Biogeochemical dynamics of contaminated groundwater systems

受污染地下水系统的生物地球化学动力学

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-04409
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

My research addresses the practical need to protect groundwater resources and manage groundwater contamination. The societal costs for groundwater remediation are staggering an estimated $209 B in the USA over the next 30 years. In BC, the future cost of cleanup for abandoned mine sites is $1.27 billion according to the Chief Inspector of Mines (Vancouver Sun, Jan. 27, 2017) and greater than $500 M at the Faro Mine in the Yukon alone. If contamination can be prevented, or more cost-effectively remediated, then the savings can flow to other important societal needs such as education, healthcare and economic development. This research program focuses on the development framework to predict the quality of drainage from waste rock at mine sites and the investigation of bioelectric systems to remediate groundwater contamination. ******The two principal solid wastes at mine sites are waste rock and tailings, which together comprise the largest volume of materials handled in the world - at large mines, tens to hundreds of millions of tons of waste rock can be produced each year. Typically 4 or 5 volumes of this so-called waste rock is blasted, hauled and placed in piles for every volume of ore mined. The waste rock often contains minerals that when placed in large waste-rock piles and are thereby exposed to oxygen and water can oxidize (burn) releasing acid and metals into drainage. Mine owners, regulators and local communities would like to know the quality of the drainage before the mine is permitted and the waste piles, often several hundred meters tall, are built. Typically, analysts rely on short duration (50 100 wks) and small-scale tests (~500 g 100 kg) and try to extrapolate results to decades or centuries in the future for billions of kg of waste rock. One component of my program is directed at improving these predictions.******Oxidation processes are electric in nature. Living organisms, including humans, respire (burn) substances such as organic carbon by transferring electrons. In aerobic oxidation, electrons are transferred from organic matter to oxygen. In the last decade, it has been discovered that bacterial in the subsurface, which mediate most oxidation/reduction reactions in the environment, can transfer electrons to electrodes. Conceptually, electrodes can act as snorkels for bacteria, allowing them to oxidize contaminants in environments with no oxygen, as if they were, in effect, breathing oxygen. For bacteria, this allows them to oxidize substances more rapidly and vigorously than in absence of the electrode. My work looks to use this phenomenon to oxidize organic contaminants in groundwater that contains no oxygen, where organics can persist for long periods. These environments are surprisingly common. There are several sites along the Fraser River near Vancouver with this type of contamination. Bioelectric approaches hold great promise to remediate groundwater in BC and Canada.**
我的研究解决了保护地下水资源和管理地下水污染的实际需要。未来30年,美国地下水修复的社会成本估计将达到2090亿美元,令人震惊。据《温哥华太阳报》(Vancouver Sun)2017年1月27日报道,在不列颠哥伦比亚省,未来清理废弃矿场的成本为12.7亿美元,仅育空地区的Faro矿就超过5亿美元。如果污染可以预防,或者更具成本效益地补救,那么节省的资金可以流向其他重要的社会需求,如教育、医疗保健和经济发展。这项研究计划的重点是预测矿场废石排水质量的发展框架,以及调查生物电力系统以修复地下水污染。*矿场的两种主要固体废物是废石和尾矿,它们加在一起构成了世界上处理的最大数量的材料--在大型矿山,每年可产生数千万吨至数亿吨的废石。通常,每开采一批矿石,就会有4到5卷这种所谓的废石被爆破、运输并堆放在一起。废石通常含有矿物质,当它们被放置在大的废石堆中时,暴露在氧气和水中会氧化(燃烧),释放酸和金属到排水中。矿主、监管机构和当地社区希望在煤矿获得许可和垃圾堆放之前了解排水质量,垃圾堆放通常高达数百米。通常,分析师依靠短期(50,100周)和小规模测试(~500克,100公斤),并试图将数十亿公斤废石的结果外推到未来数十年或数百年。我的计划的一个组成部分是改进这些预测。氧化过程本质上是带电的。包括人类在内的生物体通过转移电子来呼吸(燃烧)有机碳等物质。在好氧氧化过程中,电子从有机物转移到氧气。在过去的十年里,人们发现了亚表面的细菌可以将电子传递到电极上,这些细菌介导了环境中的大多数氧化/还原反应。从概念上讲,电极可以充当细菌的呼吸器,允许它们在没有氧气的环境中氧化污染物,就像它们实际上在呼吸氧气一样。对于细菌来说,这使它们能够比没有电极的情况下更快、更有力地氧化物质。我的工作是利用这种现象来氧化不含氧的地下水中的有机污染物,在那里有机物可以长期存在。这些环境出人意料地普遍。温哥华附近的弗雷泽河沿岸有几个地点受到这种类型的污染。生物电法在不列颠哥伦比亚省和加拿大修复地下水方面大有可为。

项目成果

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知道了