Nano zero valent iron (nZVI) remediation: A COMSOL modelling approach

Md Abdullah Asad, Scott Briggs, Magdalena M. Krol

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Contaminant Hydrogeology 

ABSTRACT: Remediation using nanoscale zerovalent iron (nZVI) is a promising in situ technology that can convert toxic groundwater contaminants into environment-friendly compounds. Despite its promising characteristics, field scale implementation of nZVI technology has faced major challenges due to poor subsurface mobility, limited longevity and well clogging, all leading to a smaller travel distance. A greater travel distance is preferable since it can reduce the total time of remediation and provide a cost-effective solution. There are several factors that may affect nZVI travel distance such as rapid aggregation, settling, straining, unwanted oxidation, nZVI injection method, pore water velocity, lag phase (time duration when injection of nZVI is stopped), viscosity of solution, concentration of solution and heterogeneity of subsurface. Although various studies have been performed to investigate the effect of some of these parameters, no studies have investigated the role that soil heterogeneity plays on the efficiency of nZVI technology. Such a study may bridge the gap in fundamental understanding of nZVI transport in groundwater and help in overcoming the implementation challenges at the field scale. To examine the possible effects of soil heterogeneity on nZVI transport, a three-dimensional model has been developed using COMSOL, by modifying the colloid filtration theory (CFT) and verified with a previous field validated model.

RÉSUMÉ: La réhabilitation à l'aide de nanoparticules de fer zérovalentes (nZVI) est une technologie in situ prometteuse qui peut convertir les contaminants toxiques des eaux souterraines en composés respectueux de l'environnement. Malgré ses majeurs en raison de la faible mobilité souterraine, de la longévité limitée et du colmatage du puits, conduisant à une plus faible distance. Une plus grande distance de déplacement est préférable car elle peut réduire le temps total d'assainissement et fournir une solution rentable. Plusieurs facteurs peuvent affecter la distance de déplacement du NZVI: agrégation rapide, décantation, déformation, oxydation non désirée, méthode d'injection de nZVI, vitesse de l'eau interstitielle, phase de latence (durée d'arrêt de l'injection de nZVI), viscosité de la solution et l'hétérogénéité de la subsurface. Bien que diverses études aient été effectuées pour étudier l'effet de certains de ces paramètres, aucune étude n'a examiné le rôle de l'hétérogénéité du sol sur l'efficacité de la technologie du zona. Une telle étude peut combler le fossé dans la compréhension fondamentale du transport de NZVI dans les eaux souterraines et aider à surmonter les défis e l'hétérogénéité du sol sur le transport du NZVI, un modèle tridimensionnel a été développé en utilisant COMSOL, en modifiant la théorie de la filtration colloïdale (CFT) et vérifié avec un modèle antérieur validé sur le terrain.

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