Transformation of inherent microorganisms in Wyoming-type bentonite and their effects on structural iron

Bentonite is one of the materials used to construct engineered barriers in high-level radioactive nuclear waste geological disposal with its many advantageous features such as low hydraulic conductivity, self-sealing ability, durability, adsorption and immobilization of metals and radionuclides and reduction of microbial activity. Many of these properties are linked with the bentonite swelling capability. Transformations of indigenous microorganism communities from Wyoming-type bentonite and the Finnish repository site groundwater and their effects on the bentonite structural iron over five years were studied in repository relevant anoxic and oxic slurry conditions. Active sulfate reduction (0.06 nmol mL-1 day-1) was detected in the anoxic microcosm waters after a year, however after two years sulfate reduction was not active anymore. Microbial numbers determined by quantitative PCR in the bentonite slurry of both experiment types supported the finding of decrease of overall microbial activity after a year of incubation that was not maintained anymore by the dissolving organic carbon from the bentonite. Regular electron donor additions (final concentration of 2 mM for formate and acetate each, three times per year) activated the microbiome resulting in increasing numbers of bacterial 16S rRNA gene copies and sulfate reducers (dsrB gene copies) as well as detection of sulfide in the water phase of both experiment types. After 4.9 years the structural iron in the fine portion of the montmorillonite had become completely reduced in all microbial microcosms and minor smectite illitization was detected especially in anoxic microcosms. Dominating bacterial groups at the end of the experiment were mainly known sulfur/sulfate and iron reducers. Archaea and fungi constituted a minor part of the microbiomes. In originally oxic microcosms, the bacterial 16S RNA and dsrB gene copy numbers were lower than in the anoxic experiment but started to significantly increase after the electron donor additions. Microorganisms originating from the repository environment could reduce the bentonite structural iron in a few years to an extent likely to affect the bentonite swelling ability if sufficient amounts of suitable electron donors are available in localized areas where bentonite is not at high density and pressure in the geological disposal.Peer reviewe

Integration of a Shallow Soda Lake into the Groundwater Flow System by Using Hydraulic Evaluation and Environmental Tracers

Lake Velence is a shallow soda lake whose water level and water quality show a severely deteriorating tendency in recent years. Until recently, the groundwater component in the lake’s water budget has not been taken into consideration. To integrate the lake into the groundwater flow system at the regional scale, methods of “basin hydraulics” were applied. In addition, 17 water samples were collected for δ 2H and δ 18O, and for ΣU, 226Ra and 222Rn activity measurements to use these parameters as environmental tracers of groundwater contribution. Groundwater mapping revealed that groundwater recharges in Velence Hills and the local elevations south of the lake, whereas discharge occurs by the lake’s shoreline and along surface watercourses. The results indicated that Lake Velence is the discharge point of local groundwater flow systems known to be more sensitive to climate changes and anthropogenic activities (e.g., contamination, overexploitation). Groundwater and lake water have similar uranium activity concentrations serving as another sign of groundwater inflow into the lake. Therefore, it is necessary to consider both the groundwater component in the lake’s water management and its vulnerability regarding local and short-term changes in the catchment area

Pohjavedensuojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittaminen Pohjois-Savon loppuraportti

Pohjavesien suojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittamista (Poski-projekti) selvitettiin Pohjois-Savon maakunnissa vuosina 2005-2007. Tavoitteena on turvata geologisen luonnon ympäristöarvot, hyvälaatuinen pohjavesi yhdyskuntien vesihuoltoon sekä laadukkaiden kiviainesten saanti yhdyskuntarakentamiseen. Vedenhankintaa varten tärkeitä (I luokka) pohjavesialueita, on tutkimusalueella yhteensä 107 kpl, ja näillä alueilla muodostuvan pohjaveden yhteenlaskettu määräarvio on noin 160 000 m3/d . Tästä vesimäärästä käytetään nykyisellään hieman yli 44 000 m3/d eli noin 28 %. Vedenhankintaan soveltuvia (II-luokka) pohjavesialueita on tämän tutkimuksen jälkeen 67 kpl, joilla muodostuu pohjavettä arviolta noin 48 000 m3/d.). Tässä projektissa pohjavesialueiden luokitusta tarkistettiin ja tehtyjen tutkimusten pohjalta suurin osa entisistä kolmannen luokan alueista poistettiin kokonaan pohjavesialueluokituksesta. Pohjois-Savon alueelle jäi vielä 7 pohjavesialuetta luokaan III. Nämä alueet tullaan tulevaisuudessa tutkimaan tarkemmin ja niiden kelpoisuus vedenhankintaan tullaan arvioimaan. Sora- ja hiekkavarat sijaitsevat maakunnan poikki kaakosta luoteeseen kulkevissa pitkittäisharjuissa. Pohjois-Savon maakunnan alueella on Geologian tutkimuskeskuksen maa-ainestietokannan mukaan muodostumia 1 322 kpl, joiden maa-ainesten yhteenlaskettu kokonaisainesmäärä on noin 1 769 milj.m3. Pinta-alaa näillä muodostumilla on yhteensä noin 31 450 ha. Pohjois-Savon maakunnassa 20 kunnan alueelta rajattiin 65 kpl erillistä varsinaiseksi ottoalueeksi soveltuvaa ja osittain soveltuvaa aluetta. Projektissa tarkasteltiin alueita maakuntamittakaavassa, joten yksittäisiä, pieniä alueita ei rajattu ottoalueiksi.Tutkimusalueen maa-ainestenottoalueiksi rajattujen alueiden sora- ja hiekkavarat pohjavesipinnan yläpuolella ovat yhteensä noin 103,6 milj.m3. Käytännössä pohjaveden pinnan päälle jätettävän suojakerroksen paksuus on vähintään kaksi metriä, jolloin käyttökelpoisen maa-aineksen määrä on enintään noin 83,0 milj.m3. Murskauskelpoisen aineksen (A-luokka) osuus on siitä 1,8 milj.m3 (2 %), soravaltaisen aineksen (Bluokka)22 milj.m3 (27 %) ja hiekkavaltaisen aineksen 59 milj.m3 (C-luokka) (71 %). Luonnon- ja maisemansuojelun kannalta arvokkaiksi harjualueiksi arvotettiin ja luokiteltiin yhteensä 157 harjualuetta. Kansainvälisesti ja valtakunnallisesti arvokkaisiin harjualueisiin sisältyy 14 aluetta, maakunnallisesti arvokkaisiin 58 ja paikallisesti arvokkaisiin 85 harjualuetta. Alueiden pinta-ala on yhteensä 15470 ha

Pohjavedensuojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittaminen Pohjois-Savon loppuraportti

Pohjavesien suojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittamista (Poski-projekti) selvitettiin Pohjois-Savon maakunnissa vuosina 2005-2007. Tavoitteena on turvata geologisen luonnon ympäristöarvot, hyvälaatuinen pohjavesi yhdyskuntien vesihuoltoon sekä laadukkaiden kiviainesten saanti yhdyskuntarakentamiseen. Vedenhankintaa varten tärkeitä (I luokka) pohjavesialueita, on tutkimusalueella yhteensä 107 kpl, ja näillä alueilla muodostuvan pohjaveden yhteenlaskettu määräarvio on noin 160 000 m3/d . Tästä vesimäärästä käytetään nykyisellään hieman yli 44 000 m3/d eli noin 28 %. Vedenhankintaan soveltuvia (II-luokka) pohjavesialueita on tämän tutkimuksen jälkeen 67 kpl, joilla muodostuu pohjavettä arviolta noin 48 000 m3/d.). Tässä projektissa pohjavesialueiden luokitusta tarkistettiin ja tehtyjen tutkimusten pohjalta suurin osa entisistä kolmannen luokan alueista poistettiin kokonaan pohjavesialueluokituksesta. Pohjois-Savon alueelle jäi vielä 7 pohjavesialuetta luokaan III. Nämä alueet tullaan tulevaisuudessa tutkimaan tarkemmin ja niiden kelpoisuus vedenhankintaan tullaan arvioimaan. Sora- ja hiekkavarat sijaitsevat maakunnan poikki kaakosta luoteeseen kulkevissa pitkittäisharjuissa. Pohjois-Savon maakunnan alueella on Geologian tutkimuskeskuksen maa-ainestietokannan mukaan muodostumia 1 322 kpl, joiden maa-ainesten yhteenlaskettu kokonaisainesmäärä on noin 1 769 milj.m3. Pinta-alaa näillä muodostumilla on yhteensä noin 31 450 ha. Pohjois-Savon maakunnassa 20 kunnan alueelta rajattiin 65 kpl erillistä varsinaiseksi ottoalueeksi soveltuvaa ja osittain soveltuvaa aluetta. Projektissa tarkasteltiin alueita maakuntamittakaavassa, joten yksittäisiä, pieniä alueita ei rajattu ottoalueiksi.Tutkimusalueen maa-ainestenottoalueiksi rajattujen alueiden sora- ja hiekkavarat pohjavesipinnan yläpuolella ovat yhteensä noin 103,6 milj.m3. Käytännössä pohjaveden pinnan päälle jätettävän suojakerroksen paksuus on vähintään kaksi metriä, jolloin käyttökelpoisen maa-aineksen määrä on enintään noin 83,0 milj.m3. Murskauskelpoisen aineksen (A-luokka) osuus on siitä 1,8 milj.m3 (2 %), soravaltaisen aineksen (Bluokka)22 milj.m3 (27 %) ja hiekkavaltaisen aineksen 59 milj.m3 (C-luokka) (71 %). Luonnon- ja maisemansuojelun kannalta arvokkaiksi harjualueiksi arvotettiin ja luokiteltiin yhteensä 157 harjualuetta. Kansainvälisesti ja valtakunnallisesti arvokkaisiin harjualueisiin sisältyy 14 aluetta, maakunnallisesti arvokkaisiin 58 ja paikallisesti arvokkaisiin 85 harjualuetta. Alueiden pinta-ala on yhteensä 15470 ha

Phase equilibria of FeOx-SiO2-Al2O3 slag system at 1200 °C and pO2 of 10−8.6 atm

Funding Information: This work was financed by School of Chemical Engineering, Aalto University. This study utilized the Academy of Finland's RawMatTERS Finland Infrastructure (RAMI), based jointly at Aalto University, GTK, and VTT in Espoo. Miao Tian and Min Chen are grateful for the financial support from the China Scholarship Council [grant number 202006370337, 201806370217]. Publisher Copyright: © 2022 The AuthorsThe increasing concentrations of metallic Al or Al2O3 in secondary copper resources like electronic wastes motivate research into the slag chemistry of high-Al2O3 iron silicate slags for optimizing the industrial smelting process. In this study, the effect of Al2O3 in slag on the phase equilibria of the FeOx-SiO2-Al2O3 slag system was experimentally investigated at 1200 °C and pO2 of 10−8.6 atm. The high-temperature experiments were undertaken in silica and spinel crucibles in a controlled CO–CO2 gas atmosphere, followed by rapid quenching and Electron Probe Microanalysis. The equilibrium compositions of liquid slags in the tridymite primary phase field, spinel primary phase field, and the three-phase invariant point were determined. The 1200 °C isothermal section was constructed for the FeOx-SiO2-Al2O3 system, and the results showed that Al2O3 can dissolve in the liquid slags to a maximum concentration of 17 wt%. The present experimental results were compared with the predictions by MTDATA and FactSage. It was found that the present experimentally determined liquid domain agreed well with the calculations by FactSage except the invariant point. However, the present isotherm in the spinel primary phase field of spinel displayed lower Al2O3 concentrations. The present results help regulating fluxing strategies of FeOx-SiO2-Al2O3 slags and optimizing smelting operations of recycling high-alumina concentration copper resources.Peer reviewe