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环境科学

Messen auf Kohlenstoffbasis Contaminant Mineralisation mit kombinierten CO<sub> 2</sub> Flux und Radiokarbon-Analysen

Published: October 21, 2016
doi:
10.3791/53233
, , ,
1Marine Biogeochemistry, Code 6114,US Naval Research Laboratory, 2Department of Biological and Ecological Engineering,Oregon State University

Summary

A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone’s spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time.

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben, das die Abwesenheit von Radiokohlenstoff in Industriechemikalien verwendet und Kraftstoffen aus Erdöleinsatzmaterialien hergestellt, die häufig die Umwelt verunreinigen. Dieses Signal Radiokarbon – oder vielmehr das Fehlen von Signal – wird gleichmäßig über eine Schadstoffquelle Pool verteilt ( im Gegensatz zu einem zusätzlichen Tracer) und wird nicht durch biologische, chemische oder physikalische Prozesse beeinflusst (zB die 14 C radioaktiven Zerfallsrate ist unveränderlich). Wenn die fossilen abgeleitete Verunreinigung ist vollständig abgebaut zu CO 2, ein harmloses Endprodukt, dass CO 2 keine Radiokarbon enthalten. CO 2 aus natürlichen organischen Material (NOM) Abbau wird die NOM Radiokarbongehalt widerspiegeln ( in der Regel <30.000 Jahre alt). Da kann eine bekannte Radiokarbon – Inhalte für NOM (eine Website Hintergrund), ein zwei Endglied Mischmodell verwendet werden , um das CO 2 aus fossilen Quelle in einem gegebenen Bodengas oder Grundwasserprobe abgeleitet zu bestimmen. Die Kopplung des percent CO 2 aus der Verunreinigung mit dem CO 2 Atmungsrate abgeleitet liefert eine Schätzung für die Gesamtmenge an Verunreinigungen pro Einheitszeit abgebaut. Schließlich Bestimmen einer Einflusszone (ZOI) , die das Volumen , von dem Standort CO 2 gesammelt wird , ermöglicht es dem Schadstoffabbau pro Zeit- und Volumeneinheit zu bestimmen. Zusammen mit den Schätzungen für die Gesamtschadstoffmasse, kann dies letztlich verwendet werden, die Time-to-remediate zu berechnen oder anderweitig von Site-Manager verwendet für die Entscheidungsfindung.

Introduction

Umweltsanierungskosten sind erschütternd, mit zahlreichen Altlasten in den USA und im Ausland. Dies macht innovative Behandlung und Überwachung Strategien wesentlich zur Erreichung Complete Response (RC) Status wirtschaftlich (zB keine weiteren Maßnahmen erforderlich). Traditionell haben die Linien konvergierender Beweise in situ Bioremediation, abiotische Schadstoffumwandlung oder andere Formen der natürlichen Dämpfung untermauert. Beweislinien nicht unbedingt verwendet werden , Abbau zu bestätigen oder Schadstoffabbaurate Informationen unter in – situ – Bedingungen 1 zu sammeln. Sanierungs Zeitplan (s) zur Vorhersage wurde oft empfohlen worden, aber die Verknüpfung dieser Daten kosteneffektiv eine breite Palette von Daten sammeln absolut Sanierung zu bestätigen hat 2-4 gewesen problematisch. Beziehen Sie die realistischste und komplette Website konzeptionellen Modelldaten mit so wenig Kosten wie möglich ist eine ultimative Ort-Management-Ziel. Außerdem Regler und stakeholder Forderungen stellen zusätzliche Treiber für den Erhalt der rechtzeitige, wertvolle und kosteneffektive Informationen. Eine relativ preiswerte Methoden der Lage, überzeugende Beweise für die Schadstoffumsatzraten bieten bieten den größten Nutzen für die Ziele Bereinigung erfüllen.

Da sehr unterschiedliche Isotopensignaturen in Kohlenstoff basierenden Verunreinigungen vorhanden sind, Kohlenstoff – Isotope wurden zum Verständnis Schadstoffminderungsprozesse an Feldstandorten 5-13 vor kurzem angewendet. Stabiler Kohlenstoffisotope können verwendet werden , um zu bestimmen , ob eine Quelle auf Rayleigh Destillations kinetics (cf 5,6 auf Bewertungen) basiert dämpfen. Diese Methodik, während bequem, kann begrenzt sein, wenn Verunreinigungen aus gemischten Quellen sind – oder stellen keine isotopen einzigartige "Start" Spill (von dem anfänglichen stabilen Kohlenstoffisotopenverhältnisse abgeleitet werden können). Natürliche Fülle Radiokarbon-Analyse stellt eine Alternative (und vielleicht auch ergänzende) Isotopen strategy zur Messung von auf Kohlenstoff basierenden Schadstoffabbau zu CO 2. Brennstoffe und Industriechemikalien aus Erdölausgangsmaterialien abgeleitet werden völlig frei von 14 C im Verhältnis zu zeitgenössischen (aktiv Radfahren) Kohlenstoff, die durch kosmische Strahlung Reaktionen in der Atmosphäre erzeugt 14 C enthält. Radiokarbon – Analyse ist der Fraktionierung nicht Gegenstand als stabile Analyse des Kohlenstoffisotops ist, und 14 C – Zerfall nicht wesentlich beeinflusst durch physikalische, chemische oder biologische Prozesse. Darüber hinaus ist die 14 C – Signal – oder deren Fehlen – in Erdöl gewonnenen Materialien wird gleichmäßig über den Schadstoff Pool verteilt es sich um eine vollständig mischbar Tracer zu machen. Die hier beschriebene Technik beruht auf der Beobachtung , dass jede CO 2 aus einem fossilen abgeleitet Verunreinigung erzeugt wird von 14 C frei sein , während CO 2 aus Mikroorganismen erzeugt NOM abbau leicht messbare Mengen von 14 C enthalten Messung14 CO 2 ermöglicht auch ein zu voller Schadstoffabbau (dh Mineralisierung) auf ein unbedenkliches Endprodukt direkt verbinden.

14 CO 2 Analyse verwendet worden Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallSchadstoffAbbauProdukte 7-13 zu folgen. Dies ist aufgrund der analytischen Auflösung zwischen Endglieder (fossil und modern), die rund 1.100 Teile pro Tausend (‰). Im Allgemeinen Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) wird verwendet, um natürliche Fülle Radiokarbon zu lösen. Atmosphärische CO 2 (~ + 200 ‰) lebenden Biomasse (~ + 150 ‰) und der organischen Bodensubstanz abgeleitete CO 2 (~ -200- + 100 ‰) sind alle analytisch verschieden von fossilen abgeleitet CO 2 (-1000 ‰). Dies ist aufgrund der vollständigen Zerfall aller 14 C, das eine Halbwertszeit von rund 6000 Jahren. Brennstoffe und Industriechemikalien aus Erdölausgangsmaterialien abgeleitet, die aus dem aktiven Kohlenstoffkreislauf entfernt Jahrmillionen, Haben eine ausgeprägte Radiokarbon-Signatur (-1000 ‰ ≈ 0% modern – keine Erkennung auf AMS Bedeutung). Die Messung ist einfach und in Bezug auf die Kontamination der Probe, die fast alle potentielle Vorurteile sind in Richtung der konservativen (die Probe mit modernen CO verunreinigen 2). Zum Beispiel bekommen atmosphärischen CO 2 in einer Probe würde die Radiokarbon – Isotopensignatur erhöhen und damit bewirken , dass die Abbaurate zu unterschätzen.

CO 2 entwickelte sich aus auf fossilen Brennstoffen beruhenden Schadstoffabbau wird Radiokarbon-frei sein. Auf einem Hintergrund – Website ohne Verunreinigung, CO 2 veratmet aus natürlichem organischem Material (NOM) wird altersgerecht auf die NOM sein. Innerhalb der Wolke oder an den Rändern, schadstoff abgeleitet CO 2 0% moderne Kohlenstoff haben. CO 2 aus NOM Quellen und CO 2 aus fossilen Quellen stammen , können mit einem zwei Endglied unterschieden werden Mischmodell 11. Es ist somit möglich, ESTIMAte , den Anteil des gesamten CO 2 Pool (respired Kohlenstoff) zuzuschreiben der Verunreinigung. Mit nur diesen Anteil, fossilen Kohlenwasserstoff oder industrielle chemische Oxidation an Feldstandorten wurde 7-13 bestätigt. Dieser Anteil an Verunreinigung 2 abgeleitet CO können dann mit Gesamt – CO 2 Mineralisierungsrate gekoppelt werden (alle CO 2 pro Zeit- und Volumeneinheit gesammelt) intrinsische Schadstoffmineralisierungsrate zu bestimmen. Diese Dämpfungsrate Unter der Annahme, würde bei gegebenen Bedingungen vor Ort fortsetzen, könnte man dann Zeit für die Schließung von Standorten benötigt abzuschätzen.

Es sind Techniken zur Bestimmung von Bodenhorizont CO 2 Flüsse mit Methoden mit offenen oder geschlossenen System – Designs 14 zur Verfügung. Closed-System Flusskammern und Gasflussmodelle verwendet wurden , in kontaminierten Böden 12,13,15-17 Netto-Atmung zu bestimmen. In diesen Studien räumlichen Messungen direkt mit einer Schadstofffahne verbunden sind und mit background Bereiche zeigten biologischen Abbau organischer Verunreinigungen verbessert. Verschiedene Modellierungsmethoden wurden verwendet, um vertikale Flussmessungen an Ort Volumen skalieren. Das Ziel dieser Studie war es, Methoden zu entwickeln , um genügend CO 2 für AMS – Analyse zu sammeln (~ 1 mg) ohne Einfluss von atmosphärischen CO 2 Kontamination (abgedichtete Bohrlöcher) , während die Sammelquote mit Schadstoff Atmung zu bestimmen. Schließlich massstabsEinflussZone (ZOI) Modellierung letztlich die Messung zu 3 Dimensionen (Volumen) erlaubt die Chlorkohlenwasserstoff (CH) Umwandlung auf einer pro Volumeneinheit und pro Zeiteinheit Basis zu bestimmen. Die ZOI ermöglicht es zu bestimmen, wieviel Volumen der Atmungs und Radiokarbon-Messungen entnommen werden. Das Verfahren besteht aus Trapping CO entwickelte 2 durch gut Luftraum Gas durch eine NaOH – Falle Umwälzen, die Radiokarbongehalt des gesammelten CO – Mess 2, unter Verwendung eines zwei Endglied Modell des CO 2 gesammelt zu verteilen ori Verunreinigunggin, dann Skalieren der Messung auf ein Volumen von einem ortsspezifischen Grundwassermodell berechnet. Die gut Luftraum Gas so rezirkuliert , daß nur Gleichgewicht "pull" CO 2 von dem benachbarten ZOI verarbeitet.

Protocol

1. Vorbereitung und Feldinstallation Procure notwendigen Feldgeräte; Pumpen, Energie (Batterien, Solarenergie, Transformatoren usw.), Schläuche, auch Kappen, Armaturen, Probengefäße und Flaschen, Sonden (pH, Eh, etc.) und Niederspannungs – Pumpen. Siegel batteriebetriebene Luftpumpen. Bohren Sie ein Loch in das Pumpengehäuse (Größe 53) und Weg ein kurzes Stück (3-5 ") von 1/16" Kunststoff gasundurchlässigen Schlauch (zum Beispiel PFA). Dichten Sie alle äußeren Bereiche der Pumpe (um den unteren Gummigehäuse) mit Dichtungsmasse durch einen Mantel aus Silikon-Dichtstoff gefolgt. Druckprüfung der Pumpen durch sanft in das Gehäuse Schlauch bläst, während der Abfluss blockiert. Überprüfen Sie visuell auf Lecks. HINWEIS: Ein leichter Druck sollte halten , wenn kein Leck Luft ist (Abb . 1). Installieren von Brunnen , falls erforderlich (in dieser Studie vorhandenen Brunnen verwendet wurden – über die Vadose abgeschirmt: Grundwasser – Schnittstelle) 18 </sup>. HINWEIS: Ein gut muss ein Hintergrund sein und in einem Ort Vertreter der Altlast – aber ohne bekannte Erdölbasis Kontamination. Erhalten vorläufigen Grundwassermodellierung Daten , wenn sie nicht existieren (hydraulische Leitfähigkeit, Aquifer Porosität, Bodendichte, spezifische Ertrag, hydraulischen Gradienten, etc.) als 18 beschrieben. Verwenden Sie diese Daten eine Einflusszone (ZOI) Modell (Schätzung der CO 2 -Abscheidung Zone) zu entwickeln. Bereiten Sie die ZOI Modell wie in den ergänzenden Materialien 18 beschrieben. Bereiten Sie CO 2 Fallen durch Auswiegen ~ 25 g NaOH und in einen 100 – ml – Serumflasche. Verschließen Sie die Serumflasche mit einem Septum und Kräuselung fest. Bereiten Sie eine Falle für jede Sammlung gut (Abb. 2), sowie ein Feld leer. Führen anfängliche Grundwasser Probenahme nach Bedarf zu erhalten anfänglichen pH – Wert, gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC) Konzentrationen und Kationenkonzentrationen 10,18. Füllen Sie einen 40 ml flüchtige odernischen Analyse (VOA) Fläschchen, von unten nach einem konvexen Meniskus mit Grundwasser (Probe über Bailer, Schlauchpumpe oder Vakuumleitung), 5 Tropfen gesättigter CuSO 4 -Lösung hinzufügen 19, die Kappe fest mit so wenig (muss Septumkappen verwenden) Kopfraums wie möglich. Nehmen Sie zusätzliche Fläschchen für andere Analysen (Schadstoffkonzentrationen, zum Beispiel). Verwenden Sie eine nicht konservierte Fläschchen für die pH-Messung, wenn ein Messgerät auf dem Gebiet nicht zur Verfügung steht. Gekühlt und Transport ins Labor. Verlegen Sie die Stromleitungen (in der Lage ~ 1 Ampere zu tragen) auf dem Boden oder einem anderen geeigneten Mittel zu jedem Loch. Affix eine modifizierte Pumpe (siehe 1.2) und stellen Sie sicher, dass die Pumpe in Betrieb ist (es sollte hören können arbeiten). HINWEIS: Die Pumpen können 12 V aufnehmen , aber eine niedrigere Spannung verwenden Leistung (Abb . 3) zu speichern. Cap Brunnen mit modifizierten gasdicht und Kappen. Zur Herstellung von Kappen, zwei Bohrungen (Bohrergröße 53) durch Kappen, um eng fit 1/16 "Gasleitungen. Straße zwei Gasleitungen durch die Kappe. Ziehen einer Linie , so dass es in der Nähe des Grundwasserspiegels liegt (Fig. 4). Affix eine schwere nichtrostende Mutter am Ende, um die Linie belasten. Das andere Linie knapp unterhalb der Kappe (dies wird die Gasrückleitung sein). Bestreichen Sie die Dichtflächen und Gewinde mit reichlich Vakuumfett jede Luftaustausch zu verhindern. Ziehen Sie auf der gut Kappe. Führen Sie das untere Rohr in den Pumpeneinlass. Route eine Gasleitung von der Pumpe zu dem CO 2 trap (NaOH) mit einer # 16 – Gauge – Nadel durch das Septum unter Verwendung. Strecke eine Rücklaufleitung aus der Falle an die Gasleitung (eine zweite # 16 Nadel) knapp unterhalb der Kappe endet. Starten Sie die Pumpe von Stromversorgung und sammeln mindestens 30 Well – Volumina (dies hängt von dem Volumen des Bohrlochkopf-Raum. Es kann mit dem gut Radius (r) und die geschätzte Entfernung zum Grundwasserspiegel (l) berechnet werden, das heißt, & pgr; r 2 l). Entsorgen Sie die ersten Fallen (zu löschen den Luftraum). Entfernen und ersetzen mit frischen Fallen vor experimentellen CO 2 zu sammeln , indem sie die Nadeln Herausziehen von jedem Septum der Flasche und in der neuen Flasche des Septum setzen. Hinweis Uhrzeit und das Datum für die Pumpe turn-on. 2. Erste Probenanalyse Zur Messung der DIC durch Coulometrie 20: Transfer dreifacher Ausfertigung 1 ml Teilproben 40 ml Serumfläschchen mit Septa gekappt. Anzusäuern subsamples mit 1 ml 80% H 3 PO 4. Sparge mit einem CO 2 -freien Luftstrom. Trocknen Sie das entwickelte CO 2 Gasstrom und Gestrüpp im Einklang mit sequentieller Mg (ClO 4) 2 und Kieselgel (230-400 mesh, 60 Å) Fallen. Bubble der Gasstrom in eine coulometrische Zelle , in der ein kolorimetrischer Assay verwendet wird CO 2 zu quantifizieren. Verwenden Sie zertifizierte Referenzmaterialien Messungen zu kalibrieren 21. MessenpH-Wert einen Standard kalibriert pH-Messgerät verwendet wird. Messen Sie pH-Wert vor Ort oder auf konservierten Proben. Messen gelösten Kationen mittels Ionenchromatographie: Pipettieren 5 ml unpreserved Grundwasserproben Fläschchen bis hin zu Autosampler. Cap Fläschchen und in einem Autosampler gekoppelt mit einem Ionenchromatographen. Verwenden Sie eine dungsspezifische Säule für die Analyse 10,18. Verwenden Sie 20 mM Methansulfonsäure als Eluent und chromatographische Strömung auf ~ 0,7 ml min -1. Verdünnen, um eine Stammlösung von 6 Kations Standards (enthaltend Mg, Ca, Na und K als Minimum) 0,5: 4,5, 1: 4, 2: 3, 3: 2 und 4: 1 gereinigtem Wasser. Ausführen, um diese Standards zu Beginn der Analyse und nach jeweils 25 unbekannten Proben. Führen Sie jede Probe dreimal (in dreifacher Ausfertigung). Erstellen Sie eine Standardkurve durch Kationenkonzentration gegen die Peakfläche aufgetragen und eine lineare Regression zu erzeugen. Analysieren Feldproben entsprechend 10,18. 3. Messen CO 2 Produktion eind Mineralisierungsrate Vor-Ort Nach etwa zwei Wochen bis zwei Monate (wird höchstwahrscheinlich von Ort zu Ort variieren in situ mikrobiellen Stoffwechsel Raten basierend auf), geschlossen durch Ziehen sie Strom für Pumpen aus. Für Kreisgasfallen entfernen Nadeln und mit einem "frischen" CO 2 Trap ersetzen. Traps sind stabil für langfristige Lagerung , wenn versiegelt (siehe Abb. 3). Wenn Sie bereit sind für die Analyse, lösen sich alle verbleibenden unverbrauchten (fest) NaOH und übertragen Sie die gesamte Flüssigkeitsinhalt zu einem Volumen Gerät das Verdünnungsvolumen zu erhalten. Bestimmen Sie die volle Lautstärke (etwa 200 ml vollständig die restliche NaOH aufzulösen) und Transfer subsamples (5-10 ml) zu 40 ml Fläschchen mit Septen. Säuert um 50% Injektion (v / v) Phosphorsäure, sparge und zu analysieren, die sich ergebende Gasstrom durch Coulometrie (siehe 2.1). Manuell berechnen die Substichprobe auf die gesamte volum die CO 2 Sammelquote durch Skalierunge und zum Zeitpunkt der Entnahme (dh X g CO 2 pro Tag). Subtrahieren Sie das Feld leer , CO 2 -Gehalt. Zum Beispiel, wenn der vollständig gelösten NaOH 200 ml ist, multiplizieren , um ein 10 ml Teilprobe von 20 die Gesamt CO 2 -Konzentration zu reflektieren. HINWEIS: Wenn die Probe 14 Tagen nach der Sammlung vertreten sind , würde die Sammelrate der skalierte CO 2 -Konzentration um 14 Tage verteilt sein. Zeichnen Sie die CO 2 Sammelquote gegenüber dem Anfangs DIC Konzentration. Wenn es keine Korrelation ist, ist Sammelquote keine einzige Funktion des Gleichgewichts Kinetik. Damit Gleichgewicht Kinetik zu berücksichtigen, manuell die niedrigste Sammelquote aus der Sammlung Rate aller anderen Vertiefungen während der Abtastperiode subtrahieren. HINWEIS: Zum Beispiel, wenn die niedrigste Sammelrate 0,0001 mg d -1 war, machen die konservative Annahme , dass dies allein Gleichgewicht Sammlung darstellt , und subtrahieren Sie diesen Wert für alle anderen Sammelraten th zu erhaltene CO 2 Produktionsrate aufgrund einer Verschlechterung. Die skalierte Rate ist der organische Kohlenstoff Mineralisierungsrate (konservativ als die niedrigste Rate könnte einige Schadstoff Mineralisierung enthalten). Analysieren Sie den verbleibenden CO 2 durch Beschleuniger – Massenspektrometrie (AMS) 22 , um den Radiokarbongehalt zu bestimmen. Verwenden Sie etwa 1 mg Kohlenstoff für diese Analyse. Skalieren Sie die Sammelzeit (en) , um eine ausreichende CO 2 zu sammeln. Ziehen Sie den Radiokarbongehalt im Feld leer durch Massenbilanz (Radiokarbon – Messung auf den Betrag skaliert CO 2 in Feld leer). HINWEIS: Für den Standort beschriebenen Test, 2 Wochen Sammlungen waren mehr als ausreichend 1 Kohlenstoff mg zu erhalten. 4. Modell eine Einflusszone das Bodenvolumen für CO 2 Gesampelte zu schätzen Verwenden Sie MT3DMS 23 gekoppelt mit MODFLOW-2005 24 über die ModelMuse Schnittstelle 25 zu CO 2 Diffusion und Gleichgewicht simulierenim Zusammenhang mit dem gut Bildschirm (Video 1). Die Auflösung des Modells beträgt 0,09 m 0,09 m, die in etwa gleich dem Querschnitt der gut ist und angemessen angesehen für die ZOI Schätzung. Downloaden und installieren Sie MODFLOW-2005 (http://water.usgs.gov/ogw/modflow/MODFLOW.html#downloads), MT3DMS (http://hydro.geo.ua.edu/mt3d/) und ModelMuse (http : //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html). Konfigurieren Sie ModelMuse mit MODFLOW Programmplatz. Dazu Menü so klicken Sie auf "Modell", wählen Sie dann "MOFLOW Programm Standorte …", zeigen Sie dann das Programm auf die MODFLOW-2005 Programm-Installationsverzeichnis: /bin/mf2005.exe. Unter diesem selben Dialog konfigurieren ModelMuse mit MT3DMS Programmplatz (Installationsverzeichnis: /bin/mt3dms5b.exe). Konfigurieren Sie MODFLOW Pakete und Programme (innerhalb der ModelMuse). Dazu wählen Sie das "Modell" Menü, dann "MODFLOW Pakete und Programme ….". Unter "Flow" LPF wählen:4; Schicht Property Fluss Package ". Unter "Randbedingungen" die Option "Angegebene Kopf," dann CHD wählen: Zeit-Variante angegeben-Head – Paket "Select" MT3DMS "Select" BTN:… Grundtransportverpackung "Legen Sie die mobilen Spezies zu CO 2. Konfigurieren Sie MODFLOW Optionen innerhalb ModelMuse. Dazu wählen Sie "Modell" Menü, dann MODFLOW Optionen. Unter der Registerkarte "Optionen", Set Modelleinheiten (Meter, Stunden, g (Gramm)). Konfigurieren Sie MODFLOW Zeit von "Model" Menü auswählen, dann "MODFLOW Time". 360 Länge Belastungsperiode verwendet, wird der Simulationslauf für 15 Tage haben. Konfigurieren Sie MODFLOW Data Sets von "Daten" Menü auswählen, wählen Sie "Daten-Sätze." Geben Sie die Daten von Ort von Interesse: Hydrologie (K-Werte in drei Dimensionen, MODFLOW Initial Kopf, Modflow Angegebene Leiter); MT3DMS: (Diffusionskoeffizient CO 2, Anfangskonzentration CO 2, Längs Dispersivität). Edit globale Variablen. Wählen Sie Menü "Daten", wählen Sie "Globale Variablen". Geben Sie die CO 2 Sammelquote (von außen) und die anfängliche CO 2 -Konzentration. Führen Sie Simulation. Drücken Sie auf den grünen Pfeil auf der oberen Symbolleiste, um die Simulation zu starten. Speichern Eingabedateien, wenn Sie dazu aufgefordert. Simulation ausgeführt wird. Nach dem Lauf, MT3DMS Export Eingabedateien: Menü "Datei" auswählen, dann "Export", dann MT3DMS Eingabedateien. Simulation kompiliert und Export von Daten. Bitte beachten und Ausgabemodellergebnisse. Klicken Sie auf das Symbol Visualisieren auf Symbolleiste. Wählen Sie die Simulation. Ausgangs ZOI Randwerte in X, Y und Z-Achse Hinweis: Dieses Modell stellt eine Einflusszone für die CO 2 Sammlung (die vollständige Modellentwicklung in Berichtsform zur Verfügung von den Trägermaterialien beschrieben wird) 18. Die ZOI, das als das Volumen des Grundwasserleiters definiert ist, die eine CO 2 -Konzentration von 95% oder weniger aufweist , um den hydraulischen Gradienten zu symmetrisch erscheint,was darauf hindeutet, relativ geringe Wirkung von Advektion Prozess mit dem kleinen hydraulischen Gradienten während der Trockenzeit. Eine weitere Analyse zeigt , dass das Volumen des Aquifers mit einer beliebigen CO 2 Depletion (dh <99%) Extents Abstrom signifikant länger. 5. Paar Radiokarbon – Inhalt mit CO 2 Produktionsrate und Scale – Volumen (mit ZOI) Konvertieren Radiokarbonalter (falls erforderlich) pro mil Notation unter Verwendung von Standardformeln 22. Verwenden Sie den Hintergrund und Radiokarbon – Wert als bekannt (Δ 14 C NOM) in Gleichung (1). Δ 14 C Erdöl ist Know (-1000). Verwenden Sie den individuellen und Wert für Δ 14 CO 2. Lösen für Erdölfraktion. (1) Δ 14 CO 2 = (Δ 14 C Erdölfraktion x Erdöl) + [Δ 14 C NOM x (1 – AnteilErdöl)] Multiplizieren Sie den Anteil Erdöl durch die CO 2 Mineralisierungsrate (3,1) , um die Schadstoffmineralisierungsrate zu bestimmen (dh 50% x 1,0 mg d -1 = 0,5 mg Verunreinigung Kohlenstoff d -1). Teilen Sie die Schadstoffmineralisierungsrate durch das Volumen ZOI berechnet in (4) Schadstoffmasse mineralisierten pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit (dh 0,05 mg C m -3 d -1) zu bestimmen.

Representative Results

Auf dem Testgelände hat historische CH Verunreinigung gewesen höchsten innerhalb des zentralen und Cluster (MW-25-MW-30) und in der Nähe von Sherman Road (Abb. 5). Im Jahr 1983 große Teile der Kontamination wurden aus der Deponie (nördlich von der Teststelle) entfernt und weitere Ausgrabung erfolgte im Jahr 2001 CH-Konzentrationen nach Quelle Entfernung verringert haben insbesondere in der Nähe der ehemaligen Gruben (Sherman Road), aber eine anhaltende Wolke weiter gibt es in der gut Cluster-Region von zentraler Bedeutung. Saisonale Regengüsse sind dafür bekannt, vorübergehend CH – Konzentrationen und Restkontamination desorbiert für Böden 27 erhöhen. Die Böden in der Umgebung sind vor allem ehemalige Dredge Sand. Eine mögliche Interferenzen mit dem beschriebenen Verfahren könnte bestehen, wenn alte Karbonate vorhanden sind, und das Grundwasser pH ist sehr gering (<~ 5). Dies könnte zu einer kohlen Auflösung und einem alten Signal in CO 2 erzeugt führen. Keine signifikante CaCO3 sind bekanntin der Gegend, wurden dennoch Kationen und pH-Wert gemessen und zur Regression und Hauptkomponenten-Analysen (PCA) unterzogen. Das Hauptanliegen war , dass niedrige pH Calciumcarbonat fördern könnte (CaCO3) Auflösung, die Bias – Radiokarbon – Analyse konnte (alte Karbonatgestein 2 alten CO bilden könnten , wenn durch saure Wasser aufgelöst). Na + Gehalt war geringfügig höher an der südlichen Seite der Website (am nächsten zum Meer), aber keine Werte lagen in einem Bereich anzeigt erhebliche Eindringen von Meerwasser. Calciumionenkonzentrationen reichten von 8,0 bis 58 mg L -1. Carbonate Auflösung nicht angezeigt wurde , wenn Calciumionen – Konzentration auf pH (r 2 <0,3) beziehen. PCA Bi-Plots zeigten keine starken Belastungen mit jeder Variablen. Zwischen-und Unterschiede haben zeigen auch nicht Karbonat Auflösung (Abb. 6). Diese Konformationsänderung Analyse sollte kritisch betrachtet werden, wenn die Methodik an neue Standorte für – particulArly die mit regionalen Geologie zeigt signifikante Karbonat Felsformationen. CO 2 Produktionsraten reichten von 0 bis 34 mg CO 2 d -1. CO 2 -Produktion war in der Region im zentralen und Cluster niedrigsten , wo historische Verunreinigung war am höchsten (Abb. 5). CO 2 -Produktion in gut MW-01 (Hintergrund gut – nicht gezeigt, aber ~ 500 Meter nordwestlich des Haupt gut Cluster) war sehr hoch bei 31 mg CO 2 d -1). Duplizieren Atmung 0,03-6% Analysen CO im Bereich Standardfehler hatte 2 und im Durchschnitt weniger als 1% (0,98). Die beiden 2-Wochen-Perioden Trockenzeit-Messungen wurden für die nachfolgenden Berechnungen gemittelt. Respiration Messungen variierte nicht wesentlich zwischen den einzelnen 2-Wochen-Perioden. Zwischen Zeitraum Atmung reichte Standardfehler von <1 auf 51% , aber im durchschnitt 13% (tabelle 1). respiratierlaubt lungs ein einziges ch lautstärke während eines zeitraums von einem monat entfernt berechnung. der hintergrund gut (mw-01) hatte eine radiokarbon – alter 1.280 jahre vor heute (ybp) oder 85 prozent modern (pmc) in gemeinsamen bereich für organischer substanz boden 26. wert dieser als das isotopenmischmodell verwendet. auch, weil probenahme wurden insgesamt zwei back-to-back-perioden gleichen saison begrenzt wurde verwendet, um die trockenzeit zu "repräsentieren" regel meisten stagnierenden bedingungen denken und damit hochgerechneten schätzungen konservativ. wie bei dic produktionsraten waren radiokarbon-messungen ähnlich zwischen den einzelnen 2-wochen-perioden. standardfehler perioden reichte 0,25 bis 18% durchschnittlich 6%. co 2 ~ 34-85 pmc 1.340 8.700 ybp mw-27 mw-32, verdacht val moderne durch pumpe undicht beeinträchtigt wirdues daher kompromittiert bestätigt. diese proben nicht weitere analyse aufgenommen. frühere berichte grundwasser hydraulische gelösten stoff eigenschaften verwendet zoi modell 26,27 2) entwickeln. wetterdaten (2007, 2011 2012) cimis san diego station (sender-id 184) grundwasserneubildungsrate schätzen. gezeitendaten über gleiche zeitdauer noaa (station identifikation: 9.410.170) randbedingungen definieren. modellkalibrierung angenommen einen stetigen hydraulischen gradienten konstante sammelraten. supplemental simulationen durchschnittliche raten sammlung anfangs verbindung mit 10% igen anstieg parametrisierung des modells aided variiert. zusätzliche simulation durchschnittlichen sammelquote zeigte etwa 46% ige erhöhung e mitstimated (dh erhöhte 6,5-9,5 gm -3) wenn sammelrate 0,00530 (+ 10%) 0,00434 g h -1 (-10%) 2-wochen sammelperiode 3) geändert . annahmen enthalten vernachlässigbare -produktion zuzurechnen abbau erfassungszeitraums einheitliche anfängliche verteilung endgültigen (abb. 7) reaktionsgeschwindigkeit kann studie website unterschätzt werden. produktionsrate, modell, masse entfernung jeder vertiefung pro zeiteinheit berechnet. daten aus tabelle 1 beiden endglied mischmodell (eq (1)) f haustier an jedem lösen. da seite ist nur con bekannt verschmutzung keine andere quelle innerhalb nahe stelle gefunden wurde, wird haupt beitragen. 60% gegenüber dem hotel 4). anteil kohlenstoffbasis umgewandelt multipliziert produktionsrate abbaurate 4) berechnen. volumen schadstoffabbaurate bestimmt lag 0 32 mg c m -3 d ch-abbau war am niedrigsten regionen höchsten historischen kontamination (mw-25 mw-30). brunnen nähe peripherie (in sherman road) höchste gemessen. diesen bereichen höher, pet signifikante umsatz angegeben 8). nt "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Abbildung 1. Abdichtung und Umwälzpumpen vorbereitet. Sealing Umwälzpumpen für Feldeinsatz. Abbildung 2. NaOH Fallen für Feldeinsatz vorbereitet. 120 ml Serumflaschen mit NaOH – Falle und crimpgesiegelt. Abbildung 3. Feldeinstell. Draht geroutet Eingerichtet Brunnen (links), eingesetzt Falle an einem Brunnen (oben rechts) und Solarenergieverteilungssystem (unten rechts). Die Vertiefungen werden in dem Feld mit Sammelsysteme (einschließlich Verkabelung, Stromverteilung, und die Pumpe / Traps) ausgestattet. <p class="jove_content" fo:keep-toge ther.within-page = "1"> Abbildung 4. Modifizierte gut Kappen Gasrückführleitungen zeigt. Diese Figur zeigt auch Kappen mit Gaseinlass modifiziert und Rücklaufleitungen. Abbildung 5. Historische CKW – Kontamination (g L -1). Diese Abbildung zeigt die historische CKW Kontamination an der Teststelle. Abbildung 6. PCA Bi-Plot keine Co-Korrelation zwischen gelösten Kationen und pH – Wert zeigt. Diese Figur zeigt einen bi-Plot der PCA – Scores und Belastungen aus hydrogeologischer Daten erstellt (pH und Kationen) für die Teststelle. Inhalt "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Abbildung 7. kalibrierte ZOI Modell für die durchschnittlichen CO 2 Sammelquote (0,0048 gm -3). Die kalibrierte Hintergrund CO 2 -Konzentration betrug 6,5 gm -3 und die ZOI Schwellenkonzentration betrug 6,18 gm -3 (schwarze Linie). Längs- und Querdurchmesser der ZOI waren 2,28 m und 0,72 m sind. Tiefe des ZOI betrug 0,12 m. Geändert von 18. Diese Abbildung zeigt eine grafische Darstellung des ZOI-Modell in drei Dimensionen. Abbildung 8. Contaminant Abbaurate pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit. Geändert von 18. Dies ist der interpolierte Abbaurate für CH über den Untersuchungsstandort über die Zeitperiode abgetastet. <p class= "Jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> Video 1. Entwicklung von ZOI mit MT3DMS23 – MODFLOW Simulation ( rechts klicken zum Download ). Downloaden, installieren, initialisieren und erstellen Simulation für die ZOI. Gut δ 13 C (‰ VPDB) Δ 14 C (‰) Herkömmliche Alter (YBP) Percent Moderne 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 <tr> MW-42 -23 -482 5280 52 * ND Keine Daten – Pumpe undicht Tabelle 1 CO 2 Isotopenmessungen und Umbauten. CO 2 stabiler Isotope und Radiokarbon – Messungen und Umbauten an Einheiten in dem Manuskript verwendet. Parameter Einheiten Wert Hydrologie Hydraulische Leitfähigkeit ml h -1 0,44 (Aquifer) 10 (gut) Porosität (Aquifer) <td rowspan = "2"> 0,48 (Aquifer) 0,99 (gut) Schüttdichte g cm -3 1.4 spezifischer Ertrag cm 3 cm -3 0,2 hydraulischen Gradienten mm -1 0,015 CO 2 Solute Transport Diffusionskoeffizient m 2 h -1 5,77 x 10 -5 in Längsrichtung m 6.1 Dispersivität Horizontale Quer m 0,61 Dispersivität </td> vertikalen Quer m 0,061 Dispersivität Boden Gas CO 2 % 0,56 Tabelle 2. ZOI Modellparameter. Die verwendeten Parameter in der ZOI Modell und Simulationen. Sammlung Ratenniveau Hebesatz Hintergrundkonzentration ZOI Größe in Längsrichtung Quer Tiefe Volumen (G / h) (g / m 3) (M) (m 3) Maximal 0,0131 <td> 17,6 2,47 0,77 0,13 0,193 Durchschnittlich 0,0048 6.5 2,28 0,72 0,12 0,176 Minimum 0,0003 4 2,16 0,68 0,11 0,149 Tabelle 3. ZOI Modellausgaben. Modell Ausgänge für die ZOI. Diese Tabelle beschreibt die dreidimensionale Volumen für die ZOI. Gut f Haustier (%) Contaminant Abbaurate (mg C d -1 ± 10%) Schadstoffabbau pro Zeit- und Volumeneinheit (mg C m -3 d -1 ± 15%) MW-01 0 N / A N / A 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 Nicht anwendbar – MW-01 als Hintergrund verwendet wird (zB keine Verschmutzung) <td colspan = "4"> ¥ Angenommene rein Gleichgewicht getriebene (zB keine Atmung) zu sein , Tabelle 4. Scaled Schadstoffabbau Schätzungen. Schätzungen für Schadstoffabbau pro Zeiteinheit und Volumeneinheit für gesampelte Brunnen.

Discussion

Ein Protokoll beschrieben, die Geschwindigkeitsmessungen, Anteil Mineralisierung von Verunreinigung (en) und ZOI miteinander zu verbinden sucht gesamte Website Schadstoffabbau zu bestimmen. Die kritischen Komponenten sind, die CO 2 -Produktion (Mineralisierung , wenn korrigiert) Messung der Zeit, die gleichzeitig die respired CO 2 in ausreichender Menge (~ 1 mg) für AMS Radiokarbon – Analyse zu sammeln Menge von Schadstoffabbau abgeleitet Bereitstellung und eine ZOI Modells zu beziehen das aufgenommene CO 2 zu einem bekannten Volumen von Boden oder Grundwasser (oder beides). Diese drei Hauptkomponenten werden kombiniert , um eine Gesamtberechnung an jedem Abtastpunkt für Menge an Verunreinigung pro Volumeneinheit pro Zeiteinheit (gm -3 d -1, beispielsweise) abgebaute ankommen. Skalierung der Berechnungen durch wiederholte und geographisch getrennten Messungen (Brunnen Abdecken einer Website unterabgetastet über längere Zeitskalen), ermöglicht es Bauleitern räumliche und tempor zu schätzenal Abbaudynamik und in geeigneter Weise an die Aufsichtsbehörden und Interessengruppen reagieren.

Das beschriebene Protokoll verwendet Umwälzpumpen oder langfristigen Einsatz Passivsammler (eine Strategie derzeit in der Entwicklung) zu stoppen aus CO 2 aus gut Luftraum Gas. Der Grund dafür ist ein vielfaches. In erster Linie ausreichend CO 2 muss gesammelt werden , um Radiokarbon – Messungen (~ 1 mg) zu erhalten. Respiration Raten können mit Bodenoberfläche gemessen werden: Luftaustausch Fallen oder mit Bodenatmung Instrumente (Licor Flusskammer zum Beispiel). Diese Methoden leiden unter der Notwendigkeit, asynchron ausreichend CO 2 für Radiokarbon – Analyse zu sammeln – also vielleicht die Messung vorgespannt wird . Zum Beispiel kann eine Flusskammer ausgestattet sein Boden zu messen: Luft CO 2 Austausch während für Zustrom von atmosphärischen CO 2 17 Bilanzierung. Es sei denn , Atmungsraten hoch sind, reichlich CO 2 für Radiokarbon – Messungen können nicht gefangen werden. Imdieser Fall können Proben aus großen Bodengasproben oder aus dem Grundwasser (mit DIC) 12 entnommen werden. Darüber hinaus am Boden CO 2 Flussmessung: Luftoberfläche ist zu Zustrom aus der Atmosphäre lateral der Flusskammer oder Trap – Thema. Sampling gut Luftraum "Isolate" das Signal auf den Bereich der Verschmutzung ( in Abhängigkeit von Aufstellung zu einem gewissen Grad) , sondern wird in geeigneter Weise aus atmosphärischer Zustrom entfernt (und atmosphärisch generierter modernen 14 CO 2). Die Hauptschwierigkeit ist aus dem gut Abtasten ohne es zu öffnen, um mit Fallen zu ändern (für zeitliche Abtastung).

Umwälzpumpen Mit ermöglicht es , die Probenposition 2 auf Atmosphären 14 CO zu belichten , ohne gut Luftraum und ändern CO 2 Fallen in regelmäßigen Abständen zu probieren. Es ermöglicht auch eine erhebliche CO 2 , die dann für Fluss und natürliche Radiokarbongehalt analysiert werden können , zu probieren. Die Rezirkulation protocol ist nicht ohne Schwierigkeiten. Ein großes Problem liefert ausreichend Leistung Pumpen kontinuierlich in das Feld zu laufen. Für den ersten Versuch (hier beschrieben), Sonnenkollektoren vorgesehen genügend Energie Pumpen für jeden Zeitraum von zwei Wochen laufen. Spannung Protokolle zeigten, dass nach einigen Tagen, Solarenergie nicht mit der benötigten Leistung Schritt halten konnte und Pumpen waren nicht in Betrieb für mehrere Stunden pro Tag. Dies war unwesentlich für die Flussmodellierung und Gesamt Sammlung, sondern hebt die Schwierigkeiten bei der Bereitstellung von ausreichend Leistung zu Feld-Einsatz-Hardware. In derzeit laufenden Sammlungen, Macht Pumpen durch Bodenpersonal Mähen im Überwachungsbrunnenfeld unterbrochen. Mehrere Stromleitungen durchtrennt wurden. Wir prüfen gegenwärtig Luftraum entfalteten passive CO 2 Fallen , die mit absorbierte CO 2 zu einem späteren Zeitpunkt in den Brunnen und abgerufen gesenkt werden konnte. Ein Risiko-Nutzen-Analyse ist im Gange (das Risiko, vor allem aus, die abgeleitet, um den Bohrlochkopf zu öffnen und zu ermöglichen, in der atmosphärischen14 CO 2).

Die Technik der wichtigsten Einschränkungen sind in der Lage , die genaue Atmung Quelle in gemischten Verunreinigungssystemen zu unterscheiden und nicht für Zwischen Kohlenstoff basierenden Abbauprodukte (dh DCE, VC, Methan) ausmachen können. Zum Beispiel am aktuellen Standort gab es historische Brennstoff Kohlenwasserstoff Verunreinigung zusätzlich zu CH Kontamination. CHs werden fast ausschließlich aus Erdöleinsatzmaterialien hergestellt. An der beschriebenen Stelle, CH in erster Linie isoliert in der Region untersucht – während einige Rest Erdöl in den Norden offenbar existiert. Kein Erdöl wurde in Brunnen für diese Arbeit Stichprobe gefunden. Doch bei einem gemischten Schadstoff Standort, die allgemeine Mineralisierungsrate könnte schwierig sein, zu einem Individuum oder einer Klasse von Verunreinigungen zu binden. Mit dieser Methode kann man den vollständigen Abbau CH (CO 2) zu quantifizieren. Wenn wird die Verunreinigung Kohlenstoff 4 (anaerobe Bedingungen) zu CH umgewandelt, kann die CH 4 sein & #34;. Verloren " , wenn sie weg von der ZOI diffundiert Das Kohlenstoff wird wahrscheinlich in der ungesättigten Zone zu CO 2 in oxic Teile umgewandelt werden , wenn diese nicht innerhalb der ZOI, das beschriebene Verfahren für das Konto wird in diesem Fall nicht auftritt.. kann das beschriebene Verfahren einen konservativen Schätzfunktion betrachtet werden, die aus regulatorischer Sicht wünschenswert ist. Zusätzlich ist der ZOI Modellierung nicht ohne Unsicherheit. Simulationen basieren auf "singulären" Werte wie Porosität und Schüttdichte, die in Teilproben gemessen wird angenommen sein homogen – in Wirklichkeit aber auf der Makro- und Mikrowaagen sind heterogen A wahrgenommen Begrenzung der Kostenanalyse für natürliche Fülle Radiokarbon sein kann (was so viel wie $ 600 pro Probe sein kann) die endgültige Art der Informationen von Radiokarbon-Marken gesammelt.. die Kosten sehr niedrig in der Realität. Mit mehreren gut ausgewählten Proben, kann man feststellen , ob erhebliche Sanierungs auftritt. wenn zum Beispiel die CO 2 assoziiert with einer Schadstofffahne ist relativ 10 zu einem Hintergrund – Website Radiokarbon-verarmten. Ein Standort mit niedrigen Umgebungs pH – Wert (> ~ 4.8) und erhebliche Kalkstein (CaCO3) kann ein schlechter Kandidat für die Anwendung dieser Technik sein. Alte Carbonat Ablagerungen könnten in niedrigen pH-Wert und spannen die Analyse aufzulösen.

Die Bedeutung des Technik ist beträchtlich, da eine einzige Messtyp (natürliche Häufigkeit Radiokarbon) sofort verwendet werden können , in situ – Umwandlung von Verunreinigung zu bestätigen zu CO 2. Diese Analyse ist definitiv. Radiokarbon kann nur durch radioaktiven Zerfall verbraucht werden – die trotz physikalische Konstante ist, chemische oder biologische Veränderungen jeglicher Ausgangsmaterials. Statische Messungen Radiokarbon (zum Beispiel DI 14 C) kann auf Chargenproben erfolgen und sofort bestätigen , wenn 14 C-abgereichertem CO 2 an einer Stelle , weit verbreitet ist (unwiderlegbar Schadstoff Mineralisierung angibt , zu CO 2). Diese Information allein ist unglaublich wertvoll für Site-Manager als ohne sie, werden sie zahlreiche indirekte Beweislinien zu verwenden, erforderlich, dass Verunreinigungen Mineralisierung zu schließen auftritt. Keine andere einzelne Messung kann eine konkrete Verbindung zwischen 2 bis vollständigen Abbau erzeugten kohlenstoffbasierte Kontaminanten und dem kohlenstoffhaltigen CO bereitzustellen.

Zukünftige Anwendungen sind derzeit im Gange, in denen unsere Gruppe zeitliche Auflösung Abtasten erhöht ein ganzes Jahr zu umfassen. Durch das Sammeln von CO 2 und die Bestimmung der Mineralisierungsrate (n) über die räumliche Ausdehnung des Geländes, können wir Modelle für Schadstoffabbau im Laufe der Zeit zu verfeinern. Diese Informationen werden auf kritische Weise von Site-Manager benötigt, um am effektivsten kontaminierten Standorten verwalten. In den begrenzten Einsatz, Regulierungsbehörden auf drei Standorte, an denen die Technik angewandt wurde haben die Methoden endgültigen Ergebnisse anerkannt. Dies hat dazu geführt, zu Kosteneinsparungen und half Sanierungs alte Führungrnatives.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financial support for this research was provided by the Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP ER-2338; Andrea Leeson, Program Manager). Michael Pound, Naval Facilities Engineering Command, Southwest provided logistical and site support for the project. Brian White, Erika Thompson and Richard Wong (CBI Federal Services, Inc) provided on-site logistical support, historical site perspective and relevant reports. Todd Wiedemeier (T.H. Wiedemeier & Associates) provided documentation, discussion and historical site perspectives.

Materials

Air pump; Power Bubbles 12V 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 200W
VMAX Solar Battery VMAX VMAX800S For energy storage
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References

  1. . In situ bioremediation: When does it work. National Research Council. , 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. , 1-89 (2003).
  3. Wiedemeier, T. H., et al. . Technical Protocol for Evaluating Natural Attenuation of Chlorinated Solvents in Ground Water. , 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. , 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. l. B., 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. , (1999).
  24. Harbaugh, A. W. . MODFLOW-2005, the US Geological Survey modular ground-water model: The ground-water flow process. , (2005).
  25. Winston, R. B. . Ground Water – Book 6. Vol. Techniques and Methods. , (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). , (2011).
  27. . . Annual Progress Report October 2010 to December 2011, Operable Unit 24. , (2012).

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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).
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