ABSTRACT
CONTENTS Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574 Purpose of Monitoring for Natural Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576 Types of Monitoring for Natural Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Site Characterization Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 Validation Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578 Long-Term Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578 Compliance or Contingency Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Essential Design Elements of a Monitoring Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579 Location and Placement of Monitoring Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
Plumes that do not Discharge to Surface-Water Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 Plumes that Discharge to Surface Water Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
Analytical Protocols — What to Analyze for and When . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586 Typical Ground-Water Analytes for Evaluating the Long-Term
Performance of Natural Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588 Sampling in the NAPL Source Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588 Contaminants and Transformation Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 Naturally Occurring Electron Acceptors and Metabolic Byproducts . . . . . . . . 594 General Water-Quality Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
Supplemental Monitoring Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 Ground-Water Sampling Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
Sampling with Peristaltic Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595 Sampling with Submersible Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595 Sampling with Bailers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 Diffusion Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597 General Ground-Water Sampling Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
Sampling Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598 Evaluation and Interpretation of Monitoring Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
Evaluating Contaminant Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 Graphical Methods for Evaluating Plume Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 Statistical Methods for Evaluating Plume Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
Nature of Ground-Water Concentration Data and Appropriate Statistical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
Tests for Trend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 Tests for Differences between Groups of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
Using Statistical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615 Evaluation of Ground-Water Geochemical and Supplemental Data . . . . . . . . . . . . 616
Evaluation of Daughter Product Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617 Evaluation of Electron Acceptor Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
Dissolved Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618 Nitrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619 Sulfate and Sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
Evaluation of Metabolic Byproduct Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 Fe(II) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 Methane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 Ethene and Ethane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
Evaluation of General Ground-Water Monitoring Parameters . . . . . . . . . . . . . . . 620 Oxidation-Reduction Potential (ORP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621 Conductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
Evaluation of Supplemental Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621 Supplemental Daughter Product Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 Supplemental Geochemical Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 Microcosm Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624 Volatile Fatty Acids (VFAs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 Phospholipid Fatty Acids (PLFAs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 Practical Considerations for Microbial Characterization Techniques . . . . . . . 627 Stable Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
Contingency Plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627 Monitoring Duration and Exit Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634
Natural attenuation processes affect the migration and fate of organic compounds in all hydrologic systems. Over the past several years, regulatory agencies and environmental professionals have come to recognize the importance of these natural processes in affecting contaminant attenuation. When they are shown to be protective of human health and the environment, and when a well-designed monitoring program is in place to document the efficacy of these processes, they can be a valuable component of site remediation strategies. In April 1999, the Office of Solid Waste and Emergency Response (OSWER) of the U.S. Environmental Protection Agency (U.S. EPA) published a directive on the use of natural attenuation, entitled Use of Monitored Natural Attenuation at Superfund, RCRA Corrective Action, and Underground Storage Tank Sites (U.S. EPA, 1999). As implied by the title of this policy document, monitoring will be required to evaluate the long-term effectiveness of natural attenuation and to assure protection of human health and the environment. According to U.S. EPA (1999), the monitoring program designed for each site should specify the location, frequency, and types of samples and measurements necessary to evaluate if the remedy is performing as expected and if it is capable of attaining remediation objectives.
