Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.4
no.4
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pp.199-211
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1997
As a part of study on geological disposal of radioactive waste, hydrogeochemical characteristics of deep granitic groundwater in Korea were investigated through the construction of a large geochemical dataset of natural water, the examination on the behaviour of dissolved constituents, and the consideration of phase stability based on thermodynamic approach. In granitic region, the contents of total dissolved solids increase progressively from surface waters to deep groundwaters, which indicates the presence of more concentrated waters at depth due to water-rock interaction. The chemical composition of groundwater evolves from initial $Ca^{2+}$-(C $l^{-}$+S $O_4$$^{2-}$) or $Ca^{2+}$-HC $O_3$$^{-}$ type to final N $a^{+}$-HC $O_3$$^{-}$ or N $a^{+}$-(C $l^{-}$+S $O_4$$^{2-}$) type, via $Ca^{2+}$-HC $O_3$$^{-}$ type. Three main mechanisms seem to control the chemical composition of groundwater in the granitic region; 1) congruent dissolution of calcite at shallower depth, 2) calcite precipitation and incongruent dissolution of plagioclase at deeper depth, and 3) kaolinite-smectite or/and kaolinite-illite reaction at equilibrium at deeper depth. The behaviour of dissolved major cations (C $a^{2+}$, $K^{+}$, $Mg^{2+}$, M $a^{+}$) and silica is likely to be controlled by these reactions.
Dissolution rate of minerals may differ from climates configuration, but weathering rate of feldspars is generally proved to be relatively higher The result of geochemical reaction modeling indicates the acid water of pH 4.5 excluding any other variables, was 2.3 times higher than that in ordinary rain of pH 5.7. This result proved that pH is very important factor in preservation of granite cultural properties. To prevent the weathering of stone cultural properties, weathering characteristics of stones should be studied first and constitution of dry environments, using water repellent or oil coating, isolating water which cause chemical weathering reaction like hydration and oxidization should be considered. Considering the long-term reactions between granite and rain, selection of materials, which can bring neutralization and non-oxidization conditions, are very important in using cleaning agents and biological controls.
Hydrogeochemistry of groundwater was studied in order to identify the influence of cow manure, distributed to a farmland as organic fertilizer, on nitrate concentrations in shallow groundwater and its spatio-temporal variations. From monitoring wells, water levels were measured using automatic data loggers, and water samples collected and analyzed in Feb., April, June and Oct. 2007. The average electric conductivity and concentration of nitrate in the groundwater show the highest levels in April and decline in subsequent sampling times. Decreases in dissolved oxygen(DO) and nitrate concentrations from April to Oct. and corresponding increases in $HCO_3$ concentrations indicate denitrification processes by microorganisms. Spatial variation of nitrate concentration appeared to be affected by the redox conditions of groundwater controlled by geochemical reactions of Mn, Fe and DOC contents.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.2
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pp.227-234
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2019
A user-friendly modeling interface is developed for a process-based total system performance assessment framework (APro) specialized for a generic geological disposal system for high-level radioactive waste. The APro modeling interface is constructed using MATLAB, and the operator splitting scheme is used to combine COMSOL for simulation of multiphysics and PHREEQC for the calculation of geochemical reactions. As APro limits the modeling domain to the generic disposal system, the degree of freedom of the model is low. In contrast, the user-friendliness of the model is improved. Thermal, hydraulic, mechanical and chemical processes considered in the disposal system are modularized, and users can select one of multiple modules: "Default process" and multi "Alternative process". APro mainly consists of an input data part and calculation execution part. The input data are prepared in a single EXCEL file with a given format, and the calculation part is coded using MATLAB. The final results of the calculation are created as an independent COMSOL file for further analysis.
Seo, Hyun-Hee;Rhee, Sung-Keun;Kim, Kang-Joo;Park, Eun-Gyu;Kim, Yeong-Kyoo;Chon, Chul-Min;Moon, Ji-Won;Roh, Yul
Economic and Environmental Geology
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v.45
no.2
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pp.105-119
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2012
Indigenous bacteria isolated from contaminated sites play important roles to remediate contaminated groundwater. Chromium has the most stable oxidation states. Cr(VI) is toxic, carcinogenic, and mobile, but Cr(III) is less toxic and immobile. In this study, indigenous microorganism (MMPH-0) was enriched from Cr(VI) contaminated groundwater, and identified by 16S rRNA gene analysis. Using MMPH-0, the effect of stimulating with e-donors (glucose, lactate, acetate, and no e-donor control), respiration conditions, biomass, tolerance, and geochemical changes on Cr(VI) reduction were investigated in batch experiments for 4 weeks. The changes of Cr(VI) concentration and geochemical conditions were monitored using UV-vis-spectrophotometer and Eh-pH meter. And the morphological and chemical characteristics of MMPH-0 and precipitates in the effluents were characterized by TEM-EDS and SEM-EDS analyses. MMPH-0 (Enterobacter aerogenes) was able to tolerate up to 2000 mg/L Cr(VI) and reduce Cr(VI) under aerobic and anaerobic conditions. MMPH-0 performed faster and higher efficiency of Cr(VI) reduction with electron donors (over 70% after 1 week with e-donor, 10-20% after 4 weeks without e-donor). The changes of Eh-pH in effluents showing the tendency from oxidizing to reducing condition and a bit of acidic change in pH due to microbial oxidation of organic matters donating electrons and protons suggested the roles of MMPH-0 on Cr(VI) in the contaminated water catalyzing to transit geochemical stable zone for more stable $Cr(OH)_3$ or Cr(III) precipitates. TEM/SEM-EDS analyses of MMPH-0 and precipitates indicate direct and indirect Cr(VI) reduction: extracellular polymers capturing Cr component outside cells. These results suggested diverse indigenous bacteria and their biogeochemical reactions might enhance more effective and feasible remediation technology of redox sensitive heavy metals in metal-contaminated in groundwater.
Gold mineralization of Samjeong and Yongjang gold mines in Uichang area shows characteristics of Bonanza-type gold deposits. Ores are mainly developed along the contact parts between quartz vein and arkosic sandstone beds(Fe-rich bed) in sedimentary rock. Electrum, silver sulfide and sulfate minerals are mainly in the ores. On the other hand, gold mineralization is less developed in cherty rock and andesitic rock than arkosic sandstone. The study highlights characteristics of gold precipitation in the deposit on the basis of numerical modelling of the reactions between the assumed hydrothermal ore fluids with multicomponent heterogeneous equilibrium calculations. Aqueous species, gases and minerals, containing electrum are included in the calculations. The reaction result between hydrothermal ore fluids and arkosic sandstone show that pH increasing in the ore-forming fluid would trigger precipitation of quartz, chlorite, sericite, chalcopyrite, galena, pyrite, electrum, actinolite and feldspar. The numerical modelling also illustrates the drastic increase of pH and desulfidation lead to precipitation of electrum. Ag/Au ratios in the ore vary with pH conditions and subsequently precipitation of silver-bearing sulfides such as acanthite and polybasite. The modelling of the reaction between andesitic rock and ore-forming fluid shows that mineral assemblages of the case are analogous to ones of the reaction between arkosic sandstone and fluid except the latter has little portion of electrum. The abovementioned modelling results suggest that gold-silver mineralization is bounded by host rocks at the study area.
Kim, Kyoung-Ho;Yun, Seong-Taek;Chae, Soo-Ho;Jean, Jong-Wook;Lee, Jeong-Ho;Kweon, Hae-Woo
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.09a
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pp.121-121
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2004
The groundwater in the Pocheon area occurs from both a fractured bedrock aquifer in igneous and metamorphic rocks and an alluvial aquifer with a thickness of <50 m, and forms a major source of domestic and agricultural water supply. In this study, we performed a hydrogeochemical study in order to identify the control of geochemical processes on groundwater quality. For this study, groundwater level and physicochemical parameters (EC, Eh, pH, alkalinity) were monitored once a month from a total of 150 groundwater wells between June 2003 to August 2004. A total of 153 water samples (13 surface water, 66 alluvial groundwater, 74 bedrock groundwater) were also collected and analyzed in February 2004. Groundwater chemistry in the study area is very complex, depending on a number of major factors such as geology, degree of chemical weathering, and quality of recharge water. Hydrochemical reactions such as the leaching of surficial and near-solace soil salts, dissolution of calcite, cation exchange, and weathering of silicate minerals are proposed to explain the chemistry of natural groundwater. Alluvial groundwaters locally have very high TDS concentrations, which are characterized by their chloride(nitrate)-sulfate-bicabonate facies and low Na/Cl ratio. Their grondwater levels are highly fluctuated according to rainfall event. We suggest that high nitrate content and salinity in such alluvial groundwaters originates from the local recharge of sewage effluents and/or fertilizers. Likewise, high concentrations of nitrate were also locally observed in some bedrock groundwaters, suggesting their effect of anthropogenic contamination. This is possibly due to the bypass flow taking place through macropores. Tile degree of the weathering of silicate minerals seems to be a major control of the distribution of major cations (sodium, calcium, magnesium, potassium) in bedrock groundwaters, which show a general increase with increasing depth of wells. Thermodynamic interpretation of groundwater chemistry shows that the groundwater in the study area is in chemical equilibrium with kaolinite and Na-montmorillonite, which indicates that weathering of plagioclase to those minerals is a major control of hydrochemistry of bedrock groundwater. The interpretation of the molar ratios among major ions, as well as the mass balance calculation, also indicates the role of both dissolution/precipitation of calcite and Ca-Na cationic exchange as bedrock groundwaters evolves progressively.
As industrial activities are growing, pollutants found in the contaminated land are getting diverse. Some contaminated areas are subject to mixed wastes containing both organic and inorganic wastes such as hydrocarbon and heavy metals. This study concerns with the influence of the degradation of organic pollutants on the coexisting heavy metals, expecially for As. As mainly exists as two different oxidation state; As(III) and As(V) and the conversion between the two chemical forms may be induced by organic degradation in the soil contaminated by mixed wastes. We operated microcosm in an anaerobic chamber for 60 days, using sandy loam. The soils in the microcosm are artificially contaminated both by tetradecane and As, with different combination of As(III) and As(V); As(III):As(V) 1:1, As(III) only and As(V) only. Although not systematic, ratio of As(III)/As(Total) increase slightly at the later stage of experiment. Considering complicated geochemical reactions involving oxidation/reduction of organic materials, Mn/Fe oxides and As, the findings in the study seem to indicate the degradation of the organics is connected with the As speciation. That is to say, the As(V) can be reduced to As(III) either by direct or indirect influence induced by the organic degradation. Although Fe and Mn are good oxidising agent for the oxidation of As(III) to As(V), organic degradation may have suppressed reductive dissolution of the Fe and Mn oxides, causing the organic pollutants to retard the oxidation of As(III) to As(V) until the organic degradation ceases. The possible influence of organic degradation on the As speciation implies that the As in mixed wastes may be have elevated toxicity and mobility by partial conversion from As(V) to As(III).
The chemical compositions of groundwaters from the granite areas mainly belong to Ca-HC0$_{3}$ and Na-HC0$_{3}$type, and some of these belong to Ca-(CI+S0$_{4}$) and Na-(CI+S0$_{4}$) type. Spring waters and groundwaters from anorthosite areas belong to Ca-HC03 and Na-HC03 type, respectively. The result of reaction path modeling shows that the chemical compositions of aqueous solution reacted with granite evolve from initial Ca-CI type, via CaHC0$_{3}$ type, to Na-HC0$_{3}$ type. The result of rain water-anorthosite interaction is similar to evolution path of granite reaction and both of these results agree well with the field data. In the reaction path modeling of rain watergranite/anorthosite reaction, as a reaction is progressing, the activity of hydrogen ion decreases (pH increases). The concentrations of cations are controlled by the dissolution of rock-forming minerals and precipitation and re-dissolution of secondary minerals according to the pH. The continuous addition of granite causes the formation of secondary minerals in the following sequence; gibbsite plus hematite, Mn-oxide, kaolinite, silica, chlorite, muscovite (a proxy for illite here), calcite, laumontite, prehnite, and finally analcime. In the anorthosite reaction, the order of precipitation of secondary minerals is the same as with granite reaction except that there is no silica precipitation and paragonite precipitates instead of analcime. The silica and kaolinite are predominant minerals in the granite and anorthosite reactions, respectively. Total quantities of secondary minerals in the anorthosite reaction are more abundant than those in the granite reaction.
This study was objected to identify the difference of water quality and the characteristics of water contamination in adjacent bed-rock areas of Upper Hwajeonni and Guryongsan Formations in Miwon, Choongchungbuk-do, Korea. Water samples showed mainly (Ca, Mg)-$HCO_3$ type in Upper Hawjeonni Formation and (Ca, Mg)-$SO_4$ and (Ca, Mg)-$HCO_3$ types in Guryongsan Formation indicating the enrichment of $SO_4$ in major compositions. Groundwater quality could be divided into two groups based on the major weathering processes, implied by the ratio of bicarbonate to silica. Carbonate-silicate weathering predominates in Upper Hwajeonni Formation, and silicate weathering in Guryongsan Formation. Stream-water quality also appeared to be controlled by water-rock interaction. Cluster analysis identified three groups of groundwater and four groups of stream-water with distinctive geochemical characteristics. The results of factor analysis indicated that the levels of each chemical constituent in water samples derived from both natural weathering reactions and anthropogenic contamination sources. To delineate the pollution potential of water resources, Modified Pollution Index(M.P.I.) was developed. M.P.I. scores of water samples ranged from -0.08 to 0.18, with mostly positive along the rock quarry in Guryongsan Formation areas. M.P.I. scores appeared to be a useful predictor of metal contamination of water resources.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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