การประเมินในระดับห้องปฏิบัติการของการปรับเสถียรแหล่งกำเนิดเตตระคลอโรเอทิลีนโดยใช้จีโอพอลิเมอร์

Abstract

Source zone of chlorinated organic solvents, especially as dense non-aqueous phase liquid (DNAPL) is a long-term source of groundwater contamination. Source zone isolation is an alternative to rapidly decrease the toxic flux. This research proposes an innovative in situ source zone isolation by using geopolymer solidified in situ. Conceptually, geopolymer slurry is injected to encapsulate DNAPL source zone. Then, hot water circulation is performed to solidify the encapsulated geopolymer slurry, decreasing the permeability of porous media surrounding the DNAPL source zone. This will decrease the groundwater flux into and out of the DNAPL source zone, which immediately stops the release of toxic contaminants from the source zone. To obtain geopolymer, Al2O3•2SiO2 crystalline powder was synthesized by calcine solid-state reaction at 700°C for 2 hours. Al2O3•2SiO2 crystalline powder was mixed with NaOH and Na2SiO3 solution catalysts at 1:2 ratio to obtain ready-to-use geopolymers for groundwater models. A 2-dimensional flow cell was used as a model for subsurface contaminated with tetrachloroethene (PCE) source zone. Three types of sand: coarse sand (1.0-2.0 mm), medium sand (1.19-0.59 mm) and fine sand (0.3-0.6 mm) were packed in the 2-D flow cell with the PCE source zone in the course lense. The water flow rate in the model is 0.19 centimeters per minute. The geopolymer slurry was injected into the model at the DNAPL source location and solidified by using heat from the water pipes inside the model (heated at 70°C for 8 hours, where the internal heat was examined with an infrared camera). When the geopolymer was hardened, we observed the flow diversion from the DNAPL source due to the increased density and decreased permeability of geopolymer-modified sand in the flow cell. PCE flux was substantially declined. Injection geopolymer-modified into source zone increased density of coarse sand and changed the flow diversion. PCE flux decreased from the direction of water flow. The result found PCE flux reduce form 5.92 mg/l to 1.72 mg/l. The performance of the geopolymer reduced PCE for 71% of concentration.

งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้จีโอพอลิเมอร์ (Al2O3•2SiO2) เพื่อปรับเสถียรน้ำใต้ดินที่ปนเปื้อนตัวทำละลายอุตสาหกรรม โดยสังเคราะห์ผงผลึก Al2O3•2SiO2 ด้วยปฏิกิริยาสถานะของแข็งแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 700 °C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นนำผงผลึก Al2O3•2SiO2 ผสมกับตัวเร่งปฏิกิริยาสารละลาย NaOH และ Na2SiO3 ในอัตราส่วน 1:2 เพื่อให้ได้จีโอพอลิเมอร์ที่พร้อมใช้งานกับแบบจำลองน้ำใต้ดิน โดยแบบจำลองน้ำใต้ดินจะมีการใช้ทราย 3 ชนิด คือ ทรายหยาบ (1.0-2.0 mm),ทรายปานกลาง (1.19-0.59 mm) และทรายละเอียด(0.3-0.6 mm) โดยมีอัตราการไหลของน้ำในแบบจำลองเท่ากับ 0.19 เซนติเมตรต่อนาทีซึ่งทดลองการฉีดจีโอพอลิเมอร์เข้าสู่แบบจำลองในบริเวณที่ต้องการและทำให้แข็งตัวโดยใช้ความร้อนจากท่อน้ำภายในแบบจำลอง โดยใช้ความร้อนที่อุณหภูมิ 70 °C เป็นเวลา 8 ชั่วโมงซึ่งความร้อนภายในถูกตรวจสอบด้วยกล้องอินฟราเรด เมื่อจีโอพอลิเมอร์แข็งตัว สังเกตทิศทางการไหลในแบบจำลอง ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นในบริเวณที่ฉีดจีโอพอลิเมอร์สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการกักเก็บสารพิษที่มีการปนเปื้อนในชั้นดิน จีโอพอลิเมอร์ที่ถูกฉีดเข้าไปภายในแบบจำลองสามารถเพิ่มความหนาแน่นในบริเวณพื้นที่ที่มีการซึมผ่านได้ง่ายของน้ำ เช่น เพิ่มความหนาแน่นในชั้นทรายหยาบ ทำให้น้ำที่ไหลผ่านในบริเวณที่มีการปนเปื้อนน้ำเปลี่ยนทิศทางการไหลไปในทิศที่มีความหนาแน่น้อยกว่าและไม่ผ่านบริเวณที่มีการปนเปื้อนสารเตตระคลอโรเอทิลีน (PCE) จากการเก็บตัวอย่างเพื่อหาประสิทธิภาพการลดการปนเปื้อนของจีโอพอลิเมอร์ด้วยการเก็บตัวอย่างที่ปนเปื้อนสารเตตระคลอโรเอทิลีน (PCE) พบว่าประสิทธิภาพของการฉีดจีโอพอลิเมอร์ที่ถูกปรับเสถียรและทำก้อนแข็งช่วยลดการปนเปื้อนที่ออกมาจากแบบจำลองจากค่าสูงสุด คือ 5.92 มิลลิกรัมต่อลิตร ลดลงเหลือ 1.72 มิลลิกรัมต่อลิตร คิดเป็น 71 เปอร์เซ็นต์ของค่าการปนเปื้อน