Effect of advective mass transfer on field scale fluid and solute movement: Field and modeling studies at a waste disposal site in fractured rock at Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, USA

Advective mass transfer is a pore scale mass-transfer process that affects fluid and solute movement between pore domains such as fracture and matrix in a structured porous medium. Mechanistically similar to advection in the advection-dispersion of solutes in non-structured porous medium, it redistributes solutes by moving solute and solvent simultaneously between pore domains. While there is much research on diffusive mass transfer that is often referred to as matrix diffusion, there is a lack of information and study for advective mass transfer in the literature. The objective of this research is to study the effects of advective mass transfer on fluid and solute movement between pore domains. First, field hydraulic measurements at a waste disposal site in fractured rock at Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee, USA, are used to calibrate a fracture-matrix, two-pore-domain groundwater flow model. Latin-hypercube sensitivity analysis suggests that the uncertainty of the calibrated model parameters is small and the calibrated flow model is nearly the optimal. Fracture spacing thus obtained is used to calculate diffusive mass transfer coefficients. The individual effects of advective and diffusive mass transfer on solute movement are then quantitatively evaluated. The calculations indicate that pore structure conceptual models may significantly affect the role of advective mass transfer in field and pore-scale mass transfer. In the particular ORNL field site and with a fracture-matrix pore structure model, contribution of advective mass transfer to solute mass movement is about three to eight orders of magnitude smaller than that of diffusive mass transfer.

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Resumen La transferencia de masa advectiva es un proceso de transferencia de masa en escala intersticial que afecta el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos tal como fractura y matriz en un medio estructurado poroso. Este proceso, mecánicamente similar a la advección en la dispersión-advección de solutos de medios porosos no estructurados, redistribuye los solutos mediante el movimiento simultáneo de soluto y solvente entre ámbitos porosos. Mientras que existe bastante investigación en transferencia difusiva de masa que frecuentemente se conoce como difusión en matriz, existe falta de información y estudio de transferencia advectiva de masa en la literatura. El objetivo de esta investigación es estudiar los efectos de la transferencia advectiva de masa en el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos. Primero se utilizaron mediciones hidráulicas de campo en un sitio de depósito de residuos en roca fracturada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), Tennessee, USA, para calibrar un modelo de flujo de agua subterránea de ámbito de dos poros fractura-matriz. Análisis de sensitividad hipercúbico-latino sugieren que la incertidumbre de los parámetros del modelo calibrado es pequeña y que el modelo de flujo calibrado es aproximadamente el óptimo. El espaciamiento de fracturas así obtenido se utiliza para calcular los coeficientes de transferencia de masa difusiva. Luego se evalúa cuantitativamente los efectos individuales de transferencia de masa advectiva y difusiva en el movimiento de soluto. Los cálculos indican que los modelos conceptuales de estructura porosa pueden afectar significativamente el papel de transferencia de masa advectiva en escalas de campo e intersticial de transferencia de masa. En el sitio de campo específico ORNL y con un modelo de estructura porosa de matriz-fractura, la contribución de transferencia de masa advectiva al movimiento de masa soluto es aproximadamente tres a ocho órdenes de magnitud más pequeño que la contribución por transferencia de masa difusiva.

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Résumé Résumé Le transfert advectif de masse est un processus de transfert de masse à léchelle du pore qui affecte les mouvements du fluide et du soluté entre les différents domaines de pores, tel les fractures et la matrice dans un milieu poreux structuré. Mécaniquement similaire à ladvection dans le concept advection-dispersion de solutés dans les milieux non structurés, ce transfert redistribue les solutés simultanément avec le fluide entre les différents domaines poreux. Alors que de nombreuses recherches portent sur les transferts de masse par diffusion, se référant généralement à une diffusion par la matrice, il y a un grand manquement dinformations et détudes sur les transferts de masse par advection dans la littérature. Lobjectif de cette recherche est détudier leffet du transfert advectif de masse de fluide et de soluté entre les différents domaines poreux. Premièrement, les mesures hydrauliques de terrain sur la décharge en milieu fracturé du laboratoire national dOak Ridge ORNL, Tennessee, USA, sont utilisées pour calibrer un modèle hydrogéologique à double porosité fracture-matrice. Lanalyse de sensibilité latin-hypercube suggère que lincertitude sur les paramètres du modèle est faible et que le calibrage est pratiquement optimal. Lespace de fracture résultant permet de calculer les coefficients de transfert de masse par diffusion. Les effets individuels de ladvection et de la diffusion sur les mouvements de solutés sont dés lors évalués. Les calculs indiquent que le modèle conceptuel de la structure des pores peuvent significativement affectés le rôle du transfert advectif de masse à léchelle du pore et du terrain. Dans le cas du site de lORNL et avec un modèle structuré fracture-matrice, la contribution de ladvection au transfert de masse est de lordre de trois-huitième du transfert de masse par diffusion.

     

Functional characterization of a novel microbial esterase identified from the Indian Ocean and its use in the stereoselective preparation of (<Emphasis Type="Italic">R</Emphasis>)-methyl mandelate

Genomic mining has identified a novel microbial alkaline esterase from the Indian Ocean. This esterase was overexpressed in E. coli BL21 (DE3) and further functionally characterized. Under optimal conditions (10 mmol/L substrate, pH 6.0, 2 h at 40 °C), this esterase can hydrolyze racemic methyl mandelate to (R)-methyl mandelate with very high optical purity (e.e. >99%) and yield (nearly 90%). Interestingly, the stereoselectivity of this esterase is opposite to that of two previously reported lipases that can generate (S)-methyl mandelate through the hydrolysis of racemic methyl mandelate. No organic solvents or other additives were required to optimize the optical purity and production of the final chiral product (R)-methyl mandelate, which can potentially simplify the production procedure of (R)-methyl mandelate catalyzed by esterase.     

淮南矿区谢桥矿A组煤底板灰岩组分结构及水化学特征分析

A组煤(1煤)是矿井延伸开采的主要煤层,受底板承压岩溶水威胁。随着开采深度的增加,A组煤层底板灰岩突水几率也随之逐渐增大。采集谢桥矿A组煤层底板石炭系太原组石灰岩样品及对应层位的太灰水样品,并对不同层石灰岩样品进行显微镜下、X射线衍射(XRD)以及X射线荧光光谱(XRF)分析,对水样进行常规离子组分的测试分析,探讨了A组煤石灰岩矿物组成、化学组分及离子含量之间的关系。研究结果表明:太原组C2Ⅰ层和C2Ⅲ层石灰岩孔隙发育,溶蚀能力强,为含水层;C2Ⅱ层石灰岩裂隙不发育,岩溶不发育,为相对隔水层;太灰水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+含量主要与石灰岩组成、pH值以及阳离子交换作用有关;Cl-含量与沉积水体盐度相一致。将岩石的矿物学特征与地下水化学组成同时进行研究对A组煤开采可行性分析具有重要现实意义。     

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疫区抑螺防病低效林分改造技术

实施林业血防生态工程是血防综合治理的重要措施之一,具有明显的抑螺防病和生态环境改良效果。根据抑螺防病林的建设要求,阐述了疫区抑螺低效林分改造的内容和主要技术措施,为抑螺防病林的深入研究和巩固林业血防的抑螺成效提供指导。     

论全球导航卫星系统国际委员会的发展

介绍了全球导航卫星系统国际委员会（ICG）的成立背景、组织体系结构、主要议题以及历次会议情况,分析了ICG对于我国北斗导航卫星系统建设及应用等方面的启示。     

太阳风暴对全球导航卫星系统的影响分析

太阳风暴将对北斗卫星导航系统的正常运行产生影响。对即将到来的第24个太阳活动高年期间,北斗系统可能受到的影响进行了分析。电离层延迟误差将使北斗系统用户定位精度进一步降低。电离层闪烁发生更为频繁,对北斗系统性能产生影响,闪烁严重时用户甚至失去定位功能。太阳风暴引起的电离层扰动,如电离层暴,也将对北斗系统性能产生影响。针对北斗系统建设,提出了应采用的应对措施。     

地震波双向照明的概念及计算方法

根据WRW模型理论,从地震波传播的物理过程给出了双向照明的具体概念,基于该概念提出了计算地震波双向照明强度的基本思路(称为DUC双向照明方法).为了有效提高DUC双向照明方法的计算效率,又提出了DUC-DC双向照明方法,并将提出的上述方法与传统的双向照明计算方法从计算精度和计算效率等方面进行了对比.试验结果表明,本文提...     

NBB-390～52/11～8型变量泥浆泵的研制与应用

为了满足深层岩心钻探的需要,在分析了目前市场上现有同类泥浆泵的优缺点的基础上,提出了新型泥浆泵主要应解决的问题;介绍了NBB-390～52/11～8型变量泥浆泵的主要组成部分、特点、技术参数以及试验情况。