Pore-scale investigation of wettability impact on residual nonaqueous phase liquid dissolution in natural porous media

溶解 多孔介质 润湿 残余物 多孔性 材料科学 自然(考古学) 相(物质) 化学工程 化学 复合材料 地质学 工程类 有机化学 计算机科学 古生物学 算法
作者
Yingxue Hu,Chunwei Zhang,Anindityo Patmonoaji,Yun She,Shintaro Matsushita,Tetsuya Suekane
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:787: 147406-147406 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2021.147406
摘要

Understanding the dissolution behavior of residual nonaqueous phase liquids (NAPLs) in soil and aquifer is essential for remediation activities and related prediction models. In this study, the impact of wettability of pore surfaces on the residual NAPL dissolution was investigated in natural porous media using X-ray microtomography. Three-dimensional pore-scale characteristics of NAPL blobs were determined in water-wet and neutral-wet media. Time-resolved images enable to estimate the temporal changes in the residual saturation and interfacial area, then to calculate the mass transfer coefficient. The results showed that the wettability has a significant impact on the morphology of residual NAPL; thus, affecting the dissolution behavior in natural porous media. In the neutral-wet system, residual NAPL blobs are trapped in small and large pores, resulting in a uniform distribution and a higher specific total interfacial area. The NAPL dissolution rate in the neutral-wet media is faster due to the higher specific interfacial area and more uniform spatial distribution. Considering the total interfacial area as the active mass transfer place, the wettability has a slight effect on the mass transfer coefficient. The mass transfer coefficient is independent of the residual saturation, whereas the lumped mass transfer coefficient decreases significantly during the dissolution process. Under different flow rates, the experimental data of Sherwood number Sh and modified Sherwood number Sh ' could be well fitted with Sh ~ Re n and Sh ′ ~ Re n θ n . These results are essential because the effect of wettability on dissolution was first studied from the perspective of pore scale, and the prediction models will help optimize the remediation strategies. • Directly observation of residual NAPL dissolution using microtomography. • Influence of wettability on the morphology and dissolution behavior. • Several empirical correlations of liquid-liquid mass transfer coefficient.
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