A comparison of two methods to reduce internal phosphorus cycling in lakes: aluminium versus phoslock

Sediment nutrient inactivation through P binding agents is one of the most common management strategies used to prevent potential P release to lake water. Al-based compounds (aluminium sulphate, Al2(SO4)3·18(H2O)) and a modified lanthanum-based clay material called Phoslock are among the products that can be used to chemically bind P permanently in sediment. In the present thesis, aluminium sulphate (Alum) and Phoslock were compared in terms of dose application and P binding efficiency in a controlled setting in order to develop dosing models that can be further used in lake restoration and management. Furthermore, a literature review of past and current research was performed to be able to compare both products in terms of potential non-target side effects and treatment longevity. Results showed that Al was able to bind 93-95% of mobile P at the highest dose (Al:Mobile P 150:1). Moreover, cost-effective Al dose ratios were 75:1 for samples with mobile P ranging from 1.55-0.64 mg/g and 25:1 for samples with mobile P ranging from 0.33-0.12 mg/g. By comparison, Phoslock was only able to bind a maximum of 25-35% of mobile P in sediments at the Phoslock:Mobile P dose ratio of 150:1. A comparison between theoretical and real binding ratios also showed that Al was more effective than Phoslock at removing mobile P from sediments. P partitioning after Al treatment showed an increase in the Al-P fraction, whereas Phoslock treatment increased P content in the Ca-P fraction. Treatment costs were lower for Al than for Phoslock and were 83 €/kg of P and 1227 €/kg of P inactivated, respectively. Obtained results, together with potential non-target side effects and treatment longevity gathered from literature, showed that, in general terms, Al is a better product, but that Phoslock may be better in shallower systems with frequent sediment resuspension

Estudio de la afectación de los metales traza en la cuenca del Jequetepeque, Perú

Los riesgos ambientales que pueden producirse debido a la actividad minera usualmente son motivo de preocupación en las poblaciones más cercanas a ésta. La región de Cajamarca, Perú, es un ejemplo de dicho conflicto, donde la presencia de dos empresas mineras (Sipán, S.L. y Minera Yanacocha, S.A. (MYSA)), situadas en la cabecera de cuatro cuencas hidrográficas, es fuente de controversia en relación a la cantidad y calidad del agua por la interacción con la actividad agrícola y ganadera existente. El conflicto ha escalado a causa de la diferencia de opiniones y de la poca información disponible, entre otros. En este contexto, se presenta necesaria una evaluación de la calidad del agua y sedimentos de la cuenca del río Jequetepeque. Se pretende estudiar, a partir de datos de agua y sedimentos recogidos previamente, la afectación por contaminación de la calidad de las aguas y sedimentos de la cuenca y definir los orígenes de dicha contaminación. Así mismo, este proyecto pretende construir una herramienta informativa que sirva para dar a conocer las condiciones ambientales actuales de la cuenca y, con ello, poder desarrollar proyectos y planes de remediación a medio y largo plazo. Se han estudiado diferentes grupos de datos resultantes de monitoreos realizados previamente. Se trabaja a partir de datos de agua recogidos y realizados por la DESA, correspondientes al período 2003-2008, de datos de agua recogidos y realizados por la UPC, correspondientes al período 2008-2010, y de datos de sedimentos recogidos y realizados por la UPC, correspondientes al período 2008-2010. A partir del estudio estadístico de estos datos de agua y sedimentos, que permite relacionar los contaminantes con los puntos geográficos muestreados, y del estudio temporal, realizado con el fin de evaluar la existencia de un patrón temporal, se obtiene una distribución espacio – temporal de los contaminantes estudiados. Los analitos de mayor interés son los metales y semimetales en agua y sedimentos debido a la posible afectación minera y el riesgo ambiental asociado. Así, se determina la contaminación generada por metales y semimetales aguas abajo de ambas mineras (en agua y sedimentos) y se conoce si la contaminación existente es debida a las actividades llevadas a cabo por las mismas. A partir de los resultados obtenidos en agua y sedimentos por separado, se presenta una discusión que combina ambos resultados con el fin de obtener una mejor caracterización de la contaminación en la cuenca. Finalmente, se concluye que existe contaminación debido a las actividades mineras, siendo ésta importante debido al riesgo que representa para el medio ambiente y para la población de Cajamarca

Estudio de la afectación de los metales traza en la cuenca del Jequetepeque, Perú

Los riesgos ambientales que pueden producirse debido a la actividad minera usualmente son motivo de preocupación en las poblaciones más cercanas a ésta. La región de Cajamarca, Perú, es un ejemplo de dicho conflicto, donde la presencia de dos empresas mineras (Sipán, S.L. y Minera Yanacocha, S.A. (MYSA)), situadas en la cabecera de cuatro cuencas hidrográficas, es fuente de controversia en relación a la cantidad y calidad del agua por la interacción con la actividad agrícola y ganadera existente. El conflicto ha escalado a causa de la diferencia de opiniones y de la poca información disponible, entre otros. En este contexto, se presenta necesaria una evaluación de la calidad del agua y sedimentos de la cuenca del río Jequetepeque. Se pretende estudiar, a partir de datos de agua y sedimentos recogidos previamente, la afectación por contaminación de la calidad de las aguas y sedimentos de la cuenca y definir los orígenes de dicha contaminación. Así mismo, este proyecto pretende construir una herramienta informativa que sirva para dar a conocer las condiciones ambientales actuales de la cuenca y, con ello, poder desarrollar proyectos y planes de remediación a medio y largo plazo. Se han estudiado diferentes grupos de datos resultantes de monitoreos realizados previamente. Se trabaja a partir de datos de agua recogidos y realizados por la DESA, correspondientes al período 2003-2008, de datos de agua recogidos y realizados por la UPC, correspondientes al período 2008-2010, y de datos de sedimentos recogidos y realizados por la UPC, correspondientes al período 2008-2010. A partir del estudio estadístico de estos datos de agua y sedimentos, que permite relacionar los contaminantes con los puntos geográficos muestreados, y del estudio temporal, realizado con el fin de evaluar la existencia de un patrón temporal, se obtiene una distribución espacio – temporal de los contaminantes estudiados. Los analitos de mayor interés son los metales y semimetales en agua y sedimentos debido a la posible afectación minera y el riesgo ambiental asociado. Así, se determina la contaminación generada por metales y semimetales aguas abajo de ambas mineras (en agua y sedimentos) y se conoce si la contaminación existente es debida a las actividades llevadas a cabo por las mismas. A partir de los resultados obtenidos en agua y sedimentos por separado, se presenta una discusión que combina ambos resultados con el fin de obtener una mejor caracterización de la contaminación en la cuenca. Finalmente, se concluye que existe contaminación debido a las actividades mineras, siendo ésta importante debido al riesgo que representa para el medio ambiente y para la población de Cajamarca

Assessing the feasibility of bioremediation strategies in aquifers polluted by chlorinated solvents

La bioremediació és una tecnologia sostenible que ha emergit en les últimes dècades com a alternativa rendible per a la descontaminació d’aqüífers amb dissolvents clorats, en comparació amb les tècniques fisicoquímiques més convencionals. Aquest tractament biològic de la contaminació utilitza el metabolisme dels bacteris per degradar els contaminants i detoxificar les aigües subterrànies. Però, tot i que aquests mecanismes s’han investigat àmpliament, l’exitosa implementació al camp és encara limitada. Per aquest motiu, aquesta tesi ha tingut com a objectiu aprofundir el coneixement sobre els processos de biodegradació anaeròbia de dissolvents clorats in-situ, per tal de millorar futures estratègies de bioremediació aplicades a emplaçaments contaminats. Per fer-ho, s’han investigat tres llocs diferents, contaminats per famílies de dissolvents clorats diferents i que representen escenaris de complexitat creixent, a través d’un conjunt de tècniques que aporten informació sobre la viabilitat dels tractaments de bioremediació en aqüífers contaminats. Aquesta diagnosi s’ha desenvolupat mitjançant una metodologia multidisciplinària que inclou: i) anàlisi de la hidroquímica de l’aqüífer, ii) aplicació de tècniques moleculars, iii) establiment de microcosmos anòxics emulant les estratègies d'atenuació natural monitoritzada, bioestimulació i bioaugmentació, i iv) anàlisi dels isòtops estables dels compostos d’interès. Al primer emplaçament (Site 1), contaminat per tetracloroetilè (PCE), els resultats van evidenciar que la biodegradació del PCE era viable. Tot i això, l’acumulació d’intermediaris tòxics que es produïa en condicions naturals només es podia evitar amb l’addició d’estimulants que promouen aquest tipus de reaccions. Així doncs, la millor estratègia per a la decloració del PCE implicava l’ús de lactat com a estimulant. A continuació, es va dur a terme una prova pilot in-situ que va consistir en una sola injecció de lactat en un pou de seguiment. Els resultats van demostrar que la injecció d’estimulant va replicar el mateix procés observat al laboratori. Donat l’èxit de la prova pilot in-situ, es va implementar la bioremediació a escala emplaçament i, després d’un any de tractament, es va confirmar que la decloració del PCE s’estava produint sense una acumulació significativa d’intermediaris. Per acabar, dos emplaçaments complexos (Site 2 i Site 3) que estaven contaminats per cloroform (CF), diclormetà (DCM), tricloroetilè (TCE) i monoclorobenzè (MCB) van ser investigats amb l’objectiu de trobar indicis de biodegradació i detectar possibles contratemps que podrien sorgir en una futura aplicació al camp. Addicionalment, es va dur a terme la caracterització isotòpica de diversos dissolvents clorats purs, i de la reacció de fermentació del DCM per un cultiu amb Dehalobacterium, per obtenir informació valuosa que recolzi la interpretació dels resultats derivats d’emplaçaments contaminats. Al Site 2, els resultats van mostrar la degradació completa del CF, DCM i del TCE, i la acumulació del MCB. Al Site 3, però, es va observar que la degradació era lenta, ineficient i estava fortament inhibida. Donada la resistència a la degradació del MCB i la inhibició general observada, respectivament, la consecució de diferents tractaments de descontaminació sembla la millor estratègia per la detoxificació d’ambdós emplaçaments.La biorremediación es una tecnología sostenible que ha emergido en las últimas décadas como alternativa rentable para la descontaminación de acuíferos con disolventes clorados, en comparación con las técnicas fisicoquímicas más convencionales. Este tratamiento biológico de la contaminación utiliza el metabolismo de las bacterias para degradar los contaminantes y detoxificar las aguas subterráneas. Pero, aunque estos mecanismos se han investigado ampliamente, la exitosa implementación en campo es todavía limitada. Por este motivo, esta tesis ha tenido como objetivo profundizar el conocimiento sobre los procesos de biodegradación anaerobia de disolventes clorados in-situ, para mejorar futuras estrategias de biorremediación aplicadas a emplazamientos contaminados. Para ello, se han investigado tres lugares diferentes, contaminados por familias de disolventes clorados diferentes y que representan escenarios de complejidad creciente, a través de un conjunto de técnicas que aportan información sobre la viabilidad de los tratamientos de biorremediación en acuíferos contaminados. Esta diagnosis se ha desarrollado mediante una metodología multidisciplinar que incluye: i) análisis de la hidroquímica del acuífero, ii) aplicación de técnicas moleculares, iii) establecimiento de microcosmos anóxicos emulando las estrategias de atenuación natural monitorizada, bioestimulación y bioaumentación, y iv) análisis de los isótopos estables de los compuestos de interés. En el primer emplazamiento (Site 1), contaminado por tetracloroetileno (PCE), los resultados evidenciaron que la biodegradación del PCE era viable. Sin embargo, la acumulación de intermediarios tóxicos que se producía en condiciones naturales sólo se podía evitar con la adición de estimulantes que promueven este tipo de reacciones. Así pues, la mejor estrategia para la decloración del PCE implicaba el uso de lactato como estimulante. A continuación, se llevó a cabo una prueba piloto in-situ que consistió en una sola inyección de lactato en un pozo de seguimiento. Los resultados demostraron que la inyección de estimulante replicaba el mismo proceso visto en el laboratorio. Dado el éxito de la prueba piloto in-situ, se implementó la biorremediación a escala emplazamiento y, tras un año de tratamiento, se confirmó que la decloración del PCE se estaba produciendo sin una acumulación significativa de intermediarios tóxicos. Por último, dos emplazamientos complejos (Site 2 y Site 3) que estaban contaminados por cloroformo (CF), diclorometano (DCM), tricloroetileno (TCE) y monoclorobenceno (MCB) fueron investigados con el objetivo de encontrar indicios de biodegradación y detectar posibles contratiempos que podrían surgir en una futura aplicación en campo. Adicionalmente, se llevó a cabo la caracterización isotópica de varios disolventes clorados comerciales puros, y de la reacción de fermentación del DCM para un cultivo con Dehalobacterium, para obtener información valiosa que apoye la interpretación de los resultados derivados de emplazamientos contaminados. En el Site 2, los resultados mostraron la degradación completa del CF, DCM y del TCE, y la acumulación del MCB. En el Site 3, sin embargo, se observó que la degradación era lenta, ineficiente y estaba fuertemente inhibida. Dada la resistencia a la degradación del MCB y la inhibición general observada, respectivamente, la consecución de diferentes tratamientos de descontaminación parece la mejor estrategia para la detoxificación de ambos emplazamientos.Bioremediation is a sustainable technology that has recently emerged as a cost-effective alternative to clean up aquifers polluted by chlorinated solvents compared to the conventional physicochemical techniques. This biological approach uses the metabolism of bacteria to transform the contaminants and detoxify groundwater. However, even though a lot of research has focused on understanding such mechanisms, its successful implementation in the field is, nowadays, still limited. For this reason, this thesis aimed at deepening the knowledge on in-situ anaerobic biodegradation processes of chlorinated solvents in order to improve future bioremediation strategies applied at contaminated sites. To do so, three different sites contaminated by different families of chlorinated solvents, representing increasing complexity scenarios, were investigated with a combination of techniques that provide information on the feasibility of bioremediation treatments in polluted aquifers. This diagnosis was developed through a multidisciplinary methodology that included: i) analysis of the hydrochemistry of the aquifer; ii) application of molecular techniques; iii) establishment of anoxic microcosms emulating monitored natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation strategies, and iv) analysis of stable isotopes of the compounds of interest. At Site 1, which was polluted by tetrachloroethene (PCE), results demonstrated that PCE biodegradation was feasible. However, the accumulation of toxic intermediates that was observed at natural conditions could only be prevented by adding stimulants that promoted these types of reactions. Hence, the best strategy for PCE dechlorination required the use of lactate as a stimulant. Afterwards, an in-situ pilot test consisting of a single injection of lactate in a monitoring well was performed. Results evidenced that the stimulant injection replicated the same process that was observed in the laboratory. Given the success of the in-situ pilot test, a full-scale bioremediation was implemented at the site and, after one year of treatment, it was confirmed that PCE dechlorination was occurring without a significant accumulation of toxic intermediates. Lastly, two complex sites (Site 2 and Site 3) that were contaminated with chloroform (CF), dichloromethane (DCM), trichloroethene (TCE) and monochlorobenzene (MCB) were investigated to find lines of evidence of biodegradation and reveal any potential setbacks that could occur in the event of a future bioremediation application in the field. Furthermore, the isotopic characterization of several commercial pure phase chlorinated compounds and, specifically, of the dichloromethane (DCM) fermentation reaction by a Dehalobacterium-containing culture, were performed to obtain valuable information to support the interpretation of data derived from polluted sites. At Site 2, results showed the complete degradation of CF, DCM and TCE, while MCB remained accumulated. At Site 3, however, it was observed that the degradation was slow, inefficient and severely inhibited. Given the recalcitrance of MCB and the general inhibition observed, respectively, a sequence of different remediation treatments seems the best approach for the detoxification of both sites

Assessing the feasibility of bioremediation strategies in aquifers polluted by chlorinated solvents /

Departament responsable de la tesi: Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental.La bioremediació és una tecnologia sostenible que ha emergit en les últimes dècades com a alternativa rendible per a la descontaminació d'aqüífers amb dissolvents clorats, en comparació amb les tècniques fisicoquímiques més convencionals. Aquest tractament biològic de la contaminació utilitza el metabolisme dels bacteris per degradar els contaminants i detoxificar les aigües subterrànies. Però, tot i que aquests mecanismes s'han investigat àmpliament, l'exitosa implementació al camp és encara limitada. Per aquest motiu, aquesta tesi ha tingut com a objectiu aprofundir el coneixement sobre els processos de biodegradació anaeròbia de dissolvents clorats in-situ, per tal de millorar futures estratègies de bioremediació aplicades a emplaçaments contaminats. Per fer-ho, s'han investigat tres llocs diferents, contaminats per famílies de dissolvents clorats diferents i que representen escenaris de complexitat creixent, a través d'un conjunt de tècniques que aporten informació sobre la viabilitat dels tractaments de bioremediació en aqüífers contaminats. Aquesta diagnosi s'ha desenvolupat mitjançant una metodologia multidisciplinària que inclou: i) anàlisi de la hidroquímica de l'aqüífer, ii) aplicació de tècniques moleculars, iii) establiment de microcosmos anòxics emulant les estratègies d'atenuació natural monitoritzada, bioestimulació i bioaugmentació, i iv) anàlisi dels isòtops estables dels compostos d'interès. Al primer emplaçament (Site 1), contaminat per tetracloroetilè (PCE), els resultats van evidenciar que la biodegradació del PCE era viable. Tot i això, l'acumulació d'intermediaris tòxics que es produïa en condicions naturals només es podia evitar amb l'addició d'estimulants que promouen aquest tipus de reaccions. Així doncs, la millor estratègia per a la decloració del PCE implicava l'ús de lactat com a estimulant. A continuació, es va dur a terme una prova pilot in-situ que va consistir en una sola injecció de lactat en un pou de seguiment. Els resultats van demostrar que la injecció d'estimulant va replicar el mateix procés observat al laboratori. Donat l'èxit de la prova pilot in-situ, es va implementar la bioremediació a escala emplaçament i, després d'un any de tractament, es va confirmar que la decloració del PCE s'estava produint sense una acumulació significativa d'intermediaris. Per acabar, dos emplaçaments complexos (Site 2 i Site 3) que estaven contaminats per cloroform (CF), diclormetà (DCM), tricloroetilè (TCE) i monoclorobenzè (MCB) van ser investigats amb l'objectiu de trobar indicis de biodegradació i detectar possibles contratemps que podrien sorgir en una futura aplicació al camp. Addicionalment, es va dur a terme la caracterització isotòpica de diversos dissolvents clorats purs, i de la reacció de fermentació del DCM per un cultiu amb Dehalobacterium, per obtenir informació valuosa que recolzi la interpretació dels resultats derivats d'emplaçaments contaminats. Al Site 2, els resultats van mostrar la degradació completa del CF, DCM i del TCE, i la acumulació del MCB. Al Site 3, però, es va observar que la degradació era lenta, ineficient i estava fortament inhibida. Donada la resistència a la degradació del MCB i la inhibició general observada, respectivament, la consecució de diferents tractaments de descontaminació sembla la millor estratègia per la detoxificació d'ambdós emplaçaments.La biorremediación es una tecnología sostenible que ha emergido en las últimas décadas como alternativa rentable para la descontaminación de acuíferos con disolventes clorados, en comparación con las técnicas fisicoquímicas más convencionales. Este tratamiento biológico de la contaminación utiliza el metabolismo de las bacterias para degradar los contaminantes y detoxificar las aguas subterráneas. Pero, aunque estos mecanismos se han investigado ampliamente, la exitosa implementación en campo es todavía limitada. Por este motivo, esta tesis ha tenido como objetivo profundizar el conocimiento sobre los procesos de biodegradación anaerobia de disolventes clorados in-situ, para mejorar futuras estrategias de biorremediación aplicadas a emplazamientos contaminados. Para ello, se han investigado tres lugares diferentes, contaminados por familias de disolventes clorados diferentes y que representan escenarios de complejidad creciente, a través de un conjunto de técnicas que aportan información sobre la viabilidad de los tratamientos de biorremediación en acuíferos contaminados. Esta diagnosis se ha desarrollado mediante una metodología multidisciplinar que incluye: i) análisis de la hidroquímica del acuífero, ii) aplicación de técnicas moleculares, iii) establecimiento de microcosmos anóxicos emulando las estrategias de atenuación natural monitorizada, bioestimulación y bioaumentación, y iv) análisis de los isótopos estables de los compuestos de interés. En el primer emplazamiento (Site 1), contaminado por tetracloroetileno (PCE), los resultados evidenciaron que la biodegradación del PCE era viable. Sin embargo, la acumulación de intermediarios tóxicos que se producía en condiciones naturales sólo se podía evitar con la adición de estimulantes que promueven este tipo de reacciones. Así pues, la mejor estrategia para la decloración del PCE implicaba el uso de lactato como estimulante. A continuación, se llevó a cabo una prueba piloto in-situ que consistió en una sola inyección de lactato en un pozo de seguimiento. Los resultados demostraron que la inyección de estimulante replicaba el mismo proceso visto en el laboratorio. Dado el éxito de la prueba piloto in-situ, se implementó la biorremediación a escala emplazamiento y, tras un año de tratamiento, se confirmó que la decloración del PCE se estaba produciendo sin una acumulación significativa de intermediarios tóxicos. Por último, dos emplazamientos complejos (Site 2 y Site 3) que estaban contaminados por cloroformo (CF), diclorometano (DCM), tricloroetileno (TCE) y monoclorobenceno (MCB) fueron investigados con el objetivo de encontrar indicios de biodegradación y detectar posibles contratiempos que podrían surgir en una futura aplicación en campo. Adicionalmente, se llevó a cabo la caracterización isotópica de varios disolventes clorados comerciales puros, y de la reacción de fermentación del DCM para un cultivo con Dehalobacterium, para obtener información valiosa que apoye la interpretación de los resultados derivados de emplazamientos contaminados. En el Site 2, los resultados mostraron la degradación completa del CF, DCM y del TCE, y la acumulación del MCB. En el Site 3, sin embargo, se observó que la degradación era lenta, ineficiente y estaba fuertemente inhibida. Dada la resistencia a la degradación del MCB y la inhibición general observada, respectivamente, la consecución de diferentes tratamientos de descontaminación parece la mejor estrategia para la detoxificación de ambos emplazamientos.Bioremediation is a sustainable technology that has recently emerged as a cost-effective alternative to clean up aquifers polluted by chlorinated solvents compared to the conventional physicochemical techniques. This biological approach uses the metabolism of bacteria to transform the contaminants and detoxify groundwater. However, even though a lot of research has focused on understanding such mechanisms, its successful implementation in the field is, nowadays, still limited. For this reason, this thesis aimed at deepening the knowledge on in-situ anaerobic biodegradation processes of chlorinated solvents in order to improve future bioremediation strategies applied at contaminated sites. To do so, three different sites contaminated by different families of chlorinated solvents, representing increasing complexity scenarios, were investigated with a combination of techniques that provide information on the feasibility of bioremediation treatments in polluted aquifers. This diagnosis was developed through a multidisciplinary methodology that included: i) analysis of the hydrochemistry of the aquifer; ii) application of molecular techniques; iii) establishment of anoxic microcosms emulating monitored natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation strategies, and iv) analysis of stable isotopes of the compounds of interest. At Site 1, which was polluted by tetrachloroethene (PCE), results demonstrated that PCE biodegradation was feasible. However, the accumulation of toxic intermediates that was observed at natural conditions could only be prevented by adding stimulants that promoted these types of reactions. Hence, the best strategy for PCE dechlorination required the use of lactate as a stimulant. Afterwards, an in-situ pilot test consisting of a single injection of lactate in a monitoring well was performed. Results evidenced that the stimulant injection replicated the same process that was observed in the laboratory. Given the success of the in-situ pilot test, a full-scale bioremediation was implemented at the site and, after one year of treatment, it was confirmed that PCE dechlorination was occurring without a significant accumulation of toxic intermediates. Lastly, two complex sites (Site 2 and Site 3) that were contaminated with chloroform (CF), dichloromethane (DCM), trichloroethene (TCE) and monochlorobenzene (MCB) were investigated to find lines of evidence of biodegradation and reveal any potential setbacks that could occur in the event of a future bioremediation application in the field. Furthermore, the isotopic characterization of several commercial pure phase chlorinated compounds and, specifically, of the dichloromethane (DCM) fermentation reaction by a Dehalobacterium-containing culture, were performed to obtain valuable information to support the interpretation of data derived from polluted sites. At Site 2, results showed the complete degradation of CF, DCM and TCE, while MCB remained accumulated. At Site 3, however, it was observed that the degradation was slow, inefficient and severely inhibited. Given the recalcitrance of MCB and the general inhibition observed, respectively, a sequence of different remediation treatments seems the best approach for the detoxification of both sites

Pilot tests for the optimization of the bioremediation strategy of a multi-layered aquifer at a multi-focus site impacted with chlorinated ethenes

A multi-layered aquifer in an industrial area in the north of the Iberian Peninsula is severely contaminated with the chlorinated ethenes (CEs) tetrachloroethylene, trichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, and vinyl chloride. Both shallow and deep aquifers are polluted, with two differentiated north and south CEs plumes. Hydrogeochemical and isotopic data (δ13C of CEs) evidenced natural attenuation of CEs. To select the optimal remediation strategy to clean-up the contamination plumes, laboratory treatability studies were performed, which confirmed the intrinsic biodegradation potential of the north and south shallow aquifers to fully dechlorinate CEs to ethene after injection of lactate, but also the combination of lactate and sulfidized mZVI as an alternative treatment for the north deep aquifer. In the lactate-amended microcosms, full dechlorination of CEs was accompanied by an increase in 16S rRNA gene copies of Dehalococcoides and Dehalogenimonas, and the tceA, vcrA and bvcA reductive dehalogenases. Three in situ pilot tests were implemented, which consisted in injections of lactate in the north and south shallow aquifers, and injections of lactate and sulfidized mZVI in the north deep aquifer. The hydrogeochemical, isotopic and molecular analyses used to monitor the pilot tests evidenced that results obtained mimicked the laboratory observations, albeit at different dechlorination rates. It is likely that the efficiency of the injections was affected by the amendment distribution. In addition, monitoring of the pilot tests in the shallow aquifers showed the release of CEs due to back diffusion from secondary sources, which limited the use of isotopic data for assessing treatment efficiency. In the pilot test that combined the injection of lactate and sulfidized mZVI, both biotic and abiotic pathways contributed to the production of ethene. This study demonstrates the usefulness of integrating different chemical, isotopic and biomolecular approaches for a more robust selection and implementation of optimal remediation strategies in CEs polluted sites

Use of C–Cl CSIA to elucidate origin and fate of DCM in complex contaminated field sites

We used C-Cl dual isotope analysis and microcosm studies for elucidating the origin and fate of the common groundwater pollutant dichloromethane (DCM) in two different multi-contaminant field sites in Catalonia, Spain; where DCM contamination could be the result of direct solvent releases and/or chloroform (CF) transformation. Known commercial solvents isotopic compositions as well as characteristic C-Cl dual isotope slopes from our anaerobic enrichment culture containing Dehalobacterium sp., capable of fermenting DCM, and other bacteria from the literature were used for field data interpretation