Karstik sistemlerde trikloroetilenin potasyum permanganatlı yerinde kimyasal oksidasyon teknolojisi ile temizlenmesi
In situ chemical oxidation of trichloroethylene using potassium permanganate in karst environment
Yazar: NİHAT HAKAN AKYOL
Danışman: DOÇ. DR. İRFAN YOLCUBAL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uygulamalı Jeoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Karstik akifer = Karstic aquifer

Özet:
Yerinde kimyasal oksidasyon teknolojisi yeraltı ortamlarında klorürlü organik çözücüler gibi DNAPL kaynak zonlarının temizlemesinde kullanılan etkin teknolojilerden biridir. DNAPL kaynak zonları epikarst içerisinde genellikle örtü toprağında ya da ana kaya kontağında depolanmaktadır. Kaynak zonlarında depolanan TCE kütlesinin potasyum permanganatlı yerinde yok edilmesindeki performansı değerlendirilmiştir. Başarılı bir yerinde kimyasal oksidasyon için gerekli optimal koşullar, teknolojinin performansını etkileyen faktörler (toprağın oksidant talebi, mineraloji, pH, heterojenlik) ve süreçler (tutunma, geri-bırakma, dissolüsyon, oksidasyon ve taşınım) ayrıca değerlendirilmiştir. Bu amaçla, farklı koşullarda bir dizi batch, bir boyutlu kolon ve iki boyutlu reaktör deneyleri yürütülmüştür. Karbonatlı toprağın oksidant talebi yüksek olup, TCE'nin oksidasyonu yüksek oksidant konsantrasyonlarında (>40 mM KMnO4) permanganatın tüketiminden yüksektir. TCE'nin taşınımı reaktif olmayan ize göre belirli oranda gecikmeye (R=1,8-3) uğramıştır. TCE'nin karbonatlı topraktaki organik maddeye tutunma ve geri bırakma hızının farklı olması kinetikle sınırlı geri bırakma davranışına neden olmaktadır. Sistemdeki saf TCE kütlesinin tamamına yakını permanganat oksidasyonu ile başarılı bir şekilde yok edilmesine rağmen, ISCO teknolojisinin etkinliği TCE çözünme oranı ve kinetikle sınırlı geri bırakma davranışı tarafından sınırlanmıştır. Temas süresi ve başlangıç yükseltgeyici konsantrasyonu epikarst içerisinde oksidasyon performansının etkinliğini kontrol etmiştir. Potasyum permanganatlı yerinde kimyasal oksidasyon teknolojisi ile epikarst içerisindeki DNAPL kaynak zonları başarılı bir şekilde yok edilmesine rağmen, teknolojinin başarısı sahaya özgü olup arazi koşullarında detaylı bir şekilde test edilmelidir.

Abstract:
In situ chemical oxidation (ISCO) is one of the effective technologies used for source zone remediation of Dense Nonaqueous Phase Liquids (DNAPLs) such as chlorinated solvents in the subsurface environments. DNAPL source zones are resided in epikarst where the contaminant is generally trapped in cover soil or at the regolith contact with carbonate bedrock. This study aims to investigate the performance of oxidation of residual trichloroethylene found in such environments by potassium permanganate. Optimum conditions required for a successful ISCO were determined by evaluating the factors (soil oxidant demand, mineralogy, pH, heterogeneity) and processes (sorption, desorption, dissolution, oxidation and transport) influencing its performance. A series of batch and flow-cell experiments were conducted to achieve the research objectives. The oxidant demand of the calcareous soil was significant and the rate of oxidation of TCE was faster than the consumption of permanganate at the high oxidant concentrations (>40 mM KMnO4). The transport of TCE was significantly retarded compared to non?reactive tracer (R=1.8-3). The difference for the rate of sorption of TCE onto organic matter and its desorption led to rate-limited desorption behavior. Although highly significant fraction of residual TCE mass in the system was destroyed by permanganate oxidation, the efficiency of ISCO was limited by the rate of TCE dissolution and the rate-limited desorption of TCE. The residence time and the initial concentration of oxidant also controlled the performance of ISCO in epikarst. Although, results revealed that ISCO technology using permanganate is capable of destroying DNAPLs in epikarst, the success of this technology would be site-specific and needs to be tested under field conditions