Login processing...

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

Environment

פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO doi: 10.3791/53233 Published: October 21, 2016

Abstract

שיטה מתוארת המשתמשת בהיעדר פחמן רדיואקטיבי כימיקלים תעשייתיים ודלקים עשו ממקורות נפט אשר לעתים קרובות לזהם את הסביבה. אות פחמן רדיואקטיבי זה - או לייתר דיוק עדר אות - מופצת באופן שווה על פני ברכת מקור מזהמת (שלא כמו נותב מוסיף אותו) אינו מושפעת ביולוגי, כימי או תהליכים פיסיקליים (למשל, שיעור ההתפרקות רדיואקטיבית 14 C הוא משתנה). אם החומר מזהם נגזר מאובנים נפגע באופן מלא ל- CO 2, מוצר-סוף מזיק, כי CO 2 יכיל שום פחמן רדיואקטיבי. CO 2 שמקורם בחומר אורגני טבעי שפלה (NOM) ישקף את תוכן פחמן רדיואקטיבי NOM (בדרך כלל <ישן 30,000 שנים). לאחר שקבל תוכן פחמן רדיואקטיבי ידוע NOM (רקע אתר), מודל ערבוב שני מקצה חבר יכול לשמש כדי לקבוע את ה- CO 2 נגזר ממקור מאובן במדגם תהום או גז קרקע נתון. צימוד pCO ercent 2 נגזר המזהם עם קצב הנשימה CO 2 מספקת אומדן של הסכום הכולל של המזהם מושפל ליחידת זמן. לבסוף, קביעת אזור השפעה (זואי) המייצג את הנפח שממנו באתר CO 2 נאספו מאפשר קביעת השפלה המזהמת ליחידה זמן ונפח. יחד עם אומדני מסת מזהם שלם, הרי בסופו של דבר יכולים לשמש כדי לחשב את זמן יציאת remediate או להשתמש בכל דרך אחרת על ידי מנהלי אתר לקבלת החלטות.

Introduction

עלויות הניקוי הסביבה מדהימים, עם אתרים מזוהמים רבים בארה"ב ומחוצה לה. זה עושה אסטרטגיות טיפול ומעקב חדשניים חיוניות להשגת תגובה מלא (RC) מעמד (למשל, כל פעולה נוספת צורך) כלכלית. באופן מסורתי, קווי ראיות מתכנסות יש תימוכין ב bioremediation באתרו, מרת מזהם אביוטי, או צורות אחרות של הנחתה טבעית. קווים של ראיות לא יכולים לשמש בהחלט לאשר שפלה או לאסוף מידע קצב הידרדרות מזהם תחת בתנאים באתרו 1. איסוף מגוון רחב של נתונים כדי לחזות זמני משיקום (ים) פעמים רבות מומלצת, אולם חיבור בין נתונים אלה חסכוניים כדי לאשר תיקון לחלוטין כבר בעייתי 2-4. קבלת נתוני המודל הרעיוני אתר המציאותי והשלמים ביותר עם עלות קטנה ככל האפשר הנה מטרת אתר ניהול אולטימטיבית. יתר על כן, הרגולטור stakeholדרישות דר מייצגים נהגים נוספים לקבלת מידע עדכני ביותר, בעל ערך וחסכונית. זולות יחסית שיטות מסוגלות לספק הוכחות משכנעות שיעורי תחלופה מזהמים להציע את הערך הגבוה ביותר עבור עמידה ביעדי ניקוי.

בגלל חתימות איזוטופי מאוד ברורות זמינות מזהמים מבוסס פחמן, האיזוטופים של פחמן יושמו לאחרונה להבנת תהליכי הנחתה מזהמות באתרי שדה 5-13. האיזוטופים של פחמן אורווה יכולה לשמש כדי לקבוע אם מקור הוא ניחות מבוסס על קינטיקה זיקוק ריילי (cf 5,6 לסקירות). מתודולוגיה זו, בעוד נוח, עשויה להיות מוגבלת כאשר מזהמים הם ממקורות מעורבים - או אינו מייצגים לשפוך isotopically-ייחודי "החל" (שממנו יחסי איזוטופ פחמן יציב ראשוניים ניתן לגזור). ניתוח פחמן רדיואקטיבי שפע טבעי מייצג אלטרנטיבה (ואולי משלימים) רח איזוטופיrategy למדידת שפלה מזהמת מבוסס פחמן ל- CO 2. דלקים וכימיקלים תעשייתיים נגזרים ממקורות נפט יהיו נטולים לחלוטין של 14 C ביחס עכשווי (רכיבה על אופניים פעילים) פחמן, אשר מכיל 14 C נוצר על ידי תגובות קרינה קוסמיות באטמוספרה. ניתוח פחמן רדיואקטיבי אינו כפוף חלוקה כמו ניתוח איזוטופ פחמן יציב, ו -14 C ריקבון לא השפיעו באופן משמעותי על ידי פיזיקליות, כימיות או תהליכים ביולוגיים. יתר על כן, 14 אות C - או היעדרה - בחומרים שמקורם נפט מופץ באופן שווה על פני הברכה המזהמת מה שהופך אותו נותב בליל מלא. הטכניקה המתוארת כאן מסתמכת על התצפית כי כל CO 2 מופק מזהם נגזר מאובנים יהיה נטול 14 C תוך CO 2 שנוצר מפני מיקרואורגניזמים המשפילים NOM יכיל כמויות-מדידים בקלות של 14 ג מדידה14 CO 2 גם מאפשר לקשר שפלת מזהם מלא ישירות (כלומר, מינרליזציה) למוצר סוף מזיק.

14 CO 2 ניתוח נעשה שימוש כדי לעקוב אחרי מוצרים פגומים מזהם מאובנים הנגזרים דלק 7-13. זאת בשל ההחלטה אנליטית בין חברי הסוף (מאובנים ועכשוויים) שהיא בערך 1,100 חלקה לאלף (‰). באופן כללי, מאיץ ספקטרומטריית מסה (AMS) משמשת כדי לפתור פחמן רדיואקטיבי שפע טבעי. האטמוספירה CO 2 (~ + 200 ‰) החיים ביומסה (~ + 150 ‰) ואת הנגזרות החומר האורגני בקרקע CO 2 (~ -200- + 100 ‰) הם כולם ברורים אנליטית מן הנגזרות מאובנים CO 2 (-1000 ‰). זאת בשל ההתפרקות המוחלטת של כל 14 C, אשר יש זמן מחצית חיים של בערך 6,000 שנים. דלקים וכימיקלים תעשייתיים נגזר ממקורות נפט, שהן מיליוני שנים יוסר אופניים פחם פעיליש, חתימת פחמן רדיואקטיבי ברורה (-1000 ‰ ≈ 0% מודרניות - כלומר אין זיהוי על AMS). המדידה היא פשוטה והן מבחינת זיהום מדגם, כמעט כל ההטיות הפוטנציאליות הן כלפי השמרני (זיהום מדגם עם CO המודרנית 2). למשל, CO אטמוספרי 2 נכנס מדגם יגדיל את חתימת איזוטופי פחמן רדיואקטיבי ובכך לגרום להמעיט את קצב ההידרדרות.

CO 2 התפתח שפלה מזהמת מבוססת-דלק מאובנים יהיה נטול פחמן רדיואקטיבי. באתר ברקע ללא זיהום, CO 2 respired מחומר אורגני טבעי (NOM) יהיה מתאים לגיל אל NOM. בתוך הפלומה או בשולים, מזהמים שמקורם CO 2 יהיו 0% פחמן מודרני. CO 2 ממקורות NOM ו- CO 2 נגזר ממקורות מאובנים ניתן להבחין עם ערבוב שני מקצה חבר מודל 11. זה אפשרי ולכן estimate חלקם של הברכה CO 2 כולו (פחמן respired) המיוחסת המזהם. שימוש אך ורק שיעור זה, מאובן-פחמימנים או לחמצון כימי תעשייתי באתרי שדה אושר 7-13. חלקם של מזהמים אלו נבעו CO 2 לאחר מכן ניתן בשילוב עם שיעור מינרליזציה הכולל CO 2 (כל CO 2 שנאספו ליחידת זמן ונפח) כדי לקבוע את קצב מינרליזציה המזהם מהותי. בהנחת שיעור הנחתה זו תמשיך בתנאי אתר נתונים, אפשר אז להעריך זמן דרוש לסגירת אתר.

טכניקות זמינות לקביעת אדמת אופק CO 2 ונתיבים עם שיטות שיש פעורות או סגור מערכת עיצובי 14. תאי שטף סגור מערכת ומודלי שטף הגז שמשו כדי לקבוע נשימה נטתה בקרקעות מזוהמות 12,13,15-17. במחקרים אלה, מדידות מרחבית קשורה ישירות עם פלומת מזהם ועם backgrouבאזורי nd הראו משופרים לפירוק מזהם אורגני. שיטות מידול שונות שמשו סולם מדידות שטף אנכיים נפח אתר. מטרת המחקר הנוכחי הייתה לפתח שיטות לאיסוף CO בשפע 2 לניתוח AMS (~ 1 מ"ג) ללא השפעה מזיהום אטמוספרי CO 2 (בארות אטומות) תוך שימוש בשיעור האוסף לקבוע נשימה מזהמת. לבסוף, דוגמנות אזור השפעה (זואי) בסופו של דבר לטפס על המדידה 3 מימדים (נפח) ניתן להביא לקביעת פחמימנים כלוריים (CH) המרה על יחידה לפי נפח בסיס לכל יחידת זמן. זואי מאפשרת לקבוע כמה נפח מדידות נשימת פחמן רדיואקטיבי לקוחים. השיטה מורכבת של השמנה התפתחה CO 2 על ידי הסירקולציה מחודשת גז אמיץ גם דרך מלכודת NaOH, מדידת תוכן פחמן רדיואקטיבי של CO שנאסף 2, באמצעות מודל הסוף-חבר שנים עד לחלק את CO 2 שנאסף כדי מזהם אוריםג'ין, אז קנה מידה של המדידה עד נפח מחושב על ידי מודל תהום באתר ספציפי. הגז האמיץ גם הוא ממוחזר כך שרק שיווי משקל מעבדת "למשוך" CO 2 מן זואי הסמוכה.

Protocol

1. הכנה והתקנת השדה

  1. לרכוש ציוד שדה צורך; משאבות, כוח (סוללות, שמש, שנאים, וכו '), צינורות, גם כובעים, אבזרים, צלוחיות מדגם ובקבוקים, בדיקות (pH, אה, וכו') ומשאבות מתח נמוך.
  2. חותם משאבות אוויר המופעל באמצעות סוללות. לקדוח חור לתוך דיור המשאבה (גודל 53) ונתב קטע קצר (3-5 ") של 1/16" צינורות גז-חדיר פלסטיק (עבור PFA למשל).
    1. חותם את כל המנות החיצוניות של המשאבה (סביב דיור הגומי הנמוך) עם איטום ימי ואחריו מעייל של איטום סיליקון.
    2. לחץ בדיקות משאבות על ידי נושב בעדינות בצינור הדיור תוך חסימת היצוא. בדוק דליפה חזותית.
      הערה: לחץ קל צריך להחזיק אם אין דליפת אוויר (איור 1)..
  3. התקן בארות ניטור במידת הצורך (במחקר זה בארות קיימות שימשו - הוקרן ברחבי vadose: ממשק תהום) 18 הערה: גם אחד חייב להיות רקע היטב נציג מיקומו של האתר המזוהם - אך ללא זיהום נפט מבוסס ידוע.
  4. לקבל נתוני דוגמנות תהום ראשוניים אם הם לא קיימים (מוליכות הידראוליות, נקבובי האקוויפר, צפיפות קרקע, תשואה מסוימת, שיפוע הידראולי, וכו ') כמתואר 18. השתמש בנתונים אלה כדי לפתח אזור השפעה (זואי) מודל (אומדן של האזור הלכיד CO 2). הכן את המודל זואי כמתואר חומרים משלימים 18.
  5. כן CO 2 מלכודות בשקילה החוצה ~ 25 גרם NaOH והעברת בקבוק סרום 100 מיליליטר. כיסוי או בקבוק הסרום עם מחץ ו crimp בחוזקה. הכינו מלכודת עבור כל טוב אוסף (איור. 2), בתוספת שדה ריק.
  6. לנהל דגימת תהום ראשונית לפי צורך כדי להשיג pH הראשונית, פחמן אורגני מומס ריכוזים (DIC) וריכוזי קטיון 10,18. מלאו 40 מ"ל נדיפים אובקבוקון ניתוח ganic (VOA), מלמטה המניסקוס קמור עם מי התהום (מדגם באמצעות ביילר, משאבת peristaltic, או קו ריק), להוסיף 5 טיפות של תמיסת CuSO 4 רווי 19, מכסה הדוק (חייב להשתמש כמוסות מחצה) ובו סכום נמוך אמיץ ככל האפשר.
    1. קח בקבוקונים נוספים עבור ניתוחים אחרים (ריכוזי מזהמים, למשל). השתמש בקבוקון unpreserved למדידת pH אם מטר אינו זמין בתחום. מכניסים למקרר והובלה למעבדה.
  7. נתב את קווי החשמל (מסוגלים לשאת ~ 1 אמפר) על פני הקרקע או אמצעי נוח אחר זה טוב. להטביע משאבה שונה (ראה 1.2) ולוודא המשאבה מבצעית (אמור להיות מסוגל לשמוע את זה עובד).
    הערה: המשאבות יכולות להכיל 12 V אבל להשתמש במתח נמוך כדי לחסוך בצריכת חשמל (איור 3)..
  8. בארות קאפ עם כובעים גם גז חזק שונים.
    1. כדי להכין כובעים, שני לקדוח חורים (תרגיל גודל 53) דרך כובעים כדי בכושר בחוזקה 1/16 "נתיבי גז. קווי גז הכביש שני דרך הכובע.
    2. משוך קו אחד כך שהוא ינוח בסמיכות לשולחן מי התהום (איור. 4). להטביע אגוז חלד כבד בקצה כדי להכביד הקו.
    3. כביש בקו השני ממש מתחת הכובע (זה יהיה הקו בתמורת גז). מעיל משטחים וחוטים איטום עם גריז ואקום מספיק כדי לאסור כל חילופי האוויר. הדק על מכסה הבאר.
    4. נתב את הצינורות הנמוכים לתוך כניסת המשאבה. כביש קו גז מהמשאבה מלכודת 2 CO (NaOH) באמצעות מחט מד 16 # דרך מחצה. כביש קו החזרה מהמלכודת (באמצעות מחט # 16 שני) אל קו הגז שהסתיים ממש מתחת הכובע.
    5. הפעל את המשאבה על ידי אספקת כוח ולאסוף לפחות כרכים גם 30 (זה תלוי בנפח של החלל-הראש גם. זה יכול להיות מחושב עם הרדיוס היטב (r) ומרחק מוערך שולחן התהום (L), כלומר, πr 2 ליטר). מחק את המלכודות הראשוניות (כדי לנקות את האמיץ).
    6. סור ולהחליף עם מלכודות טריות לפני איסוף CO ניסיוני 2 על-ידי משייכת המחטים מכל מחץ בקבוק של ומכניס אותם על מחצה הבקבוק החדש. הערת שעה ותאריך עבור מדליק משאבה.

2. ניתוח מדגם ראשוני

  1. כדי למדוד דסק"ש ידי coulometry 20:
    1. העברת בשלושה עותקים 1 subsamples מ"ל ל 40 מ"ל בקבוקונים בסרום כתרים עם septa. לחומצה subsamples עם 1 מ"ל 80% H 3 PO 4. Sparge עם זרם אוויר CO 2 -חינם.
    2. ייבש את זרם גז CO 2 התפתח שיחים עולים בקנה אחד עם Mg הרציף (CLO 4) 2 וג'ל סיליקה (230-400 רשת, 60 א) מלכודות. הבועה זרם הגז לתא coulometric שבו assay colorimetric משמש לכמת CO 2. השתמש בחומרי ייחוס מאושרים לכייל מדידות 21.
  2. לִמְדוֹדpH באמצעות מד pH מכויל סטנדרטי. מדוד pH שבאתר או על דגימות נשמרו.
  3. מדוד הקטיונים המומסים על ידי כרומטוגרפיה יון:
    1. Pipet 5 מ"ל דגימות מי תהום unpreserved כדי autosampler מבחנות. בקבוקונים שווים והכניס autosampler מצמיד את כרומטוגרף יון.
    2. השתמש בעמודת קטיון הספציפי לניתוח 10,18. השתמש 20 מ"מ חומצה methanesulfonic כמו eluent ותזרים chromatographic מוגדר ~ 0.7 מ"ל דקות -1.
    3. לדלל פתרון המניות של 6 תקנים קטיון (המכיל Mg, Ca, Na, ו- K לכל הפחות) 0.5: 4.5, 1: 4, 2: 3, 3: 2, ו -4: 1 שימוש במים מטוהרים. הפעל תקנים אלו בתחילת הניתוח ואחרי 25 כל דגימות ידועות. הפעל מדגם שלוש פעמים (בשלושה עותקים). צור עקומת סטנדרט ידי התוויית ריכוז קטיון לעומת אזור השיא ויצירת רגרסיה ליניארית. ניתוח דגימות שדה בהתאם 10,18.

3. למדוד CO 2 הפקהד מינרליזציה דרג באתר

  1. לאחר כשבועיים עד חודשיים (ישתנו ככל הנראה מאתר לאתר המבוססת על קצב חילוף החומרים של חיידקים באתרה), יפסיק את הספקת החשמל למשאבות ידי ניתוק אותם.
    1. עבור מלכודות גז ממוחזר, להסיר מחטים ולהחליף עם מלכודת "טרי" CO 2. מלכודות יציבות במשך אחסון לטווח ארוך אם אטום (cf איור. 3).
  2. כאשר מוכן לניתוח, לפזר כל unspent (מוצק) הנותרים NaOH ולהעביר את התוכן נוזל כולו למכשיר נפח להשיג נפח דילול. לקבוע את עוצמת הקול מלא (למשל 200 מ"ל לפזר את NaOH הנותרים מלא) subsamples העברה (5-10 מ"ל) ל 40 מ"ל צלוחיות עם septa.
    1. לחומצה על ידי הזרקת 50% (v / v) חומצה זרחתית, sparge ולנתח את זרם הגז כתוצאה ידי coulometry (ראה 2.1).
    2. באופן ידני לחשב את שיעור הגבייה CO 2 על ידי קנה המידה של subsample אל volum כולודואר וכדי בזמן איסוף המידע (כלומר, X גרם CO 2 ליום). הפחת את תוכן CO 2 שדה ריק. לדוגמה, אם NaOH-נמס לגמרי הוא 200 מ"ל, להכפיל subsample 10 מ"ל ב -20 לשקף את ריכוז CO 2 בקטגוריה כולה.
      הערה: אם כי מדגם מיוצג 14 ימים של איסוף, שיעור הגבייה יהיה הריכוז המדורג CO 2 מחולק ל 14 ימים. מגרש את שיעור גביית CO 2 נגד ריכוז דסק"ש הראשוני. אם אין התאמה, שיעור הגבייה הוא לא פונקציה הבלעדית של קינטיקה שיווי משקל.
    3. על מנת לתת דין וחשבון על קינטיקה שיווי משקל, ידני להפחית את שיעור הגבייה הנמוך משיעור אוסף של כל בארות אחרות בתקופת הדגימה.
      הערה: לדוגמה, אם שיעור הגבייה הנמוך ביותר היה 0.0001 מ"ג ד -1, להפיק את בהנחה שמרנית כי זה מייצג אוסף שיווי משקל אך ורק ולחסר ערך עבור כל שיעורי גביית אחרים כדי להשיג ההדואר CO 2 ייצור שיעור עקב הידרדרות. השיעור המדורג הוא שיעור מינרליזציה פחמן האורגני (השמרני כפי השיעור הנמוך ביותר עשוי לכלול כמה מינרליזציה מזהם).
  3. נתח את הנותרים CO 2 על ידי Accelerator ספקטרומטריית מסה (AMS) כדי לקבוע את התוכן פחמן רדיואקטיבי 22. השתמש כ פחמן 1 מ"ג לניתוח זה. קנה המידה של הזמן אוסף (ים) כדי לאסוף CO 2 מספיק. הפחת את תוכן פחמן רדיואקטיבי את השדה הריק ידי מאזן מסה (מדידת פחמן רדיואקטיבי מדורגת לסכום CO 2 בתחום ריק).
    הערה: לקבלת באתר הבדיקה המתוארת, 2 אוספים בשבוע היו יותר מאשר מספיק כדי להשיג 1 פחמן מ"ג.

דגם 4. אזור השפעה כדי לאמוד את היקף הקרקע שנדגמו עבור CO 2

  1. השתמש 23 MT3DMS יחד עם MODFLOW-2005 24 דרך ממשק ModelMuse 25 כדי לדמות דיפוזיה CO 2 ושיווי משקלהקשורים המסך היטב (וידאו 1). ההחלטה של ​​המודל היא 0.09 מ '0.09 מ' וזה שווה בערך החתך של הבאר נחשבת סביר להערכת זואי.
    1. הורד והתקן MODFLOW-2005 (http://water.usgs.gov/ogw/modflow/MODFLOW.html#downloads), MT3DMS (http://hydro.geo.ua.edu/mt3d/), ו ModelMuse (http : //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html).
    2. גדר ModelMuse עם מיקום של תכנית MODFLOW. לשם כך, לחץ על "מודל" תפריט, ולאחר מכן בחר "מיקומיתוכניות MOFLOW ...", ולאחר מכן צבע תכנית ספריית התקנת תכנית MODFLOW-2005: /bin/mf2005.exe. תחת שיח זה אותו הדבר, להגדיר ModelMuse עם מיקום של תכנית MT3DMS (ספריית התקנה: /bin/mt3dms5b.exe).
    3. גדר חבילות MODFLOW תוכניות (בתוך ModelMuse). כדי לעשות זאת, בחר בתפריט "דגם", ואז "חבילות MODFLOW תוכניות ....". תחת "זרימה", בחר LPF:4; שכבת אריזת זרימת נכס ".
    4. תחת "תנאי שפה," בחר "ראש הוגדר," ולאחר מכן בחר CHD: Time-Variant הוגדרה-ראש חבילה "בחר" MT3DMS "בחר" BTN:... חבילה הכולל טיסה בסיסית "קבעת את המינים הניידים ל- CO 2.
    5. הגדר אפשרויות MODFLOW בתוך ModelMuse. כדי לעשות זאת, בחר "דגם" בתפריט, ואז אפשרויות MODFLOW. בכרטיסייה "אפשרויות", להגדיר יחידות מודל (מטרים, שעות, g (גרם)).
    6. גדר MODFLOW זמן על ידי בחירת תפריט "דגם", ואז "MODFLOW זמן." שימוש תקופת מתח אורך 360 יהיה בטווח הסימולציה עבור 15 ימים.
    7. גדר נתוני MODFLOW סטים על ידי בחירת תפריט "נתונים", בחרו "מערכי נתונים." הזן נתונים מהאתר של עניין: הידרולוגיה (ערכי K ב 3 מימדים, Modflow ראש ראשוני, Modflow הוגדר ראש); MT3DMS: (סי מקדם דיפוזיה 2, CO ריכוז ראשוני 2, אורך Dispersivity).
    8. Eמשתנה גלובלי dit. בחר בתפריט "נתונים", בחר "משתנה גלובלי." הזן את שיעור גביית 2 CO (מאתר) ואת ריכוז 2 הראשוני CO.
    9. סימולציה לרוץ. לחצו על החץ הירוק בסרגל הסמל העליון כדי להתחיל את הסימולציה. שמור קבצי קלט כאשר תתבקש לעשות זאת. סימולציה תפעל. אחרי הגלישה, יצוא MT3DMS קבצי קלט: בחר תפריט "קובץ", ולאחר מכן "ייצוא" ואז MT3DMS קבצי קלט. סימולציה תגבש ונתוני יצוא.
    10. שים ותוצאות מודל פלט. לחץ על הסמל צג על בר סמל. בחר את הסימולציה. ערכי גבול הפלט זואי ב X, Y ו- Z ציר
      הערה: מודל זה מייצג אזור השפעה לאיסוף CO 2 (פיתוח המודל המלא מתואר טופס דיווח זמין מהחומרים התומכים) 18. זואי, אשר מוגדר כנפח האקוויפר אשר ריכוז CO 2 של 95% או פחות, נראה סימטרי על שיפוע הידראולי,אשר טוען השפעה קטנה יחסית של תהליך advection עם השיפוע ההידראולי הקטן במהלך העונה היבשה. ניתוח נוסף מציין כי היקף האקוויפר עם כל דלדול CO 2 (כלומר, <99%) ובמידות downgradient ארוך משמעותית.

5. תוכן פחמן רדיואקטיבי זוג עם CO 2 הפקה דרג סולם כדי Volume (עם זואי)

  1. המרת הגילאים פחמן רדיואקטיבי (במידת הצורך) כדי לכל בסימון mil שימוש בנוסחאות תקן 22. השתמש ערך פחמן רדיואקטיבי גם רקע בתור (NOM Δ 14 C) ידוע במשוואה (1). Δ 14 C נפט הוא יודע (-1000). השתמש הערך של הפרט עבור Δ 14 CO 2. לפתור עבור נפט חלק.
    (1) Δ 14 CO 2 = (Δ 14 C x נפט נפט שבריר) + [Δ 14 C NOM x (1 - חלקנפט)]
  2. הכפל את הנפט שבר בשיעור מינרליזציה CO 2 (3.1) כדי לקבוע את שיעור מינרליזציה המזהם (כלומר, 50% x 1.0 מ"ג ד -1 = 0.5 מ"ג -1 המזהם פחמן ד).
  3. מחלקים את שיעור מינרליזציה מזהמים על פי היקף זואי מחושב ב (4) לקבוע mineralized מסת המזהם ליחידת זמן ליחידת נפח (כלומר, 0.05 מ"ג C מ -3 ד -1).

Representative Results

באתר הבדיקה, זיהום CH היסטורי כבר גבוה ביותר בתוך אשכול הבאר המרכזי (MW-25-MW-30) וליד שרמן הכביש (איור. 5). בשנת 1983, חלקים גדולים של זיהום הוסרו מאתר הפסולת (הצפון של אתר המבחן) וחפירה נוספת התרחשה בשנת 2001. ריכוזי CH פחתה לאחר הסרת המקור במיוחד ליד הבורות לשעבר (שרמן Road), אלא נוצה עיקשת ממשיכה קיימים באזור אשכול באר המרכזי. גשמים עונתיים ידועים זמני להגדיל ריכוזי CH ו desorbs זיהום שיורים עבור קרקעות 27. קרקעות באזור הם חולות מחפר לשעבר בעיקר. התערבות אפשרית עם השיטה המתוארת יכולה להתקיים אם סלעי קרבונט עתיקים נמצאים, ו- pH התהום הוא נמוך מאוד (<~ 5). זה יכול להוביל לפירוק קרבונט ו אות עתיקה CO 2 שנוצרה. לא משמעותי קאקו 3 ידועיםבאזור, בכל זאת, הקטיונים pH נמדדו נתון רגרסיה וניתוחי מרכיבים עיקריים (PCA). החשש העיקרי היה כי pH הנמוך עשוי לקדם סידן פחם (3 קאקו) פירוק, אשר יכולים ניתוח פחמן רדיואקטיבי ההטיה (סלעי קרבונט עתיקים יכולים לספק CO 2 ישן אם מומסים על ידי מים חומצי). Na + התוכן היה גבוה במעט בצד הדרומי של האתר (הקרוב ביותר לים), אבל אין ערכים היו במגוון מציין חדירת ים משמעותי. ריכוזי סידן יון נעים בין 8.0 כדי 58 מ"ג ל -1. פירוק קרבונט לא צוין מתי הקשורים ריכוז יון סידן ל- pH (r 2 <0.3). דו-חלקות PCA לא הצביעו על מקדם חזק עם כל משתנה. בין-גם הבדלים גם לא הצביעו על פירוק קרבונט (איור. 6). ניתוח קונפורמציה זה צריך להיחשב קריטי כאשר התאמת המתודולוגיה לאתרים חדשים - particulקארלי בעלי גיאולוגיה אזורית המציין תצורות סלע קרבונט משמעותיות.

שיעורי ייצור 2 CO נעים בין 0 ל 34 מ"ג CO 2 ד -1. CO 2 הייצור היה הנמוך ביותר באשכול הבאר המרכזית באזור שבו זיהום היסטורי היה הגבוה ביותר (איור. 5). ייצור CO 2 גם MW-01 (רקע היטב - לא הופיע, אבל ~ 500 מטרים מצפון מערב באשכול היטב הראשי) היה גבוה מאוד 31 מ"ג CO 2 ד -1). שכפל הנשימה ניתוחי היו סטיות התקן החל 0.03 ל -6% CO 2 והעמידה ממוצעים של פחות מ -1% (0.98). שני, 2 שבועות תקופות מדידות העונה היבשה היו בממוצע עבור חישובים הבאים. מדידות נשימה לא להשתנות במידה ניכרת בין תקופות 2 שבועות בודדים. בין תקופת הנשימה סטיית התקן נע בין <1 ל -51% אך בממוצע 13% (טבלה 1). Respiratiעל מיצוע מותר חישוב נפח CH יחיד הוסר במהלך תקופה של חודש אחד. הרקע גם (MW-01) היה גיל פחמן רדיואקטיבי של 1,280 שנה לפני זמננו (שנה לפני זמננו) או 85 אחוזים המודרני (PMC) - בטווח משותף חומר אורגני בקרקע בגילים 26. ערך של באר זו שימשה כרקע עבור דגם ערבוב איזוטופי. שוב, בגלל הדגימה הוגבלה כולל של חודש אחד, שתי תקופות גב אל הגב באותה העונה היו רגילות "מייצגים" העונה היבשה - אשר נחשבה התנאים העומדים ביותר ובכך שמרניים לאומדני אקסטרפולציה. כמו שיעורי ייצור דסק"ש, מדידות פחמן רדיואקטיבי היו דומות בין תקופות 2 שבועות בודדים. סטיית התקן בין תקופות שנעו בין 0.25 ל -18% והעמידה ממוצעים של 6%. CO 2 הגילאים פחמן רדיואקטיבי נע בין ~ 34 ל 85 PMC או ~ 1,340 עד 8,700 שנה לפני זמננו (טבלה 1). MW-27 ו MW-32, שלפי חשד נפגע על ידי דולף משאבה היה val פחמן רדיואקטיבי המודרניUES ובכך אושר כנפגעים. דגימות אלה לא נכללו בניתוח נוסף.

דיווחים קודמים שמשו הידראולי תהום ומאפיינים מומסים CO 2 לפתח את זואי מודל 26,27 (2 לוח). נתוני מזג אוויר (2007, 2011 ו -2012) מתחנת CIMIS סן דייגו (תחנה מזהה 184) שמשו כדי להעריך את שיעור טעינת האקווה. נתונים Tidal לעומת התקופה המקבילה זמן מתחנת NOAA סן דייגו (תחנת ID: 9,410,170) שימשו להגדרת תנאי הגבול. כיול המודל להניח שיפוע הידראולי יציב ושיעורי אוסף קבועים CO 2. סימולציות משלימה משתנות שיעורי גבייה ממוצעים CO 2 ו- CO רקע הראשוני 2 יחד עם עליית שיפוע הידראולי 10% סייעה parameterizing המודל. סימולציה משלימה באמצעות שיעור הגבייה הממוצע CO 2 הראתה עלייה של כ -46% ב eCO 2 רקע stimated (כלומר, עלה מ 6.5 ל 9.5 gm -3) אם שיעור הגבייה השתנה מ 0.00530 (+ 10%) כדי 0.00434 גרם hr -1 (-10%) לעומת התקופה אוסף 2 שבועות (לוח 3) . הנחות עבור דגם זואי כללו זניח CO 2 ייצור מיוחס שפלת CH בתקופת איסוף חלוקת CO 2 הראשונית האחידה לפיתוח הסימולציה הסופי (האיור. 7). שיעור התגובה 2 CO עלול לזלזל עבור המוסד בו נערך הניסוי.

שימוש קצב ההפקה CO 2, CO 2 שפלה מיוחס CH, וערכות ממודל זואי, הסרת CH מסה בכל היטב ליחידה זמן חושבה. נתונים מהטבלה 1 שמשו עם מודל ערבוב השני מקצה החבר (EQ (1)) כדי לפתור עבור חיית מחמד f בכל טוב. מכיוון שהאתר ידוע רק con CH tamination ואין מקור CO 2 אחרים נמצא בתוך או בסמוך לאתר, השפלה CH ההנחה היא כמו הראשי לתרום של CO 2. חיית המחמד f נע בין 1 ל 60% מעל האתר (לוח 4). השיעור הוסב בסיס פחמן מוכפל בשער ייצור CO 2 כדי לחשב את שיעור שפלה CH (לוח 4). באמצעות נפח זואי (לוח 3), קצב הידרדרות המזהם ליחידת זמן ונפח נקבע (לוח 4). ערך זה נע בין 0 ל -32 מ"ג C מ -3 ד -1 (לוח 4). שפלת CH הייתה נמוכה ביותר באזורים של זיהום CH ההסטורי הגבוה ביותר (MW-25 - MW-30). בוולס ליד בפריפריה האתר (ליד שרמן Road), השפלה CH הגבוהה ביותר נמדדה. CO 2 ייצור היה גבוה יותר באזורים אלה, תוך חיית מחמד f הצביע מחזור CH משמעותי (איור. 8).

NT "FO: keep-together.within-page =" 1 "> איור 1
איור 1. איטום והכנת משאבות סחרור. איטום משאבות סחרור לפריסה בשטח.

איור 2
איור 2. מלכודות NaOH מוכן לפריסה בשטח. 120 מ"ל בקבוקי סרום עם מלכודת NaOH הוסיף מלחץ אטום.

איור 3
איור 3. בניית זירה. חוט מנותב בארות לבושות (משמאל), מלכודת פרוסה ליד באר (למעלה מימין), ומערכת הפצת אנרגיה סולארית (בפינה ימנית תחתונה). ולס הם לבוש בתחום עם מערכות איסוף (כולל חיווט, חלוקת כוח, ומשאבה / מלכודות).

ther.within-page = "1"> איור 4
איור 4. השתנה גם כמוסות מראות קווי מחזור גזים. נתון זה מראה כמוס גם שונה עם כניסת גז ולחזור קווים.

איור 5
איור 5. היסטורי זיהום פחמימנים מוכלרים (מיקרוגרם ל -1). נתון זה מראה את זיהום פחמימנים כלוריים היסטורי באתר הבדיקה.

איור 6
איור 6. PCA דו-עלילה מראה שום שיתוף קורלציה בין הקטיונים מומסים ו- pH. נתון זה מראה דו-עלילה של PCA הציונית והעמסות שנוצרו מנתוני hydrogeological (pH ו קטיונים) עבור אתר בחינות.

התוכן "FO: keep-together.within-page =" 1 "> איור 7
איור 7. מכויל זואי מודל שיעור הגבייה הממוצע CO 2 (0.0048 גר '-3). ריכוז הרקע CO 2 מכויל היה 6.5 gm -3, ואת הריכוז המרבי זואי היה 6.18 גר' -3 (קו שחור מוצק). בקטרים ​​אורכים רוחביים של זואי היו 2.28 מ '0.72 מ', בהתאמה. עומק של זואי היה 0.12 מ '. השתנה מ -18. נתון זה מראה ייצוג גרפי של מודל זואי ב 3 ממדים.

הספרה 8
איור 8. קצב הידרדרות המזהם ליחידת זמן ליחידת שטח. השתנה מ -18. זהו קצב ההידרדרות אינטרפולציה עבור CH מעל המוסד בו נערך הניסוי על פני תקופת זמן שנדגמו.

= "Jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> וידאו 1
פיתוח וידאו 1. של זואי באמצעות MT3DMS23 - סימולצית MODFLOW ( קליק ימני להוריד ). הורד, התקן, לאתחל וליצור סימולציה עבור זואי.

MW-42
טוֹב δ 13 C
(‰ VPDB)
Δ 14 C
(‰)
גיל קונבנציונלי
(שנה לפני זמננו)
אחוז Modern 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 אין נתונים - דולף משאבה

טבלה 1. מדידות איזוטופ CO 2 והמרות. CO 2 איזוטופ יציב ומדידות פחמן רדיואקטיבי והמרות ליחידות להשתמש בכתב היד.

פָּרָמֶטֶר יחידות ערך
הידרולוגיה
מוליכות הידראולית מ"ל hr -1 0.44 (אקוויפר)
10 (טוב)
נקבובי (אקוויפר) 0.48 (אקוויפר)
0.99 (טוב)
צפיפות בצובר g ס"מ -3 1.4
תשואה ספציפית ס"מ 3 ס"מ -3 0.2
הידראולי Gradient מ"מ -1 0.015
תחבורה CO 2 המומס
מקדם דיפוזיה מ 2 hr -1 5.77 x 10 -5
אֹרכִּי M 6.1
Dispersivity
רוחבי אופקי M 0.61
Dispersivity
</ Td> אנכי רוחבי M 0.061
Dispersivity
גז קרקע CO 2 % 0.56

הפרמטרים במודל טבלה 2. זואי. פרמטרים ששימשו במודל וסימולציות זואי.

<td> 17.6
רמת שיעור גבייה שיעור הגבייה ריכוז רקע גודל זואי
אֹרכִּי רוחבי עוֹמֶק כֶּרֶך
(ז / hr) (גר '/ מ 3) (M) 3)
מַקסִימוּם .0131 2.47 0.77 0.13 0.193
מְמוּצָע .0048 6.5 2.28 0.72 0.12 .176
מִינִימוּם 0.0003 4 2.16 0.68 0.11 0.149

פלטי מודל לוח 3. זואי. פלטי דגם עבור זואי. טבלה זו מתארת ​​את נפח תלת ממדי עבור זואי.

טוֹב חיית המחמד f
(%)
קצב הידרדרות מזהם
(מ"ג ג ד -1 ±% 10)
שפלה מזהם ליחידה זמן ונפח
(מ"ג C מ -3 ד -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 לא ישים - MW-01 המשמש כרקע (למשל, אין זיהום)
¥ הניח להיות טהור שיווי המשקל המונחה (למשל, אין נשימה)

לוח 4. Scaled ערכות שפלות מזהמות. אומדנים עבור שפלה מזהמת ליחידה זמן ונפח יחידה למעיינות שנדגמו.

Discussion

פרוטוקול מתואר שמטרתה לשלב מדידות קצב, מינרליזציה שיעור מן המזהם (ים) ו זואי לקבוע שפלה מזהמת כוללת של אתר. הרכיבים הקריטיים הם, מדידת CO 2 ייצור (מינרליזציה כאשר תקן) לאורך זמן, במקביל לאיסוף CO respired 2 בכמות מספקת (~ 1 מ"ג) לניתוח פחמן רדיואקטיבי AMS מתן סכום נגזר שפלה מזהמת, ו, יצירת מודל זואי להתייחס בשבי CO 2 עד נפח של אדמה או מי תהום ידועה (או שניהם). המרכיבים העיקריים שלושה אלה משולבים להגיע חישוב הכולל בכל נקודת דגימה עבור כמות המזהם מושפל ליחידת נפח ליחידת זמן (GM -3 ד -1, למשל). קנה מידה של החישובים, באמצעות מדידות מופרדות חזרו וגיאוגרפית (בארות המשתרעות על אתר subsampled מעל בסקאלות זמן ארוכה יותר), יאפשר למנהלי אתר להעריך מרחבית temporדינמיקה שפלה אל ולהגיב בהתאם לרגולטורים ובעלי עניין.

הפרוטוקול המתואר משתמש משאבות סירקולציה או דוגמים פסיביים פרוסים לטווח ארוך (אסטרטגיה בשלבי פיתוח) כדי ללכוד את ה- CO 2 מגז אמיץ היטב. הסיבה היא פי כמה וכמה. בראש ובראשונה, מספיק CO 2 יש לאסוף כדי להשיג מדידות פחמן רדיואקטיבי (~ 1 מ"ג). שיעורי נשימה ניתן למדוד באמצעות קרקע משטח: מלכודות חילוף אוויר או על ידי שימוש במכשירי נשימת אדמה (תא שטף Licor למשל). שיטות אלה סובלים הצורך לאסוף CO מספיק אסינכרוני 2 לניתוח פחמן רדיואקטיבי - ובכך אולי הטיית המדידה. למשל, בתא שטף ניתן לבוש למדוד אדמה: אוויר CO 2 חליפין תוך התחשבות נהירה של אטמוספרי CO 2 17. אלא אם כן שיעורי נשימה הם גבוהים, מספיק CO 2 למדידות פחמן רדיואקטיבי לא יכול להיות לכוד. בבמקרה זה, ניתן לקחת דגימות ממדגמים גז קרקע גדולים או ממי תהום (עם DIC) 12. יתר על כן, מדידת שטף CO 2 על הקרקע: משטח אוויר כפוף זרם מן לרוחב האווירה לתא או מלכודת השטף. אמיץ גם דגימה "מבודד" האות לאזור של זיהום (בהתאם להתקנה גם במידה מסוימת) אבל מוסר כראוי מפני זרם אטמוספרי (ו- CO 14 המודרני שנוצר atmospherically 2). הקושי העיקרי הוא דגימה מן הבאר מבלי לפתוח אותו כדי לשנות מלכודות (עבור דגימה זמנית).

באמצעות משאבות הסירקולציה המחודשת מאפשרת לאדם לטעום אמיץ היטב ולשנות CO 2 מלכודות במרווחי זמן קבועים מבלי לחשוף את מיקום מדגם 14 אטמוספרי CO 2. זה גם מאפשר לדגום CO 2 הניכר אשר לאחר מכן ניתן לנתח עבור שטף ותוכן פחמן רדיואקטיבי טבעי. ה- PR הסחרורotocol הוא לא בלי קושי. אחת הבעיות המרכזיות היא מסירת כוח מספיק כדי להפעיל משאבות ברציפות בתחום. לצורך הניסוי הראשוני (המתואר כאן), פאנלים סולאריים מסופק מספיק אנרגיה כדי להפעיל משאבות עבור כל תקופה של שבועיים. יומני מתח הראו כי לאחר מספר ימים, אנרגיה סולארית לא יכול לשמור על קשר עם הכוח הדרוש ומשאבות לא פעלו במשך כמה שעות בכל יום. זה לא היה מהותי דוגמנות השטף ואיסוף הכוללת, אך מדגיש את הקושי במתן חשמל בשפע לחומרה לשדה-פרסה. בשינה כרגע ריצה אוסף, כוח המשאבות הופרע על ידי צוותות קרקע לכסח בתחום גם ניטור. קווי חשמל מספר נותקו. אנו בוחנים כעת מלכודות CO 2 הפסיבי-לפרוס אמיץ אשר יכול להיות וריד לתוך הבאר לאחזר במועד מאוחר יותר עם נספג CO 2. ניתוח סיכון-תועלת מתנהל (את הסיכון בעיקר נגזר מצורך לפתוח את הראש היטב ולאפשר ב אטמוספרי14 CO 2).

המגבלות העיקריות של הטכניקה הם לא להיות מסוגלים להבחין בין מקור הנשימה המדויק במערכות מזהם מעורבות ולא להיות מסוגל לתת דין וחשבון על מוצרים פגומי ביניים מבוססי פחמן (כלומר, DCE, VC, מתאן). למשל, באתר הנוכחי, היה זיהום פחמימני דלק היסטורי בנוסף זיהום CH. CHS כמעט נעשית אך ורק ממקורות נפט. באתר תיאר, CH הוא מבודד בעיקר באזור למד - תוך כמה נפט שיורית כנראה קיים לצפון. אין נפט נמצא בבארות שנדגמו עבור עבודה זו. עם זאת, באתר מזהם מעורב, שיעור מינרליזציה הכולל עשוי להיות קשה לקשור עוזר יחיד או מח' של מזהמים. באמצעות שיטה זו, ניתן לכמת את שפלת CH המלאה (עד 2 CO). אם, פחמן מזהם מומר CH 4 (בתנאים אנאירוביים), את CH 4 עשוי להיות & #34;. אבוד "אם מפזרת הרחק זואי זה פחמן יומר סביר ל- CO 2 בתוך חלקי oxic באזור vadose אם זו אינה מתרחשת בתוך זואי, שיטת הדיווח לא תהווה אותו במקרה זה.. יכולה להיחשב, השיטה המתוארת אומד שמרני, אשר מנקודת מבט רגולטורית, רצוי. בנוסף, מודלי זואי אינם נטולי ודאות. סימולציות מבוססות על ערכים "יחידים" כגון נקבובי וצפיפות בתפזורת אשר נמדדים subsamples להניח להיות הומוגנית - אבל במציאות הם הטרוגניים בבית מקרו microscales מגבלה נתפסת עשויה להיות עלות ניתוח עבור פחמן רדיואקטיבי שפע טבעי (אשר יכול להיות כל כך כמו 600 $ לדגימה) האופי הסופי של המידע שנאספת גורם פחמן רדיואקטיבי.. העלות נמוכה מאוד במציאות. עם דגימות קולעות כמה, אפשר לקבוע אם תיקון משמעותי מתרחש. אם, למשל w הקשורים CO 2ה- i פלומה מזהמת הוא יחסית מדולדל פחמן רדיואקטיבי לאתר רקע 10. אתר עם pH הסביבה הנמוך (> ~ 4.8) ואבן גיר ניכר (קאקו 3) עשוי להיות מועמד עני ליישום הטכניקה הזו. שכבות קרבונט עתיקות עשויות להתמוסס pH הנמוכים הטיה בניתוח.

המשמעות של הטכניקה היא ניכר, כסוג מדידה יחיד (פחמן רדיואקטיבי שפע הטבעי) יכול מייד לשמש כדי לאשר בגיור באתרו של מזהם ל- CO 2. ניתוח זה הוא סופי. פחמן רדיואקטיבי לא יכול להיות מדולדל אלא דרך התפרקות רדיואקטיבית - שהוא קבוע למרות פיזית, כימי או שינוי ביולוגי של כל חומר מוצא. מדידות פחמן רדיואקטיבי סטטי (למשל DI 14 C) יכולות להתבצע על דגימות יצוו ולאשר באופן מיידי אם 14 C-מדולדל CO 2 הוא נפוץ באתר (המציין מינרליזציה מזהם עוררין ל- CO 2). Informa זהtion לבד הוא מאוד יקר למנהלי אתר כמו בלעדיו, הם נדרשים להשתמש קווי ראיות עקיפים רבים להסיק כי מינרליזציה המזהם מתרחש. אין מדידה בודדת אחרים יכולים לספק חיבור בטון בין מזהמים מבוססי פחמן פחמן המכיל CO 2 מיוצר באמצעות השפלה מוחלטת.

יישומים עתידיים נערכים כיום שבו הקבוצה שלנו תגדל דגימת פתרון זמני להקיף שנה שלמה. על ידי איסוף CO 2, וקביעת מידת מינרליזציה (ים) על מידת המרחבי של האתר, נוכל לחדד מודלים שפלים מזהם לאורך זמן. מידע זה נחוץ באופן ביקורתי על ידי מנהלי האתר על מנת בצורה היעילה ביותר לנהל אתרים מזוהמים. בשימוש מוגבל, רגולטורים בשלושה אתרים שבם הטכניקה יושמה הכירו שיטות תוצאות סופיות. זה הוביל חיסכון בעלויות וכן סייע להדריך אלטע מתקנתrnatives.

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).
פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO<sub&gt; 2</sub&gt; ניתוח שטף ו פחמן רדיואקטיבי
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