Sulu-olmayan fazlı sıvılarla (NAPL) kirlenmiş topraklardajeofizik araştırmalar
Geophysical investigations of soils contaminated with non-aqueous phase liquids (NAPL)
Yazar: HAFIZ MOHAMMED NAZIFI
Danışman: PROF. DR. LEVENT GÜLEN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering
Dizin: Jeoelektrik = Geoelectric ; Yer altı radarı = Ground penetrating radar ; Yüzey özdirenç yöntemi = Surface resistivity method ; Öz direnç = Resistivity

Özet:
Hafif Sulu-olmayan Fazlı Sıvıların (LNAPL) izlenmesi, karakterize edilmesi ve haritalanması için jeofizik yöntemler etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Atık Motor Yağı (AMY), kentsel topluluklarda en yaygın LNAPL kirleticilerinden biri olmasına rağmen, AMY kirlenmesinin jeofizik yöntemlerle araştırılması ihmal edilmiştir. Bu tez çalışmasının temel amacı, bir tank akifer sistemi içinde AMY (viskoz LNAPL olarak) ile kirlenmiş kumlar üzerinde Yer Radarı (GPR) ve Elektrik Özdirenç Tomografisinin (ERT) zamana bağlı tepkilerini araştırmaktır. Tek kirlenme deneyi ve yarı-sürekli kirlenme deneyi olmak üzere iki deney grubu gerçekleştirilmiştir. Tek kirlenme deneyi 26 hafta sürmüştür. Yarı-sürekli kirlenme deneyi, üç mevsimsel benzetim ve kontrol deneyinden oluşmaktadır. Kış, yağışlı mevsim (ilkbahar, sonbahar) ve yaz dönemi için mevsimsel benzetimler yapılmıştır. Yarı-sürekli benzetim deneyindeki her deney, 5 er hafta olmak üzere toplam yirmi (20) hafta sürmüştür. GPR verilerinin toplanması için 2.0 GHz anten kullanılırken, ERT verileri özel olarak küçük bir özdirenç dizisi olarak tasarlanmış 24 elektrot kullanılarak toplanmıştır.
Her iki deneyden elde edilen zamana bağlı sonuçlar, kirlenmenin dikey ve yanal göçünü ortaya koymuştur. Tek kirlenme deneyinden elde edilen sonuçlar, GPR sinyalinin zamana bağlı aşamalı olarak zayıfladığını ve elektrik özdirencinin de zamana bağlı aşamalı olarak azaldığını göstermiştir. Bu jeofiziksel sinyallerin zamana bağlı azalması, AMY'nin zaman geçtikçe biyolojik bozunmaya uğramasıyla açıklanmıştır. Sonuçlar, uzun süre farklı LNAPL'ler üzerinde çalışan araştırmacıların ve yaşlı LNAPL kirlenmeleri üzerinde çalışan araştırmacıların bulgularına uymaktadır.
Yarı-sürekli kirlenme deneyinden elde edilen sonuçlar, zamanla GPR sinyallerinde aşamalı bir artış ve zamanla elektriksel özdirençte de aşamalı bir artış olduğunu göstermiştir. Yarı-sürekli kirlenme deneyinde gözlenen bu jeofizik davranış, AMY ve akifer sisteminin fiziksel özellikleri arasındaki zıtlıkla açıklanmıştır. Sonuçlar, kısa süreliğine taze veya yeni LNAPL kirlenmesi üzerine araştırma yapan araştırmacıların önceki çalışmalarıyla uyumludur.
Bu çalışmada gerçekleştirilen deneyler jeofizikçiler tarafından laboratuvar ortamında AMY'nin kum ortamını kirletmesinin araştırılması için yapılan ilk çalışmadır. GPR ve ERT yöntemlerinin hem küçük hem de büyük miktarda AMY'nin akifer içerisindeki zamana bağlı hareketini izlemek için çok iyi jeofizik yöntemler olduğu kanıtlanmıştır. Deneysel sonuçlar GPR ve ERT'nin AMY kirleticilerin zamana bağlı izlenmesindeki yeteneğini başarıyla göstermiştir.

Abstract:
Geophysical methods are being used effectively for monitoring, characterising, and mapping Light Non-Aqueous Phase Liquids (LNAPL). Although Used Engine Oil (UEO) is one of the most common LNAPL contaminants within the urban communities, not much attention has been given for the geophysical study of UEO contamination. The main aim of this study was to investigate the time lapse responses of Ground Penetrating Radar (GPR) and Electrical Resistivity Tomography (ERT) of sands contaminated with UEO as viscous LNAPL within a tank aquifer system. Two sets of experiments namely, single contamination experiment and the semi-continuous contamination experiment were conducted. The single contamination experiment lasted for 26 weeks. The semi-continuous contamination experiment comprised of three seasonal simulation and control experiment. The seasonal simulation included winter, spring (rainy) and summer. Each experiment within the semi-continuous contamination experiment lasted for five weeks, making a total of twenty weeks. 2.0 GHz antenna was used for the GPR data collection, while the ERT data were collected using 24 electrodes arranged in a specially designed miniature resistivity array. The time lapse results from both experiments revealed vertical and lateral migration of the contaminant. The results from the single contamination experiment revealed a progressive decrease in GPR signal with time and a progressive decrease in electrical resistivity with time. These geophysical behaviours were explained by the biodegradation of the UEO in time. The results conformed to the findings of researchers who studied different LNAPL's for long time and those who studied aged LNAPL contaminations.
The results from the semi-continuous contamination experiment revealed a progressive increase in GPR signals with time and a progressive increase in electrical resistivity with time. The geophysical behaviours revealed by the semi-continuous contamination experiment were explained by the contrast between the UEO and the physical properties of the aquifer system. The results corroborate previous studies by researchers who researched fresh LNAPL contaminations for short periods. These experiments represent a first attempt by geophysicist to study UEO contamination in sand medium in a laboratory tank setting. Time-lapse GPR and ERT proved to be effective geophysical methods for studying UEO contamination. The experimental results successfully demonstrated the ability of time-lapse GPR and time-lapse ERT in delineating UEO contamination.