצ'ים.

לאחר מכן, אטמו את כל החלקים החיצוניים של המשאבה באמצעות חומר איטום ימי. לאחר מכן, מרחו שכבה של חומר איטום סיליקון. לאחר מכן, בצעו בדיקת לחץ למשאבות האטומות.

נשפו בעדינות לתוך הצינור תוך כדי חסימת זרם הפליטה. לאחר מכן, הכינו מלכוד פחמן דו-חמצני עבור כל באר איסוף ובארה אחת לשליטה. שקלו 25 גרם של נתרן הידרוקסיד בתוך בקבוק סרום של 100 מיליליטר.

סגרו את בקבוק הסרום עם ספטום והדקימו אותו היטב. כעת, חברו את המוליכים החשמליים. בשטח, אספקת חשמל לכל באער דורשת קווי תכנין ארוכים לכל משאבה.

בתוך בארות השטח, אטמו את פתחי היציאה באמצעות פקקים שעברו התאמה וכוללים שני חורים בקוטר 1/16 inch עבור קווי הגז. בתוך הבאר, קו הגז המוריד ממוקם מעט מעל מפלס מי התהום וקו החזרה ממוקם בדיוק מתחת לפקק. לאחר מכן, אטמו את הצינורות ואת אטם הפקק באמצעות גריז ואקום, כך שכל המשטחים יספקו איטום אטום לגז.

מהבאר, נתוו את הצינור התחתון לכיוון כניסת המשאבה, ונתוו את קו הגז מהמשאבה למלכוד הפחמן הדו-חמצני. השתמשו במחט במידה 16 כדי לנקב את הספטום. לאחר מכן, באמצעות מחט נוספת, נתוו קו חזור מהמלכוד אל קו הגז, בדיוק מתחת למכסה.

כעת, הפעילו את המערך כדי לבצע איסוף ראשוני של 30 נפחי באר. לאחר מכן, השליכו את המלכודים הראשוניים. שלפו את המחטים מהספטום והניחו אותן בבקבוק חדש.

לאחר מכן, רשמו את זמן תחילת האיסוף. כדי לנתח את הגז שנאסף, מדדו את הפחמן הדו-חמצני שנלכד בדגימות המים באמצעות קולומטריה. ראשית, העבירו שלוש דגימות משנה של 1 mL לבקבוקי סרום של 40 mL הסגורים עם ספטה.

לאחר מכן, חמצו כל תת-דגימה באמצעות מיליליטר אחד של חומצה זריחית בריכוז 50% נפח לנפח. העבירו את הקו למלכודת מגנזיום פרכלורט. לאחר מכן, השתמשו במלכודת סיליקה ג'ל בעלת רשת של 60 אנגסטרום.

לאחר מכן, העבירו את זרם הגז בבעבוע אל התא הקולומטרי והשתמשו בכמות הקולומבים שנמדדה כדי לכמת את רמות הפחמידו נשנייד. שבועיים עד חודשיים לאחר תחילת האיסוף, אספו את מלכודות הדגימה. כבו את אספקת החשמל למשאבות והסירו את המחטים.

במידת הצורך, אטמו את המלכודות לאחסון לטווח ארוך. כדי לנתח את המלכודת, המיסו כל שארית של נתרן הידרוקסיד מוצק שלא נוצלה באמצעות מים. פנקסו (Sparge) את המים עם גז הליום שעבר ניקוי מפחמן דו-חמצני כדי להסיר את הפחמן הדו-חמצני המומס.

לאחר מכן, יש לאחד את תכני המלכודת המנוזלים לחלוטין ולמדוד את הנפח הכולל. בשלב הבא, העבירו דגימות משנה של 5 עד 10 מיליליטר לבקבוקונים בני 40 מיליליטר עם ספטה. לאחר מכן, חמצו את דגימות המשנה באמצעות חומצה זריחית בריכוז 50% נפח לנפח.

כעת, בצעו ספיגה (sparge) ונתחו את זרם הגז שנוצר באמצעות קולומטריה כפי שתואר בעבר. מאוחר יותר, בעת ביצוע החישובים עבור תקופת דגימה זו, הקפידו להתחשב בקינטיקת השיווי משקל על ידי חיסור ידני של קצב האיסוף הנמוך ביותר מקצב האיסוף שנמדד בבארים האחרות. השתמשו ב-MT3DMS המשולב עם MODFLOW 2005 באמצעות ממשק ModelMuse כדי לסמלץ דיפוזיה של פחמן דו-חמצמני בשיווי משקל הקשורה למסנן הבאר.

הגדירו את ModelMuse עם מיקום תוכנת ה-MODFLOW. כדי לעשות זאת, לחצו על תפריט Model ולאחר מכן בחרו ב-MODFLOW Program Locations. לאחר מכן, הפנו את התוכנה לספריית ההתקנה של תוכנת MODFLOW 2005.

באותו תיבת דוּאלוג, הגדירו ב-ModelMuse את מיקום התוכנית MT3DMS. לאחר מכן, הגדירו את החבילות והתוכניות של MODFLOW תחת תפריט Model. תחת האפשרות flow, ודאו שחבילת Layer Property Flow נבחרה.

תחת תנאי שפה (Boundary conditions), בחר Specified head. לאחר מכן בחר בחבילת CHD Time-Variant Specified Head. בשלב הבא, בחר בחבילות MT3DMS ו-BTN Basic-Transport.

לאחר מכן, הגדירו את המינים הניידים (Mobile Species) כפחמן דו-חמצני. כעת, הגדירו את אפשרויות ה-MODFLOW. מתפריט Model, בחרו ב-MODFLOW Options והגדירו את יחידות המודל.

בשלב הבא, הגדירו את MODFLOW Time. מתפריט Model, בחרו ב-MODFLOW Time. תקופת מאמץ (stress period) באורך 360 תריץ את הסימולציה למשך 15 ימים.

בשלב הבא, הגדירו את מערכי הנתונים של MODFLOW. מתפריט הנתונים (Data), בחרו ב"מערכי נתונים" (Data Sets). לאחר מכן, הזינו את הנתונים מהאתר הרלוונטי.

עבור הידרולוגיה, הזן ערכי k בשלושה ממדים. MODFLOW Initial Head ו-MODFLOW Specified Head. עבור MT3DMS, הזן את מקדם הדיפוזיה, carbon dioxide, ריכוז התחלתי של carbon dioxide ו-Longitudinal Dispersivity.

לבסוף, ערוך את המשתנים הגלובליים. מתפריט Data, בחר Global Variables והזן את קצב איסוף הפחמן הדו-חמצני ששימש באתר ואת ריכוז הפחמן הדו-חמצני ההתחלתי. כעת הפעל את הסימולציה.

לחצו על החץ הירוק בסרגל הסמלים העליון כדי להתחיל את הסימולציה. לאחר מכן, שמרו את קבצי הקלט כאשר תתבקשו לכך, והסימולציה תופעל. לאחר ההפעלה, רכזו וייצאו את הנתונים על ידי בחירה בתפריט הקבצים, לאחר מכן בייצוא ולאחר מכן בקבצי הקלט של MT3DMS.

כדי לצפות בתוצאות המודל ולהפיק אותן, לחצו על סמל הוויזואליזציה. לאחר מכן בחרו את הסימולציה והפיקו את ערכי הגבול של אזור ההשפעה (Zone of Influence) בקואורדינטות תלת-ממדיות. באתר הבדיקה, זיהום היסטורי של פחמימנים מכלורים היה הגבוה ביותר בתוך מקבץ הבארות המרכזי.

ייצור הפחמן הדו-חמצני שנמדד נע בין אפס ל-34 milligrams ליום, והיה הנמוך ביותר בצביר בארות מרכזי שבו הזיהום ההיסטורי היה הגבוה ביותר. פרמטרים גאוכימיים של האתר, כגון pH, ריכוזי סידן וקטיונים אחרים, לא העידו על המסה של קרבונט, דבר שעשוי להטות את פרשנות מדידות הרדיו-פחמן. שתי מדידות של שבועיים במהלך העונה היבשה שוררו לצורך חישובים הבאים.

מדדי הנשימה והפחמן הרדיואקטיבי לא השתנו באופן משמעותי בין שתי תקופות השבועות. באמצעות דוחות קודמים על ההידראוליקה של מי התהום בתכונות הממס של פחמן דו-חמצני, נוצר מודל של אזור השפעה (Zone of Influence). באמצעות הערכות ממודל אזור ההשפעה, חושבה כמות הסרת הפחמימנים המכלורים בכל באר.

בסופו של דבר, בבארות הקרובות להיקף האתר נרשמו פירוק הפחמימנים המכלורים הגבוה ביותר וייצור הפחמן הדו-חמצני הגבוה ביותר, והמודלים תמכו בתצפית זו. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור לצמצם את הזיהום בפחמן דו-חמצני אטמוספרי על ידי סגירה מהירה של הפקקים וצמצום המגע עם האטמוספירה. יש להעביר גז אינרטי (sparging) בכל המדללים כדי להסיר CO2 מומס.

בעקבות פרוצדורה זו, ניתן לבצע שיטות אחרות, כגון קביעת התנאים הביוגאוכימיים באתר, כדי לענות על שאלות נוספות, כגון מה שולט על קצבי הפירוק in situ?