Enhanced remediation of groundwater contaminated with light non-aqueous phase liquids

Abstract

Yançözücü yıkaması, yer altı sularında sıkışmış olan sucul olmayan sıvı fazların (NAPL) giderimini sağlayan ve gelecek vadeden bir teknolojidir. Bu çalışmanın amacı toluen ve benzenin, etanol ve hydroxypropyl-beta-cyclodextrin kullanarak geliştirilmiş çözünümünü ve mobilitesini sağlamaktır. Bu araştırmanın ilk bölümü, etanol yıkaması ile arıtılan tek bileşik veya karışım NAPL'ın giderim mekanizmalarına eğilmektedir. Bu amaca ulaşmak için çoklu laboratuar ve kolon deneyleri yapılmıştır. Yüzeyler arası gerilim, çözünürlük gibi çoklu deneyler su/NAPL/etanol sisteminin çokfazlı davranışını anlamaya yönelik yapılmıştır. Sonrasında tek ve karışım NAPL'ın giderim yüzdelerini elde etmek için yukarı yönlü akış deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerin sonucu göstermiştir ki, tek ve karışım NAPL için 50% etanol içerikli yıkama sırasında öne çıkan giderim mekanizması mobilizasyondur. Bunun ötesinde, mobilizasyon ve çözünme mekanizmaları birbirinde bağımsız addedilirken, bu çalışmada yapılan yıkma deneyleri göstermiştir ki artan mobilizasyon NAPL'ın yıkama sıvısıyla karışımını sağlayarak kütle transfer kısıtını azaltıp artan bir çözünüme sebep olmaktadır.Bu çalışmanın ikinci kısmında sıcaklığın, HPCD ile geliştirilmiş NAPL giderimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. NAPL çözünürlüğünde sıcaklığın etkisi etanol gibi yançözücü kullanımıyla karşılaştırıldığında HPCD için çok daha düşüktür. Buna karşın hidrofobik organik bileşiklerin HPCD çözeltileri içindeki çözülme hızlarının sıcaklıkla birlikte belirgin bir şekilde yükseldiği bulunmuştur.

Cosolvent flooding is one of the most promising technologies for the removal of entrapped non aqueous phase liquids (NAPLs) from the groundwater. The purpose of this study is to evaluate the enhanced solubilization and mobilization of toluene and benzene using two chemical agents: ethanol an alcohol and hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HPCD) a modified sugar. Specifcally, the focus of the first part of the study is on investigating the recovery mechanisms encountered when ethanol solutions are used to flush a NAPL mass consisting of a single compound (toluene or benzene) or a mixture (toluene and benzene together). To achieve this objective, laboratory scale batch and column experiments were conducted. The batch experiments were conducted to assess the multiphase behaviour of the water/NAPL/ethanol system, namely the solubility and interfacial tension of the multiphase system. Upward flow experiments were then performed to evaluate the pure and multi-component NAPL recovery efficiencies. Results from these experiments show that for a 50% ethanol content by volume in the flushing solution, mobility is the dominant recovery mechanism for NAPL toluene, benzene and NAPL mixtures consisting of benzene and toluene. Moreover, while the mobility and dissolution processes are generally considered to be independent of each other, the flushing experiments conducted in this experiment show that the mobilization increases the mixing of the NAPL with the flushing solution which in turn increases the mass transfer rate leading to enhanced solubilization of the NAPL.In the second part of the study, the effect of system temperature on the HPCD enhanced remediation of NAPL is assessed. The effect of heat on the equilibrium solubility of the NAPL is found to be less significant when using HPCD in comparison with cosolvents such as ethanol. However the dissolution rate of HOCs in HPCD solution is found to be faster in heated environments.