部分的に飽和透過性反応性バリアによるトリクロロエチレン、トルエン、およびエタノール蒸気の酸化

不飽和ゾーン内の揮発性有機化合物（VOC）蒸気の緩和は、換気による蒸気の積極的な除去に大きく依存しています。この研究では、酸化VOC蒸気のための水平透過性反応障壁を作成するために、過マンガン酸カリウムの使用を含む代替方法を検討しました。過マンガン酸カリウムと砂粒の部分的に飽和混合物を使用して、トリクロロエチレン（TCE）、トルエン、およびエタノール蒸気の酸化を調査するために、カラム実験を実施しました。結果は、酸化によるVOC蒸気の有意な除去を示した。水の飽和は、透過性反応性層の除去能力に大きな影響を与えることがわかりました。最高の水飽和度でのすべての標的化合物の過マンガン酸カリウムの高い除去効率と反応性が観察されました（SW = 0.6）。反応層内のpHの変化により、VOCの酸化速度が減少しました。炭酸塩鉱物の使用は、pHを緩衝することにより、TCE蒸気の酸化中の過マンガン酸カリウムの反応性を高めました。透過性反応性層を介して拡散するVOC蒸気の反応性輸送が、酸化速度に対するpH効果を含め、モデル化されました。このモデルは、カラムのヘッドスペースにあるTCEおよびトルエン蒸気の観測されたブレークスルー曲線を正確に説明しました。ただし、酸化中に生成された水と組み合わせた水中のエタノールの混乱により、エタノールのモデリング結果の精度が低下しました。透過性反応性層の単位体積あたりのVOC蒸気の総酸化量と初期水飽和との間に線形関係が見つかりました。この挙動は、pH変化がVOCの酸化中の透過性反応性層の全体的な反応性と寿命を制御することを示しています。結果は、水平透過性反応障壁のフィールド適用が、不飽和ゾーンを通るVOC蒸気の上向きの移動に対する実行可能な技術であることを示唆しています。

The mitigation of volatile organic compound (VOC) vapors in the unsaturated zone largely relies on the active removal of vapor by ventilation. In this study we considered an alternative method involving the use of solid potassium permanganate to create a horizontal permeable reactive barrier for oxidizing VOC vapors. Column experiments were carried out to investigate the oxidation of trichloroethylene (TCE), toluene, and ethanol vapors using a partially saturated mixture of potassium permanganate and sand grains. Results showed a significant removal of VOC vapors due to the oxidation. We found that water saturation has a major effect on the removal capacity of the permeable reactive layer. We observed a high removal efficiency and reactivity of potassium permanganate for all target compounds at the highest water saturation (Sw=0.6). A change in pH within the reactive layer reduced oxidation rate of VOCs. The use of carbonate minerals increased the reactivity of potassium permanganate during the oxidation of TCE vapor by buffering the pH. Reactive transport of VOC vapors diffusing through the permeable reactive layer was modeled, including the pH effect on the oxidation rates. The model accurately described the observed breakthrough curve of TCE and toluene vapors in the headspace of the column. However, miscibility of ethanol in water in combination with produced water during oxidation made the modeling results less accurate for ethanol. A linear relationship was found between total oxidized mass of VOC vapors per unit volume of permeable reactive layer and initial water saturation. This behavior indicates that pH changes control the overall reactivity and longevity of the permeable reactive layer during oxidation of VOCs. The results suggest that field application of a horizontal permeable reactive barrier can be a viable technology against upward migration of VOC vapors through the unsaturated zone.