MODELING MICROBIALLY-MEDIATED CONSUMPTION OF OXYGEN TRAPPED IN VOIDS OF A POTENTIAL REPOSITORY AFTER BACKFILLING AT ÄSPÖ SITE

C. Yang1, F. J. Samper1, J. Molinero2 y M. Bonilla1

1 E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidad de La Coruña. Campus de Elviña s/n. 15192 La Coruña; cyang@udc.es
2 Escola Politécnica Superior, Universidad de Santiago de Compostela, 27002 Lugo

ABSTRACT. The presence of molecular oxygen left in the voids of a deep geological repository of high level radioactive waste (HLW) after backfilling could affect the corrosion of canisters and the migration of radionuclides eventually released from a damaged canister. Knowing how O2 is consumed is therefore important for safety analyses. Available data from laboratory and in situ experiments indicate that microbes play a substantial role to restore redox condition near the HLW repository. The REX in situ experiment was conducted at the Äspö Hard Rock Laboratory by the Swedish Nuclear Waste Management Company to investigate microbial nutrients, organism diversity, microbial activity and O2 reduction. This paper presents a hydro-bio-geochemical model to evaluate how O2 is consumed after backfilling of a HLW repository planned according to the Swedish reference concept. The microbial model accounts for dissolved organic carbon (DOC) respiration and methane oxidation. Parameters for these processes were calibrated with measured oxygen in the REX experiment. Computed concentrations of oxygen match measured data in the chamber of the REX experiment. Calibration results indicate that the microbial model can be used to simulate the processes of O2 reduction trapped in the voids of the bentonite buffer. The role of microbes in the consumption of O2 is evaluated for several cases corresponding to various hypotheses. Numerical results show that microbial processes are relevant for O2 consumption in the repository. The time needed to consume the O2 trapped in the buffer decreases from over 50 for only geochemical processes to a few months when the catalytic effect of microbes in DOC respiration and methane oxidation is taken into account.

RESUMEN. El oxígeno molecular disuelto en los poros del material de relleno y sellado de un almacenamiento geológico profundo (AGP) de residuos radiactivos después de su clausura podría afectar negativamente en la corrosión de los contenedores y en la migración de los radionucleidos que se pueden liberar tras el colapso del contenedor. Para la evaluación de la seguridad de un AGP es importante saber cómo se consume el O2. Los datos disponibles procedentes tanto de ensayos de laboratorio como ensayos in situ en laboratorios subterráneos indican que los microorganismos desempeñan un papel relevante en el restablecimiento de las condiciones redox en el entorno de un AGP. El experimento in situ REX fue realizado en el laboratorio subterráneo de Äspö (Suecia) por SKB (compañía sueca para la gestión de residuos radiactivos) para estudiar los nutrientes microbiológicos, la diversidad de microorganismos y su actividad. Este trabajo presenta un modelo acoplado hidro-bio-geoquímico para evaluar la reducción del O2 disuelto presente en la barrera de bentonita de un AGP de las características contempladas por SKB. El modelo microbiológico tiene en cuenta la respiración del carbono orgánico disuelto (DOC) y la oxidación del metano. Los parámetros para estos procesos han sido calibrados con los valores de oxígeno medidos en el experimento REX. Los valores calculados de la concentración de oxígeno reproducen los datos medidos en la cámara del citado experimento. Los resultados de la calibración indican que el modelo microbiológico puede ser utilizado para simular los procesos de reducción del O2. El papel de los microorganismos en la reducción del O2 se analiza con varias hipótesis. Los resultados numéricos muestran que los procesos microbiológicos son relevantes para la desaparición del O2 en el AGP. La reducción del oxígeno mediante procesos exclusivamente químicos requiere casi 50 años para agotar el O2 atrapado en la bentonita. Este tiempo se reduce a unos pocos meses cuando se considera además de los procesos químicos el papel catalizador de los microorganismos de los procesos de respiración del DOC y la oxidación del metano.