Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

قياس ملوثات التعدين استنادا الكربون عن طريق الجمع بين CO doi: 10.3791/53233 Published: October 21, 2016

Abstract

ووصف الطريقة التي يستخدم غياب الكربون المشع في المواد الكيميائية الصناعية وأنواع الوقود المصنوعة من المواد الأولية النفطية التي كثيرا ما يلوث البيئة. هذه الإشارة الكربون المشع - أو بالأحرى عدم وجود إشارة - وتوزع بالتساوي في جميع أنحاء حوض مصدر الملوثات (خلافا للالتتبع المضافة) ولا تتأثر العمليات الفيزيائية (على سبيل المثال، C معدل التحلل الإشعاعي 14 غير قابل للتغيير) بيولوجية أو كيميائية أو. إذا كان ملوثا المستمدة من الوقود الأحفوري وينحل تماما إلى CO وغير مؤذية المنتج النهائي، أن CO 2 سوف لا تحتوي على الكربون المشع. سوف CO 2 المستمدة من المواد العضوية الطبيعية (NOM) تدهور تعكس محتوى NOM الكربون المشع (عادة <30000 سنة). وبالنظر إلى محتوى الكربون المشع المعروف NOM (خلفية الموقع)، وهو نموذج خلط اثنين نهاية عضوا يمكن استخدامها لتحديد CO 2 مستمدة من مصدر الأحفوري في غاز التربة أو المياه الجوفية عينة معينة. اقتران صCO ercent 2 المستمدة من الملوثات مع معدل التنفس CO 2 تقديرا للالمبلغ الإجمالي من الملوثات المتدهورة في وحدة الزمن. وأخيرا، وتحديد منطقة نفوذ (ZOI) تمثل حجم من التي يتم جمعها موقع CO 2 يسمح بتحديد تدهور الملوثات في وحدة الزمن والحجم. جنبا إلى جنب مع تقديرات لمجموع كتلة الملوثات، وهذا يمكن في نهاية المطاف أن تستخدم لحساب الوقت للوصول الى علاجها أو استخدامها من قبل مديري المواقع لاتخاذ القرارات.

Introduction

تكاليف تنظيف البيئة مذهلة، مع العديد من المواقع الملوثة في الولايات المتحدة والخارج. وهذا يجعل استراتيجيات العلاج والمراقبة المبتكرة الضرورية للوصول إلى استجابة كاملة (RC) حالة (على سبيل المثال، أي إجراء آخر حاجة) اقتصاديا. تقليديا، وقد أثبتت خطوط الأدلة المتقاربة في المعالجة البيولوجية خارج الموقع، وتحويل الملوثات اللاأحيائي، أو غيرها من التوهين الطبيعي الأشكال. خطوط الأدلة لا يمكن أن تستخدم لتأكيد على الاطلاق تدهور أو لجمع المعلومات معدل تدهور الملوثات تحت الشروط في الوضع الطبيعي 1. وقد جمع مجموعة واسعة من البيانات للتنبؤ الزمني المعالجة (ق) وكثيرا ما أوصى، ولكن ربط هذه البيانات فعالية من حيث التكلفة لتأكيد على الاطلاق معالجة إشكالية 2-4. الحصول على الموقع بيانات النموذج المفاهيمي الأكثر واقعية وكاملة مع تكلفة أقل قدر ممكن هو الهدف النهائي إدارة الموقع. وعلاوة على ذلك، منظم وstakeholوتمثل مطالب دير برامج تشغيل إضافية للحصول على الأكثر في الوقت المناسب، معلومات قيمة وفعالة من حيث التكلفة. طرق غير مكلفة نسبيا قادرة على توفير أدلة دامغة لمعدلات دوران الملوثات توفر أفضل قيمة لتحقيق أهداف التنظيف.

بسبب عدم والتوقيعات النظائر واضحة للغاية المتاحة في الملوثات الكربونية، وقد تم تطبيقها نظائر الكربون في الآونة الأخيرة لفهم عمليات تخفيف الملوثات في المواقع الميدانية 5-13. نظائر الكربون مستقرة يمكن أن تستخدم لتحديد ما إذا كان المخففة استنادا لمصدر على حركية رايلي التقطير (راجع 5،6 للاستعراضات). هذه المنهجية، في حين مريحة، قد تكون محدودة عندما الملوثات هي من مصادر مختلفة - أو لا تمثل نظائريا فريد "الانطلاق" تسرب (من الذي يمكن أن تستمد مستقرة نسب نظائر الكربون الأولية). يمثل تحليل الكربون المشع وفرة الطبيعي بديلا (وربما مكملة) النظائر الواحدrategy لقياس تدهور الملوثات الكربونية في شركة 2. والوقود والمواد الكيميائية الصناعية المشتقة من المواد الأولية النفطية أن يكون خاليا تماما من 14 C نسبة إلى (الدراجات بنشاط) الكربون المعاصر، والذي يحتوي على 14 C التي تم إنشاؤها من خلال ردود الفعل الأشعة الكونية في الغلاف الجوي. تحليل الكربون المشع لا يخضع للتجزئة كما هو مستقر تحليل نظائر الكربون، ولا يتأثر 14 C تسوس بشكل كبير من خلال عمليات فيزيائية أو كيميائية أو. وعلاوة على ذلك، إشارة 14 C - أو عدم وجودها - في المواد المشتقة من البترول وتوزع بالتساوي في جميع أنحاء حوض السباحة الملوثة مما يجعلها غير قابلة للامتزاج التتبع الكامل. تقنية الموضحة هنا تعتمد على ملاحظة أن أي CO 2 المتولدة من الوقود الأحفوري الملوث المستمدة سيكون خاليا من 14 مئوية في حين CO 2 الناتجة عن الكائنات الدقيقة المهينة NOM سوف تحتوي على كميات يسهل قياسها من 14 C. قياس14 CO 2 أيضا يسمح احد لربط مباشرة تدهور الملوثات الكامل (أي تمعدن) إلى المنتج النهائي غير مؤذية.

وقد استخدم 14 CO 2 تحليل لمتابعة الأحفوري منتجات تحلل الملوثات المستمدة من الوقود 7-13. هذا ويرجع ذلك إلى قرار التحليلي بين أعضاء نهاية (الأحفورية والمعاصرة) وهو ما يقرب من 1100 جزء في الألف (‰). عموما، يتم استخدام مسرع قياس الطيف الكتلي (AMS) لحل الكربون المشع وفرة الطبيعي. الغلاف الجوي CO 2 (~ + 200 ‰) الذين يعيشون الكتلة الحيوية (~ + 150 ‰) والتربة العضوية المستمدة مسألة CO 2 (~ -200- + 100 ‰) كلها متميزة من الناحية التحليلية المستمدة من الوقود الأحفوري CO 2 (-1000 ‰). ويرجع ذلك إلى الاضمحلال الكامل لجميع 14 C، الذي لديه نصف عمر ما يقرب من 6000 سنة هذا. الوقود والمواد الكيميائية الصناعية المشتقة من المواد الأولية النفطية، والتي هي ملايين السنين إزالتها من الدراجات الكربون النشط، الحصول على توقيع الكربون المشع متميز (-1000 ‰ ≈ 0٪ الحديث - يعني أي كشف على AMS). قياس واضح وصريح ومن حيث تلوث العينة، تقريبا كل التحيزات المحتملة تجاه المحافظة (تلوث العينة مع CO الحديث 2). على سبيل المثال، CO في الغلاف الجوي 2 الدخول في عينة من شأنه أن يزيد من الكربون المشع توقيع النظائر، وبالتالي تتسبب في التقليل من معدل تدهور.

CO 2 تطورت من تدهور الملوثات الوقود الأحفوري تستند سوف تكون خالية من الكربون المشع. في موقع أساسي مع عدم وجود تلوث، CO 2 respired من المواد العضوية الطبيعية (NOM) سوف يكون سن مناسبة لNOM. ضمن عمود أو على هامش، والملوثات المستمدة من CO 2 يكون 0٪ الكربون الحديث. CO 2 من مصادر NOM وCO 2 المستمدة من مصادر الأحفوري يمكن تمييزها مع أعضاء نهاية اثنين خلط نموذج 11. بالتالي فمن الممكن estimaالشركة المصرية للاتصالات نسبة CO 2 تجمع بأكمله (الكربون respired) ناجمة عن الملوثات. استخدام فقط هذه النسبة، الأحفوري النفط والغاز أو الأكسدة الكيميائية الصناعية في المواقع الميدانية تم تأكيد 7-13. هذه النسبة من الملوثات المستمدة CO 2 ويمكن بعد ذلك أن يقترن مع معدل تمعدن CO 2 (جميع CO 2 التي تم جمعها في وحدة الزمن والحجم) لتحديد جوهري معدل تمعدن الملوث. وبفرض هذه النسبة توهين الاستمرار في الظروف موقع معين، يمكن للمرء أن ثم تقدير الوقت اللازم لإغلاق الموقع.

تتوفر لتحديد التربة الأفق CO 2 تدفقات مع أساليب ذات مفتوح أو مغلق نظام تصاميم 14 التقنيات. وقد استخدمت غرف تدفق نظام مغلق ونماذج تدفق الغاز لتحديد صافي التنفس في التربة الملوثة 12،13،15-17. في هذه الدراسات والقياسات المكانية المرتبطة مباشرة مع حجم الملوثات ومع backgrouالمناطق ND أظهرت تعزيز تحلل من الملوثات العضوية. واستخدمت أساليب النمذجة المختلفة لتوسيع نطاق قياسات التدفق الرأسي لحجم الموقع. وكان الهدف من هذه الدراسة إلى تطوير أساليب جمع وافرة CO 2 لتحليل AMS (~ 1 ملغ) من دون تأثير من الغلاف الجوي CO 2 تلوث (آبار مختومة) أثناء استخدام نسبة التحصيل لتحديد التنفس الملوثات. وأخيرا، والنمذجة منطقة نفوذ (ZOI) لتوسيع نطاق في نهاية المطاف القياس إلى 3 أبعاد (حجم) سمح تحديد تحويل الهيدروكربونات المكلورة (CH) على كل وحدة وحدة وأساس وحدة زمنية في. وZOI يسمح احد لتحديد مقدار حجم تؤخذ قياسات التنفس والكربون المشع من. يتكون أسلوب محاصرة تطور CO 2 بإعادة تدوير غاز فراغ الرأس جيدا من خلال فخ هيدروكسيد الصوديوم، وقياس محتوى الكربون المشع من ثاني أكسيد الكربون التي تم جمعها وذلك باستخدام نموذج اثنين نهاية عضوا تقسيم CO 2 التي تم جمعها لملوثات أوريالجن، ثم التوسع في القياس إلى وحدة تخزين تحسب نموذج المياه الجوفية للموقع المحدد. وتعميمها على الغاز بشكل جيد فراغ الرأس بحيث توازن فقط عمليات "سحب" CO 2 من ZOI المجاورة.

Protocol

1. إعداد وتركيب الميدان

  1. شراء المعدات الميدانية اللازمة؛ مضخات، والطاقة (البطاريات، والطاقة الشمسية، والمحولات، وما إلى ذلك)، وأنابيب، وأيضا القبعات، والتجهيزات، وقارورة العينة والزجاجات، والمسابير (درجة الحموضة، إيه، وما إلى ذلك) والمضخات ذات الجهد المنخفض.
  2. ختم مضخات الهواء التي تعمل بالبطارية. حفر حفرة في السكن مضخة (حجم 53) وتوجيه قطعة قصيرة (3-5 ") من 1/16" أنابيب بلاستيكية غير منفذة الغاز (على سبيل المثال PFA).
    1. اغلاق جميع الأجزاء الخارجية للمضخة (حوالي السكن المطاط أقل) مع تسرب البحرية تليها طبقة من تسرب السيليكون.
    2. اختبارات ضغط المضخات التي تهب بلطف في الأنبوب السكن في حين وقف تدفق. تحقق من وجود تسرب بصريا.
      ملاحظة: ضغط الضوء ينبغي أن تعقد إذا لم يكن هناك تسرب الهواء (الشكل 1).
  3. تثبيت آبار مراقبة إذا لزم الأمر (في هذه الدراسة الآبار الموجودة والمستخدمة - فحص عبر vadose: واجهة المياه الجوفية) 18 ملاحظة: يجب أن تكون واحدة بشكل جيد خلفية جيدة في ممثل مكان الموقع الملوثة - ولكن مع عدم وجود تلوث الذي يعتمد على النفط المعروفة.
  4. الحصول أولي بيانات نمذجة المياه الجوفية إذا لم تكن موجودة (التوصيل الهيدروليكي، المسامية طبقة المياه الجوفية، كثافة التربة والمحصول المحدد، والانحدار الهيدروليكي، الخ) كما هو موضح 18. استخدام هذه البيانات لتطوير منطقة نفوذ (ZOI) نموذج (تقدير للمنطقة التقاط CO 2). إعداد نموذج ZOI كما هو موضح في المواد التكميلية 18.
  5. إعداد CO 2 الفخاخ وزنها عن طريق ~ 25 غ هيدروكسيد الصوديوم ونقل إلى زجاجة 100 مل مصل. سقف زجاجة المصل مع الحاجز وتجعيد بإحكام. إعداد فخ لكل مجموعة جيدة (الشكل 2)، بالإضافة إلى الحقل فارغا.
  6. إجراء أخذ العينات الجوفية الأولية حسب الحاجة للحصول على درجة الحموضة الأولية، حل الكربون غير العضوية (DIC) تركيزات وتركيزات الأيونات الموجبة 10،18. ملء 40 مل متقلبة أوتحليل غانيتش (VOA) قارورة، من أسفل إلى هلالة محدب مع المياه الجوفية (عينة عن طريق النازح، مضخة تحوي، أو خط فراغ)، إضافة 5 قطرات من المشبعة كبريتات النحاس 4 حل 19، الغطاء بإحكام (يجب استخدام قبعات الحاجز) مع اقل من فراغ الرأس ممكن.
    1. خذ قارورة إضافية للتحاليل أخرى (تركيزات الملوثات، على سبيل المثال). استخدام قارورة unpreserved لقياس درجة الحموضة إذا كان المقياس هو غير متوفر في هذا المجال. الثلاجة والنقل إلى المختبر.
  7. مسار خطوط الكهرباء (قادرة على تحمل ~ 1 أمبير) على الأرض أو وسيلة مريحة أخرى إلى كل بئر. يلصق مضخة المعدلة (انظر 1.2) وتأكد من أن مضخة جاهزة للعمل (يجب أن تكون قادرة على سماع ذلك العمل).
    ملاحظة: مضخات يمكن أن تستوعب 12 فولت ولكن استخدام الجهد أقل لحفظ الطاقة (الشكل 3).
  8. آبار كاب مع جيدا قبعات مانعة لتسرب الغاز المعدلة.
    1. لإعداد القبعات، وحفر اثنين من الثقوب (الحفر حجم 53) خلال مباراة دولية من أجل صالح بإحكام 1/16 "خطوط الغاز. خطوط الغاز الطريق اثنين من خلال الغطاء.
    2. سحب خط واحد بحيث أنها تقع على مقربة من المياه الجوفية (الشكل 4). يلصق جوز المقاوم للصدأ ثقيلا على نهاية من أجل تثقل على خط المرمى.
    3. مسار الخط الآخر أقل بقليل من الحد الأقصى (وهذا سوف يكون خط العودة الغاز). معطف السطوح الختم والمواضيع مع الشحوم فراغ كاف لكبح أي تبادل الهواء. تشديد على الغطاء جيدا.
    4. مسار أقل أنابيب في مدخل المضخة. توجيه خط الغاز من المضخة إلى فخ CO 2 (هيدروكسيد الصوديوم) باستخدام # قياس 16 إبرة من خلال الحاجز. توجيه خط العودة من فخ (باستخدام الثانية رقم 16 إبرة) إلى خط الغاز المنتهية في أسفل الغطاء.
    5. بدء تشغيل المضخة عن طريق توفير الطاقة وجمع لا يقل عن 30 مجلدات جيدا (هذا يعتمد على حجم البئر رئيس الفضاء. ويمكن أن يحسب مع دائرة نصف قطرها كذلك (ص) ومسافة تقدر على منسوب المياه الجوفية (ل)، أي πr 2 لتر). تجاهل الاعتراضات الأولية (لمسح فراغ الرأس).
    6. إزالة واستبدال مع الفخاخ جديدة قبل جمع CO تجريبي 2 من خلال سحب الإبر من الحاجز كل زجاجة ووضعها في الحاجز الزجاجة الجديدة. ملاحظة الوقت والتاريخ لمضخة بدوره على.

2. تحليل عينة الأولي

  1. لقياس مدينة دبي للإنترنت من قبل coulometry 20:
    1. نقل ثلاث نسخ 1 مل العينات الفرعية لقارورة المصل 40 مل توج مع الحاجز. تحمض العينات الفرعية مع 1 مل 80٪ H 3 PO 4. Sparge مع تيار الهواء الخالي من CO 2.
    2. تجفيف تطورت تيار غاز ثاني أكسيد الكربون (2) وفرك تمشيا مع المغنيسيوم متسلسل (CLO 4) (2) وهلام السيليكا (230-400 شبكة، 60 أ) الفخاخ. فقاعة تيار الغاز في خلية الكولوم حيث يتم استخدام فحص اللونية لتحديد CO 2. استخدام المواد المرجعية المعتمدة لمعايرة قياسات 21.
  2. قياسالرقم الهيدروجيني باستخدام معيار معايرة متر الرقم الهيدروجيني. قياس درجة الحموضة في الموقع أو على عينات محفوظة.
  3. قياس الكاتيونات الذائبة بواسطة اللوني ايون:
    1. الماصة 5 مل عينات المياه الجوفية unpreserved إلى الاوتوماتيكى قارورة. قارورة غطاء ومكان في الاوتوماتيكى بالإضافة إلى الكروماتوجرافي الأيوني.
    2. استخدام عمود الموجبة محددة لتحليل 10،18. استخدام 20 ملم حمض methanesulfonic كما شاطف وتدفق الكروماتوغرافي المقرر أن ~ 0.7 مل دقيقة -1.
    3. تمييع الحل الأسهم من 6 المعايير الموجبة (التي تحتوي على المغنيسيوم، الكالسيوم، الصوديوم، والبوتاسيوم كحد أدنى) 0.5: 4.5، 1: 4، 2: 3، 3: 2، و 4: 1 باستخدام الماء النقي. تشغيل هذه المعايير في بداية التحليل وبعد كل 25 عينة غير معروفة. تشغيل كل عينة ثلاث مرات (في ثلاث نسخ). إنشاء منحنى القياسية بالتآمر تركيز الأيونات الموجبة مقابل منطقة الذروة وتوليد الانحدار الخطي. تحليل العينات الميدانية وفقا 10،18.

3. قياس ثاني أكسيد الكربون في 2 الإنتاجد التعدين تقييم في الموقع

  1. بعد ما يقرب من أسبوعين إلى شهرين (سوف تختلف على الأرجح من موقع إلى آخر على أساس معدلات التمثيل الغذائي الميكروبي الموقع)، اغلاق التيار الكهربائي عن المضخات بفصل لهم.
    1. لالفخاخ الغاز تعميمها، وإزالة الإبر واستبدله CO 2 فخ "جديدة". الفخاخ مستقرة للتخزين على المدى الطويل إذا مختومة (راجع الشكل 3).
  2. عندما تصبح جاهزة للتحليل، ويحل أي المتبقية غير المنفق (الصلبة) هيدروكسيد الصوديوم ونقل المحتويات السائلة بأكملها إلى جهاز الحجمي للحصول على حجم التخفيف. تحديد حجم الكامل (على سبيل المثال 200 مل حل تماما هيدروكسيد الصوديوم المتبقية) والعينات الفرعية نقل (5-10 مل) إلى 40 مل قارورة مع الحاجز.
    1. تحمض عن طريق حقن 50٪ (ت / ت) وحامض الفوسفوريك، sparge وتحليل تدفق الغاز الناجم عن ذلك coulometry (انظر 2.1).
    2. حساب معدل جمع CO 2 يدويا عن طريق التوسع في عينة فرعية لنظام القبول كامله ووقت جمع (أي ز X CO 2 في اليوم). طرح CO 2 محتوى الحقل فارغا. على سبيل المثال، إذا كان هيدروكسيد الصوديوم الذائب بالكامل هو 200 مل، وتتضاعف عينة فرعية 10 مل من 20 إلى تعكس مجموع تركيز CO 2.
      ملاحظة: إذا مثلت تلك العينة 14 يوما من جمع، فإن معدل التحصيل يكون تحجيم CO 2 تركيز مقسوما على 14 يوما. رسم معدل التحصيل CO 2 ضد الاعتقال مدينة دبي للإنترنت الأولي. إذا كان هناك أي ارتباط، معدل التحصيل ليست الوظيفة الوحيدة لحركية توازن.
    3. وذلك لحساب لحركية توازن يدويا طرح أدنى معدل جمع من نسبة تحصيل جميع الآبار الأخرى خلال فترة أخذ العينات.
      ملاحظة: على سبيل المثال، إذا كان أدنى معدل التحصيل 0.0001 ملغ د -1، وجعل افتراض المحافظ أن هذا يمثل مجموعة المتوازن للوحدها وطرح تلك القيمة لجميع معدلات التحصيل أخرى للحصول على الالبريد CO معدل 2 الإنتاج بسبب تدهور. معدل تحجيم هو عضوي معدل تمعدن الكربون (المحافظ كما أدنى معدل قد تشمل بعض تمعدن الملوثات).
  3. تحليل المتبقية CO 2 بواسطة مسرع الطيف الكتلي (AMS) لتحديد محتوى الكربون المشع 22. استخدام ما يقرب من 1 ملغ الكربون لهذا التحليل. مقياس الوقت جمع (الصورة) لجمع ما يكفي من CO 2. طرح محتوى الكربون المشع في حقل فارغ من التوازن الشامل (قياس الكربون المشع تحجيم لكمية CO 2 في حقل فارغ).
    ملاحظة: للحصول على موقع الاختبار وصفها، وكانت 2 مجموعات أسبوع أكثر من كافية للحصول على 1 ملغ الكربون.

4. نموذج منطقة النفوذ لتقدير حجم التربة عينات لCO 2

  1. استخدام MT3DMS 23 إلى جانب MODFLOW 2005 24 عبر واجهة ModelMuse 25 لمحاكاة CO 2 نشر والتوازنالمرتبطة الشاشة بشكل جيد (فيديو 1). قرار من هذا النموذج هو 0.09 م 0.09 م وهي مساوية تقريبا لقطاع عريض من البئر وتعتبر معقولة لتقدير ZOI.
    1. تحميل وتثبيت MODFLOW 2005 (http://water.usgs.gov/ogw/modflow/MODFLOW.html#downloads)، MT3DMS (http://hydro.geo.ua.edu/mt3d/)، وModelMuse (HTTP : //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html).
    2. تكوين ModelMuse مع موقع برنامج MODFLOW. للقيام بذلك، انقر فوق "نموذج" القائمة، ثم حدد "برنامج MOFLOW المواقع ..."، ثم أشر البرنامج إلى دليل التثبيت برنامج MODFLOW 2005: /bin/mf2005.exe. في إطار هذا الحوار نفسه، تكوين ModelMuse مع موقع برنامج MT3DMS (دليل التثبيت: /bin/mt3dms5b.exe).
    3. تكوين حزم MODFLOW والبرامج (داخل ModelMuse). للقيام بذلك، حدد "نموذج"، ثم "الحزم MODFLOW وبرامج ....". تحت عنوان "تدفق"، حدد قائمة بيم فورتين:4؛ طبقة الملكية تدفق حزمة ".
    4. تحت عنوان "شروط الحدود"، حدد "رأس محدد"، ثم حدد CHD: الزمان-البديل محدد، رئيس مجموعة "حدد" MT3DMS "حدد" BTN:... حزمة النقل الأساسية "تعيين الأنواع المتنقلة إلى CO 2.
    5. تكوين خيارات MODFLOW داخل ModelMuse. للقيام بذلك، حدد "نموذج" القائمة، ثم خيارات MODFLOW. تحت علامة التبويب "خيارات"، إنشاء وحدات نموذجية (متر، ساعات، ز (غرام)).
    6. تكوين MODFLOW الوقت عن طريق اختيار "الموديل" القائمة، ثم "MODFLOW الوقت." وذلك باستخدام فترة الإجهاد 360 طول لدينا على المدى محاكاة لمدة 15 يوما.
    7. تكوين MODFLOW مجموعات البيانات عن طريق اختيار قائمة "بيانات"، حدد "مجموعات البيانات." إدخال البيانات من موقع الاهتمام: الهيدرولوجيا (قيم K في 3 أبعاد، Modflow رئيس الأولي، محدد Modflow رئيس)؛ MT3DMS: (انتشار معامل CO وتركيز CO طولية التشتتية).
    8. هالمتغيرات العالمية ديت. اختر قائمة "بيانات"، حدد "المتغيرات العالمية". أدخل سعر CO 2 مجموعة (من الموقع) والأولي للتركيز CO 2.
    9. محاكاة تشغيل. اضغط على السهم الأخضر في أعلى شريط رمز لبدء المحاكاة. حفظ ملفات الإدخال عند المطالبة. سيتم تشغيل المحاكاة. بعد المدى، تصدير MT3DMS ملفات الإدخال: اختر القائمة "ملف"، ثم "تصدير"، ثم MT3DMS ملفات الإدخال. سوف محاكاة تجميع وتصدير البيانات.
    10. مراقبة ونتائج النموذج الناتج. انقر على أيقونة تصور على شريط رمز. حدد المحاكاة. القيم الحدية الناتج ZOI في X، Y ومحور Z
      ملاحظة: يمثل هذا النموذج منطقة نفوذ لجمع CO 2 (يوصف تطوير نموذج كامل في شكل تقرير المتاحة من المواد الداعمة) 18. وZOI، الذي يعرف بأنه كمية المياه الجوفية التي تمت تركيز CO 2 من 95٪ أو أقل، ويبدو أن متماثل حول التدرج الهيدروليكي،مما يشير إلى تأثير قليل نسبيا من عملية حركة الهواء الأفقية مع التدرج الهيدروليكي صغير خلال موسم الجفاف. وتشير تحليلات أخرى الى ان حجم المياه الجوفية مع أي نضوب CO 2 (أي، <99٪) بدرجات downgradient لفترة أطول كثيرا.

5. زوجين الكربون المشع المحتوى مع CO 2 معدل الإنتاج ومقياس لحجم (مع ZOI)

  1. تحويل الأعمار الكربون المشع (إذا لزم الأمر) لفي تدوين مل باستخدام الصيغ القياسية 22. استخدام قيمة الكربون المشع جيدا الخلفية كما معروف (Δ 14 C NOM) في المعادلة (1). Δ 14 C البترول هو المعرفة (-1000). استخدام قيمة كل بئر على حدة لΔ 14 CO 2. حل للبترول الكسر.
    (1) Δ 14 CO 2 = (Δ 14 C البترول س جزء البترول) + [Δ 14 C NOM س (1 - جزءالنفط)]
  2. مضاعفة النفط جزء من معدل تمعدن CO 2 (3.1) لتحديد معدل تمعدن الملوثات (أي 50٪ X 1.0 ملغ د -1 = 0.5 ملغ الكربون الملوثة د -1).
  3. تقسيم معدل تمعدن الملوثات من حجم ZOI المحسوبة في (4) لتحديد المتمعدنة كتلة الملوثات في وحدة الزمن لكل وحدة حجم (أي 0.05 ملغ C م -3 د -1).

Representative Results

في موقع التجارب، وقد تلوث CH التاريخي أعلى داخل الكتلة جيدا المركزية (MW-25-MW-30) وبالقرب شيرمان الطريق (الشكل 5). في عام 1983، تم إزالة أجزاء كبيرة من التلوث من موقع لدفن النفايات (شمال موقع التجارب) وحدث حفر إضافية في عام 2001. تركيزات CH انخفضت بعد إزالة مصدر لا سيما بالقرب من الحفر السابقة (شيرمان الطريق)، ولكن لا يزال سحابة المستمر ل توجد في المنطقة العنقودية جيدا المركزية. ومن المعروف أن الأمطار الموسمية إلى زيادة تركيزات عابر CH وdesorbs بقايا التلوث عن التربة 27. التربة في المنطقة هي في المقام الأول الرمال نعرات السابقة. وتداخل محتمل مع الطريقة الموصوفة يمكن أن توجد إذا صخور كربونات القديمة موجودة، ودرجة الحموضة المياه الجوفية منخفض جدا (<~ 5). وهذا يمكن أن يؤدي إلى تفكك كربونات وإشارة القديمة في CO 2 الذي تم إنشاؤه. لا كربونات الكالسيوم كبير 3 معروفةفي المنطقة، وعلى الرغم من ذلك، تم قياس الكاتيونات والرقم الهيدروجيني والتعرض للالانحدار وتحليل المكونات الرئيسية (PCA). كان الشغل الشاغل أن انخفاض درجة الحموضة قد تعزز كربونات الكالسيوم (كربونات الكالسيوم 3) حل، والتي يمكن أن تحليل الكربون المشع التحيز (صخور كربونات القديمة يمكن أن توفر CO القديم (2) إذا حلت بها المياه الحمضية). كان غ + محتوى أعلى قليلا في الجانب الجنوبي من الموقع (الأقرب إلى المحيط)، ولكن لم تكن هناك أية القيم في نطاق مشيرا إلى تسرب مياه البحر الكبير. وتراوحت تركيزات الكالسيوم أيون 8،0 حتي 58 ملغ L -1. لم يتم تحديده حل كربونات عندما تتعلق تركيز أيون الكالسيوم لدرجة الحموضة 2 <0.3). لم PCA ثنائية المؤامرات لا تشير شحنات قوية مع أي متغير. الاختلافات بين جيدا أيضا أنه لم يشر إلى حل كربونات (الشكل 6). وينبغي النظر في هذا التحليل متعلق بتكوين حاسمة عندما تكييف منهجية لمواقع جديدة - particulآرلي ذوي الجيولوجيا الإقليمية مبينا كبيرة تشكيلات كربونات الصخور.

وتراوحت معدلات ثاني أكسيد الكربون 2 إنتاج 0-34 ملغ CO 2 د -1. CO كان 2 إنتاج أدنى في الكتلة المركزية بشكل جيد في المنطقة حيث كان التلوث التاريخي أعلى (الشكل 5). CO 2 الإنتاج في الآبار MW-01 (الخلفية بشكل جيد - لا تظهر، ولكن ~ 500 متر إلى الشمال الغربي من الكتلة جيدا الرئيسية) كان مرتفع جدا في 31 ملغ CO 2 د -1). تكرار التنفس تحليلات زيارتها الأخطاء المعيارية تتراوح ،03-6٪ CO 2 وبلغ متوسط أقل من 1٪ (0.98). وبلغ متوسط ​​الفترتين، 2 أسابيع القياسات الموسم الجاف لإجراء العمليات الحسابية اللاحقة. لم قياسات التنفس لا تختلف اختلافا كبيرا بين فترات الفردية 2-الاسبوع. بين التنفس فترة تراوح الخطأ القياسي من <1-51٪ ولكن في المتوسط 13٪ (الجدول 1). Respiratiفي المتوسط ​​يسمح بحساب حجم CH احد إزالتها خلال فترة شهر واحد. كان على خلفية جيدا (MW-01) عمر الكربون المشع من 1280 سنة قبل الحاضر (YBP) أو 85 في المئة الحديثة (PMC) - ضمن نطاق مشترك لمسألة العضوية في التربة تتراوح أعمارهم بين 26. وقد استخدم قيمة هذه البئر كخلفية لنموذج خلط النظائر. مرة أخرى، لأن أخذ العينات اقتصر على مجموع مدة شهر واحد، كانت تستخدم فترتين العودة إلى الوراء خلال نفس الموسم إلى "تمثيل" موسم الجفاف - يعتقد عموما أن يكون أكثر الظروف الراكدة، وبالتالي المحافظة على تقديرات استقراء. كما هو الحال مع معدلات إنتاج مدينة دبي للإنترنت، وكانت قياسات الكربون المشع مماثلة بين فترات الفردية 2-الاسبوع. تراوح الخطأ المعياري بين فترات 0،25-18٪ وبلغ متوسط ​​6٪. CO تراوحت 2 الكربون المشع الأعمار من ~ 34-85 PMC أو ~ 1340 إلى 8700 YBP (الجدول 1). MW-27 و MW-32، يشتبه في خطر بسبب مضخة تسريب وكان فال الكربون المشع الحديثوهكذا أكدت شركة نظام الطاقة الموحد وكما للخطر. لم تدرج هذه العينات في مزيد من التحليل.

تم استخدام التقارير السابقة للالهيدروليكية للمياه الجوفية وCO 2 خصائص المذاب لتطوير ZOI نموذج 26،27 (الجدول 2). واستخدمت بيانات الطقس (2007 و 2011 و 2012) من محطة CIMIS سان دييغو (محطة رقم 184) لتقدير معدل تغذية المياه الجوفية. استخدمت لتحديد شروط الحدود: بيانات المد والجزر خلال الفترة الزمنية نفسها من نوا محطة سان دييغو (9410170 محطة ID). واتخذت ومعايرة نموذج الانحدار الهيدروليكي ثابت ومستمر معدلات التحصيل CO 2. المحاكاة تكميلية متوسط أسعار مجموعة CO 2 و الأولي CO خلفية 2 إلى جانب 10٪ زيادة الانحدار الهيدروليكي ساعد في معاملات ونموذج متفاوتة. وأظهرت المحاكاة تكميلية باستخدام متوسط سعر مجموعة CO 2 زيادة حوالي 46٪ في البريد(زيادة أي 6،5-9،5 جم -3) stimated خلفية CO 2 إذا كان معدل جمع تغير من 0.00530 (+ 10٪) إلى 0.00434 جم ساعة -1 (-10٪) خلال فترة جمع 2 أسابيع (الجدول 3) . وتضمنت افتراضات لنموذج ZOI CO يذكر 2 إنتاج يعزى إلى تدهور CH خلال فترة جمع والأولي للتوزيع CO 2 موحدة لتطوير محاكاة النهائية (الشكل 7). يمكن التقليل من معدل التفاعل CO 2 للموقع الدراسة.

باستخدام ثاني أكسيد الكربون 2 معدل الإنتاج، CO 2 يعزى إلى تدهور CH، وتقديرات من نموذج ZOI، تم احتساب إزالة CH كتلة في كل بئر لكل وحدة الزمن. تم استخدام بيانات من الجدول رقم 1 مع نموذج خلط اثنين نهاية عضوا (مكافئ (1)) إلى حل للحيوانات الاليفة و في كل بئر. لأن الموقع هو الوحيد المعروف لCH يخدع تم العثور tamination ولا غيرها من مصدر CO 2 داخل أو بالقرب من الموقع، ومن المفترض تدهور CH عن المساهمة الرئيسية من CO 2. تراوح الحيوانات الأليفة و 1-60٪ خلال الموقع (الجدول 4). تم تحويل نسبة إلى أساس الكربون ومضروبا في معدل إنتاج CO 2 لحساب معدل التحلل CH (الجدول 4). باستخدام حجم ZOI (الجدول 3)، وتم تحديد معدل تحلل المواد الملوثة في وحدة الزمن وحجم (الجدول 4). وتراوحت هذه القيمة بين 0-32 ملغ C م -3 د -1 (الجدول 4). كان تدهور CH أدنى في المناطق الأعلى تلوثا CH التاريخي (MW-25 - MW-30). في الآبار بالقرب من محيط الموقع (بالقرب شيرمان الطريق)، وقد تم قياس أعلى تدهور CH. CO كان 2 زيادة الإنتاج في هذه المناطق، في حين أشارت الحيوانات الأليفة و دوران كبير CH (الشكل 8).

الإقليم الشمالي "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> شكل 1
الشكل 1. ختم وإعداد مضخات تدوير. ختم مضخات تدوير لالانتشار الميداني.

الشكل 2
الشكل 2. الفخاخ هيدروكسيد الصوديوم أعدت للنشر في الميدان. 120 مل زجاجة المصل مع هيدروكسيد الصوديوم فخ المضافة وتجعيد مختومة.

الشكل (3)
توجيه الشكل 3. الميدان الإعداد. سلك لآبار تجهيزه (يسار)، فخ المنتشرة في بئر (أعلى اليمين)، ونظام توزيع الطاقة الشمسية (أسفل اليمين). ويتم تجهيز الآبار في الميدان مع نظم جمع (بما في ذلك الأسلاك، وتوزيع الطاقة الكهربائية، ومضخة / الفخاخ).

ther.within الصفحات = "1"> الشكل (4)
الشكل 4. التعديل كذلك القبعات تظهر خطوط إعادة تدوير غاز. ويبين هذا الرقم قبعات جيدا مع تعديل مدخل الغاز والعودة خطوط.

الرقم 5
الرقم 5. التاريخية تلوث المواد الهيدروكربونية المكلورة (ميكروغرام L -1). هذا الرقم يدل على تلوث المواد الهيدروكربونية المكلورة التاريخي في موقع التجارب.

الشكل (6)
الشكل 6. PCA ثنائية مؤامرة تبين عدم وجود المشارك علاقة بين الكاتيونات الذائبة والحموضة. ويبين هذا الرقم حبكة ثنائية من عشرات PCA والحمولات التي تم إنشاؤها من البيانات الهيدرولوجية (درجة الحموضة والكاتيونات) لموقع الاختبار.

محتوى "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> الرقم 7
وكان الرقم 7. معايرة ZOI نموذج لمتوسط معدل التحصيل CO 2 (0.0048 جم -3) تركيز خلفية CO 2 معايرة 6.5 جم -3، وكان تركيز عتبة ZOI 6.18 جم -3 (خط أسود خالص). وكانت قطر الطولي والعرضي للZOI 2.28 م و 0.72 م، على التوالي. كان عمق ZOI 0.12 م. تعديل من 18. ويظهر هذا الرقم تمثيل رسومي من طراز ZOI في 3 أبعاد.

شكل 8
الرقم معدل 8. ملوثات تدهور في وحدة الزمن في وحدة المساحة. معدلة من 18. هذا هو معدل تدهور محرف لCH على موقع الدراسة خلال الفترة الزمنية التي شملتها العينة.

= "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> فيديو 1
فيديو 1. تطوير ZOI باستخدام MT3DMS23 - MODFLOW المحاكاة ( انقر بالزر الأيمن للتحميل ). تحميل وتركيب، تهيئة وخلق محاكاة لZOI.

MW-42
حسنا δ 13 C
(‰ VPDB)
Δ 14 C
(‰)
التقليدي العمر
(YBP)
في المئة الحديثة C
(PMC)
MW-01 -34 -147 1280 85
MW-21 -28 -663 8730 34
MW-25 -23 -153 1340 85
MW-26 -25 -298 2845 70
MW-27 -18 ND * ND * ND *
MW-28 -25 -190 1695 81
MW-30 -35 -254 2365 75
MW-32 -20 ND * ND * ND *
MW-34 -32 -283 2670 72
MW-35 -25 -598 7320 40
MW-38 -32 -354 3515 65
MW-41 -28 -232 2125 77
-23 -482 5280 52
* ND لا توجد بيانات - مضخة تسريب

الجدول 1. CO 2 قياسات النظائر والتحويلات. CO 2 قياسات النظائر والكربون المشع مستقرة والتحويلات إلى الوحدات المستخدمة في المخطوطة.

معامل وحدات القيمة
الهيدرولوجيا
التوصيل الهيدروليكي مل ساعة -1 0.44 (المياه الجوفية)
10 (جيد)
المسامية (المياه الجوفية) 0.48 (المياه الجوفية)
0.99 (جيد)
الكثافة الظاهرية ز سم -3 1.4
محصول معين سم 3 سم -3 0.2
التدرج الهيدروليكية مم -1 0.015
CO 2 المذاب النقل
معامل الإنتشار م 2 ساعة -1 5.77 × 10 -5
طولي م 6.1
التشتتية
مستعرض أفقي م 0.61
التشتتية
</ td> عمودي مستعرض م 0.061
التشتتية
التربة غاز ثاني أكسيد الكربون 2 ٪ 0.56

الجدول 2. المعلمات نموذج ZOI. معلمات المستخدمة في النموذج ZOI والمحاكاة.

<td> 17.6
جمع مستوى السعر جمع أسعار تركيز الخلفية ZOI الحجم
طولي مستعرض عمق الصوت
(ز / ساعة) (ز / م 3) (م) 3)
أقصى 0.0131 2.47 0.77 0.13 0.193
متوسط 0.0048 6.5 2.28 0.72 0.12 0.176
الحد الأدنى 0.0003 4 2.16 0.68 0.11 0.149

الجدول مخرجات 3. ZOI نموذج. مخرجات نموذج لZOI. يصف هذا الجدول حجم ثلاثي الأبعاد لZOI.

حسنا و الحيوانات الأليفة
(٪)
معدل تدهور الملوثات
(ملغم C د -1 ± 10٪)
تدهور الملوثات في وحدة الزمن والحجم
(ملغم C م -3 د -1 ± 15٪)
MW-01 0 NA NA
MW-21 60 5.6 32
MW-25 ¥ 1 0 0
MW-26 18 0.18 1
MW-28 5 0.017 0.098
MW-30 12 0.34 1.9
MW-34 16 0.1 0.58
MW-35 53 3.6 20
MW-38 24 1.4 8.1
MW-41 10 0.44 2.5
MW-42 39 1.7 9.8
NA غير قابل للتطبيق - MW-01 تستخدم كخلفية (على سبيل المثال، لا تلوث)
¥ يفترض أن يكون محض يحركها التوازن (على سبيل المثال، لا التنفس)

الجدول 4. مقيس تقديرات تدهور الملوثات. تقديرات لتدهور الملوثات في وحدة الزمن وحجم وحدة للآبار العينة.

Discussion

يوصف بروتوكول الذي يهدف إلى الجمع بين قياسات معدل، تمعدن نسبة من الملوثات (ق) وZOI لتحديد الكلي تدهور الموقع الملوث. العناصر الأساسية هي قياس ثاني أكسيد الكربون 2 إنتاج (تمعدن عند تصحيح) مع مرور الوقت، وجمع في وقت واحد ثاني أكسيد الكربون respired 2 بكميات كافية (~ 1 ملغ) للتحليل الكربون المشع AMS توفير مبلغ المستمدة من تدهور الملوثات، وخلق نموذج ZOI لربط ثاني أكسيد الكربون القبض على 2 ليعرف حجم التربة أو المياه الجوفية (أو كليهما). يتم الجمع بين هذه المكونات الثلاثة الرئيسية للتوصل إلى حساب العام في كل نقطة أخذ العينات لكمية من الملوثات المتدهورة في وحدة الحجم في وحدة الزمن (جم -3 د -1، على سبيل المثال). التوسع في العمليات الحسابية، من خلال القياسات فصل المتكررة وجغرافيا (الآبار التي تغطي موقع subsampled على فترات زمنية أطول)، وسوف تسمح مديري المواقع لتقدير المكاني وtemporآل ديناميات تدهور والاستجابة بشكل مناسب للمنظمين وأصحاب المصلحة.

يستخدم بروتوكول صفها مضخات إعادة تدوير أو طويلة الأجل نشر العينات سلبية (استراتيجية قيد التطوير حاليا) إلى اعتراض من CO 2 من غاز فراغ الرأس جيدا. والسبب هو عدة أضعاف. في المقام الأول، ما يكفي من CO 2 يجب أن تجمع من أجل الحصول على قياسات الكربون المشع (~ 1 ملغ). ويمكن قياس معدلات التنفس باستخدام التربة السطحية: الفخاخ تبادل الهواء أو عن طريق استخدام أدوات التنفس التربة (Licor غرفة تدفق على سبيل المثال). هذه الأساليب تعاني من الحاجة إلى جمع بشكل غير متزامن كافية CO 2 لتحليل الكربون المشع - وبالتالي ربما يتحامل القياس. على سبيل المثال، وغرفة تدفق يمكن تجهيزه لقياس التربة: CO الهواء 2 الصرف في حين يمثل تدفق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 2 17. ما لم معدلات التنفس مرتفعة، وافرة CO 2 لقياس الكربون المشع قد لا يكون المحاصرين. فيهذه الحالة، والعينات التي يمكن اتخاذها من عينات التربة الغاز الكبيرة أو من المياه الجوفية (مع DIC) 12. وعلاوة على ذلك، وقياس CO 2 تدفق في التربة: سطح الهواء يخضع لتدفق من جانبي الغلاف الجوي إلى غرفة التدفق أو الفخ. أخذ العينات جيدا فراغ الرأس "يعزل" في إشارة إلى المنطقة من التلوث (اعتمادا على التثبيت بشكل جيد إلى حد ما)، ولكن تتم إزالة مناسبة من تدفق الغلاف الجوي (ولدت من الغلاف الجوي الحديثة 14 CO 2). والصعوبة الرئيسية في أخذ العينات من البئر دون الحاجة إلى فتحه من أجل تغيير الفخاخ (لأخذ العينات الزمنية).

باستخدام مضخات إعادة تدوير يسمح احد لأخذ عينات من فراغ الرأس جيدا وتغيير CO 2 الفخاخ على فترات منتظمة دون الحاجة لفضح موقع العينة إلى الغلاف الجوي 14 CO 2. كما يسمح احد لعينة كبيرة CO 2 والتي يمكن تحليلها لتدفق ومحتوى الكربون المشع الطبيعي. العلاقات العامة إعادة تدويرotocol لا تخلو من صعوبة. وثمة مشكلة رئيسية يتم تسليم السلطة وافرة لتشغيل المضخات بشكل مستمر في هذا المجال. للتجربة الأولية (الموصوفة هنا)، قدمت لوحات الطاقة الشمسية طاقة كافية لتشغيل مضخات المياه للكل فترة لمدة أسبوعين. وأظهرت السجلات الجهد الذي بعد عدة أيام، يمكن أن الطاقة الشمسية لا يتماشى مع الطاقة اللازمة وكانت مضخات لا تعمل لعدة ساعات كل يوم. كان هذا يهم لنمذجة تدفق وجمع العام، ولكن يبرز صعوبة في توفير الطاقة الكافية الأجهزة المنتشرة ميدانيا ل. في التي تعمل حاليا مجموعات، وقد توقف التيار الكهربائي عن المضخات التي كتبها الاطقم الارضية القص في مجال مراقبة بشكل جيد. وقد قطعت عدة خطوط الكهرباء. نعمل حاليا على تقييم عملية نشر القوات فراغ الرأس السلبي CO 2 الفخاخ التي يمكن إنزالها في البئر واسترجاعها في وقت لاحق مع ثاني أكسيد الكربون يمتص 2. هو تحليل المخاطر والمنافع جارية (خطر تشتق غالبا من الحاجة إلى فتح رأس البئر والسماح في الغلاف الجوي14 CO 2).

القيود الرئيسية تقنية ليست أن تكون قادرة على تمييز مصدر التنفس المحدد في أنظمة الملوثات المختلطة وعدم القدرة على حساب لمنتجات تدهور الكربونية المتوسطة (أي DCE، VC، والميثان). على سبيل المثال، في الموقع الحالي، كان هناك التاريخية وقود تلوث الهيدروكربون بالإضافة إلى تلوث CH. وعلى وجه الحصر تقريبا قدمت كلية العلوم الصحية من المواد الأولية النفطية. في موقع وصفها، CH منعزلة في المقام الأول في منطقة درس - في حين أن بعض النفط المتبقي موجود الواضح إلى الشمال. لم يتم العثور على النفط في الآبار عينات لهذا العمل. ومع ذلك، في موقع الملوثات المختلط، قد معدل تمعدن العام يكون من الصعب ادراك التعادل لفرد واحد أو فئة من الملوثات. باستخدام هذه الطريقة، يمكن للمرء أن قياس تدهور CH الكامل (لCO 2). إذا، يتم تحويل الكربون الملوثة إلى CH 4 (الظروف اللاهوائية)، وCH 4 قد يكون & #34؛ وخسر "إذا كان ينشر بعيدا عن ZOI من المرجح أن يتم تحويلها هذا الكربون CO 2 في أجزاء ناقصة الأكسدة في منطقة فادوز إذا كان هذا لا يحدث داخل ZOI، فإن الطريقة المذكورة ليست مسؤولة عن ذلك في هذه الحالة. ، ويمكن اعتبار الطريقة الموصوفة مقدر المحافظ، الذي من منظور تنظيمي، غير مرغوب فيه. وبالإضافة إلى ذلك، ووضع نماذج ZOI لا يخلو من عدم اليقين. وتعتمد المحاكاة على القيم "فريدة" مثل المسامية والكثافة الظاهرية التي يتم قياسها في العينات الفرعية يفترض أن تكون متجانسة - ولكن في الواقع هي غير متجانسة على المستويين الكلي وmicroscales وجود قيود ينظر قد يكون تحليل التكاليف لالمشع وفرة الطبيعية (والتي يمكن أن تصل إلى 600 $ لكل عينة) طبيعة محددة من المعلومات التي تم جمعها من يجعل الكربون المشع. تكلفة منخفضة جدا في الواقع. مع عدة عينات حسن اختيار، يمكن للمرء تحديد ما إذا كان العلاج كبيرا يحدث. إذا، على سبيل المثال ث CO 2 المقترنإيث سحابة الملوثات غير المنضب المشع نسبة إلى موقع أساسي 10. موقع مع انخفاض الرقم الهيدروجيني المحيطة (> ~ 4.8) والحجر الجيري كبير (كربونات الكالسيوم 3) قد يكون مرشحا الفقراء لتطبيق هذه التقنية. قد حل الودائع كربونات القديمة في انخفاض درجة الحموضة والتحيز التحليل.

أهمية هذه التقنية هي كبيرة، كنوع القياس الوحيد (الطبيعية وفرة الكربون المشع) ويمكن على الفور أن تستخدم لتأكيد في تحويل الموقع من الملوثات إلى CO 2. هذا التحليل هو نهائي. الكربون المشع لا يمكن أن تصبح المنضب إلا عن طريق الاضمحلال الإشعاعي - وهو ثابت على الرغم من الفيزيائية والكيميائية أو تغيير البيولوجي من أي مادة أولية. قياسات الكربون المشع ثابت (على سبيل المثال DI 14 C) ويمكن إجراء على عينات دفعة ويؤكد على الفور إذا المنضب C-14 CO 2 هو السائد في موقع (تشير بما لا يقبل الجدل تمعدن الملوثات إلى CO 2). هذا انفورمانشوئها وحده هو قيمة لا يصدق لمديري الموقع ودون ذلك، كانت مطلوبة لاستخدام خطوط غير المباشرة العديد من الأدلة لاستنتاج أن تمعدن الملوث يحدث. لا قياس واحدة أخرى يمكن أن توفر علاقة ملموسة بين الملوثات الكربونية والتي تحتوي على الكربون CO 2 المنتجة من خلال التدهور الكامل.

التطبيقات المستقبلية تجري فيها مجموعتنا ستزيد أخذ العينات القرار الزماني لتشمل مدة عام كامل حاليا. من خلال جمع CO 2 و تحديد سعر تمعدن (ق) على مدى المكاني للموقع، ونحن سوف تكون قادرة على صقل نماذج لتدهور الملوثات مع مرور الوقت. وهذه المعلومات ضرورية خطيرة من قبل مدراء الموقع من أجل إدارة أكثر فعالية المواقع الملوثة. في الاستخدام المحدود، وقد اعترفت الجهات التنظيمية في ثلاثة مواقع حيث تم تطبيق تقنية الأساليب النتائج النهائية. وقد أدى ذلك إلى وفورات في التكاليف، وساعد على توجيه العبوة البديلة علاجيةrnatives.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Air pump; Power Bubbles 12 V Marine Metal B-15
Marine Sealant 3M 5200 for sealing pumps
Silicone Sealant Dap 08641 for sealing pumps
Tubing for gas recirculation Mazzer EFNPA2
Stopcocks (for gas lines) Cole-Parmer 30600-09 for assembling gas lines
Male Luer lock fittings Cole-Parmer WU-45503-00 for assembling gas lines
Female Luer lock fittings Cole-Parmer EW-45500-00 for assembling gas lines
4" Lockable J-Plug well cap Dean Bennett Supply NSN 2" if smaller wells
HOBO 4-Channel Pulse Data Logger Onset UX120-017 Older model no longer available. Use to monitor pump operation
Serum bottles 100 ml (cs/144) Fisher Scientific 33111-U For CO2 traps
Septa (pk/100) Fisher Scientific 27201 For CO2 traps
Coulometry
Anode solution UIC, Inc CM300-001
Cathode solution UIC, Inc CM300-002
For IC analysis
Dionex Filter Caps 5 ml 250/pk Fisher Scientific NC9253179 Caps for IC
Dionex 5 ml vials, 250/pk Fisher Scientific NC9253178 Vials for IC
If using solar power
Renogy Solar Panel kit(s) Renogy  KT2RNG-100D-1 Bundle provides 200 W
VMAX Solar Battery VMAX VMAX800S For energy storage

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. In situ bioremediation: When does it work. National Research Council. National Academy of Sciences. Washington, DC. 1-207 (1993).
  2. Vangelas, K. M. Summary Document of Workshops for Hanford, Oak Ridge and Savannah River Site as part of the Monitored Natural Attenuation and Enhanced Passive Remediation for Chlorinated Solvents - DOE Alternative Project for Technology Acceleration. U.S. Department of Energy, Westinghouse Savannah River Company. Aiken, SC. 1-89 (2003).
  3. Wiedemeier, T. H., et al. Technical Protocol for Evaluating Natural Attenuation of Chlorinated Solvents in Ground Water. USEPA Office of Research and Development. Washington, DC. 1-248 (1998).
  4. Wilson, J. T., Kampbell, D. H., Ferrey, M., Estuestra, P. Evaluation of the Protocol for Natural Attenuation of Chlorinated Solvents: Case Study at the Twin Cities Army Ammunition Plant. USEPA Office of Research and Development. Washington, DC. 1-49 (2001).
  5. Elsner, M., et al. Current challenges in compound-specific stable isotope analysis of environmental organic contaminants. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 403, (9), 2471-2491 (2012).
  6. Meckenstock, R. U., Griebler, C., Morasch, B., Richnow, H. H. Stable isotope fractionation analysis as a tool to monitor biodegradation in contaminated acquifers. Journal of Contaminant Hydrology. 75, (3-4), 215-255 (2004).
  7. Kirtland, B. C., Aelion, C. M., Stone, P. A. Assessing in situ mineralization of recalcitrant organic compounds in vadose zone sediments using δ13C and Δ14C measurements. Journal of Contaminant Hydrology. 76, (1-2), 1-18 (2005).
  8. Kirtland, B. C., Aelion, C. M., Stone, P. A., Hunkeler, D. Isotopic and Geochemical Assessment of in Situ Biodegradation of Chlorinated Hydrocarbons. Environmental Science and Technology. 37, (18), 4205-4212 (2003).
  9. Aelion, C. M., Kirtland, B. C., Stone, P. A. Radiocarbon assessment of aerobic petroleum bioremediation in the vadose zone and groundwater at an AS/SVE site. Environmental Science and Technology. 31, (12), 3363-3370 (1997).
  10. Boyd, T. J., Pound, M. J., Lohr, D., Coffin, R. B. Radiocarbon-depleted CO2 evidence for fuel biodegradation at the Naval Air Station North Island (USA) fuel farm site. Environmental Science: Processes & Impacts. 15, (5), 912-918 (2013).
  11. Coffin, R. B., et al. Radiocarbon and Stable Carbon Isotope Analysis to Confirm Petroleum Natural Attenuation in the Vadose Zone. Environmental Forensics. 9, (1), 75-84 (2008).
  12. Sihota, N. J., Ulrich Mayer, K. Characterizing vadose zone hydrocarbon biodegradation using carbon dioxide effluxes, isotopes, and reactive transport modeling. Vadose Zone Journal. 11, (2012).
  13. Sihota, N. I., Singurindy, O., Mayer, K. U. CO2-Efflux Measurements for Evaluating Source Zone Natural Attenuation Rates in a Petroleum Hydrocarbon Contaminated Aquifer. Environmental Science & Technology. 45, (2), 482-488 (2011).
  14. Norman, J. M., et al. A comparison of six methods for measuring soil-surface carbon dioxide fluxes. J. Geophys. Res. 102, (24), 28771-28777 (1997).
  15. Amos, R. T., Mayer, K. U., Bekins, B. A., Delin, G. N., Williams, R. L. Use of dissolved and vapor-phase gases to investigate methanogenic degradation of petroleum hydrocarbon contamination in the subsurface. Water Resources Research. 41, (2), 1-15 (2005).
  16. Molins, S., Mayer, K. U., Amos, R. T., Bekins, B. A. Vadose zone attenuation of organic compounds at a crude oil spill site - Interactions between biogeochemical reactions and multicomponent gas transport. Journal of Contaminant Hydrology. 112, (1-4), 15-29 (2010).
  17. McCoy, K., Zimbron, J., Sale, T., Lyverse, M. Measurement of Natural Losses of LNAPL Using CO2 Traps. Groundwater. (2014).
  18. Boyd, T. J., Montgomery, M. T., Cuenca, R. H., Hagimoto, Y. Combined radiocarbon and CO2 flux measurements used to determine in situ chlorinated solvent mineralization rate. Environmental Science: Processes & Impacts. (2015).
  19. Winslow, S. D., Pepich, B. V., Bassett, M. V., Wendelken, S. C. Microbial inhibitors for US EPA drinking water methods for the determination of organic compounds. Environmental Science and Technology. 35, (20), 4103-4110 (2001).
  20. Johnson, K. M., Sieburth, J. M., Williams, P. J. lB., Brändström, L. Coulometric total carbon dioxide analysis for marine studies: Automation and Calibration. Mar.Chem. 21, (2), 117-133 (1987).
  21. Dickson, A. G. Standards for ocean measurements. Oceanography. 23, (3), 34-47 (2010).
  22. Stuiver, M., Polach, H. A. Discussion: Reporting of 14C Data. Radiocarbon. 19, (3), 355-363 (1977).
  23. Zheng, C., Wang, P. P. MT3DMS: A modular three-dimensional multispecies transport model for simulation of advection, dispersion, and chemical reactions of contaminants in groundwater systems; documentation and user's guide. DTIC. DTIC Document (1999).
  24. Harbaugh, A. W. MODFLOW-2005, the US Geological Survey modular ground-water model: The ground-water flow process. US Department of the Interior, US Geological Survey. (2005).
  25. Winston, R. B. Ground Water - Book 6. Vol. Techniques and Methods. U.S. Geological Survey. 6-A29 Ch. 29 (2009).
  26. Semi-Annual Post-Closure Maintenance Report for Calendar Year 2011 Installation Restoration (IR) Program Site 2 (Old Spanish Bight Landfill), Site 4 (Public Works Salvage Yard), and Site 5, Unit 1 (Golf Course Landfill). Accord Engineering Inc. San Diego, CA. (2011).
  27. Annual Progress Report October 2010 to December 2011, Operable Unit 24. Geosyntec Consultants. Columbia, MD. (2012).
قياس ملوثات التعدين استنادا الكربون عن طريق الجمع بين CO<sub&gt; 2</sub&gt; الجريان والكربون المشع تحليلات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Boyd, T. J., Montgomery, M. T., Cuenca, R. H., Hagimoto, Y. Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses. J. Vis. Exp. (116), e53233, doi:10.3791/53233 (2016).More

Boyd, T. J., Montgomery, M. T., Cuenca, R. H., Hagimoto, Y. Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses. J. Vis. Exp. (116), e53233, doi:10.3791/53233 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter