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Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons: Model simulation for bioavailability and biodegradation

Authors


Abstract

A mathematical model for a one-dimensional convective-dispersive solute transport in a soil matrix is presented. The interplay of linear equilibrium sorption and first order degradation were incorporated into the formulation of the model. The model took into consideration the overall effects of the solid and liquid phase mass transfer resistances. Data from experiments were analysed using the temporal moments method (MOM) and CXTFIT curve-fitting technique. The functional parameters; dispersion coefficient, first order degradation rate constant and the retardation factor were estimated using both first and second normalised moments. The solution to the model equations was achieved by the use of the backward finite difference scheme. Results obtained showed that naphthalene was more selectively degraded than pyrene and anthracene with a residual concentration of naphthalene 1.12E − 5 mg/L, 1.48 mg/L; pyrene 3.11E − 4 mg/L, 1.58 mg/L; and anthracene 7.67E − 4 mg/L, 1.61 mg/L in the axial and radial directions, respectively. Concisely, the modeling results showed the occlusion of these compounds within the fissures and cavities of the soil particles, which renders them not readily bioavailable and thus inaccessible to microbial degradation.

Abstract

Un modèle mathématique pour le transport soluté convectif-dispersif unidimensionnel dans une matrice de sol à été présenté. L'action réciproque de la sorption d'équilibre linéaire et la dégradation de premier ordre a été incorporée dans la formulation du modèle. Le modèle prenait en ligne de compte les effets d'ensemble des résistances de transfert de masse des phases liquide et solide. Les données de ces expériences ont été analysées à l'aide de la méthode temporelle des moments et de la technique CXTFT Les paramètres fonctionnels, le coefficient de dispersion, la constante du taux de dégradation de premier ordre et le facteur de ralentissement ont été estimés faisant appel à la fois aux premier et second moments normalisés. La solution aux équations du modèle a été obtenue à l'aide du schème de différence finie rétrograde. Les résultats obtenus montraient que le naphtalène était plus sélectivement dégradé que le pyrène et l'anthracène où la concentration résiduelle de naphtalène était de 1,12E − 5 mg/l, 1,48 mg/l, du pyrène de 3,11E − 4 mg/l, 1,58 mg/l et de l'anthracène de 7,67E − 4 mg/l, 1,61 mg/l en directions axiale et radiale respectivement. En bref, les résultats de modélisation montraient que l'occlusion de ces composés dans les fissures et cavités de particules du sol les rendait moins biodisponibles et ainsi inaccessibles à la dégradation microbienne.

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