Het meten van koolstof gebaseerde Verontreinigende Mineralisering gebruik van gecombineerde CO 2 Flux en Radiokoolstofdatering Analyses
21 oktober 2016
Een protocol wordt beschreven waarbij CO2 gemineraliseerd uit organische verontreiniging (afkomstig van aardolie grondstoffen) biodegradatie wordt opgevangen, gekwantificeerd en geanalyseerd op 14C inhoud. Een model wordt ontwikkeld om de ruimtelijke omvang van de CO2 vangstzone te bepalen. Ruimtelijke en temporele metingen maken het mogelijk om mineralisatiepercentages van verontreinigingen te integreren voor het voorspellen van de remedieringsomvang en -tijd.
Het algemene doel van deze gecombineerde modelleringsmethode voor kooldioxideflux, radiokoolstofgehalte en invloedszone is om de afbraak in situ van olie-afgeleide verontreinigingen te volgen aan de hand van het verminderde radiokoolstofsignaal in de kooldioxide, een eindproduct van de afbraak. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van bioremediatie en milieubeoordeling. Bijvoorbeeld, hoeveel verontreiniging wordt op locatie afgebroken?
Hetzij door natuurlijke afbraak of in combinatie met gecontroleerde saneringbenaderingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het gebaseerd is op het meten van het koolstof dat afkomstig is van de werkelijke verontreinigingsruggengraat, in plaats van het maken van meerdere indirecte metingen als bewijslijnen. De methode maakt het mogelijk om de werkelijke in situ biodegradatiesnelheid te berekenen.
Voor de installatie in het veld bereidt u de luchtpompen als volgt voor. Boor eerst een gat in de behuizing van de pomp voor een kort stuk gasdichte kunststof buis met een diameter van 1/16 inch. Plaats een stuk buis van vijf tot zes centimeter lang in het gat.
Vervolgens moet u alle externe delen van de pomp afdichten met zeewaterdichting. Dit wordt gevolgd door een laag siliconenkit. Test vervolgens de afgedichte pompen op druk.
Blaas voorzichtig in de buis terwijl u de uitstroom blokkeert. Bereid vervolgens een kooldioxide-val voor voor elke opvangput en een controle. Weeg 25 gram natriumhydroxide af in een flesje van 100 milliliter serum.
Dek de serumfles af met een septum en knijp het stevig vast. Bevestig nu de elektrische leidingen. Op het veld vereist het voeden van elke put lange leidingen naar elke pomp.
In de putten in het veld moet u de uitgang afdekken met gemodificeerde doppen met twee gaten van 1/16 inch voor gasleidingen. In de put wordt de verlaagde gasleiding iets boven het grondwaterniveau geplaatst en wordt de retourleiding net onder de dop geplaatst. Vervolgens moet u de slangen en dopgasketen afdichten met vacuümvet, zodat alle oppervlakken een gasdichte afdichting bieden.
Vanuit de put moet u de onderste buis naar de pompinlaat leiden en de gasleiding van de pomp naar de kooldioxideval leiden. Gebruik een naald van 16 gauge om het septum te doorboren. Gebruik vervolgens een andere naald om een retourleiding van de val naar de gasleiding te leiden en net onder de dop.
Nu moet u de opstelling bedienen om een eerste verzameling van 30 putvolumes te maken. Gooi later de eerste vallen weg. Trek de naalden uit het septum en plaats ze in een nieuw flesje.
Log vervolgens de starttijd van de verzameling. Om het verzamelde gas te analyseren, meet u het vastgehouden kooldioxide in de watermonsters met behulp van coulometrie. Breng eerst drievoudige submonsters van één milliliter over naar serumflesjes van 40 milliliter met een septumdeksel.
Vervolgens maakt u elk submonster aan met één milliliter 50% volume per volume fosforzuur. Geef de leiding door aan een magnesiumperchloraatval. Gebruik vervolgens een silicagelval met een 60 angstrom maas.
Laat vervolgens de gasstroom in de coulometrische cel borrelen en gebruik de gemeten coulombs om de kooldioxideniveaus te kwantificeren. Twee weken tot twee maanden na het begin van de verzameling, verzamelt u de vallen. Schakel de stroom naar de pompen uit en verwijder de naalden.
Indien nodig moet u de vallen afdichten voor langdurige opslag. Om de val te analyseren, lost u eventueel overgebleven ongebruikt vast natriumhydroxide op met water. Spuit u het water met kooldioxide gezuiverde heliumgas door om het opgeloste kooldioxide te verwijderen.
Combineer vervolgens de volledig vloeibare inhoud van de val en meet het totale volume. Breng vervolgens submonsters van vijf tot 10 milliliter over in flesjes van 40 milliliter met septum. Maak vervolgens de submonsters aan met 50% volume per volume fosforzuur.
Spuig en analyseer vervolgens de resulterende gasstroom door middel van coulometrie zoals eerder beschreven. Let later, wanneer u uw berekeningen voor deze bemonsteringsperiode maakt, erop dat u rekening houdt met de evenwichtskinematica door de laagste verzamelingssnelheid handmatig af te trekken van de verzamelingssnelheid die op de andere putten is gemeten. Gebruik MT3DMS gekoppeld aan MODFLOW 2005 via de ModelMuse-interface om de diffusie van kooldioxide in evenwicht geassocieerd met het putscherm te simuleren.
Configureer ModelMuse met de locatie van het MODFLOW-programma. Om dit te doen, klikt u op het Modelmenu en selecteert u MODFLOW Program Locations. Wijs vervolgens het programma naar de installatiemap van het MODFLOW 2005-programma.
Configureer in hetzelfde dialoogvenster ModelMuse met de locatie van het MT3DMS-programma. Configureer vervolgens de MODFLOW-pakketten en programma's onder het Modelmenu. Zorg ervoor dat onder de optie flow het Layer Property Flow-pakket is geselecteerd.
Onder grensvoorwaarden, selecteert u Gespecificeerde kop. Selecteer vervolgens het CHD Time-Variant Gespecificeerde Hoofdpakket. Selecteer vervolgens MT3DMS en het BTN Basic-Transportpakket.
Stel vervolgens de mobiele soort in op kooldioxide. Configureer nu de MODFLOW-opties. Selecteer MODFLOW Options in het Modelmenu en stel de modeleenheden in.
Configureer vervolgens de MODFLOW-tijd. Selecteer MODFLOW Time in het Modelmenu. Een stressperiode van 360 lengte zal de simulatie 15 dagen laten lopen.
Configureer vervolgens de MODFLOW-dataset. Selecteer Data Sets in het Datamenu. Voer vervolgens de gegevens in van de locatie van belang.
Voer voor Hydrology k-waarden in in drie dimensies in. MODFLOW Initial Head en MODFLOW Specified Head. Voer voor MT3DMS de diffusiecoefficient, kooldioxide, de initiële concentratie kooldioxide en de longitudinale dispersiviteit in.
Bewerk ten slotte de globale variabelen. Selecteer Global Variables in het Datamenu en voer de kooldioxideverzamelingssnelheid in die op de locatie is gebruikt en voer de initiële kooldioxideconcentratie in. Voer nu de simulatie uit.
Druk op de groene pijl in de bovenste pic
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het volgen van de degradatie van contaminanten afkomstig uit aardolie door het radiokoolstofgehalte in kooldioxide te meten dat tijdens biodegradatie wordt geproduceerd. De aanpak integreert ruimtelijke en temporele gegevens om de omvang van CO2-opvangzones te modelleren en saneringstermijnen te voorspellen.
Belangrijke componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Milieuwetenschappen
- Bioremediatie
- Koolstofcyclus
Achtergrond
- Petroleumverontreinigingen vormen aanzienlijke milieurisico's.
- Inzicht in biodegradatieprocessen is essentieel voor een effectieve sanering.
- Traditionele methoden vertrouwen vaak op indirecte metingen.
- Deze studie introduceert een directe meetmethode met behulp van radiokoolstofanalyse.
Doel van de studie
- Om een protocol te ontwikkelen voor het kwantificeren van CO2 uit de afbraak van contaminanten.
- Om de ruimtelijke omvang van CO2-vangstzones te modelleren.
- Om voorspellingen over de effectiviteit en tijdlijnen van sanering te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Veldinstallatie van luchtpompen en CO2-vallen.
- Inzameling en analyse van gasmonsters middels coulometrie.
- Simulatie van CO2-diffusie met behulp van MT3DMS en MODFLOW.
- Dataintegratie voor het beoordelen van biodegradatiesnelheden.
Belangrijkste resultaten
- De gemeten CO2-productiesnelheden varieerden significant tussen de verschillende locaties.
- De methode leverde direct bewijs voor in situ biodegradatie.
- De modelleringsresultaten gaven de ruimtelijke omvang van de CO2-vangstzones aan.
- De bevindingen ondersteunen de effectiviteit van de voorgestelde methode voor milieubeoordelingen.
Conclusies
- De ontwikkelde methode vergroot het inzicht in de degradatie van petroleumverontreinigingen.
- Het biedt een betrouwbare aanpak voor het monitoren van bioremediatie-inspanningen.
- Toekomstige toepassingen zouden strategieën voor milieubeheer kunnen verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Deze methode maakt directe kwantificering van in situ biodegradatie van petroleumderivaten mogelijk door radiokoolstof-uitgearmde CO2 te meten die vrijkomt bij de mineralisatie van verontreinigingen. Het biedt een mechanistisch instrument voor risicoreductie bij de beoordeling van het milieuverloop, wat het voorspellende vertrouwen in de effectiviteit van bioremediatie ondersteunt en de afhankelijkheid van indirecte bewijsvoering vermindert. De aanpak biedt informatie voor schattingen van de remediatietijd en portfoliobeslissingen voor terreinbeheer en de evaluatie van milieuaansprakelijkheid.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om afbraakroutes van verontreinigingen te onderzoeken door de mineralisatie tot CO2 als eindmetaboliet te volgen.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van een endogeen isotopisch signaal (afwezigheid van 14C) in verontreinigingen van fossiele oorsprong, waardoor het gebruik van exogene tracers overbodig is.
Screening en assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve CO2-flux en radiokoolstofgegevens om het percentage contaminant-afgeleide respiratie te berekenen.
- Operationele waarde: Combineert gasopvang en coulometrie voor gestandaardiseerde, reproduceerbare meting van biodegradatiesnelheden over verschillende monsterpunten.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt ziekterelevante systeemmodellering door contaminantmassaverlies te koppelen aan CO2-productie via Zone of Influence-modellering.
- Operationele waarde: Maakt ruimtelijke en temporele schaling van biodegradatiesnelheden mogelijk, van microcosmos tot beoordelingen op veldschaal.
Integratie van Pijplijn & Workflow
De methode integreert analyse van het lot van verontreinigingen in de ontdekkingsfase met voorspellende modellering om go/no-go-beslissingen in workflows voor milieusanering te ondersteunen.
- Ontdekkingsbiologie: Volgt de mineralisatie van de koolwaterstofketen tot CO2, wat direct bewijs levert voor de afbraak van verontreinigingen.
- Screening: Levert kwantitatieve CO2-respiratiesnelheden en isotopische partitioning voor de analyse van vergelijkbare condities.
- Analytica: Maakt gebruik van coulometrische CO2-kwantificering en radiokoolstofmeting om brontoewijzing mogelijk te maken via mixing-modellen met twee eindleden.
- Translationeel onderzoek: Verbindt puntmetingen met afbraak op pluimniveau via Zone of Influence-simulaties met behulp van MT3DMS en MODFLOW.
- Bedrijfbrede hergebruik: Stelt een gestandaardiseerd protocol vast voor langetermijmonitoring en vergelijkende locatiebeoordeling binnen saneringsprojecten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellende zekerheid over de mineralisatie van verontreinigende stoffen door een stabiel, procesonafhankelijk isotopisch eindpunt te meten.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde stappen voor gasopvang, verzuring en coulometrische detectie.
- Strategische waarde: Vermindert het risico bij sanering in een laat stadium door vroege, directe validatie van hypothesen over biologische afbraak mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van locaties op basis van gekwantificeerde afbraaksnelheden en gemodelleerde invloedssferen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in radiokoolstofanalyse, gaschromatografie en grondwatermodellering.
- Afhankelijk van infrastructuur voor CO2-opvang (NaOH-vallen), coulometrie en MODFLOW/MT3DMS-simulatie.
- Vereist standaardisatie tussen de teams voor veldmonstering, laboratoriumanalyse en modelleringsgroepen.
- Houdt rekening met aanpassingen voor verschillende bodemtypen, grondwaterstroming en achtergrondniveaus van radiokoolstof.
- Omvat praktische beperkingen, zoals mogelijke atmosferische CO2-contaminatie tijdens de monsterneming en de noodzaak van inert gas-sparging van reagentia.
Veelgestelde vragen over biofarmacie
Chapters in this video
0:05
Title
0:55
Preparation and Field Installation
3:16
Measure Dissolved Inorganic Carbon (DIC)
4:03
Measure CO2 Production Rate Occurring On-site
5:24
Model a Zone of Influence to Estimate the Soil Volume Sampled for CO2
9:09
Results: Detailed Emission Data from a Site of Known Contamination
10:36
Conclusion
