Impact of cosolvents on the interphase mass transfer of NAPLs in porous media

Abstract

Yüzeyaltı ortamlarının, susuz faz sıvıları (NAPL'ler) formundaki organik kirleticilerle kirlenmesi, yaygın ve ciddi bir çevresel tehdittir. Sudaki düşük çözünürlükleri, yüksek adsorpsiyon oranları ve potansiyel olarak yüksek toksisiteleri nedeniyle, bu bileşikler uzun vadeli kirletici kaynakları olarak davranış gösterirler ve iyileştirmesi en zorlu olanlarındandır. NAPL'lerin iyileştirilmesi için geleneksel `pompaj ve arıtma` tekniklerinin verimsiz olduğu ve yüksek maliyet gerektirdiği kanıtlanmıştır. Son yıllarda ortaya konan birçok iyileştirme tekniği arasında, NAPL'lerin daha iyi çözünmesi için yardımcı çözücülerle yıkama yöntemi, NAPL'lerin yerinde iyileştirilmesi için düşük maliyetli ve uygun bir yöntem olarak gösterilmektedir. NAPL kütlesinin yıkama çözeltisine fazlar arası kütle aktarımı, artırılmış çözünmeyle iyileştirme teknolojisinin tesirini kontrol eden kilit bir süreçtir; fakat henüz çok az sayıda doğrudan çalışma, yardımcı çözücülerin bu süreçlerin üzerindeki etkisini titizlikle araştırmıştır. Bu çalışma, yardımcı çözücülerin NAPL'lerin yıkama çözeltisine kütle transferi üzerindeki etkilerini araştırmaktadır. Bu amaç için seçilen yardımcı çözücü ve NAPL, sırasıyla etanol ve 1,2-diklorobenzendir (DCB). Etanol içeriğinin ve yıkama hızının kütle transferi üzerindeki etkisini sınamak için bir dizi deney yapılmıştır. Deneysel sonuçlar, tek boyutlu bir analitik çözüm ve iki boyutlu bir gözenek ağı modeli kullanılarak yorumlanmıştır. Bu iki model üzerinden hesaplanan kütle transfer katsayıları, Sherwood korelasyonları geliştirmek için kullanılmıştır. Yardımcı çözücü varlığının kütle transfer katsayısı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Geliştirilen Sherwood korelasyonları, ilerideki modelleme çalışmalarında ve hapsolmuş NAPL'lerin iyileştirilmesini içeren saha uygulamalarında kullanılabilir.

Contamination of the subsurface with organic contaminants in the form of non-aqueous phase liquids (NAPLs) is a widespread and critical environmental threat. Due to their low aqueous solubilities, high adsorption rates and potentially high toxicities, these compounds act as long-term contamination sources and are among the most challenging to remediate. Conventional pump-and-treat techniques for the remediation of NAPLs have proven to be inefficient and cost-intensive. Among many remediation techniques introduced in the recent years, cosolvent flushing for enhanced dissolution of NAPLs is demonstrated as a cost-efficient and convenient method for in-situ remediation of NAPLs. Interphase mass transfer of the NAPL mass into the flushing solution is a key process that controls the effectiveness of the enhanced dissolution remediation technology; yet very few direct studies have rigorously investigated the effect of cosolvents on it. This study investigates the effect of cosolvents on the mass transfer of NAPLs into flushing solutions. The cosolvent and NAPL selected for this purpose are ethanol and 1,2-dicholorobenzene (DCB), respectively. A series of experiments are conducted to test the effect of ethanol content and flushing velocity on mass transfer. The experimental results are interpreted using a one-dimensional analytical solution and a two-dimensional pore network model. The mass transfer coefficients estimated from the two models are used to develop Sherwood correlations. It is observed that cosolvent presence has a significant impact on mass transfer coefficient. The developed Sherwood correlations can potentially be used in further modeling studies and field applications involving the remediation of entrapped NAPLs.