Многие важные реактивные минералы образуются в ходе рекультивации подземных вод in situ ; однако традиционные методы буровых кернов часто создают трудности при сборе этих минералов. В этой статье представлены методы использования Min-Trap — инновационного пассивного устройства для отбора проб — для эффективного сбора и измерения реактивных минералов из традиционных мониторинговых скважин.
Методическая статья
Развертывание и извлечение пробосборщиков минералов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Подземные химические, геохимические и микробиологические взаимодействия, такие как реактивное образование минералов, генерация газа и сорбция загрязнителей, играют ключевую роль в формировании стратегий рекультивации. Однако оценка этих процессов на полевых масштабах часто ограничена затратами и инвазивностью традиционных методов отбора проб. Пробопробник с уловушкой минералов предлагает практичную и недорогую альтернативу для мониторинга реактивных минеральных пластов на месте без необходимости дополнительного бурения или извлечения керна. Разворачиваемый в интервале экранирования в скважине мониторинга, пробоотборник пассивно собирает минеральные осадки и микробную биомассу в течение не менее тридцати дней. После извлечения пробоотборник вакуумно запечатывается и транспортируется на льду в лабораторию для анализа с использованием стандартных коммерческих методов. Эта инновация позволяет учёным и инженерам оценивать как скорость, так и пространственное распределение минеральных осадков, предоставляя ценные сведения о подземных условиях. Предоставляя применимые данные о формировании минералов и микробной активности, пробообразник для ловушек поддерживает оценку эффективности и помогает направлять стратегии оптимизации систем ремедиации. Его простота и доступность делают его полезным инструментом для улучшения характеристик участка и долгосрочного управления.
Введение
Рекультивация хлорированных растворителей и металлических загрязнителей в подземных водах часто зависит от образования, растворения или преобразования реактивных минералов, которые разлагают или удерживают загрязнители. Инъекции органических источников углерода (например, лактата, патоки, эмульгированного растительного масла) стимулируют местные бактерии, восстанавливающие железо и сульфаты, которые производят сероводород и восстановленное железо. Они реагируют с образованием сульфидных железных минералов — в первую очередь макинавита (FeS) и пирита (FeS 2), которые абиотически преобразуют хлорированные летучие органические соединения (CVOC)1,2,3,4,5,6.
Прямая полевая проверка образования целевых реактивных минералов может улучшить оптимизацию корационных стратегий, способствуя созданию условий, максимизирующих развитие минералов и, соответственно, потенциал абиотической деградации хлорированных летучих органических соединений (CVOC). Однако оценки образования минералов обычно выводятся по индикаторам водной фазы (то есть анализу грунтовых вод) из-за значительных логистических и финансовых ограничений, связанных с получением твёрдыхобразцов 7,8. Традиционная оценка реактивного образования минералов основана на определении изменений твёрдой фазы на основе измерений водной фазы. Можно собирать прямые твердофазные образцы, но для этого требуется дорогостоящее, дискретное бурение или керн для отбора проб почвы и горных пород, что также обычно связано с ограниченным пространственным покрытием и невозможностью сбора повторных образцов для оценки изменений со временем. Кроме того, бурение связано с увеличением времени, труда и рисков для безопасности здоровья. Эти ограничения часто препятствуют своевременной оптимизации корремедиационных стратегий и окончательному подтверждению наличия реактивных минералов.
Мин-Трап, далее называемый минеральной ловушкой, — это недорогое устройство для отбора проб на месте , предназначенное для мониторинговых скважин диаметром 2 дюйма и больше. Он состоит из нейлоновых «подушек», упакованных в твердофазную матрицу (например, кремнеземный песок или материал участка), помещённую в прорезный корпус изПВХ 9. Используемые в течение недель или месяцев под естественным потоком подземных вод, минеральные ловушки захватывают осадки без интрузивного бурения. После этого инкубационного периода из контрольной скважины удаляются минеральные ловушки, а песчаные подушки внутри ПВХ-корпуса отправляются на лабораторный анализ для выявления и количественной оценки минералов, захваченных при развертывании. Доступны дополнительные детали спецификаций конструкции минеральных ловушек, результаты лабораторных экспериментов и первичных полевых результатов, включая сравнение с образцами грунтовых кернов для валидации,10.
Ключевые преимущества подхода с минеральной ловушкой включают следующее: прямые физические доказательства реактивного образования минералов, устранение дорогостоящего, трудоёмкого керна, повторяемое отбор проб для отслеживания прогресса обработки, широкую адаптивность к любым минералообразующим обработке и возможность настройки подушечной матрицы (например, песка, глины, почвы участка, почвы участка с добавлением дополнения и т.д.).
Минералогические данные из минеральных ловушек могут направлять все этапы программы устранения — от первоначальной характеристики участка и теста на технико-экономическое обоснование до оптимизации и долгосрочного мониторинга. Обеспечивая экономически эффективный инструмент для документирования и проверки процессов очистки, основанных на минералах, минеральный ловушка повышает надёжность и прозрачность очистки подземных вод. Минеральная ловушка особенно применима для мониторинга реактивного образования минералов во время химического восстановления in situ (ISCR) и/или усиленной редуктивной дехлоризации (ERD) для лечения CVOC. Данные из минеральных ловушек, собранных со временем, могут использоваться для информирования переходов от активной к пассивной фазе рекультивации.
Кроме того, в настоящее время минеральная ловушка адаптируется для облегчения измерения коэффициентов распределения полей загрязняющих веществ (Kd-поле) с целью оценки возможности использования иммобилизирующих загрязнителей, таких как пер- и полифторалкиловые вещества (PFAS), в подземных слоях в качестве стратегии очистки. Текущие эксперименты используют пробоотборники для минеральных ловушек в качестве микрокосмов, развернутых в полевых условиях, для сравнения Kd-поля неизменённой почвы на участке с почвой, измененной коллоидными продуктами углерода. Использование отборника для минеральных ловушек в этом подходе демонстрирует явные предельные преимущества, обеспечивая прямое сравнение загрязнителей и распределения почвы на месте между почвой родных территорий и добавление сорбентных добавок. Эта адаптация может предоставить важные доказательства для проектирования применения коллоидного углерода в подповерхностных слоях, а также других потенциальных применений.
Пробообразник для ловушки минералов может использоваться для сбора образцов минеральных осадков из различных геохимических сред и оценки различных процессов рекульциации. Протокол, описанный ниже, является универсальным и, как правило, подходит для большинства применений. Однако конкретные аспекты, такие как время инкубации, частота отбора проб, материал опорной матрицы и используемые аналитические методы, должны быть адаптированы к конкретному ожидаемому геохимическому процессу и условиям участка.
Протокол
Реагенты и оборудование, использованные в этом исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Планирование оценки участка
- Выберите матрицу для использования внутри минеральных ловушей. Смотрите раздел «Обсуждение» для получения дополнительной информации о матрицах минеральных ловушек. Если используется стандартная оттавская песчаная матрица, переходите к развертыванию в полевых условиях. Если используется грунт на участке, переходите к шагам 1.1.1-1.1.2.
- Сверлите, пробурите керн или используйте другие способы для сбора 250-300 г материала.
- Отправьте поставщику для включения в сэмплер.
ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от целей проекта керны могут потребоваться транспортировки в анаэробных условиях с помощью вакуумно запечатанных пакетов и пакетов для сбора кислорода.
2. Полевое развертывание
- Получите устройство у продавца. См. рисунок 1 для изображения сэмплера, предоставленногопоставщиком 11.
- Очистить колодец, как будто пробуешь.
- Привяжите нейлоновую верёвку к затвору на верхней части корпуса минерального ловуна и соедините с крышкой скважины с помощью длины верёвки, достигающей нужной точки внутри экрана.
- Размещайте минеральные ловушки непосредственно в промежутке скрининга в скважине мониторинга, аналогично другим коммерчески доступным проборам пассивной диффузии, таким как пассивные диффузионные пробоотборники (https ://itrcweb.org/teams/projects/diffusion-passive-samplers), био-ловушки (https ://microbe.com/bio-trap-samplers/) и Hydrasleeve (https ://hydrasleeve.com/).
ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительные минеральные ловушки могут быть соединены в виде «цепочки ромашек». - При необходимости прикрепите груз к нижнему затвору, чтобы помочь проникать глубже внутри экрана.
Рисунок 1: Пробоотборник для ловушки минералов . Минеральная ловушка лежит на боку (вверх справа), полностью собрана (сверху), готова к установке в мониторинговой скважине и открыта (снизу), показывая несколько отдельных песчаных «подушек», которые можно отдельно снять и отправить на лабораторный анализ. Многие аспекты пробосборников для ловушек минералов можно модифицировать в зависимости от потребностей проекта. Сюда входят длина корпуса, размеры сетчатой вставки, а также количество, размеры и материал подушек. Адаптировано из Divine и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
3. Извлечение и сохранение
- Оставьте пробообразник для ловушки минералов в мониторинговой скважине на желаемый интервал развертывания (обычно 1-2 месяца).
ПРИМЕЧАНИЕ: Для определения оптимального периода развертывания руководители проектов могут обратиться к существующей литературе об идеальных геохимических условиях образования сульфида железа в стратегиях усиленной ремедиации12. - Соберите следующие материалы для извлечения, как показано на рисунке 2, включая: вакуумные и вакуумные пакеты для запечатывания (альтернативно могут использоваться анаэробные GENbags), электрический источник питания (при необходимости), ножницы, камеру, белую доску (не менее 24 дюймов в диаметре), маркеры для сухой стирки, линейку, постоянные маркеры, герметизируемые полиэтиленовые пакеты на 1 галлон, бумажные полотенца, холодильники, и лёд.
- Организуйте рабочую зону для быстрого и эффективного извлечения минеральных ловушек.
- Наполните холодильники льдом.
- Маркируйте мешок с пробопроводом названием участка, названием скважины, датой отбора, лабораторией назначения, желаемым анализом и инициалами пробоотборника.
- Если используется вакуумный герметик, а не GENbag, запечатайте три из четырёх сторон пакета, оставляя одну сторону открытой для вставки образцов минеральных ловушек.
- Запустите таймер, чтобы с момента извлечения устройства из колодца до вакуумной герметизации подушек прошло менее 15 минут.
- Аккуратно потяньте нейлоновую верёвку, чтобы удалить минеральный сифон из скважины.
- Обозначайте любой осадок (серый, чёрный или коричневый материал) на или запахи от корпуса минерального ловушка.
- Сфотографируйте внешний вид корпуса.
- Открутите верхнюю часть минерального лову, чтобы открыть внутреннюю сетчатую вставку из подушек с материалом (рисунок 3).
- Обозначьте и/или сфотографируйте любой осадок на сетчатой вставке.
- Используйте ножницы, чтобы разрезать петлю или стяжку, которая крепит сетчатую вставку к верхней части корпуса.
- Вставьте сетчатую вставку внутрь GENbag или вакуумный пакет и сразу же запечатайте.
- Двойной пакет проба упаковывают в большой (то есть один галлон) пакет с молнией.
- Сфотографируйте образец.
- Немедленно положите образец в холодильник на лёд.
- Остановите таймер и запишите прошедшее время в журнал поля.
- Повторяйте по мере необходимости для каждой скважины, всегда держа образцы на льду.
- Завершить цепочку хранения.
- Надёжно упаковывайте холодильник и отправляйте его в лаборатории для доставки ночью.
ПРИМЕЧАНИЕ: Максимальное время ожидания перед попаданием в лабораторию составляет 48 часов. Убедитесь, что образцы никогда не бывают холоднее -18 °C. Криогенное хранение образцов (около -78°C) может вызвать превращение макинавита в пирит до проведенияанализов 14. Этот эффект не проявился при хранении образцов при умеренных условиях замерзания (-18 °C).15. Образцы, собранные с помощью минеральных ловушек, подходят для многих анализов. В таблице 1 ниже приведены аналитические методы, использованные на образцах минеральных ловушек, а также ссылки по мере необходимости. Высокое содержание кварца в стандартной матрице кремнеземного песка может исключать использование XRD-анализов, поэтому можно рассмотреть альтернативные типы опорных сред для более эффективного использования XRD.
Рисунок 2: Фотография полевого оборудования (по часовой стрелке от верхнего левого угла). (A) Белая доска; (B) маркеры для сухого стирания; (C) ножницы (зелёные и синие); (D) вакуумный герметик; (E) коробка латексных перчаток; (F) вакуумные пакеты; (G) пакеты с поглощателями кислорода для хранения пищи; и (H) полевый тетрадь. Адаптировано из Divine и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3: Фотографии с полевым оборудованием (по часовой стрелке от верхнего левого угла). (A) удаление минеральных ловушек из мониторинговой скважины; (B) вырезание и разделение отдельных подушек с минеральными ловушками; (C) два образца подушки с минеральной ловушкой, запечатанные кислородным поглощающим веществом; (D) два образца подушки с минеральными ловушками, запечатанные кислородным поглощающим веществом (обратите внимание на чёрную окраску, указывающую на наличие сульфидных минералов железа); (E) два обнаруженных и открытых минеральных ловушек перед отбором проб (обратите внимание на чёрную окраску, указывающую на наличие сульфидных железных минералов). Адаптировано из Divine и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Результаты
Ниже приведены четыре примера применения минеральных ловушек для документирования образования целевых минералов.
Пример 1
Биоремедиация in situ реализуется на этом объекте уже более 10 лет посредством инъекции растворимого, ферментируемого источника углерода для обработки трихлорэтена и связанных с ним соединений. Водные геохимические данные с мониторинговых скважин показывают, что сульфаторедуцирующие условия сохраняются уже много лет, а повышенные концентрации цис-1,2-DCE и других дочерних продуктов подтверждают, что микробно опосредованные редуктивные процессы дехлоризации хорошо установлены. Для подтверждения активного образования сульфида железа на месте были установлены пробообразные устройства для уловителей минералов. Пробоотборники с минеральными ловушками устанавливались в мониторинговых скважинах примерно пять месяцев, после чего образцы анализировались на общий уровень железа, AMIBA и сканирующую электронную микроскопию-энергетическую дисперсионную рентгеновскую спектроскопию (SEM-EDS). Были зафиксированы повышенные концентрации общего Fe (100 мг/кг), CrES Fe²⁺ (44 мг/кг) и CrES (41 мг/кг). Элементное картирование с изображений SEM-EDS (рисунок 4) ясно демонстрирует совместное расположение железа и серы. В совокупности эти результаты дают убедительные доказательства того, что рекультивационная деятельность привела к активному in situ осадке сульфидов железа. В отличие от этого, отсутствие экстрируемого Fe²⁺ и сульфида, а также отсутствие со-локационного железа и серы в анализах SEM-EDS, указывают на отсутствие сульфидов железа в образце.
Рисунок 4: Карты элементов SEM-EDS этого образца минеральной ловушки, показывающие пространственное расположение Fe и S (в центре и справа ).Шкалы: 25 мкм. Адаптировано из Divine и др.15. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Пример 2
Подземные воды, загрязнённые растворённым никелем, обрабатывались путём инъекции растворимого, ферментируемого источника углерода для стимулирования минерального осадка никеля через микробно опосредованное образование твердофазных сульфидов никеля (NiS). Снижение концентраций растворённого никеля наблюдалось в мониторинговых скважинах, а для подтверждения того, что эти снижения вызваны осадками никеля как NiS, использовались пробоотборники для уловки минералов. В мониторинговых скважинах в течение 64 дней размещались минеральные ловушки с стерильным песком, после чего образцы анализировались на общий уровень никеля, никель, измеренный с помощью одновременно экстракционного анализа металлов/кислотных летучих сульфидов (SEM/AVS), который указывает на Ni-S комплексы, а также сканирующей электронной микроскопии-дисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS). Повышенные концентрации никеля были обнаружены во всех образцах минеральных ловушек: общий уровень никеля варьировался от 5,2 до 89 мг/кг, а никель с помощью SEM/AVS — от 3,7 до 100 мг/кг. Элементное отображение с изображения SEM-EDS одного образца (рисунок 5) демонстрирует колокацию никеля и серы. В совокупности эти результаты подтверждают, что рекультивационные мероприятия приводили к in situ осадкам и секвестрации никеля, включая NiS. Кроме того, общие измерения железа и другие данные SEM показывают, что часть никеля может быть связана с несульфидными железными минералами (данные не представлены).
Рисунок 5: Элементные карты SEM-EDS образца минерального ловушка, показывающие пространственное расположение S (слева) и Ni (справа ).Шкалы: 1 мкм. Адаптировано из Divine и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Пример 3
Минеральная ловушка с стерильной почвой была установлена на месте, где вводился растворимый ферментируемый углеродный раствор, а подповерхность была умеренно нагрета (повышение температуры примерно на 5-15 °C) для стимулирования биоремедиации in situ 16. После инкубационного периода примерно четыре месяца образец минеральной ловушки был проанализирован на микробиологические характеристики с помощью передовых методов qPCR компании Microbial Insight, известных как QuantArray-MIC и анализы CENSUS qPCR-AHY (https://microbe.com/quantarray-mic/). Эти данные (рисунок 6) дают представление о редокс-равновесии/геохимических условиях и численности ключевых микробных групп, важных для формирования реактивных видов железных минералов. Минеральная ловушка была стерильной при развертывании, поэтому все микроорганизмы, обнаруженные qPCR, представляют собой in situ колонизаторы, сформировавшиеся в инкубационный период. Например, три наиболее распространённых объекта в образце минеральной ловушки были идентифицированы как ферментеры (FER), IRB и SRB (обозначены как APS на рисунке 6), что указывает на активные микробные процессы, соответствующие наблюдаемым окислительным условиям. Ферментаторы — это анаэробные бактерии, которые метаболизируют органические углеродные субстраты для производства органических кислот и водорода. Производство водорода, в свою очередь, способствует росту других организмов, связанных с MIC, включая SRB. IRB восстанавливает нерастворимое железо железа до растворимого железного железа, что потенциально способствует доступности железного железа для реактивного образования железных минералов. SRB потребляет водород и производит сероводород. Сероводород, в свою очередь, может реагировать с доступным железом, образуя реактивные сульфиды железа. Хотя методы, основанные на ДНК, не определяют напрямую количественную активность ферментов, наличие и доминирование этих организмов в ранее стерильном субстрате сильно подтверждают текущие биогеохимические реакции, способствующие реактивному образованию минералов. В целом, результаты дают полезное представление о относительной численности ключевых микробных групп, участвующих в редокс-реакциях, и образовании реактивных сульфидных минералов железа. Эти результаты соответствуют и объясняют более чем 99,9% снижение концентрации CVOC в этой скважине и значительное изменение молярной массы на этен и этан (рисунок 7), а также связанное с этим снижение количества хлора (среднее количество хлоров для хлорированных этинов, измеренное в образце). Эти результаты показывают, что редуктивная дехлоризация была усилена и проходит через детоксикацию.
Рисунок 6: QuantArray-MIC и CENSUS qPCR-AHY получены из минеральной ловушки, собранной в мониторинговой скважине после 4-месячного инкубационного периода. Адаптировано из Divine и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 7: Изменения молярной массы во времени от более хлорированных этинов к этен и этану в концентрациях подземных вод, а также связанное с этим снижение количества хлора (среднее количество хлоров для хлорированных этинов, измеренное в образце). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Пример 4
Минеральные ловушки могут использоваться in situ для эффективного измерения относительного распределения загрязняющих веществ между почвой и грунтовыми водами. Поскольку пробоотборники с минеральными ловушками работают в условиях потока, биогеохимически активных полей, значения отражают эффективные коэффициенты распределения (Kd-eff), охватывающие как сорбтивные, так и микробно-опосредованные процессы удержания, а не равновесные параметры партийной сорбции. Таким образом, Kd-eff может быть более полезным, чем лабораторно полученные значения Kd, поскольку отражает реальное поведение сорбции, наблюдаемое в полевых условиях. В качестве пилотного исследования на участке, загрязнённом пер- и полифторалкиловыми веществами (PFAS), были установлены минеральные ловушки с индивидуальной матрицей поддержки и оценки эффективности сорбции загрязняющих веществ на коллоидном углеродном продукте. В этой экспериментальной конструкции три минеральных ловушка были размещены в отдельных скважинах на 30 дней. Минеральные подушки заполнялись либо почвой участка, либо песком Оттавы (для определения пригодности песка как заместителя почвы участка), либо почвой, смешанной с продуктом активированного угля. После извлечения ловушек из каждой скважины также собирались грунтовые воды, а подземные воды и три матрицы из каждого места анализировались по методу EPA 1633. Индивидуальные и суммированные коэффициенты сорбции PFAS рассчитывались путём деления концентрации в твердом теле (мг/кг) на концентрацию в подземных водах (мг/л). Суммированные значения PFAS Kd-eff, рассчитанные для каждой мониторинговой скважины и матрицы, показаны на рисунке 8 ниже.
Рисунок 8: Коэффициенты сорбции суммированных PFAS по расположению и матрице. Эти результаты показывают, что продукт активированного угля значительно увеличивал сорбцию загрязнителей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Секвенирование ампликонов 16S рРНК также проводилось на каждой матрице из каждого места для исследовательских целей. Хотя состав микробных сообществ, по-видимому, ближе коррелирует с опорной матрицей, чем с расположением скважины (рисунок 9), ожидается, что больше наборов данных будет прояснять закономерности у бактерий, связанных с PFAS.
Рисунок 9: Иерархическая кластерная дендрограмма классификаций на уровне рода из образцов минеральных ловушек. Более похожие друг на друга сэмплы сгруппированы вместе, поэтому более короткие строчки обозначают большее сходство. Например, образец углерода MW-7 похож на углеродный MW-1, но сильно отличается от песка MW-8. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
В совокупности эти результаты демонстрируют ценность пробообразников минеральных ловушек для борьбы с появляющимися загрязнителями и формирования стратегий их устранения. Этот подход позволяет количественно оценить эффективную сорбцию загрязняющих веществ и на месте отбор проб микробных сообществ в подземных водах, подвергшихся воздействию PFAS. Важно, что эта техника наиболее полезна как сравнительный инструмент, например, для оценки относительной эффективности различных сорбентов между ловушками, а не как средство прямого отражения условий равновесия в подповерхности.
| Анализ | Цель | Использовать Study | |
| Оценка водной и минеральной биоремедиации (AMIBA) • Кислотный летучий сульфид (AVS) • Сульфиды, извлекаемые хромом (CrES) • Сильное кислоторастворимое железо и железо железа (SAS-Fe) • Слабокислотно растворимое железо и железо железа (WAS-Fe) | Биогеохимия железа и серы | Ульрих и др. (2021a) Дивайн и др. (2023a) | |
| Сканирующая электронная микроскопия/энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (SEM/EDS) | Минералогия и элементный состав | Дивайн и др. (2023a) | |
| Общее количество металлов, включая общее количество железа (методы USEPA 3050B и 6020) | Состав металла | Дивайн и др. (2023a) | |
| Рентгеновская дифракция (XRD)* | Идентификация кристаллических минералов | ||
| Магнитная восприимчивость | Состав магнетита | ||
| Количественная полимеразная цепная реакция (qPCR) и QuantArray | Концентрация микробной популяции | Дивайн и др. (2023a) | |
| Секвенирование ДНК (16S рРНК, ITS) | Состав микробных сообществ | ||
Таблица 1: Потенциальные анализы, применимые к образцам, собранным с помощью пробообразников для минеральных ловушек.
Обсуждение
Несколько этапов протокола критически важны для его успеха. Во-первых, все подготовительные действия, обеспечивающие быстрое и эффективное извлечение минеральных ловушек, необходимы для предотвращения воздействия образцов и поддержания целостности. Самое главное — минеральные ловушки должны быть размещены в анаэробных условиях как можно скорее после забора.
При выборе нестандартной матрицы могут потребоваться изменения протокола для приобретения матрицы минеральных ловушек. Стандартная конструкция использует оттавский кремнезёмный песок. Преимущества этой матрицы включают высокую гидравлическую проводимость и пористость, сходство с материалами многих песчаных аллювиальных водоносных горизонтов и отсутствие содержания железногожелеза 9. Почва на участке — это распространённая нестандартная матрица, поэтому инструкции по забору почвы на участке включены в основной протокол. Почва или песок, смешанные с средствами очистки, такими как коллоидный углерод, также могут использоваться в минеральных ловушках. Кроме того, протокол может быть адаптирован с учётом лучших практик для различных полевых экипажей, учитывая требования к персоналу и документации.
Пробоотборник с минеральными ловушками решает многие задачи, связанные с бурением и отбором керна для минералогического отбора, но у него также есть свои ограничения. Во-первых, матрица отбора проб внутри минеральной ловушки может неточно отражать материал водоносного горизонта участка. Например, стандартный оттавский песок хорошо работает в песчаных водоносных горизонтах, но менее характерен для илистых или глинистых сред. Часто используется почва на участке в качестве альтернативы, хотя её бывает сложно добыть. Кроме того, поскольку в мониторинговых скважинах необходимо устанавливать минеральные ловушки, места отбора проб ограничены существующими скважинами или скважинами. Наконец, данные с пробообразников минеральных ловушек не следует считать прямой заменой массового геохимического отбора.
Минеральные ловушки имеют несколько дополнительных потенциальных применений, помимо описанных выше примеров. К ним относятся методы очистки, направленные на осаждение других металлических загрязнителей, таких как мышьяк, хром и уран, в виде сульфидов, оксидов железа или фосфатных минералов путём введения редуктивов, окислителей, фосфатов и/или кислотных или щелочных растворов. Ожидается, что описанная выше процедура будет широко применима; однако для анализа образцов могут потребоваться альтернативные аналитические методы в зависимости от целевого загрязнителя и фазы минерала.
Раскрытие информации
Авторы Таггарт и Уорд работают в компании Microbial Insights, которая имеет эксклюзивную лицензию на производство и продажу мини-ловушек. Авторы Дивайн, Юстисия-Леон, Мартин Тилтон, Картер и Зардузиан работают в Arcadis, которая является патентным правообладателем Min-Trap.
Благодарности
Финансирование и поддержка этой работы осуществлялись через Satellite — глобальную инновационную программу для Arcadis (http://www.lovinklaan.nl/en/programs/imagine-satellite/) и ESTCP (проект ER19-5190).
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 18-дюймовая нержавеющая линейка | Staples (www.staples.com) | 2772901 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Герметичные полиэтиленовые мешки объемом 1 галлон | Staples (www.staples.com) | 24401543 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Генератор Honda мощностью 2200 ватт | Home Depot (www.homedepot.com)) | 316604378 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| 5-говые пакеты с кислородным сорбентом для хранения пищевых продуктов | Amazon (www.amazon.com) | 7.47607E+11 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Кулеры | Staples (www.staples.com) | 24299978 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Цифровая камера | Альтернативные модели могут быть приемлемыми | ||
| Маркеры сухого стирания | Staples (www.staples.com) | 24398946 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Белая доска с сухим стиранием (не менее 24 дюймов в диаметре) и | Staples (www.staples.com) | 814930 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| GENbag Анаэробные | bioMé Рьё (https://biomerieuxdirect.com/biomerieux) | 45534 | Анаэробные GENbags (https://biomerieuxdirect.com/) — герметичные пакеты с генераторным пакетом, поглощающим кислород и выделяющим углекислый газ, могут использоваться для быстрого образования анаэробной атмосферы для сохранения и хранения образцов Min-Trap. |
| Лёд | Местный магазин у дома | ||
| Мин-Трап-сэмплеры | Microbial Insights, Inc. (https://microbe.com/min-trap-sampler/) | NA | (Патент США 11,002,643 B1) |
| Нейлоновая верёвка | Staples (www.staples.com) | 191591 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Бумажные полотенца | Staples (www.staples.com) | 2126874 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Перманентный маркер | Staples (www.staples.com) | 125328 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Ножницы | Staples (www.staples.com) | 24380498 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Вакуумный герметик | Кабелас (www.cabelas.com) | 100113832 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
| Вакуумная упаковка (8-on) | Кабелас (www.cabelas.com) | 2514954 | Альтернативные модели могут быть приемлемыми |
Ссылки
- 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).
Перепечатки и разрешения
Теги
