많은 중요한 반응성 광물은 현장 지하수 정화 과정에서 형성됩니다; 그러나 기존의 시추 코어 기반 방법은 이러한 광물 수집에 종종 어려움을 제기합니다. 이 글에서는 혁신적인 수동 샘플링 장치인 Min-Trap을 활용하여 기존 모니터링 정에서 반응성 광물을 효과적으로 수집하고 측정하는 기법을 소개합니다.
이 논문에서
요약
초록
반응성 광물 형성, 가스 생성, 오염물질 흡수와 같은 지하 화학, 지구화학, 미생물학적 상호작용은 정화 전략 형성에 중요한 역할을 합니다. 하지만 현장 규모에서 이러한 공정을 평가하는 것은 전통적인 샘플링 방법의 비용과 침습성 때문에 종종 제한됩니다. 광물 트랩 샘플러는 추가 시추나 코어 추출 없이 반응성 광물 형성을 현장 에서 모니터링할 수 있는 실용적이고 저비용의 대안을 제공합니다. 모니터링 웰의 스크리닝 구간 내에 배치된 샘플러는 최소 30일 동안 광물 침전물과 미생물 생체량을 수동적으로 수집합니다. 샘플러를 회수한 후, 샘플러는 진공 포장되어 얼음 위에 담겨 실험실로 운송되어 표준 상업용 기법을 사용해 분석합니다. 이 혁신은 과학자와 엔지니어들이 광물 침전의 속도와 공간적 분포를 모두 평가할 수 있게 하여 지하 조건에 대한 귀중한 통찰을 제공합니다. 광물 형성과 미생물 활동에 관한 실질적인 데이터를 제공함으로써, 광물 트랩 샘플러는 성능 평가를 지원하고 복원 시스템의 최적화 전략을 안내합니다. 그 단순함과 저렴한 가격 덕분에 현장 특성 분석과 장기 관리 개선에 유용한 도구가 됩니다.
서론
염소화 용매 및 금속 오염물질의 지하수 정화는 종종 오염물질을 분해하거나 격리하는 반응성 광물의 현장 형성, 용해 또는 변환에 의존합니다. 유기 탄소원(예: 락테이트, 당밀, 유화 식물성 기름)의 주입은 토착 철분 및 황산염 환원 박테리아를 자극하여 황화수소와 환원된 철을 생성합니다. 이들은 주로 매키나웨이트(FeS)와 황철석(FeS2)과 같은 황화물철 광물을 형성하며, 염소화 휘발성 유기 화합물(CVOCs)을 비생물적으로 변형시킵니다1,2,3,4,5,6.
목표 반응성 광물의 형성에 대한 직접 현장 검증은 광물 발달을 극대화하는 조건을 촉진하여 염소화 휘발성 유기화합물(CVOCs)의 비생물적 분해 잠재력을 촉진함으로써 복원 전략의 최적화를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 광물 형성 평가는 고체 상 샘플 획득에 따른 상당한 물류 및 재정적 제약 때문에 일반적으로 수상 지표(즉, 지하수 분석)에서 추론됩니다 7,8. 반응성 광물 형성의 기존 평가는 수상 측정을 통해 고체 상 변화를 추론하는 데 의존합니다. 직접 고체 상 샘플을 채취할 수 있지만, 이는 토양/암석 샘플링을 위한 고비용 개별 시추 또는 코어 채굴이 필요하며, 공간적 범위가 제한적이고 시간에 따른 변화를 평가하기 위한 반복 샘플 수집 불가가 되는 경우가 많습니다. 더불어, 시추는 시간, 노동력, 그리고 건강 안전 위험이 증가하는 것과 관련이 있습니다. 이러한 제약은 종종 복원 전략의 적시 최적화와 반응성 광물 존재의 확실한 증거 달성을 방해합니다.
Min-Trap(이하 광물 트랩이라 부릅니다)은 2인치 직경 이상의 모니터링 우물에 적합한 저비용 현장 샘플링 장치입니다. 이 장치는 나일론 메시 '필로우'에 고상 매트릭스(예: 실리카 샌드 또는 현장 재료)를 넣고, 슬롯이 있는 PVC 하우징9에 둘러싸여 있습니다. 토착 지하수 흐름 아래 몇 주에서 몇 달간 배치되는 광물 트랩은 침입 시추 없이도 침전하는 광물을 포획합니다. 이 잠복 기간이 끝난 후, 모니터링 유정에서 광물 트랩을 제거하고, PVC 케이싱 내 모래 필로우를 실험실 분석에 제출하여 배치 중 포획된 광물을 식별하고 정량화합니다. 광물 트랩 설계 사양과 실험실 탱크 실험 및 초기 현장 결과, 현장 토양 코어 샘플과의 검증 비교 등 추가 세부 사항이제공됩니다.
광물 트랩 접근법의 주요 장점은 다음과 같습니다: 반응성 광물 형성의 직접적인 물리적 증거, 비용이 많이 드는 코어링 제거, 처리 진행 추적을 위한 반복 샘플링, 광물 형성 처리에 대한 폭넓은 적응성, 그리고 필로우 매트릭스(예: 모래, 점토, 현장 토양, 첨가된 변형된 현장 토양 등)의 맞춤화 가능성.
광물 트랩에서 얻은 광물학 데이터는 초기 현장 특성 분석과 타당성 시험부터 개선 최적화 및 장기 모니터링에 이르기까지 복원 프로그램의 모든 단계를 안내할 수 있습니다. 광물 기반 처리 과정을 문서화하고 검증하는 비용 효율적인 도구를 제공함으로써, 광물 트랩은 지하수 복원의 신뢰성과 투명성을 높입니다. 광물 트랩은 현장 화학 환 원(ISCR) 및/또는 CVOC 처리를 위한 강화 환원 탈염소(ERD) 중 반응성 광물 형성 모니터링에 특히 적합합니다. 시간에 따라 수집된 광물 트랩 데이터는 능동적 복원 단계에서 수동 복원 단계로의 전환을 이해하는 데 활용될 수 있습니다.
또한, 광물 트랩은 오염물질 현장 분포 계수(Kd-필드) 측정을 용이하게 하여 지하에서 퍼플루오로알킬 물질(PFAS)과 같은 오염물질을 고정시키는 처리 전략의 타당성을 평가하기 위해 현재 개조되고 있습니다. 진행 중인 실험에서는 미네랄 트랩 샘플러를 현장 배치 미시공간으로 활용하여 변형되지 않은 현장 토양의 Kd필드 와 콜로이드 탄소 생성물이 포함된 토양을 비교하고 있습니다. 이 접근법에서 광물 트랩 샘플러의 사용은 원유 토양과 흡착제 기반 개량제 첨가 간 현장 내 오염 지하수/토양 분포 비교를 통해 명확한 한계 이점을 보입니다. 이러한 적응은 지하에 콜로이드 탄소 적용 설계 및 기타 잠재적 응용 분야에 중요한 근거를 제공할 수 있습니다.
광물 트랩 샘플러는 다양한 지구화학 환경에서 광물 침전 샘플을 수집하고 다양한 정화 과정을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 아래에 설명된 프로토콜은 일반적이며 대부분의 응용에 일반적으로 적합합니다. 그러나 배화 시간, 샘플링 빈도, 지지 매트릭스 재료, 분석 방법과 같은 구체적인 측면은 예상되는 지구화학 과정과 현장 조건에 맞게 조정되어야 합니다.
프로토콜
이 연구에 사용된 시약과 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. 부지 평가 계획
- 광물 트랩 내부에 사용할 매트릭스를 선택하세요. 광물 트랩 매트릭스에 대한 자세한 내용은 토론 섹션을 참조하세요. 표준 오타와 모래 매트릭스를 사용한다면 현장 배치로 진행하세요. 현장 토양을 사용하는 경우, 1.1.1-1.1.2 단계로 진행하세요.
- 250-300g의 재료를 채취하기 위해 드릴, 코어 또는 기타 방법을 사용하세요.
- 샘플러에 포함시키기 위해 판매자에게 배송하세요.
참고: 프로젝트 목표에 따라 코어는 진공 포장 백과 산소 청소용 봉투를 사용해 혐기성 조건에서 운송해야 할 수 있습니다.
2. 현장 배치
- 판매자에게서 유닛을 받으세요. 공급업체11이 제공한 샘플러 이미지는 그림 1을 참고하세요.
- 우물을 정화하라, 마치 샘플링하듯.
- 광물 트랩 하우징 상단의 아이볼트에 나일론 로프를 묶고, 웰 스크린 내에서 원하는 끝점까지 도달하는 로프 길이로 웰캡에 연결하세요.
- 광물 트랩을 모니터링 웰의 스크리닝된 구간 내에 직접 배치하는데, 이는 수동 확산 샘플러(https itrcweb.org/teams/projects/diffusion-passive-samplers<[>), 바이오 트랩 샘플러(https @microbe.com/bio-trap-samplers/), 하이드라슬리브 샘플러(https ://hydrasleeve.com/)와 유사하게 상용 수동 확산 샘플러와 유사합니다.
참고: 추가 미네랄 트랩은 '데이지 체인' 방식으로 연결할 수 있습니다. - 필요하다면 하단 아이볼트에 무게추를 달아 스크린 깊숙이 들어가도록 도와주세요.
그림 1: 미네랄 트랩 샘플러. 미네랄 트랩은 옆으로 (위쪽은 오른쪽), 완전히 조립된 상태(위쪽), 모니터링 우물에 배치 준비가 완료된 상태(아래쪽)에는 개별적으로 제거하여 실험실 분석에 제출할 수 있는 여러 개의 뚜렷한 모래 채워진 '베개'가 보입니다. 광물 트랩 샘플러의 많은 부분은 프로젝트 필요에 따라 수정 가능합니다. 여기에는 하우징 유닛의 길이, 메시 인서트의 크기, 그리고 베개의 개수, 치수, 재질이 포함됩니다. Divine 외 11에서 각색함. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
3. 회수 및 보존
- 광물 트랩 샘플러는 원하는 배치 기간(보통 1-2개월) 동안 모니터링 웰에 두세요.
참고: 최적의 배치 기간을 결정하기 위해 프로젝트 관리자는 강화된 감축 정화 전략에서 황화철 형성에 이상적인 지구화학적 조건에 관한 기존 문헌을 참고할 수 있습니다12. - 그림 2에 나타난 대로 다음 재료를 조립하여 회수하세요. 여기에는 다음과 같은 것들이 포함됩니다: 진공 밀봉기 및 진공 포장 봉투(또는 혐기성 GEN백도 사용 가능), 전원 공급원(필요 시 사용), 가위, 카메라, 화이트보드(최소 24인치 크기), 드라이 이레이즈 마커, 자, 영구 마커, 1갤런 밀봉 가능한 폴리에틸렌 봉투, 종이 타월, 쿨러, 그리고 얼음.
- 신속하고 효율적인 광물 트랩 회수를 위해 작업 구역을 배치하세요.
- 쿨러에 얼음을 채워.
- 샘플 백에 현장 이름, 우물 이름, 샘플링 날짜, 목적지 실험실, 원하는 분석, 샘플러 이니셜을 적으세요.
- GEN백 대신 진공 밀봉기를 사용할 경우, 백의 네 면 중 세 면을 밀봉하고, 한쪽은 열어두어 미네랄 트랩 샘플을 삽입하세요.
- 유닛이 우물에서 꺼내져 베개가 진공 밀봉될 때까지13분 이내에 경과되도록 타이머를 설정하세요.
- 우물에서 광물 함정을 제거하기 위해 나일론 라인을 조심스럽게 당기세요.
- 광물 트랩 하우징에 침전된 물질(회색, 검은색, 갈색 물질)이나 냄새를 나타내세요.
- 주택의 외관을 사진으로 찍으세요.
- 미네랄 트랩 상단을 풀어 내부 메시 삽입물이 들어간 베개를 드러냅니다(그림 3).
- 메시 인서트에 침전물을 표시하거나 사진을 찍으세요.
- 가위로 메시 인서트를 하우징 유닛 상단에 고정하는 루프나 지퍼 타이를 자르세요.
- 메시 인서트를 GEN백이나 진공 밀봉 봉지 안에 넣고 즉시 밀봉하세요.
- 샘플러는 크고(즉, 1갤런) 지퍼 가방에 두 겹으로 담아주세요.
- 샘플을 사진으로 찍으세요.
- 샘플을 즉시 냉장기에 넣어 얼음 위에 넣으세요.
- 타이머를 멈추고 경과 시간을 현장 기록장에 기록하세요.
- 각 우물마다 필요 시 반복하며, 샘플은 항상 얼음에 보관해야 합니다.
- 증거 보관 과정을 완성하세요.
- 쿨러를 안전하게 포장해 실험실로 보내 익일 배송을 하세요.
참고: 실험실에 도착하기까지 최대 대기 시간은 48시간입니다. 샘플이 -18 °C보다 차갑지 않도록 하세요. 약 -78°C의 냉동 보관 샘플은 분석 전에 매키나와이트가 황철석으로 전환되도록 유도할 수있습니다. 이 효과는 샘플을 적당한 냉동 조건(-18 °C)에서 보관했을 때는 나타나지 않았습니다.15. 광물 트랩으로 채취한 샘플은 많은 분석에 적합하다. 아래 표 1은 광물 트랩 시료에 사용된 분석 방법과 해당 참고문헌을 제공합니다. 표준 규소 모래 매트릭스의 높은 석영 함량은 XRD 분석을 불가능하게 할 수 있으므로, XRD의 보다 효과적인 사용을 위해 대체 지지 배지 유형을 고려할 수 있습니다.
그림 2: 현장 장비를 보여주는 사진(왼쪽 상단에서 시계 방향). (A) 화이트보드; (B) 드라이 이레이즈 마커; (C) 가위(녹색과 파란색); (D) 진공 포장기; (E) 라텍스 장갑 상자; (F) 진공 포장 봉투; (G) 식품 저장용 산소 흡수 봉투; 그리고 (H) 현장 노트. Divine 외 11에서 각색함. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 3: 현장 장비를 보여주는 사진들(왼쪽 상단에서 시계방향). (A) 모니터링 우정에서 광물 트랩 제거; (B) 개별 미네랄 트랩 베개를 절단하고 분리하는 것; (C) 산소 흡수제로 밀봉된 두 개의 미네랄 트랩 베개 샘플; (D) 산소 흡수제로 밀봉된 두 개의 광물 트랩 필로우 샘플(철 황화물 광물 존재를 나타내는 검은색 주목); (E) 샘플링 전에 두 개가 회수되어 광물 트랩을 열었으며(철 황화물 광물의 존재를 나타내는 검은색 현상에 주목). Divine 외 11에서 각색함. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
결과
목표 광물 형성을 기록하기 위한 광물 트랩의 대표적인 네 가지 예시를 아래에 제시합니다.
예시 1
현장에서 10년 넘게 용해성 발효성 탄소원을 주입하여 트리클로로에센 및 관련 화합물을 처리하는 현장 생물복원이 시행되어 왔습니다. 모니터링 정에서 수집된 수성 지구화학 데이터는 황산염 환원 조건이 수년간 지속되어 왔음을 보여주며, 시스-1,2-DCE 및 기타 자매 제품의 높은 농도는 미생물 매개 환원 탈염소 과정이 잘 확립되었음을 확인시켜 줍니다. 활성 황화철 형성을 확인하기 위해 광물 트랩 샘플러가 현장에 배치되었습니다. 광물 트랩 샘플러는 약 5개월간 모니터링 우정에 설치되었으며, 이후 시료는 총 철, AMIBA, 주사 전자현미경-에너지 분산 X선 분광법(SEM-EDS)을 분석했습니다. 총 Fe(100 mg/kg), CrES Fe²⁺(44 mg/kg), CrES(41 mg/kg) 농도가 상승하는 것이 관찰되었습니다. SEM-EDS 이미지(그림 4)에서 이루어진 원소 매핑은 철과 황의 공존 위치를 명확히 보여줍니다. 이 결과들은 복원 활동이 황화철의 현장 침전을 촉진했다는 강력한 증거를 제공합니다. 반면, 추출 가능한 Fe²⁺와 황화물이 없고, SEM-EDS 분석에서 철과 황이 함께 위치하지 않는 점은 시료에 황화물 철이 존재하지 않음을 시사합니다.
그림 4: 이 광물 트랩 샘플의 SEM-EDS 원소 지도로, Fe와 S의 공간적 위치(중앙과 오른쪽)를 보여줍니다. 스케일 바: 25 μm. Divine 외 자료에서 각색함. 15. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
예시 2
용해된 니켈로 오염된 지하수는 수용성 발효성 탄소원을 주입하여 미생물에 의해 고체 니켈 황화물(NiS)의 형성을 통해 니켈의 광물 침전을 촉진하는 방식으로 처리되었습니다. 모니터링 정에서 용존 니켈 농도의 감소가 관찰되었고, 광물 트랩 샘플러를 사용해 이 감소가 니켈 침전으로 인해 NiS로 인한 것임을 확인했습니다. 멸균 모래가 포함된 광물 트랩이 모니터링 우물에 64일간 배치된 후, 샘플은 총 니켈, 니켈 동시 추출 금속/산성 휘발성 황화물(SEM/AVS) 분석으로 측정된 니켈(Ni-S 복합물을 나타내며), 주사 전자현미경-에너지 분산 X선 분광법(SEM-EDS)을 분석했습니다. 모든 광물 트랩 샘플에서 니켈 농도가 높게 검출되었으며, 총 니켈은 5.2에서 89 mg/kg 사이, SEM/AVS 추출 가능한 니켈은 3.7에서 100 mg/kg 사이였습니다. 한 샘플의 SEM-EDS 이미지(그림 5)에서 원소 매핑을 통해 니켈과 황이 함께 위치함을 보여줍니다. 이 결과를 종합해 보면, 복원 활동이 니켈의 현장 침전과 격리를 초래했으며, NiS도 포함됩니다. 또한, 총 철 측정값 및 기타 SEM 데이터는 니켈의 일부가 비황화 철 광물과도 연관되어 있을 수 있음을 시사합니다(데이터는 표시되지 않음).
그림 5: 광물 트랩 샘플의 SEM-EDS 원소 지도로, S(왼쪽)와 Ni(오른쪽)의 공간적 위치를 보여줍니다. 스케일 바: 1 μm. Divine 외 11에서 각색함. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
예시 3
멸균 토양을 포함한 광물 트랩이 설치되어 용해성 발효성 탄소 용액을 주입하고, 지하를 약 5-15°C 온도 상승으로 적당히 가열하여 현장 생물복원16을 촉진했습니다. 약 4개월간의 잠복 기간 후, 미네랄 트랩 샘플은 Microbial Insight의 첨단 qPCR 방법인 QuantArray-MIC 및 CENSUS qPCR-AHY 분석(https://microbe.com/quantarray-mic/) 을 통해 미생물학적 특성에 대해 분석되었습니다. 이 데이터(그림 6)는 산화환원 유지/지구화학적 조건과 반응성 철 광물 종 형성과 관련된 주요 미생물군의 풍부도에 대한 통찰을 제공합니다. 광물 트랩 매트릭스는 배치 당시 멸균 상태였기 때문에, qPCR로 검출된 모든 미생물은 잠복 기간 동안 자리 잡은 현장 정착 자를 나타냅니다. 예를 들어, 광물 트랩 샘플에서 가장 풍부한 세 가지 표적은 발효조(FER), IRB, SRB( 그림 6에서 APS로 식별됨)로 확인되었으며, 이는 관찰된 산화환원 조건과 일치하는 활성 미생물 과정을 나타냅니다. 발효기는 유기 탄소 기질을 대사하여 유기산과 수소를 생성하는 혐기성 박테리아입니다. 수소 생산은 다시 SRB를 포함한 다른 MIC 관련 생물의 성장을 지원합니다. IRB는 불용성 철을 용해성 철강으로 환원하여 반응성 철 광물 형성을 위한 철철의 가용성을 촉진할 수 있습니다. SRB는 수소를 소비하며 황화수소를 생성합니다. 황화수소는 다시 이용 가능한 철과 반응하여 반응성 황화철을 형성할 수 있습니다. DNA 기반 방법이 효소 활성을 직접 정량화하지는 않지만, 이전에 무균이었던 기질에서 이들 생물의 존재와 우세는 반응성 광물 형성에 기여하는 지속적인 생지구화학 반응을 강력히 지지합니다. 전반적으로 이 결과는 산화환원 반응과 반응성 황화철 광물의 형성에 관여하는 주요 미생물군의 상대적 풍부도에 대한 유용한 통찰을 제공합니다. 이 결과는 이 우물에서 CVOC 농도가 99.9% 이상 감소한 것과 몰 질량이 에텐과 에탄으로 유의미하게 이동한 현상(그림 7), 그리고 시료에서 측정된 염소화 에틴의 평균 염소 수량 감소와 일치하며 설명해줍니다. 이 결과는 환원적 탈염소 효과가 강화되어 해독 과정을 거치고 있음을 보여줍니다.
그림 6: 4개월 잠복 후 모니터링 우물에서 수집한 광물 트랩에서 얻은 QuantArray-MIC 및 CENSUS qPCR-AHY 결과. Divine 외 11에서 각색함. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 7: 염소화된 에테네에서 지하수 농도에서 에텐과 에탄으로 증가하는 몰 질량의 시간 변화와 그에 따른 염소 수치 감소(샘플에서 측정된 염소화 에테네의 평균 염소 수). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭해 주세요.
예시 4
광물 트랩은 현장에서 토양과 지하수 간의 상대적 오염 분포를 효율적으로 측정할 수 있습니다. 광물 트랩 샘플러는 유동적이고 생지화학적으로 활발한 현장 조건에서 작동하기 때문에, 값은 평형 배치 흡수 매개변수가 아닌 흡수 및 미생물 매개 유지 과정을 모두 포함하는 유효 분포 계수(Kd-eff)를 나타냅니다. 따라서 Kd-eff 는 현장에서 관찰된 실제 흡수 거동을 나타내기 때문에 실험실에서 도출된 Kd 값보다 더 유용할 수 있습니다. 파일럿 연구로서, 맞춤형 지지 매트릭스가 장착된 광물 트랩을 과플루오로알킬 물질(PFAS)으로 오염된 부지에 배치하여 부지별 PFAS Kd-eff 값을 계산하고 콜로이드 탄소 생성물에 오염물질이 흡수되는 효능을 평가했습니다. 이 실험 설계에서는 세 개의 광물 트랩이 각각 다른 우물에 30일간 배치되었습니다. 미네랄 트랩 베개는 현장 토양, 오타와 모래(현장 토양의 적합성을 판단하기 위함), 또는 활성탄 복원 제품과 혼합된 토양으로 채워졌습니다. 트랩을 회수한 후, 각 우물에서 지하수도 수집했고, EPA 방법 1633 을 통해 각 위치의 지하수와 세 개의 매트릭스를 분석했습니다. 개별 및 합산 PFAS 흡수 계수는 고체 내 농도(mg/kg)를 지하수 농도(mg/L)로 나누어 계산했습니다. 각 모니터링 웰과 행렬별로 계산된 합산 PFAS Kd-eff 값은 아래 그림 8 에 나와 있습니다.
그림 8: 위치와 행렬에 따른 합산 PFAS의 흡수 계수. 이 결과는 활성탄 정화 제품이 오염물질의 흡수를 극적으로 증가시켰음을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
탐색 목적으로 각 위치의 16S rRNA 증폭자 시퀀싱도 수행되었습니다. 미생물 군집의 구성은 웰 위치보다는 지지 매트릭스와 더 밀접하게 연관되어 있는 것으로 보이지만(그림 9), PFAS 관련 박테리아의 패턴을 밝힐 데이터셋이 더 많아질 것으로 기대됩니다.
그림 9: 광물 트랩 샘플에서 얻은 속 수준 분류의 계층적 군집 연단도. 서로 더 비슷한 샘플들은 함께 묶어지므로, 짧은 막대가 더 유사함을 나타냅니다. 예를 들어, 샘플 MW-7 탄소는 MW-1 탄소와 유사하지만 MW-8 모래와는 매우 다릅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
이 결과를 종합해 보면, 미네랄 트랩 샘플러가 신흥 오염물질 대응과 정화 전략 수립에 얼마나 중요한지 보여줍니다. 이 접근법은 PFAS에 영향을 받은 지하수 내 미생물 군집의 효과적인 오염물질 흡수 및 현장 샘플링을 정량화할 수 있게 합니다. 중요한 점은, 이 기법은 지하 내 평형 상태를 직접 반영하는 수단보다는 트랩 간 서로 다른 흡착체의 상대적 성능을 평가하는 비교 도구로 가장 유용하다는 것입니다.
| 분석 | 목표 | 스터디 사용 | |
| 수성 및 광물 내재 생물복원 평가(AMIBA) • 산성 휘발성 황화물(AVS) • 크롬 추출 가능한 황화화물(CrES) • 강산, 용해성 철철 및 철철(SAS-Fe) • 약산성 용해성 철철 및 철철(WAS-Fe) | 철과 황 생지구화학 | 울리히 외 (2021a) Divine 외 (2023a) | |
| 주사 전자현미경/에너지 분산 X선 분광법 (SEM/EDS) | 광물학과 원소 조성 | Divine 외 (2023a) | |
| 총 금속, 총 철을 포함 (USEPA 방법 3050B 및 6020) | 금속 조성 | Divine 외 (2023a) | |
| X선 회절(XRD)* | 결정질 광물 식별 | ||
| 자기 감수성 | 자철석 조성 | ||
| 정량적 중합효소 연쇄반응(qPCR)과 QuantArray | 미생물 집단 농도 | Divine 외 (2023a) | |
| DNA 시퀀싱 (16S rRNA, ITS) | 미생물 군집 구성 | ||
표 1: 광물 트랩 샘플러로 채취된 샘플에 적용 가능한 잠재적 분석.
토론
프로토콜의 여러 단계가 성공을 위해 매우 중요합니다. 첫째, 빠르고 효율적인 광물 트랩 회수를 가능하게 하는 모든 준비 조치가 샘플 노출을 방지하고 무결성을 유지하는 데 필수적입니다. 무엇보다도, 미네랄 트랩은 회수 직후 가능한 한 빨리 혐기성 조건에 설치해야 합니다.
비표준 매트릭스를 선택할 경우 광물 트랩 매트릭스 조달을 수용하기 위한 프로토콜 수정이 필요할 수 있습니다. 표준 설계는 오타와 실리카 샌드를 사용합니다. 이 매트릭스의 장점으로는 높은 수압전도도와 다공성, 많은 모래 충적 대수층의 재료와 유사함, 그리고철 함량이 없다는 점이 있습니다. 현장 토양은 일반적인 비표준 매트릭스이므로 현장 토양 조달 지침이 주요 프로토콜에 포함되어 있습니다. 토양이나 모래를 콜로이드 탄소와 같은 정화 제품과 혼합한 것도 광물 트랩에 사용될 수 있습니다. 또한, 프로토콜은 인력 및 문서 요구사항을 고려하여 다양한 현장 승무원의 모범 사례를 반영하도록 조정할 수 있습니다.
광물 트랩 샘플러는 광물 샘플링을 위한 시추 및 코어 채굴과 관련된 많은 문제를 해결하지만, 자체적인 한계도 존재합니다. 첫째, 광물 트랩 내 샘플링 매트릭스가 현장의 대수층 물질을 정확히 나타내지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 표준 오타와 모래는 모래 대수층에서는 잘 작동하지만, 실트나 점토가 풍부한 환경에서는 덜 대표적입니다. 현장 토양은 대체 수단으로 자주 사용되지만, 구하기는 어려울 수 있습니다. 또한, 모니터링 정에 광물 트랩을 설치해야 하므로 샘플링 위치는 기존 유정이나 시추공으로 제한됩니다. 마지막으로, 광물 트랩 샘플러의 데이터는 대량 지구화학 샘플링을 직접적으로 대체해서는 안 됩니다.
광물 트랩은 위에서 설명한 예들 외에도 여러 가지 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 여기에는 환원제, 산화제, 인산염 및/또는 염기 용액을 주입하여 황화물, 산화철, 인산염 광물로서 비소, 크롬, 우라늄과 같은 다른 금속 오염물질을 침전시키는 정화 접근법이 포함됩니다. 위에서 설명한 절차는 널리 적용될 것으로 기대되며; 그러나 표적 오염물질과 광물상에 따라 시료 분석에는 대체 분석 방법이 필요할 수 있습니다.
공개 사항
저자 태거트와 워드는 Microbial Insights에 고용되어 있으며, 이 회사는 Min-Traps 제조 및 판매를 독점적으로 라이선스 받았습니다. Divine, Justicia-León, Martin Tilton, Carter, Zardouzian의 저자들은 Min-Trap 특허 양수인인 Arcadis에 고용되어 있습니다.
감사의 글
이 작업의 자금과 지원은 아카디스(http://www.lovinklaan.nl/en/programs/imagine-satellite/)의 글로벌 혁신 프로그램인 Satellite와 ESTCP(프로젝트 ER19-5190)를 통해 제공되었습니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 18인치 스테인리스 자 | 스테이플스 (www.staples.com) | 2772901 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 1갤런 밀봉 가능한 폴리에틸렌 백 | 스테이플스 (www.staples.com) | 24401543 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 2200와트 혼다 발전기 | 홈디포 (www.homedepot.com)) | 316604378 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 5-GM 식품 저장 실리카겔 산소 흡착 팩 | 아마존 (www.amazon.com) | 7.47607E+11 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 쿨러 | 스테이플스 (www.staples.com) | 24299978 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 디지털 카메라 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 | ||
| 드라이 이레이즈 마커 | 스테이플스 (www.staples.com) | 24398946 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 드라이 이레이즈 화이트보드(최소 24인치 크기) 그리고; | 스테이플스 (www.staples.com) | 814930 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 겐백 무산소증 | bioM&Cute; 리외 (https://biomerieuxdirect.com/biomerieux) | 45534 | 진공 밀봉기 대안으로도 사용할 수 있는 혐기성 GEN백(https://biomerieuxdirect.com/)은 산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출하는 발전기 주머니를 담은 밀폐 백으로, Min-Trap 샘플 보존 및 저장을 위한 혐기성 대기를 빠르게 생성할 수 있습니다. |
| 얼음 | 지역 편의점 | ||
| 민트랩 샘플러 | 미생물 인사이트, Inc. (https://microbe.com/min-trap-sampler/) | NA | (미국 특허 11,002,643 B1) |
| 나일론 로프 | 스테이플스 (www.staples.com) | 191591 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 종이 타월 | 스테이플스 (www.staples.com) | 2126874 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 영구 마커 | 스테이플스 (www.staples.com) | 125328 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 가위 | 스테이플스 (www.staples.com) | 24380498 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 진공 실링 | 카벨라스 (www.cabelas.com) | 100113832 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
| 진공 포장 롤 (8온) | 카벨라스 (www.cabelas.com) | 2514954 | 대체 모델도 허용될 수 있습니다 |
참고문헌
- He, Y. T., Wilson, J. T., Su, C., Wilkin, R. T. Review of abiotic degradation of chlorinated solvents by reactive iron minerals in aquifers. Ground Water Monit Remediat. 35, 57-75 (2015).
- Horst, J., et al. New tools for assessing reactive mineral-mediated abiotic contaminant transformation. Ground Water Monit Remediat. 39 (2), 12-21 (2019).
- Horst, J., Munholland, J., Hegele, P., Klemmer, M., Gattenby, J. In situ thermal remediation for source areas: technology advances and a review of the market from 1988-2020. Ground Water Monit Remediat. 41, 17-31 (2021).
- Jeong, H. Y., Hayes, K. F. Reductive dechlorination pathways of tetrachloroethylene and trichloroethylene and subsequent transformation of their dechlorination products by mackinawite (FeS) in the presence of metals. Environ Sci Technol. 41 (22), 7736-7743 (2007).
- Lee, W., Batchelor, B. Abiotic reductive dechlorination of chlorinated ethylenes by iron-bearing minerals. 1. Pyrite and magnetite. Environ Sci Technol. 36 (23), 5147-5154 (2002).
- Lee, W., Batchelor, B. Abiotic reductive dechlorination of chlorinated ethylenes by iron-bearing minerals. 2. Green rust. Environ Sci Technol. 36 (24), 5348-5354 (2002).
- Whiting, K., et al. Factors controlling in situ biogeochemical transformation of trichloroethene: field study. Ground Water Monit Remediat. 34, 79-94 (2014).
- Lebrón, T. H., et al. Development and validation of a quantitative framework and management expectation tool for the selection of bioremediation approaches at chlorinated ethene sites. ESTCP Project ER-201129. , (2015).
- Ulrich, S., et al. Laboratory and initial field testing of the Min-Trap for tracking reactive iron sulfide mineral formation during in situ remediation. Remediat J. 31 (3), 35-48 (2021).
- In-situ device for collecting minerals. United States Patent. , US 11002643 B1 (2021).
- Divine, C., et al. Field methods and example applications for the Min-Trap mineral sampler. Remediat J. 33, 209-216 (2023).
- Horst, J., McCaughey, M., Justicia-Leon, S., Tillotson, J., Divine, C. Viewing the end from the beginning: designing for the transition to long-term passive phases of in situ chlorinated solvent treatment. Ground Water Monit Remediat. , (2022).
- Wilkin, R. T. Mineralogical preservation of solid samples collected from anoxic subsurface environments. EPA/600/R-06/112. , (2006).
- Hua, H., et al. Impacts of cryogenic sampling processes on iron mineral coatings in contaminated sediment. Sci Total Environ. 765, 142796(2021).
- Divine, C., et al. Min-Trap samplers to passively monitor in-situ iron sulfide mineral formation for chlorinated solvent treatment. Ground Water Monit Remediat. 43 (3), 57-69 (2023).
- Divine, C., et al. Final project report: Demonstration of mineral traps to passively evaluate and monitor in-situ reactive minerals for chlorinated solvent treatment. ESTCP Project ER19-5190. , (2019).
재인쇄 및 허가
