Modeling Non-Volatile Contaminant Transport in Unsaturated Porous Media in the Presence of Colloids = 불포화 다공매질에서 콜로이드 존재하의 비휘발성 오염물의 이송현상 연구

국문 초록 (Abstract)

콜로이드 입자는 지하수층에서 멀리까지 이동할 수 있으며, 오염물질은 콜로이드 입자의 표면에 부착하여 보통의 이류-확산 모델에 의해 예측된 이송거리보다 훨씬 멀리까지 이송될 수 있다. 이러한 콜로이드 운반자들이 불포화 다공매질에 있을 때, 그 계는 액상, 고상, 입상, 그리고 기상의 4상으로 해석될 수 있다. 본 연구에서는 불포화 다공매질에서 콜로이드입자와 비휘발성 오염물의 거동을 수학적 모델로 묘사하였다. 모델은 4상에서의 물질수지에 기초하였다. 콜로이드와 오염물의 각 상 간의 물질전이는 동역학적 과정으로 묘사하였다. 해석결과를 일반화하기 위하여 지배방정식을 무차원화하였다. 모델결과는 문헌상의 실험결과와 잘 일치하였다. 몇 가지 변수에 대한 모델의 거동을 살펴보기 위하여 감응도 분석을 실시하였다. 액상-기상의 경계면에 있어서, 콜로이드에 의한 오염물의 가속이송 효과가 상쇄됨을 알 수 있었다. 또한, 경계면 부착 콜로이드에 의한 오염물의 이송이 지연되는 현상은 콜로이드 표면과 오염물의 성질에 크게 좌우됨을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Stable colloidal particles can travel long distances in subsurface environments and carry particle-reactive contaminants with them to locations further than predicted by the conventional adjective-dispersive transport equation. When such carriers exist in a porous medium, the system can be idealized as consisting of three phases : an aqueous phase, a carrier phase, and a stationary solid matrix phase. However, when colloids are present in an unsaturated porous medium, the system representation should include one more phase, i. e., the air phase. In the. work reported, a mathematical model was developed to describe the transport and fate of the colloidal particles and a non-volatile contaminant in unsaturated porous media. The model is based on mass balance equations in a four-phase porous medium. Colloid mass transfer mechanisms among aqueous, solid matrix, and air phases, and contaminant mass transfer between aqueous and colloid phases are represented by kinetic expressions. Governing equations are non-dimensionalized and solved to investigate the colloid and contaminant transport in an unsaturated porous medium. A sensitivity analysis of the transport model was utilized to assess the effect of several parameters on model behavior. The colloid transport model matches successfully with experimental data of Wan and Wilson (1994). The presence of air-water interface retards the colloid transport significantly counterbalancing the facilitating effect of colloids. However, the retardation of contaminant transport by colloids is highly dependent on the properties of the contaminant and the colloidal surface.