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.
Bir yöntem olup sıklıkla çevreyi kirleten petrol besleme stokları yapılan endüstriyel kimyasallar ve yakıtların radyokarbonun olmadığını kullanan tarif edilmektedir. Daha doğrusu veya sinyal yokluğu – – Bu radyokarbon sinyali eşit (bir ilave izleyici aksine) bir kirletici kaynak havuzuna boyunca dağıtılır ve biyolojik, kimyasal veya fiziksel işlemler (örneğin, 14 C radyoaktif bozunma oranı değişmez) tarafından etkilenmez. Fosil kaynaklı kirletici CO 2 hiçbir radyokarbon içerecek, 2, zararsız bir son ürün CO tamamen bozulmuş ise. Doğal organik madde (NOM) bozulması türetilen CO2 (genellikle <30,000 yaş) NOM radyokarbon içeriğini yansıtır. NOM (site arka) için bilinen bir radyo-karbon içeriği göz önüne alındığında, iki uç komponent karıştırılarak bir model, belirli bir toprak gazı veya yeraltı örnek fosil kaynağından türetilen CO2 belirlemek için kullanılabilir. p KavramaCO 2 solunum oranı ile kirletici türetilmiş ercent CO 2 birim zamanda bozulmuş kirletici toplam tutarı bir tahmin sağlar. Son olarak, site CO 2 birim zaman ve hacim başına kirletici bozulması belirleyen sağlar toplanan hangi birimini temsil eden etkisi bir bölge (ZOI) belirlenmesi. toplam kirletici kütlesi tahminleri ile birlikte, bu sonuçta karar verme için site yöneticileri tarafından kullanılan aksi takdirde-Düzelt süresini veya hesaplamak için kullanılabilir.
Çevre temizliği maliyetleri çok sayıda Kirletilmiş alanların ABD'de ve yurtdışında, şaşırtıcı. Bu ekonomik (örneğin, başka bir işlemin gerekli) Tepki Complete (RC) durumunu ulaşmak için gerekli yenilikçi tedavi ve izleme stratejileri yapar. Geleneksel olarak, yakınsak kanıt hatları yerinde biyoremediasyon, abiyotik kirletici dönüşüm veya doğal zayıflatma diğer formları gerekçeli var. Kanıt Hatları kesinlikle bozulmasını onaylamak veya in situ koşullarında 1 altında kirletici bozulma oranı bilgi toplamak için kullanılamaz. Kesinlikle iyileştirme onaylamak için maliyet-etkin bir şekilde bu veriler genellikle tavsiye edilmiştir iyileştirme zaman ölçeği (ler) tahmin etmek verilerin geniş bir yelpazede toplanıyor, ancak bağlama 2-4 sorunlu olmuştur. mümkün olduğunca az maliyetle en gerçekçi ve komple bir site kavramsal model veri elde nihai bir site yönetimi hedeftir. Ayrıca, regülatör ve stakeholder talepleri en güncel, değerli ve uygun maliyetli bilgi almak için ek sürücüler temsil etmektedir. kirletici devir oranları için ikna edici bir kanıt sağlama yeteneğine Nispeten ucuz yöntemler temizleme hedeflerini karşılamak için en yüksek değeri sunuyoruz.
Çok farklı izotop imzalar karbon bazlı kirletici mevcuttur, çünkü karbon izotopları son zamanlarda tarla sitelerinde 5-13 de kirletici zayıflama süreçlerinin anlaşılması için uygulanmıştır. Kaynak Rayleigh damıtma kinetiği (yorumlara CF 5,6) göre zayıflatıcı eğer kararlı karbon izotopları belirlemek için kullanılabilir. ya da (ilk kararlı karbon izotop oranları elde edilebilir olan) bir izotopik benzersiz "başlangıç" dökülme temsil etmemektedir – kirletici karışık kaynaklardan olduğunda bu metodoloji, uygun süre, sınırlı olabilir. Doğal bolluk radyokarbon analizi bir alternatif temsil (ve belki tamamlayıcı) izotop stkarbon bazlı kirletici bozulmasını ölçmek için rategy CO 2. Yakıtlar ve petrol hammaddesinden türetilmektedir endüstriyel kimyasallar atmosferde kozmik radyasyona reaksiyonlarıyla oluşturulan 14C içeren güncel (aktif bisiklet) karbon 14C nisbetle, tamamen yoksun olacaktır. Kararlı karbon izotop analizi ve 14 C çürüme anlamlı fiziksel, kimyasal veya biyolojik işlemlerle etkilenen değil gibi radyokarbon analizi fraksiyon tabi değildir. Ayrıca, 14 C sinyali – ya da bunların eksikliği – petrol türevi malzemelerin eşit o tamamen karışabilir izleyici yapma kirletici havuz boyunca dağıtılır. Burada açıklanan teknik CO 2 14 ° C'lik kolayca ölçülebilir miktarlarda içerecektir NOM aşağılayıcı mikroorganizmalardan üretilen iken bir fosil kaynaklı kirletici üretilen herhangi bir CO 2 14 ° C yoksun olacak gözleme dayanır ölçme14 CO 2 aynı zamanda bir doğrudan zararsız nihai ürüne tam kirletici bozulmasını (yani, mineralizasyon) bağlantı sağlar.
14 CO 2 analizleri fosil yakıt kaynaklı kirletici bozunma ürünlerini 7-13 izleyin için kullanılır olmuştur. Bunun nedeni kabaca bin (‰) başına 1.100 parça olan uç elemanları (fosil ve çağdaş) arasındaki analitik çözünürlük etmektir. Genellikle, hızlandırıcı kütle spektrometresi (AMS) doğal bolluk radyokarbon çözmek için kullanılır. Atmosferik CO 2 (~ + 200 ‰) oturma biyokütle (~ + 150 ‰) ve toprak organik madde kaynaklı CO 2 (~ -200- + 100 ‰) Fosil kaynaklı CO 2 (-1000 ‰) tüm analitik farklıdır. Bu da yaklaşık olarak 6000 yıllık bir yarı ömre sahip 14 ° C, tam bozunması kaynaklanmaktadır. Aktif karbon bisiklet kaldırıldı milyon yıldan petrol ham madde, elde edilen yakıtlar ve endüstriyel kimyasallarAyrı bir radyokarbon imza (- AMS hiçbir algılama anlamına -1000 ‰ ≈% 0, modern) var. Ölçüm basittir ve örnek kontaminasyon açısından, hemen hemen tüm potansiyel önyargıları (Modern CO 2 numuneyi kontamine) muhafazakar doğru vardır. Örneğin, atmosferik CO2 radyokarbon izotop imza artırmak ve böylece bozulma oranı hafife neden olabilecek bir numune biniyorlar.
CO 2 radyokarbon-ücretsiz olacak fosil yakıt bazlı kirletici bozulması evrimleştiği. Hiçbir kirlenme ile arka plan sitesinde, doğal organik madde (NOM) den CO2 solunan at NOM yaş uygun olacaktır. Tüy içinde veya uç noktalarındaki, kirletici kaynaklı CO 2% 0, modern karbon sahip olacaktır. Fosil kaynaklardan elde edilen NOM kaynakları ve CO2 den CO2 modeli 11 bir karıştırma iki uç elemanıyla ayırt edilebilir. ESTIMA mümkün olmaktadırkirletici atfedilebilecek tüm CO 2 havuz (solunan karbon) oranını te. Alan sitelerinde sadece bu oranı, fosil-hidrokarbon ya da endüstriyel kimyasal oksidasyon kullanılarak 7-13 teyit edilmiştir. CO2 edilen kirletici Bu oran daha sonra, toplam CO2 mineralizasyon oranı ile birleştirilebilir (birim zaman ve birim başına toplanan CO2) iç kirletici mineralizasyon hızını belirlemek için. Bu zayıflama oranı varsayarsak bir sonra site kapatılması için gereken süreyi tahmin olabilir, belirli bir site koşulları devam ediyorum.
Teknikleri yöntemleri açık-sahip ya da kapalı sistem 14 tasarımları ile toprak ufuk CO 2 akıları belirlenmesi için kullanılabilir. Kapalı sistem akı odaları ve gaz akı modelleri kirlenmiş topraklarda 12,13,15-17 net solunum belirlemek için kullanılmıştır. Bu çalışmalarda, alan ölçümleri doğrudan kirletici tüy ve backgrou ile ilişkilind alanlar organik kirleticilerin biyolojik olarak parçalanabilen gelişmiş gösterdi. Çeşitli modelleme yöntemleri Alanı hacme dikey akı ölçümlerini ölçeklemek için kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, kirletici solunum belirlemek için toplama oranı kullanırken atmosferik CO2 kontaminasyon (mühürlü kuyular) dan etkisi olmadan AMS analizi (~ 1 mg) için yeterli CO 2 toplama yöntemlerini geliştirmektir. Son olarak, etkisi bir bölge (ZOI) modelleme sonuçta 3 boyutlu (hacimsel) izin verdi bir birim hacmine ve birim zaman bazında klorlanmış hidrokarbon (CH) dönüşüm belirleme ölçümünü ölçekli. ZOI bir solunum ve radyokarbon ölçümleri alınır ne kadar hacim belirlemenize olanak sağlar. Yöntem ori kirletici toplanan CO 2 paylaştırmak için iki uç elemanı modeli kullanılarak, toplanan CO 2 radyokarbon içeriğini ölçmek, bir NaOH tuzak yoluyla iyi tepe boşluğu gazı dolaştırarak CO 2 gelişti yakalama oluşurcin, daha sonra bir siteye özgü yeraltı suyu model tarafından hesaplanan bir hacme ölçümü ölçekleme. Sadece denge işler bitişik ZOI gelen CO 2 "çekme" çok iyi tepe boşluğu gazı dolaştırılır.
Bir protokol genel site kirletici bozulmasını belirlemek için kirletici (ler) ve ZOI dan hızı ölçümleri, oran mineralizasyon birleştirmeyi amaçlayan tarif edilir. Kritik bileşenleri bir ZOI modeli oluşturma ilişkilendirmek, aynı zamanda kirletici bozulması türetilen miktarını sağlayarak AMS radyokarbon analizi için yeterli miktarda (~ 1 mg) solunan CO2 toplama, zamanla CO 2 üretimi (düzeltilmiş mineralizasyon) ölçüm vardır, ve toprak veya yer altı (veya her ikisi), bilinen bir hacme çekilen CO2. Bu üç ana bileşeni (örneğin, GM -3 d-1), birim zaman başına birim hacmi başına bozulmuş kirletici miktarı için her numuneleme noktasında genel hesaplama gelmesi birleştirilir. tekrarlanan ve coğrafi olarak ayrılmış ölçümlerde, site yöneticilerinin mekansal ve tempor tahmin sağlayacak (uzun zaman ölçeklerinde üzerinde alt örneklendirilmiştir bir site kapsayan kuyu) üzerinden hesaplamalar, ölçeklemeal bozulma dinamikleri düzenleyiciler ve paydaşlara uygun bir şekilde yanıt ve.
Açıklanan protokol de Tepeboşluğu gazından tuzak dışarı CO 2 çevrimli pompaları veya uzun vadeli dağıtılan pasif örnekleyicilerinin (şu anda geliştirilmekte olan bir strateji) kullanır. nedeni birkaç kat daha fazladır. Öncelikle, yeterli bir CO2 radyo karbon ölçümlerini (~ 1 mg) elde etmek için elde edilmelidir. hava değişim tuzakları ya da toprak solunum aletleri (örneğin Licor akı odası) kullanılarak: Solunum oranları yüzey toprak kullanılarak ölçülebilir. Böylece belki ölçüm kutuplama – Bu yöntemler zaman uyumsuz radyokarbon analizi için yeterli CO 2 toplamak için ihtiyaç muzdarip. Atmosferik CO 2 17 akını için muhasebe ederken hava CO 2 değişimi: Örneğin, bir akı odası toprak ölçmek için donatılmış olabilir. Solunum oranları yüksek olmadıkça, radyokarbon ölçümleri için yeterli CO2 tuzağa olmayabilir. İçindeBu durumda, numuneler büyük toprak gaz örneklerinden veya 12 (DIC) ile yeraltı alınabilir. Ayrıca, toprak CO 2 akı ölçüm: Hava yüzeyi akı odası ya da yakalamak için atmosfer yanal gelen akını tabidir. Örnekleme kuyu tepe boşluğu kirlenme bölgeye sinyali (bir dereceye kadar iyi yükleme bağlı olarak) ama uygun atmosferik akını (ve atmosferik oluşturulan modern bir 14 CO 2) kaldırılır "izole eder". ana zorluk (zamansal örnekleme için) tuzakları değiştirmek için bunu açmak zorunda kalmadan kuyudan numune edilir.
Çevrimli pompaları kullanılarak bir de tepe boşluğu örnek ve atmosferik 14 CO 2 örnek konumunu maruz kalmadan CO düzenli aralıklarla 2 tuzakları değiştirmenize olanak sağlar. Bu aynı zamanda, bir sonra akı ve doğal radyokarbon içeriği açısından analiz edilebilir ölçüde CO2 örnek sağlar. devridaim protocol zorluk olmadan değildir. Büyük bir sorun alanında sürekli pompaları çalıştırmak için yeterli güç iletiyor. (Burada anlatılan) İlk deneme için, güneş panelleri her iki haftalık bir süre için pompaları çalıştırmak için yeterli enerjiyi sağladı. Gerilim günlükleri birkaç gün sonra, güneş enerjisi gerekli güç ile uyduramadı ve pompalar birkaç saat her gün operasyon olmadığını gösterdi. Bu akı modelleme ve genel koleksiyona önemsiz, ama yeterli güç için saha-konuşlandırılmış donanım sağlama güçlüğü vurgulamaktadır. koleksiyonları şu anda çalışan ise, pompalara güç izleme kuyu alanında biçme zemin ekipleri tarafından kesildi. Çeşitli elektrik hatları kopmuş edilmiştir. Şu anda absorbe CO2 ile daha sonraki bir tarihte kuyuya indirilir ve alınamadı Tepeboşluğu dağıtılan pasif CO 2 tuzakları değerlendiriyoruz. Bir risk-yarar analizi çoğunlukla iyi başlığını açmak ve atmosferik olarak izin zorunda türetilen riski (devam ediyor14 CO2).
Tekniğin ana sınırlamalar karma kirletici sistemlerinde tam solunum kaynağını ayırt etmek mümkün değil varlık ve orta karbon bazlı bozunma ürünleri (yani, DCE, VC, metan) için hesap edememek değil. Örneğin, mevcut yerinde, CH kirlenme ilave olarak, tarihi yakıtın hidrokarbon kontaminasyonu husule gelmiştir. CHS neredeyse sadece petrol besleme stokları yapılır. açıklanan sitede, CH çalışılan bölgede öncelikle izole – bazı kalıntı petrol açıkça kuzeye bulunmakla birlikte. Resim petrol bu iş için örnek kuyu bulunmuştur. Ancak, karma kirletici yerinde, genel mineralizasyon oranı bir birey veya kirletici sınıfına kravat zor olabilir. Bu yöntemi kullanarak, bir (CO 2) tam CH bozulmasını ölçmek olabilir. , Kirletici karbon 4 (anaerobik koşulları) CH dönüştürüldüğünde, CH 4 olmak & # olabilir34;. Uzakta ZOI yayılır eğer "kayıp Yani karbon olasılıkla vadoz bölgesinde oksik bölümleri içinde CO 2 dönüştürülür, bu ZOI içinde oluşmazsa, bildirilen yöntem bunun için hesap değil Bu durumda.. tarif edilen yöntem, bir düzenleme açısından arzu edilmektedir, bir konservatif tahmincisi, düşünülebilir. Ek olarak, ZOI modelleme belirsizlik değildir. simülasyon kabul alt örneklere ölçülür gözeneklilik ve dökme yoğunluğu "tekil" değerlerine dayanır homojen olması – ama gerçekte makro ve microscales heterojen olan bir algılanan sınırlama radyokarbon yapar toplanan (olabilir numune başına olduğu kadar $ 600) doğal zenginliği radyokarbon analiz maliyet bilgilerinin kesin doğası olabilir.. önemli iyileştirme oluşup oluşmadığını birkaç iyi seçilmiş örneklerin ile. gerçekte çok düşük maliyetli, tek. belirleyebilir, varsa örneğin CO2 ilişkili w içinBir kirletici tüy i bir arka plan sitesine 10 radyokarbon tükenmiş görecelidir. Düşük ortam pH (> ~ 4.8) ve hatırı sayılır kireçtaşı (CaCO 3) olan bir site bu tekniğin uygulanması için kötü bir aday olabilir. Antik karbonat yatakları, düşük pH ve önyargı analizi çözülür olabilir.
Bir tek ölçüm tipi (doğal bolluk radyokarbon) hemen CO 2 kirleticinin yerinde dönüşüm onaylamak için kullanılabildiği gibi tekniğin önemi, önemli olan. Bu analiz kesindir. fiziksel, kimyasal ya da herhangi bir başlangıç materyalinin biyolojik değişiklik rağmen sabittir – radyokarbon radyoaktif bozunma yoluyla dışında tükenmiş olamaz. (Örneğin DI 14 C) Statik radyokarbon ölçümleri (çürütülmez CO 2 kirletici mineralizasyon gösteren) toplu örneklerinde yapılan ve 14 C-tükenmiş CO 2 bir sahada yaygın derhal teyit edilebilir. bu Informayalnız yon onsuz gibi site yöneticileri son derece değerli, onlar o kirletici mineralizasyonu oluştuğunu anlaması için kanıt sayısız dolaylı hatlarını kullanmak için gereklidir. Başka hiçbir Tek ölçüm karbon bazlı kirletici ve tam bozulması yoluyla üretilen karbon içeren CO2 arasında somut bir bağlantı sağlayabilir.
Gelecekteki uygulamalar şu anda hangi grubumuz bütün yıl kapsayacak şekilde zamansal çözünürlüğe örnekleme artacak devam etmektedir. CO 2 toplama ve sitenin mekansal ölçüde üzerinde mineralizasyon oranı (ler) belirleyerek, zaman içinde kirletici bozulması modelleri rafine mümkün olacaktır. en etkili kontamine siteleri yönetmek için bu bilgiler eleştirel sırayla site yöneticileri tarafından ihtiyaç duyulmaktadır. Sınırlı kullanımda, teknik uygulanmıştır üç bölgede düzenleyiciler yöntemleri kesin sonuçlar tanıdı. Bu maliyet tasarrufu yol açtı ve iyileştirici alte rehberlik yardımcı oldurnatives.
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |