P L A C E I N R E T U R N B o x t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 6 / 0 1 c : / C l R C / D a t e D u o . p G 5 - p . 1 5 T H E U S E O F G A S E O U S O Z O N E T O R E M E D I A T E P Y R E N E C O N T A M I N A T E D S O I L S : A S T U D Y O F B Y P R O D U C T P R O D U C T I O N , E N V I R O N M E N T A L E F F E C T S O N R E M E D I A T I O N E F F O R T S , A N D S C A L E - U P V O L U M E I B y S t e p h a n i e L u s t e r - T e a s l e y A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 3 A B S T R A C T T H E U S E O F G A S E O U S O Z O N E T O R E M E D I A T E P Y R E N E C O N T A M I N A T E D S O I L S : A S T U D Y O F B Y P R O D U C T P R O D U C T I O N , E N V I R O N M E N T A L E F F E C T S O N R E M E D I A T I O N E F F O R T S , A N D S C A L E - U P B y S t e p h a n i e L u s t e r - T e a s l e y O z o n a t i o n s t u d i e s w e r e p e r f o r m e d i n 1 5 c m s o i l c o l u m n s t o d e t e r m i n e t h e a f f e c t v a r i o u s s o i l c o n d i t i o n s w o u l d h a v e o n p y r e n e o x i d a t i o n a n d t h e s u b s e q u e n t b y p r o d u c t f o r m a t i o n . T h e c o n d i t i o n s e v a l u a t e d i n c l u d e d 0 , 5 % , a n d 1 0 % s o i l m o i s t u r e c o n t e n t s a n d t h e p H l e v e l s o f 2 , 6 , a n d 8 . O z o n a t i o n e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n s o i l s a t 1 3 ° C a n d 2 5 ° C . A c o m p a r i s o n o f o z o n a t i o n i n f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l s a n d s o i l s c o n t a m i n a t e d w i t h p y r e n e f o r 6 m o n t h s w e r e c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o i l a g e h a s o n t h e a b i l i t y t o r e m e d i a t e s o i l s w i t h o z o n e . A n o z o n a t i o n s y s t e m u s i n g a 3 . 5 f o o t c o l u m n w a s a l s o d e s i g n e d t o e v a l u a t e t h e o z o n e t r a n s p o r t m o d e l p r o p o s e d b y H s u a n d M a s t e n ( 1 9 9 7 ) . D r y s o i l w i t h h i g h p H ( p H 6 , p H 8 ) r e s u l t e d i n t h e h i g h e s t l e v e l o f c o n t a m i n a n t r e m o v a l . I n t h e p r e s e n c e o f s o i l m o i s t u r e , t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s i n s o i l r e q u i r e d l o n g e r t r e a t m e n t t i m e s c o m p a r e d t o t h e d r y s o i l s . T e m p e r a t u r e w a s d e t e r m i n e d t o a f f e c t p y r e n e o x i d a t i o n i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s a t p H 6 a n d p H 8 . P y r e n e r e m o v a l i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s i m p r o v e d w h e n o z o n a t e d a t 1 3 ° C . T h e c o l d e r t e m p e r a t u r e , h o w e v e r , a p p e a r e d t o h a r d e n t h e p a c k e d s o i l a n d i n h i b i t e d g a s fl o w t h r o u g h t h e s o i l . I n t h e o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s f o r t h e a g e d s o i l s , t h e p e r c e n t a g e o f p y r e n e r e d u c t i o n w a s f o u n d t o b e 3 - 4 t i m e s l e s s i n t h e a g e d s o i l s c o m p a r e d t o t h e f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l s . T h e p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s p r o d u c e d i n s o i l w e r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o m p o u n d s p r o d u c e d f r o m a q u e o u s p y r e n e o z o n a t i o n . T h e b y p r o d u c t s d e t e c t e d w e r e p h e n a n t h r e n e - l i k e a n d b i p h e n y l - l i k e w i t h h y d r o x y l , a l d e h y d e , a n d c a r b o x y l i c a c i d f u n c t i o n a l g r o u p s . T w o s y n t h e s i z e d o z o n a t i o n b y p r o d u c t s , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , w e r e e v a l u a t e d u s i n g t w o t o x i c o l o g y a s s a y s . T h e fi r s t a s s a y m e a s u r e d t h e p o t e n t i a l f o r t h e c o m p o u n d s t o b l o c k g a p j u n c t i o n a l i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n ( G J I C ) u s i n g t h e s c r a p e l o a d i n g / d y e t r a n s f e r ( S L / D T ) a s s a y . T h e s e c o n d a s s a y e v a l u a t e d t h e a b i l i t y f o r t h e c o m p o u n d s t o a f f e c t n e u t r o p h i l f u n c t i o n b y m e a s u r i n g t h e p r o d u c t i o n o f s u p e r o x i d e i n a h u m a n c e l l l i n e ( H L 6 0 ) . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s d e t e r m i n e d t o s h o w a d v e r s e e f f e c t s i n b o t h t o x i c i t y a n a l y s e s . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d d i d n o t e x h i b i t a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t i n e i t h e r a s s a y s . C o p y r i g h t b y S t e p h a n i e L u s t e r - T e a s l e y 2 0 0 3 D E D I C A T I O N T h i s w o r k i s d e d i c a t e d t o m y g r a n d m o t h e r , R u t h i e P e r r y B e n y a r d . A C K N O W L E D G E M E N T S I w o u l d l i k e t o t a k e t h i s o p p o r t u n i t y t o t h a n k t h e p e o p l e w h o w e r e i n s t r u m e n t a l i n h e l p i n g m e d u r i n g m y g r a d u a t e p r o g r a m . M y a d v i s o r , D r . S u s a n M a s t e n , p r o v i d e d i m m e a s u r a b l e k n o w l e d g e , f a i t h , a n d s u p p o r t t o m e t h r o u g h o u t t h i s p r o c e s s . I w i s h t o e x t e n d a s p e c i a l t h a n k y o u t o D r . B r u c e D a l e f r o m t h e D e p a r t m e n t o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g . D r . D a l e f o r e s a w t h e p o t e n t i a l i n m e a n d p r o v i d e d u n w a v e r i n g s u p p o r t f o r b o t h m y M S . i n C h e m i c a l E n g i n e e r i n g a n d t h e P h . D . i n E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g . T h a n k y o u t o D r . A u r l e s W i g g i n s a n d t h e C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g D i v e r s i t y P r o g r a m s O f fi c e ( D P O ) f o r b e i n g a f o u n d a t i o n f o r m e a n d m a n y s t u d e n t s w h o u s e t h e s e r v i c e s p r o v i d e d b y t h e o f fi c e . I w o u l d l i k e t o t h a n k m y f u n d i n g s o u r c e s f o r r e s e a r c h a n d f o r c o m p l e t i n g t h e d i s s e r t a t i o n : N I E H S u p e r f u n d G r a n t , G A A N N F e l l o w s h i p , a n d D r . P e r c y P i e r r e a n d D r . B a r b a r a O ’ K e l l y f r o m t h e S L O A N P r o g r a m . I e x t e n d t h a n k s t o a l l o f m y f a m i l y a n d f r i e n d s f o r t h e i r p r a y e r s a n d s u p p o r t . I w o u l d e s p e c i a l l y l i k e t o a c k n o w l e d g e m y h u s b a n d , E d w a r d T e a s l e y I , a n d m y s o n s E d w a r d I I a n d W i l l i a m . T h a n k y o u f o r y o u r p a t i e n c e a n d l o v e . T o m y p a r e n t s , L o r e n z a , H e l e n , a n d M a m a - T , t h a n k y o u f o r a l l o f t h i n g s t h a t y o u h a v e d o n e b e c a u s e w i t h o u t e a c h o f y o u I k n o w I w o u l d n o t h a v e c o m p l e t e d t h i s d e g r e e . v i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i x L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i C H A P T E R 1 : I N T R O D U C T I O N A N D E N V I R O N M E N T A L S I G N I F I C A N C E 1 . 1 I n t r o d u c t i o n : B a c k g r o u n d a n d E n v i r o n m e n t a l S i g n i fi c a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 O b j e c t i v e a n d O r d e r o f T h e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . 3 L i s t o f R e f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 C H A P T E R 2 : O Z O N A T I O N S T U D I E S 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 2 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 ( a ) O z o n a t i o n r e a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 ( b ) O z o n e r e a c t i o n s w i t h P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s ( P A H s ) . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 3 S o i l r e m e d i a t i o n u s i n g O z o n a t i o n p r o c e s s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 ( a ) O z o n e r e a c t i o n w i t h o r g a n i c m a t t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 ( b ) T h e i n fl u e n c e o f w a t e r a n d s o i l s a t u r a t i o n o n o z o n a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 ( c ) S u r f a c e a d s o r p t i o n a n d b o n d - l o c a l i z a t i o n s t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 ( d ) T e m p e r a t u r e i n s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 . 4 E x p e r i m e n t a l B a s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . 4 . 1 M a t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . 4 . 2 M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 . 5 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 O v i i 2 . 5 . 1 D r y s o i l o z o n a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 ( a ) N o n - c o n t a m i n a t e d , d r y s o i l s t u d i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 ( b ) P y r e n e r e m e d i a t i o n i n d r y s o i l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 2 . 5 . 2 M o i s t u r i z e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 ( a ) N o n - c o n t a m i n a t e d , 5 % m o i s t u r i z e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 ( b ) P y r e n e r e m e d i a t i o n i n 5 % m o i s t u r e c o n t e n t s o i l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 ( c ) N o n - c o n t a m i n a t e d , 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 ( d ) P y r e n e r e m e d i a t i o n i n 1 0 % m o i s t u r e c o n t e n t s o i l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 2 . 5 . 3 O z o n a t i o n a t C o l d e r T e m p e r a t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 2 . 5 . 4 O z o n a t i o n o f a g e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 2 . 6 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 2 . 7 R e f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 C H A P T E R 3 : H P L C A N D G C f M S I D E N T I F I C A T I O N O F P Y R E N E O Z O N A T I O N B Y P R O D U C T S 3 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 ( a ) P y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n a q u e o u s s y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 ( b ) P y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s f o r m e d i n s o l i d m e d i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 3 . 2 S i g n i fi c a n c e o f o z o n a t i o n b y p r o d u c t s t u d i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 3 . 3 R e s e a r c h F o c u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 3 . 3 . 1 M a t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 3 . 3 . 2 M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 3 . 4 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 3 . 4 . 1 P y r e n e a n d c o n t r o l H P L C c h r o m a t o g r a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 v i i i 3 . 4 . 2 H P L C C h r o m a t o g r a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 8 3 . 4 . 3 G C / M S A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 3 . 5 C o n c l u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6 3 . 6 R e f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 C H A P T E R 4 : A N E V A L U A T I O N O F P Y R E N E O Z O N A T I O N B Y P R O D U C T S : 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - B I P H E N Y L T E T R A A L D E H Y D E A N D 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - B I P H E N Y L T E T R A C A R B O X Y L I C A C I D 4 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 4 . 2 E x p e r i m e n t a l S e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 4 . 2 . 1 M a t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 4 . 2 . 2 M e t h o d s : T o x i c o l o g y A s s a y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 8 4 . 2 . 2 . 1 G J I C a s s a y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 8 4 . 2 . 2 . 2 H L - 6 0 N e u t r o p h i l A s s a y , S u p e r o x i d e A n i o n A s s a y , a n d L D H A s s a y . . 1 2 0 4 . 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 4 . 3 . 1 G J I C E v a l u a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 4 . 3 . 2 H L - 6 0 N E t r o p h i l A s s a y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 9 4 . 4 C o n c l u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5 C H A P T E R 5 : R E A C T I O N K I N E T I C S A N D M O D E L I N G 5 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 4 5 . 2 S e c t i o n 1 : R e a c t i o n k i n e t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 4 5 . 2 . 1 R e a c t i o n K i n e t i c s f o r E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 5 . 2 . 1 . 1 N o n - c o n t a m i n a t e d D r y s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 7 i x 5 . 2 . 1 . 2 N o n - c o n t a m i n a t e d M o i s t u r i z e d S o i l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 5 . 2 . 2 R e a c t i o n k i n e t i c s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 5 . 2 . 3 R e a c t i o n k i n e t i c s f o r o z o n a t i o n a t 1 3 ° C i n p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s . . . . . . . . 1 5 8 5 . 2 . 4 R e a c t i o n k i n e t i c s f o r o z o n a t i o n i n A g e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 5 . 3 D i s c u s s i o n o f R e a c t i o n K i n e t i c s a n d I n t r o d u c t i o n o f t h e M o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 5 . 3 . 1 M o d e l i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 7 5 . 3 . 2 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 1 5 . 4 R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 5 . 4 . 1 T h e 3 . 5 f o o t c o l u m n o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 5 . 4 . 2 M o d e l A p p l i c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 5 . 4 . 2 . 1 E x p e r i m e n t s i n t h e 1 5 c m c o l u m n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 0 5 . 4 . 2 . 2 M o d e l a p p l i c a t i o n i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 5 . 5 M o d e l i n g D i s c u s s i o n a n d C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 5 . 6 R e f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 C H A P T E R 6 : S U M M A R Y A N D R E C O M M E N D A T I O N S 6 . 1 S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 6 . 2 R e c o m m e n d a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 A P P E N D I X A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 A P P E N D I X B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 0 A P P E N D I X C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 4 A P P E N D I X D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 7 L I S T O F T A B L E S T A B L E 2 . ] T h e b o n d / a t o m l o c a l i z a t i o n e n e r g i e s a n d t h e t y p e o f o z o n e r e a c t i o n t h a t o c c u r s f o r r e p r e s e n t a t i v e P A H c o m p o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 . 2 P h y s i c a l a n d C h e m i c a l C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e M e t e a S o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . 3 S u m m a r y o f O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 . 4 P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m a i r - d r i e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 2 . 5 P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m M e t e a s o i l a t 5 % m o i s t u r e c o n t e n t a n d 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 2 . 6 P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m M e t e a s o i l a t 1 0 % m o i s t u r e c o n t e n t a n d 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 2 . 7 P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m s o i l s a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 2 . 8 A c o m p a r i s o n o f p y r e n e r e m o v a l i n t h e s o i l s a t 1 3 ° C a n d 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 2 . 9 P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m a i r - d r i e d M e t e a s o i l c o n t a m i n a t e d f o r 6 m o n t h s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 3 . 1 B y p r o d u c t s I d e n t i fi e d f o l l o w i n g P y r e n e O z o n a t i o n i n S i l i c a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 3 . 2 B y p r o d u c t s p r o d u c e d i n t h e o z o n a t e d c o l u m n e f f l u e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 3 . 3 I n t e r m e d i a t e s a n d p r o d u c t s i n o z o n a t e d e f fl u e n t a f t e r v a r i o u s d e g r e e s o f b i o t r e a t m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 3 . 4 T e m p e r a t u r e p r o fi l e f o r G C / M S m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 3 . 5 G C / M S i o n p e a k s f o r t h e s o i l o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 5 . 1 R a t e c o n s t a n t s f o r d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 9 5 . 2 T h e fi r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r e , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 5 . 3 T h e s e c o n d o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r e , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 5 . 4 F i r s t o r d e r o z o n e d e c o m p o s i t i o n r a t e s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 x i 5 . 5 5 . 6 5 . 7 5 . 8 A 1 B 1 S e c o n d o r d e r o z o n e d e c o m p o s i t i o n r a t e s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 F i r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 1 3 ° C t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . 1 5 8 S e c o n d o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 1 3 ° C t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s . . . . . . . . . 1 5 9 C o m p a r i s o n o f fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s F o r o z o n a t i o n i n M e t e a s o i l a g e d f o r 6 m o n t h s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 S u m m a r y o f O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4 E x a m p l e o f s p r e a d s h e e t g e n e r a t e d f o r r a w d a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 S p r e a d s h e e t f o r P y r e n e c a l i b r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 1 x i i L I S T O F F I G U R E S F I G U R E 1 . 1 R e p r e s e n t a t i v e P A H c o m p o u n d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 M e c h a n i s m o f A q u e o u s O z o n o l y s i s R e a c t i o n w i t h a t a r g e t s o l u t e 2 . 2 S t r u c t u r e s f o r C a t e g o r y I I P A H c o m p o u n d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 3 S t r u c t u r e s f o r C a t e g o r y I I I P A H c o m p o u n d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 4 S e a s o n a l t e m p e r a t u r e p r o fi l e f o r s o i l 1 - 3 m e t e r s b e l o w t h e s o i l s u r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 5 P y r e n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 6 S c h e m a t i c o f t h e o z o n a t i o n s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 7 ( a ) E x p e r i m e n t a l s e t - u p f o r 1 3 ° C o z o n a t i o n s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( b ) C o o l i n g s y s t e m f o r c o l u m n i n t h e 1 3 ° C o z o n a t i o n s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 8 R e p r e s e n t a t i v e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r c l e a n s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 9 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r a i r - d r i e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e f o r c l e a n M e t e a s o i l a t p H 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 1 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 2 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a a t p H 2 a n d 2 5 ° C . . . . . . 2 . 1 3 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a a t p H 6 a n d 2 5 ° C . . 2 . 1 4 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a a t p H 8 a n d 2 5 ° C 2 . 1 5 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 1 0 % m o i s t u r i z e d , p y r e n e s o i l a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . 2 . 1 6 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r a i r - d r i e d , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 7 O z o n e b r e a k t h r o u g h f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 8 O z o n e b r e a k t h r o u g h f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1 9 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i i i 2 1 0 1 3 1 4 1 8 1 9 2 3 2 6 2 7 3 2 3 4 3 9 4 1 4 2 4 4 4 4 4 6 5 1 5 2 5 3 5 6 2 . 2 0 2 . 2 1 3 . 1 3 . 2 3 . 3 3 . 4 3 . 5 3 . 6 3 . 7 3 . 8 3 . 9 3 . 1 0 3 . 1 1 3 . 1 2 3 . 1 3 3 . 1 4 3 . 1 5 3 . 1 6 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 P y r e n e o z o n a t i o n p a t h w a y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 B y p r o d u c t s f r o m p y r e n e o z o n a t i o n i n 9 0 % a c e t o n i t r i l e / 1 0 % w a t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 P r o p o s e d p y r e n e o z o n a t i o n P a t h w a y 1 a n d P a t h w a y 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 9 H P L C c h r o m a t o g r a m s f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , a n d p y r e n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t s f r o m 2 4 h o u r o x y g e n a n d a i r s p a r g e d p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t s f r o m 2 4 h o u r o x y g e n a n d a i r s p a r g e d p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 D e i o n i z e d e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 D e i o n i z e d e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . 8 3 D e i o n i z e d e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H P L C f r a c t i o n s c o l l e c t e d f o r G C / M S a n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B y p r o d u c t s f r o m o z o n a t i o n i n p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I ( A ) o r C o m p o u n d V I I I ( B ) G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d X I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i v 8 5 8 6 8 7 8 9 9 0 9 4 9 6 3 . 1 7 3 . 1 8 3 . 1 9 3 . 2 0 4 . 1 4 . 2 4 . 3 4 . 4 4 . 5 4 . 6 4 . 7 4 . 8 4 . 9 5 . 1 5 . 2 5 . 3 5 . 3 5 . 4 5 . 4 5 . 5 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I I I ( A ) o r C o m p o u n d I I I ( B ) . . . . . . . . . . . 1 0 2 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 A C N e x t r a c t f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 2 ) p y r e n e s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 S t r u c t u r e s f o r p y r e n e , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 , 2 ; , 6 , 6 ; - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 C y t o t o x i c i t y p r o fi l e f o r p y r e n e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e . . . . . . . . . . . . 1 2 4 C y t o t o x i c i t y p r o fi l e f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 D o s e r e s p o n s e c u r v e f o r c e l l s e x p o s e d t o p y r e n e , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d . . . 1 2 7 T i m e r e s p o n s e f o r c e l l s e x p o s e d t o 5 u M c o n c e n t r a t i o n o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 T i m e r e s p o n s e 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d a t 5 0 0 u M c o n c e n t r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0 T i m e r e c o v e r y f o r c e l l s e x p o s e d t o 5 u M c o n c e n t r a t i o n o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 1 E f f e c t o f p y r e n e a n d i t s m e t a b o l i t e s o n P M S - s t i m u l a t e d s u p e r o x i d e a n i o n ( 0 2 ' ) g e n e r a t i o n b y H L - 6 0 c e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 C y t o t o x i c i t y i n H L - 6 0 c e l l s e x p o s e d t o p y r e n e o r i t s m e t a b o l i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 F i r s t o r d e r p l o t f o r d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l p H 6 a t 2 5 ° C 1 4 8 S e c o n d o r d e r p l o t f o r d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l p H 6 a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . 1 4 8 ( a ) F i r s t o r d e r p l o t o f 5 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 ( 2 5 ° C ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 ( b ) S e c o n d o r d e r p l o t o f 5 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 ( 2 5 ° C ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 ( a ) F i r s t o r d e r p l o t o f 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 ( 2 5 ° C ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 ( b ) S e c o n d o r d e r p l o t o f 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 5 5 T h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 X V 5 . 6 5 . 7 5 . 7 5 . 8 5 . 9 5 . 1 0 5 . 1 1 5 . 1 2 5 . 1 3 5 . 1 4 5 . 1 5 5 . 1 6 5 . 1 7 5 . 1 8 5 . 1 9 5 . 2 0 A 1 A 2 T h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 ( a ) F i r s t o r d e r p l o t f o r 1 0 % m o i s t u r e s o i l , p H 8 a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 ( b ) S e c o n d o r d e r p l o t f o r 1 0 % m o i s t u r e s o i l , p H 8 a t 1 3 ° C 1 6 0 T h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 T h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 C o m p a r i s o n o f t h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r a g e d s o i l s a n d s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 C o m p a r i s o n o f t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r a g e d s o i l s a n d s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 S c h e m a t i c o f t h e o z o n a t i o n s y s t e m f o r t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 4 O z o n e B r e a k t h r o u g h c u r v e o b t a i n e d i n t h e e m p t y 3 . 5 f o o t c o l u m n . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 O z o n e B T C f o r 3 . 5 f o o t c o l u m n w i t h g a s w a s h b o t t l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 O z o n e B T C i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n w i t h o u t t h e g a s w a s h b o t t l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s f o r E x p e r i m e n t s 1 , 2 , a n d 3 i n t h e f o o t c o l u m n w i t h o u t t h e g a s w a s h b o t t l e a n d c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 F i n i t e - d i f f e r e n c e p r e d i c t i o n f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d p H 6 s o i l 1 8 1 R u n g e - K u t t a p r e d i c t i o n f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 6 1 8 2 M o d e l p r e d i c t i o n f o r t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n e m p t y a n d w i t h 4 2 i n c h e s o f O t t a w a s a n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 3 M o d e l p r e d i c t i o n f o r t h e B T C i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , c l e a n x v i A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 1 0 A 1 1 A 1 2 A 1 3 A 1 4 A 1 5 A 1 6 A 1 7 M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 2 x v i i A 1 8 A 1 9 A 2 0 A 2 1 A 2 2 A 2 3 A 2 4 A 2 5 A 2 6 A 2 7 A 2 8 A 2 9 A 3 0 B 1 B 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 8 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 8 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r a g e d , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r a g e d , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r a g e d d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 H P L C c h r o m a t o g r a m s o f a c e t o n i t r i l e e x t r a c t s . ( a ) P y r e n e s o i l ( c o n t r o l ) , ( b ) a i r - s p a r g e d t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s , ( c ) o x y g e n - s p a r g e d t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 H P L C c h r o m a t o g r a m s o f d e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t s . ( a ) P y r e n e s o i l ( c o n t r o l ) , ( b ) a i r - s p a r g e d t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s , ( c ) o x y g e n - s p a r g e d x v i i i B 3 B 4 B S B 6 B 7 B 8 B 9 B 1 0 B 1 1 B I Z B 1 3 B 1 4 t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 E x a m p l e s o f t h e t w o c h r o m a t o g r a m s f o r a c e t o n i t r i l e e x t r a c t s f r o m p y r e n e s o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 5 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g 0 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 7 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 8 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 0 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g l p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 3 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 4 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) x i x B 1 5 3 1 6 B 1 7 B 1 8 8 1 9 B 2 0 B Z I 8 2 2 B 2 3 B 2 4 B 2 5 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 5 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 6 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g 0 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 7 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 8 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 9 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 0 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g 0 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 1 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g 0 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 6 X X B 2 6 B 2 7 B 2 8 B 2 9 B 3 0 B 3 1 B 3 2 B 3 3 B 3 4 B 3 5 B 3 6 B 3 7 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 7 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 8 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 9 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 0 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g - O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 1 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 2 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 5 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 6 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 7 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , x x i B 3 8 B 3 9 B 4 0 B 4 1 B 4 2 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 1 0 ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 8 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 1 3 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r a g e d , d r y , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r a g e d , d r y , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r a g e , d r y , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 3 G C / M S s p e c t r a f o r p y r e n e s t a n d a r d ( C o m p o u n d I ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 6 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d 1 1 N B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 7 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I I I ( A ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 8 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I I I ( B ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 9 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I V A / B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 0 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 G C / M S s p e c t r a f o r C o m p o u n d V I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 G C / M S s p e c t r a f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e s t a n d a r d ( C o m p o u n d V I I ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 3 ( a ) G C / M S s p e c t r a # 1 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 4 ( b ) G C / M S s p e c t r a # 2 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 5 x x i i C 1 1 C 1 2 C 1 3 C 1 4 C 1 5 C 1 6 . C 1 7 D 1 ( a ) G C / M S s p e c t r a # 1 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I I A / B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 6 ( b ) G C / M S s p e c t r a # 2 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I I A / B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 7 ( a ) G C / M S s p e c t r a # 1 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I X A / B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 8 ( b ) G C / M S s p e c t r a # 2 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I X A / B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 9 ( a ) G C / M S s p e c t r a # 1 p r o p o s e d f o r C o m p o u n d X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 0 ( b ) G C / M S s p e c t r a # 2 f o r C o m p o u n d X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 1 G C / M S s p e c t r a f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d s t a n d a r d . . . . . . . . . . . . 3 2 2 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d X I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 G C / M S s p e c t r a f o r u n k n o w n c o m p o u n d # 1 ( m / z 3 0 9 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 4 ( a ) G C / M S s p e c t r a # 1 f o r u n k n o w n c o m p o u n d # 2 ( m / z 3 4 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 5 ( b ) G C / M S s p e c t r a # 2 f o r u n k n o w n c o m p o u n d # 2 ( m / z 3 4 1 ) 3 2 6 E x a m p l e o f t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s o i l i n 1 5 c m c o l u m n a c t i n g a s a n o z o n e d e s t r u c t u n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 4 x x i i i C h a p t e r 1 1 . 1 I n t r o d u c t i o n B a c k g r o u n d a n d E n v i r o n m e n t a l S i g n i fi c a n c e P o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ( P A H s ) a r e c o m p o u n d s p r o d u c e d d u r i n g t h e b u r n i n g o f c o a l , o i l , g a s o l i n e , a n d o r g a n i c m a t t e r a n d a r e p r e s e n t i n c o a l t a r s , d i e s e l fi r e l , o i l a n d g a s o l i n e ( F i g u r e 1 ) . I n t h e a t m o s p h e r e , P A H s a r e a s s o c i a t e d w i t h s o o t , s m o g , a n d p a r t i c u l a t e m a t t e r . A t p e t r o l e u m h a z a r d o u s w a s t e s i t e s , P A H s a r e c o m p o n e n t s o f n o n a q u e o u s p h a s e l i q u i d s ( N A P L s ) s u c h a s c o a l t a r s , c r e o s o t e s , a n d p e t r o l e u m d i s t i l l a t e s c o n t a m i n a t i n g s o i l a n d g r o u n d w a t e r [ 1 ] . T h e U S . E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y ( E P A ) l i s t s 1 6 P A H s a s p r i o r i t y p o l l u t a n t s a n d e i g h t a s c a r c i n o g e n s o r p o t e n t i a l c a r c i n o g e n s c a u s i n g s k i n , l i v e r , a n d / o r l u n g c a n c e r i n h u m a n s . T h e s e c o m p o u n d s p r e s e n t a r e m e d i a t i o n c h a l l e n g e b e c a u s e t h e y a r e h i g h l y r e c a l c i t r a n t , i n s o l u b l e i n w a t e r , a n d t e n d t o a c c u m u l a t e o n s o l i d s u r f a c e s [ 2 ] . U S S u p e r f u n d S i t e s w i t h e x t e n s i v e P A H c o n t a m i n a t i o n i n c l u d e a n u m b e r o f l o c a t i o n s w h e r e g a s , p e t r o l e t u n , a n d p a p e r m a n u f a c t u r i n g f a c i l i t i e s o p e r a t e o r o n c e o p e r a t e d . T h e c o n c e n t r a t i o n s s e e n a t t h e s e s i t e s d e p e n d o n t h e P A H s o u r c e ( i . e . , i n d u s t r i a l w a s t e , l e a k i n g p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k s , a c c i d e n t a l s p i l l s ) , t h e p r o p e r t i e s o f t h e i n d i v i d u a l c h e m i c a l ( i . e . , s o l u b i l i t y , s t r u c t u r e ) , a n d s o i l p r o p e r t i e s ( i . e . o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t , p o r o s i t y , a n d d e g r e e o f w a t e r s a t u r a t i o n ) . F o r S u p e r f u n d s i t e s c o n t a m i n a t e d b y P A H s , t h e U S R e c o r d s o f D e c i s i o n s ( U S R O D ) w i l l d o c u m e n t t h e m e t h o d s c o n s i d e r e d f o r t h e r e m e d i a t i o n o f a s i t e a n d t h e r a t i o n a l f o r t h e fi n a l m e t h o d c h o s e n f o r i m p l e m e n t a t i o n [ 3 - 5 ] . M a n y o f t h e R O D S r e p o r t e x c a v a t i o n o f P A H c o n t a m i n a t e d s o i l a s t h e p r i m a r y r e m e d i a t i o n t e c h n i q u e c h o s e n f o r s i t e s . F o l l o w i n g e x c a v a t i o n , t h e s o i l w a s e i t h e r N a p h t h a l e n e P h e n a n t h r e n e A n t h r a c e n e F l u o r e n e P y r e n e C h r y s e n e F l u o r a n t h e n e F i g u r e 1 . R e p r e s e n t a t i v e P A H c o m p o u n d s o z o n a t i o n f o r i n - s i t u r e m e d i a t i o n i s n e e d e d . i n c i n e r a t e d o r s t o r e d a t a n a p p r o v e d s t o r a g e f a c i l i t y . F o r s i t e s w h e r e t h e P A H c o n c e n t r a t i o n s w e r e l o w , s e a l i n g a n d c a p p i n g o f t h e c o n t a m i n a t e d a r e a w a s a l s o a m e t h o d i m p l e m e n t e d . E x c a v a t i n g , i n c i n e r a t i n g , a n d p r o p e r l y d i s p o s i n g o f P A H c o n t a m i n a t e d s o i l c a n b e a n e x p e n s i v e u n d e r t a k i n g a n d m i g h t n o t b e a f e a s i b l e r e m e d i a t i o n c h o i c e b a s e d u p o n t h e e x t e n t o f S i t e c o n t a m i n a t i o n . F o r t h i s r e a s o n , i n - s i t u p r o c e s s e s a r e o f i n t e r e s t t o r e d u c e r e m e d i a t i o n c o s t s . A n o v e l a p p r o a c h f o r i n - s i t u t r e a t m e n t o f P A H s i s t h e u s e o f o z o n e . O z o n a t i o n p r o c e s s e s a r e i n c r e a s i n g l y b e i n g i n v e s t i g a t e d b e c a u s e p r o c e s s a p p l i c a t i o n c a n b e b o t h t e c h n i c a l l y e f fi c i e n t a n d c o s t e f f e c t i v e f o r P A H r e m o v a l [ 6 - 1 0 ] . O z o n a t i o n p r o c e s s e s a r e a d v a n t a g e o u s b e c a u s e t h e y e m p l o y t h e u s e o f h i g h l y r e a c t i v e g a s e o u s o z o n e ( 0 3 ) m o l e c u l e s o r s o l u t i o n s w i t h d i s s o l v e d 0 3 t o o x i d i z e c o n t a m i n a n t s . O z o n a t i o n p r o c e s s e s a r e c u r r e n t l y b e i n g i m p l e m e n t e d i n w a t e r t r e a t m e n t t o i m p r o v e c o l o r , o d o r , a n d t o c o n t r o l b a c t e r i a g r o w t h [ 1 1 ] . A d d i t i o n a l a p p l i c a t i o n s h a v e s h o w n e f f e c t i v e i m p l e m e n t a t i o n o f o z o n a t i o n i n s o i l [ 7 , 1 2 - 1 3 ] . T h e s y s t e m i s v e r s a t i l e b e c a u s e i t i s a c h e m i c a l p r o c e s s t h a t c a n b e u s e d i n g a s e o u s f o r m o r i n o z o n e s a t u r a t e d a q u e o u s f o r m a n d i t i s n o t l i m i t e d b y P A H t o x i c i t y l i k e b i o r e m e d i a t i o n . T h e d i s a d v a n t a g e s i n i m p l e m e n t i n g o z o n a t i o n p r o c e s s e s a r e : ( 1 ) n u m e r o u s o x i d a t i o n b y p r o d u c t s a r e p r o d u c e d , ( 2 ) l i t t l e r e s e a r c h h a s b e e n p e r f o r m e d i d e n t i f y i n g c h e m i c a l s t r u c t u r e s o f t h e b y p r o d u c t s , a n d ( 3 ) f e w t o x i c o l o g y e v a l u a t i o n s o f o z o n a t i o n b Y P r O d u c t s a r e a v a i l a b l e . O z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n a q u e o u s s y s t e m s h a v e b e e n i d e n t i fi e d i n n u m e r o u s s t u d i e s [ 1 4 - 1 6 ] . O z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n s o i l s y s t e m s , h o w e v e r , h a v e n o t b e e n e v a l u a t e d a s e x t e n s i v e l y [ 1 7 , 1 8 ] . T h e r e f o r e , m o r e r e s e a r c h o n t h e u s e o f P A H 1 . 2 O b j e c t i v e a n d O r d e r o f T h e s i s T h e o v e r a l l o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h w a s t o e v a l u a t e t h e e f fi c a c y o f u s i n g g a s e o u s o z o n e t o r e m e d i a t e P A H c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e t a r g e t P A H c o m p o u n d , p y r e n e , w a s s e l e c t e d b e c a u s e t h e l i t e r a t u r e a v a i l a b l e p r o v i d e s a g o o d f o u n d a t i o n f o r u n d e r s t a n d i n g t h e o z o n o l y s i s o f p y r e n e i n a q u e o u s a n d s o i l s y s t e m s [ 1 4 , 1 5 , 1 7 - 1 9 ] . T h e fi r s t p h a s e o f t h i s s t u d y ( C h a p t e r 2 ) w a s d e s i g n e d t o i n v e s t i g a t e t h e a f f e c t v a r i o u s s o i l c o n d i t i o n s s u c h a s s o i l p H , t e m p e r a t u r e , s o i l m o i s t u r e , a n d s o i l c o n t a m i n a n t a g e w o u l d h a v e o n p y r e n e o x i d a t i o n . T h e s e v a r i a b l e s w e r e s e l e c t e d t o r e p r e s e n t e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s t h a t c o u l d i m p a c t i n - s i t u o z o n a t i o n i n u n s a t u r a t e d s o i l . T h e s e l e c t e d s o i l w a s a s a n d y , l o a m M e t e a s o i l t h a t h a s b e e n u s e d i n p r e v i o u s P A H o z o n a t i o n s t u d i e s [ 7 , 9 , 2 0 ] . U s i n g s o i l c o l u m n s , g a s e o u s o z o n e w a s s u p p l i e d t o t h e p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l f o r t h e d e s i r e d e x p e r i m e n t a l t i m e . T h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n t h e i n l e t a n d o u t l e t g a s s t r e a m w a s m o n i t o r e d t o d e v e l o p o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s ( B T C ) a n d t o c a l c u l a t e t h e o z o n e d o s e d e l i v e r e d t o t h e s o i l . T h e e f f e c t s o i l c o n d i t i o n s h a d o n o z o n a t i o n e f f i c i e n c y w a s e v a l u a t e d b y m e a s u r i n g t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o i l . I n t h e s e c o n d p h a s e o f t h e s t u d y ( C h a p t e r 3 , ) p o l a r a n d n o n - p o l a r s o l u t i o n s w e r e u s e d t o e x t r a c t t h e p y r e n e o z o n e b y p r o d u c t s f r o m t h e s o i l . T h e t w o s o l v e n t s w e r e u s e d t o e x t r a c t t h e o x i d i z e d c o m p o u n d s t h a t w o u l d r e a d i l y d i s s o l v e i n g r o u n d w a t e r ( p o l a r c o m p o u n d s ) a n d t h e c o m p o u n d s t h a t w o u l d r e m a i n b o u n d t o t h e s o i l ( n o n - p o l a r c o m p o u n d s ) a f t e r t r e a t m e n t . F o r e a c h e x p e r i m e n t , t h r e e o z o n e d o s e s w e r e u s e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t o z o n e d o s e h a s o n b y p r o d u c t f o r m a t i o n . T h e b y p r o d u c t s w e r e f r a c t i o n a t e d a n d s t r u c t u r a l l y i d e n t i fi e d u s i n g G C / M S . T h e r e s u l t s w e r e t h e n c o m p a r e d t o t h e b y p r o d u c t s p u b l i s h e d i n l i t e r a t u r e f o r p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n a q u e o u s s y s t e m s . T h e t h i r d p h a s e o f t h e r e s e a r c h ( C h a p t e r 4 ) e v a l u a t e d t h e t o x i c i t y o f t w o p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . T w o s y n t h e s i z e d b y p r o d u c t s w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s b e c a u s e p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s a r e n o t c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e . A p r e v i o u s s t u d y b y H e m e r [ 1 6 ] a l s o a d d r e s s e d t h e d i f f i c u l t y i n i s o l a t i n g a n d p u r i f y i n g p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s f r o m o z o n a t e d m i x t u r e s . T h e S c r a p e L o a d / D y e t r a n s f e r a s s a y w a s u s e d t o m e a s u r e t h e a b i l i t y o f a c o m p o u n d t o i n t e r f e r e w i t h n o r m a l G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n ( G J I C ) . C h a p t e r 5 o f t h e s t u d y d i s c u s s e s r e a c t i o n k i n e t i c s f o r t h e e x p e r i m e n t a l d a t a c o l l e c t e d i n t h e s h o r t s o i l c o l u m n ( 1 5 c m ) o z o n a t i o n s t u d i e s . T h i s c h a p t e r a l s o a d d r e s s e s t h e o z o n e t r a n s p o r t m o d e l d e v e l o p e d b y H s u e t a 1 . [ 2 0 ] . T h e g o a l f o r t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w a s t o a p p l y t h e m o d e l t o d a t a c o l l e c t e d f r o m a 3 . 5 - f o o t s o i l c o l u m n . T h e m o d e l w a s a l s o a p p l i e d t o e x p e r i m e n t a l d a t a f r o m t h e 1 5 c m s o i l c o l u m n . 1 . 3 R e f e r e n c e s 1 . G h o s h a l , S . ; W e b e r , W . ; R u m m e l , A . ; T r o s k o , 1 . ; U p h a m , B . ; “ E p i g e n e t i c T o x i c i t y o f a m i x t u r e o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s o n G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n b e f o r e a n d a f t e r b i o g r a d a t i o n ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 9 , 3 3 ( 7 ) , 1 0 4 4 — 1 0 5 0 . S o n t a g , J . I n Q a r c i n o g e n i n I n d u s m a n d E n v i r o n m e n t . N e w Y o r k : M a r c e l D e k h e r , I n c . , 1 9 8 1 , 1 6 9 . U n i t e d S t a t e s R e c o r d o f D e c i s i o n . E P A / R O D / R - 0 6 - 8 9 / 0 5 3 , 1 9 8 9 . U n i t e d S t a t e s R e c o r d o f D e c i s i o n . E P A / R O D / R - 0 6 0 9 1 / 0 6 6 , 1 9 9 1 . U n i t e d S t a t e s R e c o r d o f D e c i s i o n . E P A 5 4 l - R 9 9 - 1 1 1 , 1 9 9 9 . M a s t e n , S . a n d D a v i e s , S . ; “ T h e U s e o f O z o n a t i o n t o D e g r a d e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n W a s t e w a t e r s ” . E n v i r o . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 4 , 2 8 ( 4 ) , 1 8 1 A - 1 8 5 A . Y a o , 1 . ; “ O z o n a t i o n o f S o i l s C o n t a m i n a t e d w i t h P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s ( P A H s ) ” , M S . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 1 . N e f f , 1 . ; “ P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n A q u e o u s E n v i r o n m e n t : S o u r c e s , F a t e s a n d B i o l o g i c a l E f f e c t s ” , A p p l i e d S c i e n c e , L o n d o n . 1 9 7 9 , 2 2 7 . D a y , 1 . ; “ T h e E f f e c t o f S o i l M o i s t u r e o n t h e O z o n a t i o n o f P y r e n e i n S o i l s ” , M S . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 4 . 1 0 . Z e n g , Y . ; H o n g , P . ; W a v r e k , D . “ C h e m i c a l - B i o l o g i c a l T r e a t m e n t o f P y r e n e W a t e r R e s . 2 0 0 0 , 3 4 ( 4 ) , 1 1 5 7 - 1 1 7 2 . 1 1 . L a n g l a i s , B ; R e c k h o w , D ; B r i n k , D . E d i t o r s . O z o n e i n W a t e r T r e a t m e n t : A p p l i c a t i o n a n d E n g i n e e r i n g . L e w i s P u b l i h e r s , I n c . , 1 9 9 1 . 1 1 — 4 3 . 1 2 . M a s t e n , S . ; “ O z o n a t i o n o f V O C ’ s i n t h e p r e s e n c e o f H u m i c A c i d ” . O z o n e . S c i . E n g . 1 9 9 1 , 1 3 ( 3 ) , 2 8 7 - 3 1 2 . 1 3 . N i m m e r , M . ; W a y n e r , B . ; M o r r , A . ; “ I n - s i t u O z o n a t i o n o f C o n t a m i n a t e d G r o u n d w a t e r ” . E n v i r o n m e n t a l P r o g r e s s . 1 9 ( 3 ) . 2 0 0 0 . 1 8 3 — 1 9 6 . 1 4 . B a i l e y , P . ; O z o n a t i o n i n O r g a n i c C h e m i s t r y , V o l u m e I I . N o n - O l e fi n i c C o m p o u n d s . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 8 2 . 4 3 — 1 0 9 . 1 5 . Y a o , 1 . 1 ; H u a n g , 2 . ; M a s t e n , S . ; “ T h e O z o n a t i o n o f P y r e n e : P a t h w a y a n d P r o d u c t I d e n t i fi c a t i o n ” . W a t e r . R e s . 1 9 9 8 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . 1 6 . H e m e r , H . ; “ T h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e : T h e B y p r o d u c t s a n d T h e i r T o x i c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n s ” . P h . D . D i s s e r t a t i o n , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 9 . 1 7 . E b e r i u s , M ; B e m s , A ; S c h u p h a n , 1 . ; “ O z o n a t i o n o f p y r e n e a n d b e n z o [ a ] p y r e n e i n s i l i c a a n d s o i l - C l 4 b a l a n c e s a n d c h e m i c a l a n a l y s i s o f o x i d a t i o n p r o d u c t s a s a fi r s t s t e p t o e c o t o x i c o l o g i c a l e v a l u a t i o n ” . F r e s n i u s Z A n a l , 1 9 9 7 , 3 5 9 , 2 7 4 - 2 7 9 . 1 8 . Z e n g , Y . ; H o n g , P . ; W a v r e k , D . “ C h e m i c a l - B i o l o g i c a l T r e a t m e n t o f P y r e n e W a t e r R e s . 2 0 0 0 , 3 4 ( 4 ) , 1 1 5 7 - 1 1 7 2 . 1 9 . C o p e l a n d , P . ; D e a n , R . ; M c N e i l , D . ; “ T h e O z o n o l y s i s o f P o l y c y c l i c H y d r o c a r b o n s : P a r t I I ” . J . C h e m . S o c . 1 9 6 1 , 1 2 3 2 - 1 2 3 6 . 2 0 . H s u , I . ; T h e U s e o f G a s e o u s O z o n e t o R e m e d i a t i o n t h e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n t h e U n s a t u r a t e d S o i l s , P h . D . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 5 . C H A P T E R 2 O z o n a t i o n S t u d i e s 2 . 1 I n t r o d u c t i o n I n - s i t u o z o n a t i o n i s i n c r e a s i n g l y b e c o m i n g a c c e p t a b l e f o r g r o u n d w a t e r a n d s o i l t r e a t m e n t [ 1 ] . O z o n a t i o n o f f e r s a n o v e l a p p r o a c h t o r e m e d i a t e a b r o a d r a n g e o f c o m p o u n d s i n a q u e o u s a n d s o i l s y s t e m s [ 2 ] . L a b o r a t o r y s t u d i e s a n d fi e l d s t u d i e s i n s o i l s h o w e f f e c t i v e r e d u c t i o n o f v a r i o u s t y p e s o f P A H s [ 4 - 8 ] . A r e c e n t s t u d y o f i n - s i t u o z o n a t i o n s h o w e d s i g n i fi c a n t r e d u c t i o n o f t a r g e t p e t r o l e u m w a s t e i n g r o u n d w a t e r a t c o n t a m i n a t e d s i t e s i n W i s c o n s i n . T h e s t u d i e s d e m o n s t r a t e d s u c c e s s f u l r e d u c t i o n o f t o t a l P A H c o n c e n t r a t i o n s t o e n v i r o n m e n t a l l y a c c e p t a b l e l e v e l s a t t h r e e d i f f e r e n t s i t e s [ 9 ] . I n 2 0 0 1 , i n - s i t u o z o n a t i o n w a s a p p r o v e d b y t h e U S E P A a n d M i c h i g a n D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y ( M D E Q ) t o t r e a t a g r o u n d w a t e r p l u m e a t t h e R a s m u s s e n D u m p i n B r i g h t o n , M I [ 1 0 ] . T h e R a s m u s s e n D u m p i s r e p o r t e d t o c o n t a i n 1 3 v o l a t i l e o r g a n i c c o m p o u n d s ( V O C s ) , 3 s e m i - V O C s , a n d 2 m e t a l s . O z o n e ( O 3 ) i s k n o w n t o b e e f f e c t i v e i n o x i d i z i n g , o r r e d u c i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f , m a n y t y p e s o f c o m p o u n d s . M a n y f a c t o r s c a n a f f e c t t h e a m o u n t a n d t o t a l c o s t o f o z o n e n e e d e d t o r e m e d i a t e a s i t e . T h e f e a s i b i l i t y o f u s i n g o z o n e f o r s o i l r e m e d i a t i o n i s l a r g e l y d e t e r m i n e d b y t h e a b i l i t y t o r e d u c e c o n t a m i n a t i o n t o a c c e p t a b l e l e v e l s i n a c o s t e f f e c t i v e m a n n e r . T h i s i s s u e o f t e n b e c o m e s t h e f a c t o r w h i c h p r e v e n t s t h e s e l e c t i o n o f o z o n a t i o n p r o c e s s e s f o r fi e l d r e m e d i a t i o n [ 1 1 ] . T h i s c h a p t e r f o c u s e s o n e v a l u a t i n g t h e e f f e c t p H , t e m p e r a t u r e , a n d s o i l m o i s t u r e w i l l h a v e o n o z o n a t i o n e f f i c i e n c y a n d p y r e n e r e m o v a l . 2 . 2 B a c k g r o u n d a . O z o n e R e a c t i o n s O z o n e i s a v e r y s t r o n g o x i d a n t ( E 0 : 2 . 0 6 V ) t h a t c a n e f f e c t i v e l y d e g r a d e m a n y c o m p o u n d s [ 1 2 , 1 3 ] . O z o n e h a s p r i m a r i l y b e e n i m p l e m e n t e d i n w a t e r t r e a t m e n t f o r d i s i n f e c t i o n a n d a l g a e c o n t r o l , o x i d a t i o n o f i n o r g a n i c a n d o r g a n i c p o l l u t a n t s , t a s t e a n d o d o r c o n t r o l , a n d c o l o r r e m o v a l [ 1 4 ] . S t a é h e l i n a n d H o i g n é [ 1 5 ] s h o w e d t h a t i n a q u e o u s s y s t e m s w i t h o r g a n i c c o m p o n e n t s , t w o m e c h a n i s m s a r e i n v o l v e d i n t h e o x i d a t i o n o f c o n s t i t u e n t s w i t h i n t h e s y s t e m . T h e fi r s t m e c h a n i s m i n v o l v e s t h e d i r e c t r e a c t i o n o f c o m p o u n d s w i t h m o l e c u l a r o z o n e . T h e s e c o n d m e c h a n i s m i n v o l v e s t h e i n d i r e c t r e a c t i o n o f c o m p o u n d s w i t h r a d i c a l s p e c i e s t h a t a r e f o r m e d w h e n o z o n e d e c o m p o s e s . T h i s m o d e l i s a l s o b e l i e v e d t o b e a p p l i c a b l e i n s o i l [ 6 ] . I f t h i s i s t r u e , t h e n l i k e a q u e o u s s y s t e m s , t h e e x t e n t o f c o m p o u n d o x i d a t i o n b y o z o n e w i l l b e a f f e c t e d b y d i r e c t r e a c t i o n s w i t h o z o n e a n d o z o n e d e c o m p o s i t i o n c a u s e d b y i n d i r e c t r e a c t i o n s . T h e m e c h a n i s m b y w h i c h o z o n e r e a c t s w i t h o r g a n i c c o m p o u n d s i s c o m p l e x ( s e e F i g u r e 2 . 1 ) . M e c h a n i s m 1 r e p r e s e n t s d i r e c t o z o n e a t t a c k o f t a r g e t s o l u t e M . S o l u t e M , w h e n p r e s e n t i n t h e s y s t e m , m a y d i r e c t l y r e a c t w i t h o z o n e t o f o r m a n e w c o m p o u n d ( M o m ) ( S t e p 1 ) . S o l u t e M m a y r e a c t w i t h 0 3 b y e l e c t r o n t r a n s f e r t o p r o d u c e a p r o t o n a t e d r e a c t i v e c o m p o u n d ( M ) a n d a n o z o n i d e i o n r a d i c a l ( ' 0 3 ) ( S t e p 2 ) . T h e i n d i r e c t r e a c t i o n ( m e c h a n i s m 2 ) i n v o l v e s t h e r e a c t i o n o f S o l u t e M w i t h r a d i c a l s p e c i e s , p r i m a r i l y h y d r o x y l i o n s ( O H ' ) , c r e a t e d f r o m o z o n e d e c o m p o s i t i o n . I n s o l u t i o n , o z o n e c a n r e a c t w i t h C H i o n s t o f o r m o n e s u p e r o x i d e a n i o n ( 0 2 ' ) a n d o n e h y d r o p e r o x y l r a d i c a l ( H O z ° ) . B o t h t h e s u p e r o x i d e a n i o n a n d t h e h y d r o p e r o x y l r a d i c a l a r e 1 2 \ L M D 9 ( A ) / - - - O 2 - — - — — — " 1 0 2 M o x i d ( a d a p t e d f r o m S t a e h e l i n a n d H o i g n é , 1 9 8 5 ) F i g u r e 2 . 1 . M e c h a n i s m o f A q u e o u s O z o n o l y s i s R e a c t i o n w i t h a t a r g e t s o l u t e i n a c i d - b a s e e q u i l i b r i u m a n d b e c o m e t h e d r i v i n g f o r c e f o r t h e c y c l i c r e a c t i o n . O z o n e r e a c t s w i t h ' 0 2 ' a n i o n s , r e s u l t i n g i n t h e p r o d u c t i o n o f o z o n i d e ( ' 0 3 ' ) ( S t e p 9 b ) . A t w o - s t e p r e a c t i o n u s i n g t h e o z o n i d e a n d h y d r o g e n i o n s p r o d u c e s ' O H r a d i c a l s ( S t e p 3 — 4 ) . T h e s e ' O H r a d i c a l s r e a c t w i t h S o l u t e M t o p r o d u c e t h e M o n a a n d H 0 2 ' r a d i c a l s ( S t e p 7 ) . T h e c y c l e c o n t i n u e s w i t h H 0 2 “ r a d i c a l s r e g e n e r a t i n g s u p e r o x i d e s ( S t e p 8 ) . T h e r a t e o f o z o n e d e c o m p o s i t i o n i s r e a d i l y a f f e c t e d b y p H ; t h e r e f o r e , O H ' i o n c o n c e n t r a t i o n s w i l l d e t e r m i n e t h e i n i t i a t i o n r a t e f o r t h i s m e c h a n i s t i c p a t h w a y . D i r e c t r e a c t i o n s p r e d o m i n a t e a t l o w p H . I n d i r e c t r e a c t i o n s w i l l a l s o o c c u r a t l o w p H , b u t t o a l i m i t e d e x t e n t [ 1 4 ] . A s t h e p H ( i . e . , O H ' i o n c o n c e n t r a t i o n s ) i n c r e a s e s , d i r e c t o z o n a t i o n w i l l c o n t i n u e a n d t h e o c c u r r e n c e o f i n d i r e c t r e a c t i o n s w i l l i n c r e a s e . b . O z o n e r e a c t i o n s w i t h P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s P A H o x i d a t i o n b y o z o n e m i g h t i n v o l v e e i t h e r t h e a r o m a t i c r i n g o r o n e o f t h e s i d e - c h a i n c o n s t i t u e n t s [ 1 2 - I 4 ] . F u s e d - r i n g a r o m a t i c s a r e c l a s s i fi e d i n t o t h r e e c a t e g o r i e s f o r o z o n e a t t a c k . T h e t h r e e c a t e g o r i e s a r e : ( I ) 1 , 3 - d i p o l a r c y c l o a d d i t i o n ( C r i e g e e m e c h a n i s m ) w h i c h o c c u r s a t a c r o s s t h e d o u b l e b o n d , ( 1 1 ) o z o n e a t t a c k , w h i c h o c c u r s w h e r e t h e b o n d o f l o w e s t b o n d l o c a l i z a t i o n i s t h e s a m e a s t h e a t o m o f l o w e s t a t o m l o c a l i z a t i o n , o r ( I I I ) o z o n e a t t a c k , w h i c h m i g h t o c c u r e i t h e r a t t h e b o n d o f l o w e s t b o n d - l o c a l i z a t i o n e n e r g y o r t h e a t o m o f l o w e s t a t o m - l o c a l i z a t i o n e n e r g y [ 1 2 , 1 4 ] . M a n y a r o m a t i c c o m p o u n d s e x h i b i t w h a t i s c a l l e d h i g h p a r a - l o c a l i z a t i o n e n e r g i e s , w h e r e t h e a t o m o f l o w e s t a t o m - l o c a l i z a t i o n e n e r g y i s i n c l u d e d i n t h e b o n d o f l o w e s t b o n d - l o c a l i z a t i o n e n e r g y ( C a t e g o r y 1 1 ) ( S e e F i g u r e 2 . 2 ) . T h e s e c o m p o u n d s i n c l u d e n a p h t h a l e n e , p h e n a n t h r e n e , b e n z o [ c ] p h e n a n t h r e n e , c h r y s e n e , t r i p h e n y l e n e , 1 1 d i b e n z o [ c , g ] p h e n a n t h r e n e , p e r y l e n e , d i b e n z o [ g , p ] c h r y s e n e , a n d c o r o n e n e . O t h e r p o l y c y c l i c a r o m a t i c s e x h i b i t c o m p e t i t i o n b e t w e e n b o n d a t t a c k a n d a t o m a t t a c k f o r o z o n e ( C a t e g o r y I I I ) ( S e e F i g u r e 2 . 3 ) . I n t h e s e c o m p o u n d s , t h e a t o m w i t h t h e l o w e s t l o c a l i z a t i o n e n e r g y i s n o t i n c l u d e d i n t h e b o n d w i t h t h e l o w e s t - l o c a l i z a t i o n e n e r g y . T h e s e c o m p o u n d s i n c l u d e p y r e n e , b e n z o [ a ] p y r e n e , b e n z [ a ] a n t h r a c e n e , b e n z o [ r , s , t ] p e n t a p h e n e , a n t h r a c e n e , n a p h t h a c e n e , b e n z o [ c ] p h e n a n t h r e n e , d i b e n z [ a , h ] a n t h r a c e n e , d i b e n z [ a j ] - a n t h r a c e n e , a n d p e n t a p h e n e . T a b l e 2 . 1 l i s t s t h e l o c a l i z a t i o n e n e r g i e s a n d t h e t y p e o f o z o n e r e a c t i o n t h a t o c c u r s f o r s e l e c t e d P A H c o m p o u n d s . N a p h t h a l e n e e x h i b i t s C a t e g o r y I I t y p e r e a c t i o n s w h e r e o z o n e a t t a c k o c c u r s a t t h e 1 , 2 b o n d w i t h t h e l o w e s t b o n d l o c a l i z a t i o n e n e r g y . T h e 1 , 2 b o n d a l s o i n c l u d e s t h e a t o m o f l o w e s t a t o m - l o c a l i z a t i o n . A n t h r a c e n e ( C a t e g o r y 1 1 1 ) e x h i b i t s o z o n e a t t a c k a t t h e s i t e s w i t h t h e l o w e s t a t o m - l o c a l i z a t i o n e n e r g y . P y r e n e ( C a t e g o r y I I I ) u n d e r g o e s o z o n e a t t a c k a t t h e 4 , 5 b o n d e x h i b i t i n g t h e l o w e s t b o n d - l o c a l i z a t i o n e n e r g y . 1 2 s o c ? N a p t h a l e n e P h e n a n t h r e n e B e n z o [ c ] p h e n a n t h r e n e C h r y s e n e T r i p h e n y l e n e D i b e n z o [ c , g ] p h e n a n t h r e n e P e r y l e n e D i b e n z o [ g , p ] c h r y s e n e C o r o n e n e F i g u r e 2 . 2 . S t r u c t u r e s f o r C a t e g o r y I I P A H c o m p o u n d s 1 3 g m “ “ @ 6 6 9 9 P y r e n e B e n z o [ a l p y r e n e B e n z o [ r , s , t ] p e n t a p h e n e A n t h r a c e n e B e n z o [ c ] p h e n a n t h r e n e D i b e n z [ a , h ] a n t h r a c e n e D i b e n z [ a , j ] a n t h r a c e n e P e n t a p h e n e o e r ? B e n z [ a ] a n t h r a c e n e F i g u r e 2 . 3 . S t r u c t u r e s f o r C a t e g o r y I I I P A H c o m p o u n d s 1 4 T a b l e 2 . 1 . T h e b o n d / a t o m l o c a l i z a t i o n e n e r g i e s a n d t h e t y p e o f o z o n e r e a c t i o n t h a t o c c u r s f o r r e p r e s e n t a t i v e P A H c o m p o u n d s . H y d r o c a r b o n M o s t B o n d - M o s t A t o m - O z o n e r e a c t i v e l o c a l i z a t i o n r e a c t i v e l o c a l i z a t i o n r e a c t i o n T y p e b o n d e n e r g y a a t o m e n e r g y b P h e n a n t h r e n e 9 , 1 0 1 . 0 7 9 1 . 7 9 1 1 P i c e n e 5 , 6 1 . 1 1 5 1 . 6 7 1 1 C h r y s e n e 5 , 6 1 . 1 2 6 1 . 6 7 I I N a p h t h a l e n e 1 , 2 1 . 2 6 l 1 . 8 1 1 1 P y r e n e 4 , 5 1 . 0 6 3 1 . 5 1 1 1 1 B o n d A t t a c k B e n z o [ a ] p y r e n e 4 , 5 1 . 0 2 6 1 . 1 5 I I I A t o m A t t a c k A n t h r a c e n e 1 , 2 1 . 2 0 9 1 . 2 6 1 1 1 A t o m A t t a c k B e n z [ a ] a n t h r a c e n e 5 , 6 1 . 0 3 7 1 . 3 5 1 1 1 B o n d A t t a c k a . B r o w n ( 1 9 5 0 ) a s c i t e d i n B a i l e y [ 1 2 ] . b . D e w a r ( 1 9 5 2 ) a s c i t e d i n B a i l e y [ 1 2 ] . 2 . 3 S o i l r e m e d i a t i o n u s i n g O z o n a t i o n p r o c e s s e s D i r e c t o z o n e r e a c t i o n s a n d o z o n e d e c o m p o s i t i o n i n s o i l a r e a f f e c t e d b y s o i l p r o p e r t i e s ( i . e . , o r g a n i c m a t t e r , d e g r e e o f w a t e r s a t u r a t i o n , p H , t e m p e r a t u r e ) a n d b y t h e p r o p e r t i e s o f P A H c o m p o u n d s ( i . e . , s o l u b i l i t y , a d s o r p t i o n s t r e n g t h ) . T h e r e f o r e , t h e a m o u n t o f o z o n e r e q u i r e d a n d t h e e f fi c i e n c y o f P A H r e m o v a l w i l l v a r y b a s e d o n t h e s e c o m b i n e d e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s . a . O z o n e R e a c t i o n w i t h O r g a n i c M a t t e r T h e c o n s u m p t i o n o f o z o n e b y a n u m b e r o f t h e c o n s t i t u e n t s i n s o i l o r g a n i c m a t t e r i s a c o n c e r n w h e n a s s e s s i n g t h e f e a s i b i l i t y o f i n - s i t u o z o n a t i o n . S o i l o r g a n i c m a t t e r i s l a r g e l y c o m p r i s e d o f h u m i c a c i d a n d f u l v i c a c i d t h a t f o r m s t a b l e c o m p l e x e s w i t h i r o n a n d 1 5 m a n g a n e s e [ 1 6 ] . O z o n e d e c o m p o s i t i o n o c c u r s a s a r e s u l t o f r e a c t i o n s w i t h t h e s e c o m p o n e n t s [ 7 ] . X i o n g a n d L e g u b e [ 1 7 ] d e t e r m i n e d t h a t o r g a n i c m a t t e r p l a y e d b o t h i n i t i a t i o n a n d p r o m o t i o n r o l e s i n o z o n e d e c o m p o s i t i o n . F u l v i c a c i d d i d n o t p a r t i c i p a t e i n t h e r a d i c a l t y p e d e c o m p o s i t i o n o f o z o n e a t h i g h p H ; a l t h o u g h i n c r e a s i n g t h e p H d i d f a c i l i t a t e t h e d e c o m p o s i t i o n o f o z o n e i n w a t e r [ 1 7 ] . L i n d s a y e t a 1 . [ 1 6 ] o b s e r v e d t h a t i n t h e p r e s e n c e o f d i s s o l v e d n a t u r a l o r g a n i c m a t t e r , f u l v i c a c i d , a n d h u m i c a c i d i n c r e a s e d o z o n e d e c o m p o s i t i o n b y p r o d u c i n g h y d r o x y l r a d i c a l s . I n t h i s s t u d y , t h e i n d i r e c t r e a c t i o n o f o z o n e w i t h t h e r a d i c a l s p e c i e s i n h i b i t e d t h e d e g r a d a t i o n o f p y r e n e . T h e r a t e o f p y r e n e d e g r a d a t i o n c h a n g e d f r o m fi r s t o r d e r t o s e c o n d o r d e r [ 1 6 ] . b . T h e i n fl u e n c e o f w a t e r a n d s o i l s a t u r a t i o n o n O z o n a t i o n O z o n e d e c o m p o s e s i n w a t e r t o f o r m r a d i c a l s p e c i e s w h i c h p r o m o t e m e c h a n i s m 2 i n o z o n o l y s i s . A s d i s c u s s e d e a r l i e r , O H i o n s w i l l r e a c t w i t h o z o n e t o p r o d u c e o z o n i d e a n d h y d r o x y l p e r o x i d e . T h e O H r a d i c a l s w i l l i n c r e a s e o z o n e d e c o m p o s i t i o n a n d d e c r e a s e P A H d e g r a d a t i o n r a t e s [ 1 8 , 1 9 ] . I n u n s a t u r a t e d s o i l s , p o r e w a t e r w i l l m o s t l i k e l y b e p r e s e n t a n d a b l e t o r e a c t w i t h m o l e c u l a r o z o n e . T h e r e f o r e , i f s o i l o z o n a t i o n r e s e m b l e s a q u e o u s o z o n a t i o n , a t l o w p H , d i r e c t o z o n a t i o n w i l l p r e d o m i n a t e . A t h i g h e r p H l e v e l s , i n d i r e c t r e a c t i o n s w i l l i m p a c t t h e s e r e a c t i o n s . S t u d i e s r e s e a r c h i n g t h e b e h a v i o r o f o z o n e i n t h e p r e s e n c e o f o r g a n i c m a t t e r a n d t h e v a r i o u s c o n t a m i n a n t s i n s o i l s u g g e s t t h a t t h e f o r m a t i o n o f h y d r o x y l ( ~ O H ) r a d i c a l s m a y h e l p f a c i l i t a t e t h e o x i d a t i o n o f P A H s [ 3 , 1 5 , 6 - 8 ] . 1 6 c . S u r f a c e A d s o r p t i o n a n d B o n d - L o c a l i z a t i o n S t r e n g t h M a n y o r g a n i c c h e m i c a l s , i n c l u d i n g P A H s , b i n d t o o r g a n i c m a c r o m o l e c u l e s i n s o i l a n d b e C o m e r e l a t i v e l y i m m o b i l e . T h e m o r e h y d r o p h o b i c c o m p o u n d s a r e r e a d i l y a d s o r b e d t o l i p o p h i l i c o r g a n i c m a t t e r i n s o i l s . W a t e r c a n i n t e r f e r e w i t h P A H a d s o r p t i o n o n t o s o i l b y c o a t i n g s o i l s u r f a c e s , t h e r e b y d e c r e a s i n g t h e s i t e s a v a i l a b l e f o r c h e m i c a l a d s o r p t i o n [ 7 ] . S t u d i e s h a v e a l s o s u g g e s t e d t h a t d u r i n g c y c l e s o f w e t t i n g a n d r e - w e t t i n g o f s o i l s u r f a c e s , t h e p o l a r p a r t s o f o r g a n i c m o l e c u l e b e c o m e o r i e n t e d t o w a r d s t h e s o i l s u r f a c e a n d c o a l e s c e u p o n d r y i n g [ 7 ] . F o r a l l s o i l b o u n d c o n t a m i n a n t s , t h e a b i l i t y t o o x i d i z e t a r g e t c o m p o u n d s i s i n fl u e n c e d b y h y d r o p h o b i c b o n d i n g a n d t h e b o n d - l o c a l i z a t i o n e n e r g y . T h e a m o u n t o f o z o n e r e q u i r e d f o r r e m o v a l w i l l v a r y d e p e n d i n g o n t h e P A H m i x t u r e p r e s e n t i n t h e s o i l a n d t h e s t r e n g t h b y w h i c h t h e s e c o m p o u n d s a r e s o r b e d t o t h e s o i l . C o m p o u n d s i n s o i l f o r l o n g p e r i o d s o f t i m e a r e t h e o r i z e d t o b e m o r e s t r o n g l y s o r b e d t o t h e s o i l m a t r i x t h a n t h o s e c o m p o u n d s t h a t a r e t h e r e s u l t o f r e c e n t c o n t a m i n a t i o n e v e n t s . S o r p t i o n s t r e n g t h a n d c o n t a m i n a n t a g e t h e r e f o r e a r e i m p o r t a n t f a c t o r s t h a t m i g h t d e t e r m i n e o z o n e e f fi c i e n c y a n d P A H r e m o v a l . P A H s w i t h h i g h p a r t i t i o n c o e f fi c i e n t s ( l o g K o c ) h a v e s t r o n g b o n d - l o c a l i z a t i o n e n e r g i e s a n d a h i g h a f fi n i t y f o r s o i l o r g a n i c m a t t e r . T h u s , t h e m o r e s t r o n g l y a d s o r b e d c o n t a m i n a n t s r e q u i r e h i g h e r o z o n e d o s a g e s f o r r e m o v a l . P A H s w i t h l o w K 0 c ( e . g . P h e n a n t h r e n e , a n t h r a c e n e ) v a l u e s a r e m o r e e a s i l y d e g r a d e d b y o z o n e t h a n P A H s w i t h h i g h K o c ( e . g . p y r e n e a n d c h r y s e n e ) [ 3 ] . I n d r y M e t e a s o i l s t u d i e s , Y a o [ 3 ] r e p o r t e d t h a t 9 5 % o f p h e n a n t h r e n e ( K o c = 6 . 1 2 ) w a s r e m o v e d u s i n g 5 8 2 m g 0 3 . P y r e n e ( K 0 c = 6 . 5 1 ) c o n t a m i n a t e d s o i l o z o n a t e d u s i n g 5 8 1 m g 0 3 r e s u l t e d i n 8 3 % r e m o v a l . C h r y s e n e ( K o c = 1 7 6 . 2 7 ) , h o w e v e r , w a s o n l y r e m o v e d b y 4 0 % u s i n g 5 8 2 m g 0 3 . T h e l o w e r e f fi c i e n c y i n p y r e n e a n d C h r y s e n e r e m o v a l w a s a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r p a r t i t i o n c o e f fi c i e n t s a n d a h i g h e r a f fi n i t y f o r t h e s o i l . d . T e m p e r a t u r e i n s o i l O z o n e d e c o m p o s i t i o n i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e [ 2 0 , 2 1 ] . F i g u r e 2 . 4 s h o w s a s o i l - t e m p e r a t u r e p r o fi l e r e p r e s e n t i n g t e m p e r a t u r e v a r i a n c e f r o m s e a s o n - t o - s e a s o n i n a f r o s t - f r e e r e g i o n [ 2 2 ] . A t w i n t e r t e m p e r a t u r e s , o z o n e d e c o m p o s i t i o n w i l l d e c r e a s e a n d e d i t e d o n n a t i o n w o u l d b e m o r e i m p o r t a n t i n t h e r e a c t i o n . S u m m e r c o n d i t i o n s s h o u l d i n c r e a s e t h e r a t e o f o z o n e d e c o m p o s i t i o n . S o t e l o e t a 1 . [ 2 1 ] s h o w e d t h a t [ O H ' ] r e a c t i o n s w e r e n e g l i g i b l e a t p H b e l o w 3 a n d t e m p e r a t u r e s f r o m 1 0 — 4 0 ° C . T h i s r e s u l t . m i g h t i n d i c a t e t h a t t h e d i r e c t r e a c t i o n s o c c u r r i n g a t l o w p H a r e n o t i n fl u e n c e d b y t e m p e r a t u r e , b u t a t h i g h e r p H , t h e t e m p e r a t u r e ‘ w i l l a f f e c t o z o n e e f fi c i e n c y . T e m p e r a t u r e ( ° C ) 1 0 t 1 5 2 0 2 5 3 0 ~ I , W i n t e r A u t u m n S p r i n g S u m m e r D e p t h ( m ) F i g u r e 2 . 4 . S e a S o n a l t e m p e r a t u r e p r o fi l e f o r s o i l 1 - 3 m e t e r s b e l o w t h e s o i l s u r f a c e [ 2 2 ] . 1 8 2 . 4 E x p e r i m e n t a l o u t l i n e a n d R a t i o n a l e P y r e n e i s a f o u r r i n g e d P A H c a u s i n g s k i n , l i v e r , a n d l u n g c a n c e r i n h u m a n s ( F i g u r e 2 . 5 ) . T h i s c o m p o u n d h a s b e e n t h e t a r g e t P A H f o r m a n y o z o n a t i o n s t u d i e s . A q u e o u s o z o n a t i o n s t u d i e s i n c l u d e C o p e l a n d e t a 1 . [ 2 3 ] , B a i l e y [ 1 2 ] , T r a p i d o e t a 1 . [ 2 5 ] , Y a o e t a 1 . [ 1 8 ] , a n d H e m e r e t a 1 . [ 1 9 ] . S o i l o z o n a t i o n s i n c l u d e Y a o [ 3 ] , D a y [ 7 ] , H s u [ 6 ] , C o l e e t a 1 . [ 8 ] , E b e r i u s e t a 1 . [ 2 4 ] , Z e n g e t a 1 . [ 2 6 ] . P y r e n e w a s s e l e c t e d f o r t h i s s t u d y b e c a u s e t h e a v a i l a b l e l i t e r a t u r e p r o v i d e s a g o o d f o u n d a t i o n f o r u n d e r s t a n d i n g t h e o z o n o l y s i s o f p y r e n e i n a q u e o u s a n d s o i l s y s t e m s . T h e r e s e a r c h c o n d u c t e d f o r t h i s s t u d y c o u l d l e a d t o i m p r o v e d u s e o f o z o n e i n P A H r e m e d i a t i o n . T h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w i l l i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f v a r i o u s c o n d i t i o n s s u c h a s p H , t e m p e r a t u r e , s o i l m o i s t u r e , a n d c o n t a m i n a t i o n d u r a t i o n h a v e o n o z o n e e f fi c i e n c y o f p y r e n e r e m o v a l f r o m s o i l . D r y a n d m o i s t u r i z e d s o i l s w e r e e v a l u a t e d a t v a r i o u s p H l e v e l s a n d t e m p e r a t u r e s . S o i l s t o r e d f o r 6 m o n t h s a f t e r i t w a s c o n t a m i n a t e d w a s a l s o e v a l u a t e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t o f a g i n g . F i g u r e 2 . 5 . P y r e n e 1 9 H y p o t h e s i s f o r t h e e f f e c t o f v a r i o u s c o n d i t i o n s T h e p r e s e n c e o f w a t e r s h o u l d d e c r e a s e p r o c e s s e f fi c i e n c y b y i n c r e a s i n g t h e a m o u n t o f o z o n e r e q u i r e d t o r e m o v e a P A H c o n t a m i n a n t . O n e b e n e fi t f r o m s o i l m o i s t u r e , h o w e v e r , m i g h t b e t h a t w a t e r w i l l d i r e c t l y r e a c t w i t h o z o n e t o f o r m h y d r o x y l r a d i c a l s , w h i c h w i l l a l s o b e a b l e t o r e a c t w i t h P A H c o m p o u n d s . T h e m o i s t u r e l e v e l s e v a l u a t e d w e r e 0 , 5 % a n d 1 0 % b y w e i g h t . T h e p H l e v e l s o f 2 , 6 , a n d 8 w e r e s e l e c t e d f o r t h e s o i l c o n d i t i o n s a n d a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e p H l e v e l s u s e d i n m a n y a q u e o u s s t u d i e s . S o i l w i t h a p H o f 2 w o u l d n a t u r a l l y b e t o o a c i d i c f o r v e g e t a t i o n ; h o w e v e r , t h i s p H f a c i l i t a t e s t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e d i r e c t o z o n e r e a c t i o n w i t h p y r e n e . A p H o f 6 w a s t h e n a t u r a l p H o f t h e M e t e a s o i l a n d i s c o m p a r a b l e t o t h e p H o f m o s t n a t u r a l s o i l s a n d p r e v i o u s s o i l o z o n a t i o n s t u d i e s . A p H o f 8 a l l o w s f o r t h e i n v e s t i g a t i o n o f i n d i r e c t r e a c t i o n s a n d t h e r e s u l t i n g p y r e n e r e m o v a l a n d b y p r o d u c t s . F o r t h e t e m p e r a t u r e s t u d i e s , r o o m t e m p e r a t u r e ( 2 5 : t 4 ° C ) w a s s e l e c t e d t o s i m u l a t e s p r i n g / s u m m e r c o n d i t i o n s a n d a n a v e r a g e t e m p e r a t u r e o f 1 3 : t 2 ° C w a s u s e d f o r f a l l / w i n t e r c o n d i t i o n s . I t i s e x p e c t e d t h a t p y r e n e r e m o v a l w i l l i m p r o v e w i t h l o w e r t e m p e r a t u r e s b e c a u s e o z o n e d e c o m p o s i t i o n i s l o w . T h e r a t e o f p y r e n e r e m o v a l i s e x p e c t e d t o d e c r e a s e a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s . T h e e v a l u a t i o n o f s o i l s p i k e d w i t h 3 0 0 p p m p y r e n e a n d a g e d f o r 6 m o n t h s a t 2 5 ° C s h o u l d p r o v e t o b e i n t e r e s t i n g b e c a u s e m o s t s o i l s t u d i e s h a v e b e e n c o n d u c t e d i n f r e s h l y s p i k e d s o i l ( i . e . , s h o r t c o n t a m i n a t i o n l i f e ) . A t S u p e r fi m d s i t e s , h o w e v e r , c o n t a m i n a t i o n h a s b e e n p r e s e n t f o r m a n y y e a r s . S o r p t i o n s t r e n g t h f o r P A H s i s b e l i e v e d t o i n c r e a s e w i t h l o n g e r e x p o s u r e t i m e s . T h i s w o u l d r e s u l t i n t h e n e e d t o u s e m o r e o z o n e t o r e m e d i a t e a g e d s o i l s . T h e a g e d s o i l s t u d i e s s h o u l d d e t e r m i n e i f t h e o z o n e d e m a n d 2 0 r e q u i r e d t o r e m o v e p y r e n e i n c r e a s e s i n s o i l c o n t a m i n a t e d f o r l o n g e r p e r i o d s o f t i m e a n d i f a u g m e n t a t i o n o f c o n d i t i o n s c a n i m p r o v e p r o c e s s e f fi c i e n c y . 2 . 4 . 1 M a t e r i a l s C h e m i c a l s . P y r e n e w a s p u r c h a s e d a t a p u r i t y o f 9 8 % f r o m S i g m a C h e m i c a l ( S i g m a C h e m i c a l , S t . L o u i s , M O ) . S o i l . A M e t e a s o i l e x c a v a t e d a p p r o x i m a t e l y 2 - 3 f t b e l o w g r o u n d s u r f a c e w a s s e l e c t e d f o r e v a l u a t i o n s . T h e s o i l w a s c o l l e c t e d f r o m t h e s o u t h e a s t s i d e o f M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y ( M S U ) E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C o m p l e x o n r e s e a r c h f a r m p r o p e r t y . T h i s t y p e o f s o i l w a s c h o s e n d u e t o i t s p h y s i c a l p r o p e r t i e s a n d i t s s i m i l a r i t y t o t h e s o i l u s e d i n p r e v i o u s o z o n a t i o n s t u d i e s c o n d u c t e d a t M S U . T h e s o i l u s e d w a s a n a l y z e d f o r p h y s i c a l a n d c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s b y M S U S o i l s T e s t i n g L a b ( T a b l e 2 . 2 ) . T a b l e 2 . 2 . P h y s i c a l a n d C h e m i c a l C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e M e t e a S o i l S o i l T y p e : S a n d y - l o a m S o i l p H : 6 . 2 S a n d 7 6 . 2 0 % S i l t 1 3 . 4 0 % C l a y 1 0 . 4 0 % P h o s p h o r u s 5 8 m g l k g P o t a s s i u m 1 4 m g l k g C a l c i u m 2 3 8 m g l k g M a g n e s i u m 8 7 m g l k g M a n g a n e s e 4 . 2 m g l k g I r o n 1 5 m g l k g O g a n i c M a t t e r 0 . 4 0 % 2 1 S o i l P r e p a r a t i o n . A i r - d r i e d s o i l w a s s i e v e d t o r e m o v e a n y l a r g e d e b r i s s u c h a s r o c k s . T o c o n t a m i n a t e t h e s o i l , 0 . 1 5 g o f p y r e n e w a s d i s s o l v e d i n < 2 0 m L o f a c e t o n i t r i l e a n d s o n i c a t e d f o r 1 0 m i n u t e s t o a s s u r e c o m p l e t e d i s s o l u t i o n o f t h e s o l u t e . I n a g l a s s j a r , 5 0 g o f s o i l f o l l o w e d b y a f e w d r o p s o f t h e P A H s o l u t i o n w a s a d d e d a n d s h a k e n b y h a n d . T h e p r o c e s s o f a d d i n g s o i l a n d P A H s o l u t i o n w a s r e p e a t e d u n t i l a l l o f t h e P A H s o l u t i o n a n d a t o t a l d r y w e i g h t o f 5 0 0 g o f s o i l w a s c o m b i n e d . T h e m i x e d s o i l w a s t h e n s h a k e n f o r 1 h o u r u s i n g a M i s t r a l M u l t i - m i x e r ( L a b - L i n e I n s t r u m e n t s , I n c . , M e l r o s e P a r k , I l l ) . T h e s o i l w a s d r i e d a t r o o m t e m p e r a t u r e a n d t h e n s t o r e d i n a n a i r t i g h t j a r i n t h e d a r k . E a c h b a t c h o f s o i l w a s u s e d w i t h i n o n e w e e k o f c o n t a m i n a t i o n . A c o n c e n t r a t i o n o f 3 0 0 m g p y r e n e / k g s o i l ( p p m p y r e n e ) i n s o i l w a s u s e d f o r a l l e x p e r i m e n t s . 2 . 4 . 2 M e t h o d s O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s . F i g u r e 2 . 6 s h o w s a s c h e m a t i c o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t - u p . O z o n e w a s g e n e r a t e d i n d r i e d o x y g e n u s i n g a P o l y m e t r i c s M o d e l T - 4 0 8 o z o n e g e n e r a t o r ( S a n J o s e , C A ) . T h e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n a 2 . 5 c m ( i d ) x 1 5 c m r e a c t o r e q u i p p e d w i t h T e fl o n c a p s c o n t a i n i n g g l a s s fi b e r fi l t e r p a p e r a t t h e i n l e t a n d o u t l e t t o u n i f o r m l y d i s t r i b u t e t h e g a s fl o w . T h e fl o w o f o z o n e i n t o t h e r e a c t o r w a s r e g u l a t e d u s i n g a m a s s fl o w m e t e r ( A a l b o r g I n s t r u m e n t s & C o n t r o l s , I n c . , O r a n g e b u r g , N e w Y o r k ) . T h e c o n c e n t r a t i o n s o f o z o n e i n t h e i n fl u e n t a n d e f fl u e n t g a s s t r e a m s w e r e m e a s u r e d s p e c t r o p h o t o m e t r i c a l l y a t 2 5 8 n m u s i n g a U V - V i s i b l e l i g h t s p e c t r o p h o t o m e t e r ( M o d e l 1 2 0 1 , S h i m a d z u S c i e n t i fi c I n s t r u m e n t s , J a p a n ) . T h e a b s o r b a n c e v a l u e s f o r o z o n e w e r e c o n v e r t e d t o c o n c e n t r a t i o n u s i n g a m o l a r a b s o r p t i v i t y c o e f f i c i e n t f o r o z o n e o f 3 0 0 0 M ' 1 c m ' 1 [ 2 7 ] . B e f o r e e n t e r i n g t h e s o i l c o l u m n , t h e g a s s t r e a m w a s p a s s e d t h r o u g h a g a s 2 2 m u i L l C e H n e g y x ) c e p s o t s r w e o e g u t a e fl G M s t e w i r l o u p l S F ( s s e r P O N r o t a r e n D e G 0 D G 1 [ z e e n — o 1 O l t t o B g n i ‘ h ) 2 d r n e a l l r o r e t : t n e o M C : w w o o 1 l l F F s a H W p s 1 a D G ( . n m u _ l _ l i o o S C I _ I I I I J 1 7 e r u e s g s e u r a P G r e t e M w o l F } U r e t e m o t o h V U p o r t c e p S F i g u r e 2 . 6 . S c h e m a t i c o f t h e o z o n a t i o n s y s t e m . C o o l i n g S y s t e m w a s h i n g b o t t l e c o n t a i n i n g d e i o n i z e d w a t e r a c i d i fi e d t o a p H o f 2 u s i n g p h o s p h o r i c a c i d . T h i s p r o v i d e d a m o i s t u r i z e d g a s s t r e a m a n d p r e v e n t e d t h e s o i l i n t h e c o l u m n s f r o m d r y i n g o u t . A f t e r e a c h e x p e r i m e n t , h e l i u m g a s w a s u s e d t o p u r g e o z o n e f r o m t h e s y s t e m . E x c e s s o z o n e w a s d e s t r o y e d i n a 2 % p o t a s s i u m i o d i d e ( K I ) s o l u t i o n . O z o n a t i o n s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d i n t r i p l i c a t e a n d e x c e s s o z o n e e x p e r i m e n t s ( o z o n a t i o n t i m e > 4 h o u r s ) w e r e e i t h e r d u p l i c a t e d o r r u n i n t r i p l i c a t e . D r y S o i l a n d A g e d S o i l E x p e r i m e n t s . T h e s o i l w a s a d d e d t o t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s a n d p a c k e d l e v e l b e f o r e t h e a d d i t i o n o f m o r e s o i l . T h e fi n a l b u l k d e n s i t y f o r t h e d r y s o i l a f t e r p a c k i n g a n d s e t t l i n g w a s 1 . 1 g / c m 3 . T h e a g e d s o i l w a s c o n t a m i n a t e d u s i n g t h e s a m e p r o c e d u r e d e s c r i b e d f o r s o i l p r e p a r a t i o n a n d s t o r e d f o r 6 m o n t h s a t r o o m t e m p e r a t u r e i n t h e d a r k . T h e c o n d i t i o n s f o r p a c k i n g a n d o z o n a t i o n w e r e i d e n t i c a l t o t h o s e u s e d f o r t h e d r y s o i l e x p e r i m e n t s . M o i s t u r e E x p e r i m e n t s . T h e c o l u m n w a s w e t p a c k e d w i t h s o i l c o n t a i n i n g e i t h e r 5 % o r 1 0 % m o i s t u r e t o a u n i f o r m h e i g h t i n t h e c o l u m n i n t h e s a m e m a n n e r d e s c r i b e d a b o v e . A f t e r p a c k i n g , t h e b u l k d e n s i t y w a s 1 . 0 5 g / c m 3 f o r t h e 5 % m o i s t u r e s o i l a n d 1 . 1 g / c m 3 f o r t h e s o i l c o n t a i n i n g 1 0 % m o i s t u r e . A w e t p a c k i n g m e t h o d w a s c h o s e n , a s o p p o s e d t o s a t u r a t i n g t h e c o l u m n a n d d r a i n i n g t o t h e d e s i r e d m o i s t u r e c o n t e n t , t o p r e v e n t t h e l o s s o f r e s i d u a l p y r e n e t h a t m a y d i s s o l v e i n w a t e r a n d t o a s s u r e r e p r o d u c i b i l i t y o f t h e s o i l m o i s t u r e c o n t e n t f o r t h e e x p e r i m e n t s . T h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o i l w a s d e t e r m i n e d g r a v i m e t r i c a l l y p r i o r t o o z o n a t i o n a n d d i r e c t l y f o l l o w i n g o z o n a t i o n u s i n g a 1 0 g s a m p l e o f t h e t e s t s o i l . 2 4 E x p e r i m e n t s f o r p H . T h e s o i l w a s a c i d i fi e d t o p H 2 u s i n g a 0 . 5 M H 2 8 0 4 s o l u t i o n . F o r b a s i c c o n d i t i o n s , a p H o f 8 w a s o b t a i n e d u s i n g 0 . 0 1 M N a O H . T h e p H o f t h e s o i l w a s t e s t e d p r i o r t o a n d d i r e c t l y f o l l o w i n g t h e o z o n a t i o n p r o c e s s u s i n g t w o p H t e s t i n g m e t h o d s ( p H y d r i o n p a p e r , M i c r o E s s e n t i a l L a b o r a t o r y , I n c . , B r o o k l y n , N Y a n d R a p i d e s t p H S o i l T e s t e r , L u s t e r L e a f P r o d u c t s , I n c . , W o o d s t o c k , I L ) . E x p e r i m e n t s f o r T e m p e r a t u r e . A n a m b i e n t t e m p e r a t u r e ( 2 5 i : 4 ° C ) w a s u s e d t o r e p r e s e n t s p r i n g a n d s u m m e r t i m e s o i l t e m p e r a t u r e . T o r e p r e s e n t f a l l a n d w i n t e r c o n d i t i o n s , a n a v e r a g e r e a c t o r t e m p e r a t u r e o f 1 3 : t 2 ° C w a s m a i n t a i n e d u s i n g t h e s a m e o z o n a t i o n s y s t e m d e s i g n i n F i g u r e 2 . 4 w i t h m o d i fi c a t i o n s t o t h e s o i l c o l u m n . T h e c o l u m n w a s w r a p p e d w i t h t u b i n g f o r m i n g a j a c k e t f o r c i r c u l a t i n g c h i l l e d w a t e r d o w n t h e l e n g t h o f t h e c o l u m n ( F i g u r e 2 . 7 a a n d 2 . 7 b ) . A f t e r p a c k i n g t h e c o l u m n , t h e c o l u m n a n d s o i l t e m p e r a t u r e w e r e a l l o w e d t o s t a b i l i z e f o r 3 0 m i n u t e s . I c e i n a n i n s u l a t e d b u c k e t w a s u s e d t o c h i l l t h e g l a s s b o t t l e c o n t a i n i n g t h e r e c y c l e d j a c k e t w a t e r a n d w a s r e fi l l e d a s n e e d e d . T h e g o a l f o r t h e c o l d e r t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s w a s t o m a i n t a i n a r e a c t o r t e m p e r a t u r e r a n g e f r o m 1 0 - 1 5 ° C t o r e p r e s e n t f a l l o r w i n t e r c o n d i t i o n s . E x t r a c t i o n . F o r t h i s s t u d y , t w o f a c t o r s i n fl u e n c e d t h e e x t r a c t i o n m e t h o d s e l e c t e d . F i r s t , a m i x t u r e o f b y p r o d u c t s , b o t h p o l a r a n d n o n - p o l a r , w a s e x p e c t e d f r o m t h e o z o n a t i o n p r o c e s s . T h e r e f o r e , a p o r t i o n o f t h e b y p r o d u c t s w o u l d b e w a t e r - s o l u b l e a n d a p o r t i o n w o u l d b e s o l u b l e i n o r g a n i c s o l v e n t s . S e c o n d , f o r f u t u r e t o x i c o l o g y s t u d i e s , t h e s e n s i t i v i t y o f t h e b i o l o g i c a l a s s a y t o s o l v e n t s m u s t b e c o n s i d e r e d . T h e t y p e s o f s o l v e n t s u s e d f o r e x t r a c t i o n s h o u l d b e n o n - t o x i c a n d k e p t a t a m i n i m u m , s o t h a t s a m p l e s f r o m t h i s 2 5 _ t ) c e p s o e g s r w e o u t a G e fl M s t e w i r u s s e r P o l p l S F ( r o t a r e n e D G m u i l e H n e y x O ] : 1 m e t s y e S n g n - z e O l i t o l o o C d r e g t o B n l a l r o r e t ] t n e o M C Z w w o o C n i h ) 2 s - a H W p s I g D a G ( l l fi F F n m u l l i o o S C . 7 i / 3 7 < e r u e s g s e u r a P G & r e t e M w o l F r e t e m o t o h V U p o r t c e p S F i g u r e 2 . 7 ( a ) E x p e r i m e n t a l s e t - u p f o r 1 3 ° C o z o n a t i o n s y s t e m . D C ) e e m u n F i g , 2 7 ( 1 ) ) 7 n I e n o z O ] I I I ” I n r r e u t t a e W R n m u t l u O o C e l n o z O i o S 1 1 1 1 l l I p m u P 5 r e t a W o d t r e t r a o w t c d a e e l r l i h C e l l i h C 2 7 F i g u r e 2 . 7 ( b ) C o o l i n g s y s t e m f o r c o l u m n i n t h e 1 3 " ° C o z o n a t i o n s y s t e m s . V r e s e a r c h c o u l d b e d r i e d a n d s e n t f o r t o x i c o l o g i c a l e v a l u a t i o n . T h e s e r e a s o n s l e d t o t h e s e l e c t i o n o f t h e d i r e c t - s o l v e n t e x t r a c t i o n m e t h o d . T h e e x t r a c t i o n m e t h o d w a s a d a p t e d f r o m a m e t h o d d e s c r i b e d b y G r i m m e r e t a 1 . [ 2 8 ] a n d s i m i l a r t o M a r t e n s e t a 1 . [ 2 9 ] . D i r e c t e x t r a c t i o n i s r e p o r t e d t o r e s u l t i n r e m o v a l e f fi c i e n c i e s s t a t i s t i c a l l y s i m i l a r t o t h e S o x h l e t e x t r a c t i o n m e t h o d f o r P A H c o m p o u n d s f r o m c o a l - t a r c o n t a m i n a t e d s o i l [ 3 0 ] . P y r e n e w a s e x t r a c t e d u s i n g a d r y w e i g h t o f 7 . 6 g o f s o i l w a s h e d i n e i t h e r 2 0 0 m L o f D I w a t e r o r a c e t o n i t r i l e . T h e D I e x t r a c t i o n a l l o w e d f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e w a t e r - s o l u b l e b y p r o d u c t s a n d t h e a c e t o n i t r i l e e x t r a c t i o n d e t e r m i n e d t h e o r g a n i c a l l y b o u n d b y p r o d u c t s t h a t w o u l d r e m a i n p e r s i s t e n t i n t h e s o i l . T h e fl a s k s w e r e s h a k e n i n t h e s o l v e n t f o r 3 h o u r s a t 1 5 0 c y c l e s p e r m i n u t e . F o l l o w i n g t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e , 1 m L o f 1 M H 2 8 0 4 w a s a d d e d t o t h e fl a s k t o e n c o u r a g e s e t t l i n g o f t h e s u s p e n d e d s o l i d s . T h e fl a s k s w e r e t h e n a l l o w e d t o s e t t l e f o r 2 4 h o u r s . M a s s b a l a n c e s f o r t h e p y r e n e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e y i e l d e d b e t w e e n 9 5 — 9 8 % p y r e n e r e c o v e r i e s f r o m s o i l . F o r e a c h e x p e r i m e n t , p y r e n e w a s e x t r a c t e d f r o m c o n t a m i n a t e d s o i l t h a t w a s n o t o z o n a t e d , t o u s e a s a s o i l c o n t r o l . R P - H P L C A n a l y s i s . A G i l s o n H P L C u n i t ( W o r t h i n g t o n , O H ) , U V d e t e c t o r ( M o d e l 1 1 6 ) , a n d a n A l t i m a C 1 8 r e v e r s e p h a s e c o l u m n ( 5 u M ) w i t h d i m e n s i o n s 4 . 6 x 2 5 0 m m w a s u s e d f o r H P L C A n a l y s i s ( A l l t e c h C o . , D e e r fi e l d , I L ) . T h e e f fl u e n t w a s m o n i t o r e d a t 2 5 4 n m w a v e l e n g t h . P u r e A C N ( 9 9 . 8 % p u r i t y ) a n d H P L C g r a d e w a t e r w a s u s e d a s t h e m o b i l e p h a s e s . T h e l i n e a r g r a d i e n t u s e d f o r t h e m o b i l e p h a s e w a s 2 5 % / 7 5 % A C N / H Z O a t t h e t i m e o f i n j e c t i o n a n d h e l d f o r 3 m i n u t e s . I t w a s t h e n l i n e a r l y i n c r e a s e d t o 9 0 % / 1 0 % A C N / H Z O o v e r 5 m i n u t e s , h e l d a t 9 0 % / 1 0 % A C N / H z O f o r 1 0 m i n u t e s , a n d l i n e a r l y 2 8 d e c r e a s e d t o 2 5 % / 7 5 % A C N / H z O o v e r 5 m i n u t e s . T h e m o b i l e p h a s e w a s h e l d f o r a n a d d i t i o n a l 5 m i n u t e s a t t h i s r a t i o . T h e t o t a l r u n t i m e w a s 2 8 m i n u t e s . A l l e x t r a c t s w e r e r u n i n t r i p l i c a t e . S t a t i s t i c a l A n a l y s i s . E x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n t r i p l i c a t e a n d t h e d a t a w e r e a n a l y z e d u s i n g a t - t e s t a n d a n f - t e s t . T h e s e a n a l y s e s w e r e u s e d t o c o m p a r e t h e r e s u l t s a t t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . 2 9 2 . 5 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n T h e M e t e a s o i l u s e d i n t h i s s t u d y w a s a s a n d y - l o a m w i t h a n a t u r a l p H o f 6 . 2 . T h i s s o i l h a s a l s o b e e n u s e d i n t h r e e P A H p r e v i o u s o z o n a t i o n s t u d i e s [ 3 , 6 - 8 ] . A n a d d i t i o n a l p y r e n e s o i l o z o n a t i o n s t u d y i s a v a i l a b l e u s i n g s o i l c o l l e c t e d f r o m W u r t s m i t h A F B i n M i c h i g a n [ 8 ] . I n r e l a t e d P A H o z o n a t i o n s t u d i e s , C h o i e t a 1 . [ 3 1 ] i n v e s t i g a t e d p h e n a n t h r e n e c o n t a m i n a t e d s a n d o z o n a t i o n s u s i n g a s y s t e m s i m i l a r t o t h e s y s t e m u s e d f o r t h i s r e s e a r c h . L i m e t a 1 . [ 3 2 ] e v a l u a t e d o z o n e d e c o m p o s i t i o n i n s o i l s l u r r i e s u s i n g 5 — 5 0 g s o i l / L o f d e i o n i z e d w a t e r . C l e a n s o i l a n d s o i l c o n t a m i n a t e d w i t h p y r e n e ( 3 0 0 p p m ) w a s o z o n a t e d u s i n g s e v e r a l c o m b i n a t i o n s f o r t e s t c o n d i t i o n s . T h e e x p e r i m e n t s f o r t h e s t u d y e v a l u a t e d t h r e e d i f f e r e n t p H s ( 2 , 6 , 8 ) , t w o t e m p e r a t u r e s ( 2 5 ° C , 1 3 ° C ) , a n d t h r e e m o i s t u r e c o n t e n t l e v e l s ( d r y , 5 % , 1 0 % ) . C o n t a m i n a t e d s o i l s t o r e d f o r 6 m o n t h s w a s a l s o o z o n a t e d a t r o o m t e m p e r a t u r e a t t h e t h r e e p H l e v e l s . P r e l i m i n a r y e x p e r i m e n t s d e t e r m i n e d t h a t n e i t h e r a i r - s t r i p p i n g n o r o x y g e n s t r i p p i n g f o r 2 4 h o u r s w a s a b l e t o d e g r a d e p y r e n e i n t h e s o i l ( H P L C c h r o m a t o g r a p h i n A p p e n d i x B ) . T h e o z o n e d o s e s o f 2 . 2 2 i 0 . 0 6 m g o z o n e / p p m p y r e n e ( m g O 3 / p p m P y r ) , 3 . 8 5 i 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r , a n d 1 6 . 2 1 : 1 : 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r w e r e u s e d i n a l l t e s t s . T h e s e d o s e s a r e r e p o r t e d a t t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l . T h e d a t a c o l l e c t e d e v a l u a t e d t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e ( B T C ) a n d t h e d e g r e e o f p y r e n e r e m o v a l i n c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e l i s t o f o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d i s p r o v i d e d i n T a b l e 2 . 3 . P l o t s o f t h e d a t a a r e p r o v i d e d i n A p p e n d i x A . 3 0 T a b l e 2 . 3 S u m m a r y o f O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s P y r e n e C o n c e n . S a m p l e ( p p m ) p H O z o n a t i o n d u r a t i o n V a r i a b l e d r y s o i l C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 ' 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d 3 1 0 ] 3 0 [ I ] 3 0 [ l 2 . 5 . 1 D r y s o i l O z o n a t i o n s t u d i e s a . N o n - c o n t a m i n a t e d , d r y s o i l s t u d i e s O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s ( B T C ) a r e p r o d u c e d b y m o n i t o r i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e i n t h e e f fl u e n t g a s s t r e a m . F i g u r e 2 . 8 i s a r e p r e s e n t a t i v e B T C f o r c l e a n M e t e a s o i l a t p H 6 . E x p e r i m e n t s c o n d u c t e d i n t h e c l e a n s o i l s s h o w e d t h a t t h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n r e a c h e d l e v e l s > 8 0 % w i t h i n 3 — 6 m i n u t e s . T h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n r e m a i n e d r e l a t i v e l y c o n s t a n t i n t h e c l e a n s o i l f r o m 5 m i n u t e s t o 4 h o u r s o f o z o n a t i o n t i m e . T h i s r e s u l t i s s i m i l a r t o t h e B T C t r e n d s s e e n i n p r e v i o u s s t u d i e s a t p H 6 [ 6 - 8 , 3 2 ] . L . o . o . o - b C ) C D - ¥ 1 1 F D N O i I O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e ) T r F i g u r e 2 . 8 . R e p r e s e n t a t i v e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r c l e a n s o i l a t 2 5 ° C . 3 2 T h e c o n s t a n t l e v e l s e e n i n t h e B T C S , o r “ t a i l i n g ” e f f e c t , i s d e fi n e d a s t h e p o i n t w h e r e t h e s l o p e o f t h e e f fl u e n t B T C b e c o m e s e s s e n t i a l l y z e r o o r t h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n t h e c o l u m n r e a c h e s s t e a d y - s t a t e [ 6 - 8 ] . T h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n t h e e f fl u e n t n e v e r r e a c h e s t h e i n fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n d e s p i t e l o n g o z o n a t i o n t i m e s [ 8 ] . T h e t a i l i n g e f f e c t r e s u l t s i n t h e e f fl u e n t r e c o v e r y r e a c h i n g 9 5 % — 9 8 % o f t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n . D a y [ 7 ] s u g g e s t e d t h i s r e s u l t m i g h t b e d u e t o a c o n s t a n t o z o n e d e m a n d e x e r t e d b y t h e M e t e a s o i l a n d a u t o - d e c o m p o s i t i o n o f o z o n e . H s u [ 6 ] a t t r i b u t e s t h e t a i l i n g e f f e c t t o p r e s s u r e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e i n l e t a n d o u t l e t o f t h e c o l u m n . b . P y r e n e r e m e d i a t i o n i n D r y s o i l s C o m p a r e d t o c l e a n s o i l s , o z o n e b r e a k t h r o u g h o c c u r r e d a t a s l o w e r r a t e i n t h e p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s . F i g u r e 2 . 9 i s t h e B T C f o r d r y , p y r e n e s o i l a t p H 2 , p H 6 a n d p H 8 a t 2 5 ° C . O z o n e b r e a k t h r o u g h w a s t h e s l o w e s t i n t h e p H 8 s o i l . T h e s l o w e r o z o n e b r e a k t h r o u g h i n t h e e f fl u e n t s t r e a m i n d i c a t e d t h a t m o r e o z o n e w a s r e a c t i n g o r d e c o m p o s i n g i n t h e p H 8 s o i l . A s t h e p H d e c r e a s e d , t h e a m o u n t o f o z o n e p r e s e n t i n t h e e f fl u e n t s t r e a m i n c r e a s e d a n d o z o n e b r e a k t h r o u g h o c c u r r e d f a s t e r . B r e a k t h r o u g h o c c u r r e d t h e f a s t e s t f o r p H 2 s o i l e f fl u e n t s t r e a m . A n o t a b l e o b s e r v a t i o n w a s s e e n i n t h e d r y s o i l o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s . I n t h e s e s o i l s , t h e e f fl u e n t s t r e a m s h o w e d o z o n e b r e a k t h r o u g h i n i t i a l l y i n c r e a s i n g a n d t h e n r e a c h i n g a r e g i o n w h e r e t h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n w o u l d e i t h e r d e c r e a s e ( p H 2 ) o r p l a t e a u f o r a p e r i o d o f t i m e ( p H 6 a n d p H 8 ) . T h i s p h e n o m e n o n w a s h i g h l y r e p r o d u c i b l e . 3 3 o 3 0 ] 3 0 0 . [ 3 I 0 ] 0 3 . 0 [ . 0 b . - 9 V I D l I l l l l l l l l i l ‘ l 0 5 0 l 1 0 0 1 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) . 2 0 0 2 5 0 F i g u r e 2 . 9 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r a i r - d r i e d , p y r e n e s o i l a t 2 5 ° C : 0 p H 2 , . p H 6 , A p H 8 3 4 T h e d e c l i n e i n t h e e f fl u e n t o z o n e ( p H 2 ) s u g g e s t e d t h a t t h e o z o n e d e m a n d f o r t h e s o i l h a d i n c r e a s e d c o m p a r e d t o t h a t o b s e r v e d d u r i n g t h e e a r l y o z o n a t i o n t i m e s . T h e p l a t e a u r e g i o n s u g g e s t s t h a t t h e o z o n e d e m a n d e x e r t e d b y t h e s o i l h a s l e v e l e d t o a c o n s t a n t r a t e o f o z o n e u p t a k e . O n c e t h e o z o n e d e m a n d f o r t h e r e g i o n w a s f u l fi l l e d , t h e B T C s b e g a n t o i n c r e a s e t o 9 5 — ~ 9 8 % o z o n e b r e a k t h r o u g h . T h e s e r e g i o n s m i g h t i n d i c a t e t h e o c c u r r e n c e o f p a r a l l e l r e a c t i o n s w h e r e o z o n e i s r e a c t i n g w i t h b o t h s o i l o r g a n i c m a t t e r a n d p y r e n e . T h e v a r i a n c e i n o z o n e d e m a n d s e e n i n t h e d r y s o i l s m i g h t b e s i m i l a r t o t h e o b s e r v a t i o n s b y D a y [ 7 ] . A p l o t o f t h e e f f l u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a ( 2 5 0 p p m P y r ) s h o w e d a n i n i t i a l i n c r e a s e i n o z o n e b r e a k t h r o u g h f o l l o w e d b y a r e d u c t i o n i n o z o n e d e t e c t e d i n t h e e f f l u e n t . T h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e d t o 2 0 m g / L o z o n e w i t h i n 3 m i n u t e s a n d t h e n d e c r e a s e d t o a p p r o x i m a t e l y 2 m g / L o z o n e d e t e c t e d i n t h e e f fl u e n t . T h e t o t a l e x p e r i m e n t t i m e w a s 1 6 m i n u t e s . I f t h e e x p e r i m e n t h a d b e e n c o n d u c t e d f o r l o n g e r o z o n a t i o n t i m e , t h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n m i g h t h a v e i n c r e a s e d t o r e a c h c o n c e n t r a t i o n s s i m i l a r t o t h e i n fl u e n t s t r e a m . L i m e t a 1 . ( 2 0 0 2 ) a l s o n o t e d t h e p r e s e n c e o f t w o p h a s e s d u r i n g p h e n a n t h r e n e o z o n a t i o n i n s o i l s l u n ' i e s a n d a s y m m e t r y i n t h e B T C . M a s t e n [ 3 3 ] h a s s h o w n t h a t o z o n e c a n r e a c t w i t h b o t h h u m i c a c i d a n d v o l a t i l e o r g a n i c c o m p o u n d s ( V O C ) . . I n t h e s e r i e s o f b a t c h e x p e r i m e n t s , a k n o w n v o l u m e o f w a t e r a n d h u m i c a c i d s o l u t i o n w e r e a d d e d t o a 2 0 m L h e a d S p a c e v i a l . T h e s a m p l e s w e r e c h i l l e d i n a w a t e r b a t h f o r o n e h o u r . A q u e o u s o z o n e a n d a s t o c k s o l u t i o n o f V O C w e r e a d d e d t o t h e v i a l a n d w e r e a l l o w e d t o r e a c t o v e r n i g h t i n t h e w a t e r b a t h . I n t h e 3 5 e x p e r i m e n t s w i t h o u t c o n t a m i n a n t , h u m i c a c i d s o l u t i o n s ( 4 0 m g / L a s T O C ) r e a c t e d w i t h o z o n e r e s u l t i n g i n a 1 3 % d e c r e a s e o f t h e T O C c o n c e n t r a t i o n . I n t h e e x p e r i m e n t s f o r V O C s , t h e e x t e n t t o w h i c h V O C s w e r e o x i d i z e d b y o z o n e w a s a f f e c t e d b y t h e c o n c e n t r a t i o n o f h u m i c a c i d a n d b y p H . A t c o n s t a n t o z o n e d o s a g e , a s h u m i c a c i d c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e d t h e e x t e n t o f T C E r e a c t i n g w i t h i n t h e s y s t e m d e c r e a s e d . F o r e x a m p l e , a n i n i t i a l h u m i c a c i d c o n c e n t r a t i o n o f 6 0 m g / L , a 3 - t o 4 - f o l d i n c r e a s e i n t h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n r e s u l t e d i n a l a r g e r e x t e n t o f t r i c h l o r o e t h y l e n e ( T C E ) r e a c t i n g w i t h i n t h e s y s t e m . A t c o n c e n t r a t i o n s l e s s t h a n 6 0 m g / L a n d t h e s a m e o z o n e d o s e , T C E o x i d a t i o n w a s s u c h t h a t < 1 0 % o f t h e i n i t i a l T C E c o n c e n t r a t i o n w a s d e t e c t e d . I n c o n t r a s t , c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n 6 0 m g / L d e m o n s t r a t e d a l i n e a r d e c r e a s e i n T C E o x i d a t i o n . I n i n c r e a s i n g t h e p H f r o m 2 t o 6 . 3 , s i m i l a r r e s u l t s w e r e o b s e r v e d a n d a s l i g h t i n c r e a s e i n t h e a m o u n t o f T C E w h i c h r e a c t e d . M a s t e n [ 3 3 ] s u g g e s t e d t h a t f o r T C E o x i d a t i o n , c h a n g i n g f r o m p H 2 t o 6 . 3 , t h e d i r e c t r e a c t i o n b e t w e e n o z o n e a n d T C E m i g h t n o t b e t h e s o l e r e a c t i o n . T h e a b i l i t y t o r e m e d i a t e p y r e n e f r o m d r y s o i l a p p e a r s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g p H ( T a b l e 2 . 4 ) . T h e a m o u n t o f p y r e n e r e m o v e d f r o m t h e s o i l i s c o n s i s t e n t w i t h t h e d a t a f r o m t h e B T C s . T h e B T C f o r p H 8 d e m o n s t r a t e d h i g h e r l e v e l o f p y r e n e r e m o v a l a n d t h e s l o w e s t o z o n e b r e a k t h r o u g h . T h e p H 2 s o i l h a d t h e l o w e s t l e v e l o f p y r e n e r e m e d i a t i o n a n d t h e f a s t e s t o z o n e b r e a k t h r o u g h . A t a n a p p l i e d d o s e o f 6 6 0 : l : 1 8 m g 0 3 , p y r e n e r e m o v a l r e a c h e d 3 9 . 9 % a t p H 2 , 9 4 . 9 % a t p H 6 , a n d 9 6 . 4 % a t p H 8 . P y r e n e r e m o v a l f r o m t h e p H 2 s o i l r e a c h e d 9 4 . 8 % a f t e r u s i n g 4 8 6 0 m g 0 3 . T h e s e r e s u l t s s h o w t h a t l e s s o z o n e w a s r e q u i r e d a t p H 6 a n d p H 8 t o a c h i e v e r e m o v a l o f > 9 0 % o f t h e p y r e n e . T h i s fi n d i n g i s 3 6 i n t e r e s t i n g b e c a u s e i n a q u e o u s s y s t e m s , p y r e n e r e m o v a l d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g p H [ 1 8 , 1 9 ] . T a b l e 2 . 4 . P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m a i r - d r i e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C . O z o n a t i o n T i m e S a m p l e 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n a 1 h o u r o z o n a t i o n b 4 h o u r o z o n a t i o n c % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d D r y , p H 2 3 9 . 9 3 : 2 . 8 4 6 . 4 : 1 : 3 . 8 9 4 . 8 i 1 . 7 D r y , p H 6 9 4 . 9 i 3 . 0 9 5 . 5 : 1 : 1 . 0 2 9 7 . 7 i 0 . 2 D r y , p H 8 9 6 . 4 : t 2 . 7 9 8 . 0 : 1 : 1 . 5 9 8 . 9 i 0 . 5 a . 2 . 2 2 i 0 . 0 6 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . b . 3 . 8 5 i 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C l . C . 1 6 . 2 1 3 : 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . P r e v i o u s p y r e n e o z o n a t i o n s t u d i e s i n M e t e a s o i l w e r e c o n d u c t e d i n d r y s o i l s a t a p H r a n g e f r o m p H 5 . 4 — 6 . 6 a n d o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t s o f 0 . 4 i 0 . 1 % . I n d r y M e t e a s o i l ( p H 6 , O M = 0 . 5 % ) , p y r e n e w a s r e d u c e d b y 8 3 % u s i n g 5 8 2 m g 0 3 [ 3 ] . A 9 1 % r e m o v a l w a s a c h i e v e d a t a d o s e o f 2 3 9 2 m g 0 3 [ 3 ] . I n s o i l f r o m W u r t s m i t h A i r F o r c e B a s e ( p H 7 . 3 t o 8 ; O M = 0 . 1 - 0 . 2 2 % ) , o z o n a t i o n y i e l d e d a n a v e r a g e p y r e n e r e m o v a l o f 9 0 % u s i n g 9 9 8 m g 0 3 a n d 9 7 % u s i n g 1 9 9 5 m g 0 3 [ 8 ] . I n t h e s e s t u d i e s , t h e p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s w e r e 1 0 0 p p m a n d 2 0 0 p p m , r e s p e c t i v e l y . T h e r e s u l t s f o r t h e s e s t u d i e s a p p e a r t o b e c o n s i s t e n t . D a y [ 7 ] r e p o r t e d e f f e c t i v e p y r e n e r e m o v a l u s i n g o z o n e i n d r y O t t a w a s o i l s a n d M e t e a ( p H 5 . 4 : t 0 . 8 7 ; O M = 0 . 4 : 4 : 0 . 1 ) , b u t t h e o z o n e d o s e s ( 2 0 . 1 - 3 3 . 1 m g 0 3 ) a r e s i g n i fi c a n t l y l o w e r i n c o m p a r i s o n t o t h e s t u d i e s d i s c u s s e d a b o v e . 3 7 2 . 5 . 2 M o i s t u r i z e d s o i l o z o n a t i o n s t u d i e s a . N o n - c o n t a m i n a t e d , 5 % m o i s t u r i z e d s o i l S o i l s w i t h v a r i o u s m o i s t u r e c o n t e n t s w e r e e v a l u a t e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t m o i s t s o i l s c a n h a v e o n o z o n e e f fi c i e n c y a n d p y r e n e r e m o v a l . T h e d a t a i n d i c a t e t h a t c l e a n s o i l w i t h 5 % m o i s t u r e b y w e i g h t e x e r t e d a g r e a t e r o z o n e d e m a n d t h a n d r y s o i l ( F i g u r e 2 . 1 0 ) . T h e i n c r e a s e i n o z o n e d e m a n d i s a t t r i b u t e d t o t h e d i s s o l u t i o n o f g a s e o u s o z o n e a n d t h e s u b s e q u e n t d e c o m p o s i t i o n r e a c t i o n s d u e t o w a t e r p r e s e n t i n t h e s o i l . T h e s e r e s u l t s a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e B T C s o b t a i n e d f o r W u r t s m i t h s o i l s w i t h 4 . 4 % a n d 6 . 9 % m o i s t u r e c o n t e n t s b y C o l e [ 8 ] a n d O t t a w a s a n d ( n o o r g a n i c m a t t e r ) b y D a y [ 7 ] . M o i s t u r i z e d M e t e a d e m o n s t r a t e d a n i n c r e a s e i n o z o n e d e m a n d c o m p a r e d t o O t t a w a S a n d c o n t a i n i n g a r a d i c a l s c a v e n g e r ( 0 . 0 8 M t e r t i a r y - b u t y l a l c o h o l ) [ 7 ] . I n t h e D a y [ 7 ] s t u d y , e x p e r i m e n t a l d i f fi c u l t i e s w i t h t h e d r y , M e t e a e x p e r i m e n t s p r e c l u d e d t h e a b i l i t y t o c o m p a r e B T C s f o r d r y M e t e a s o i l a n d m o i s t u r i z e d s o i l s . 3 8 l ' 3 - 0 . 6 O 5 0 I 1 0 0 1 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 0 0 2 5 0 F i g u r e 2 . 1 0 . B r e a k t h r o u g h c u r v e f o r c l e a n M e t e a S o i l a t p H 6 ( 2 5 ° C ) : 0 d r y , I 5 % m o i s t u r e 3 9 b . P y r e n e r e m e d i a t i o n i n 5 % m o i s t u r e c o n t e n t s o i l s P y r e n e r e m o v a l w a s l e s s i n t h e 5 % m o i s t u r i z e d s o i l c o m p a r e d t o t h e d r y s o i l . T a b l e 2 . 5 l i s t s t h e p y r e n e r e m o v a l i n t h e 5 % m o i s t u r e c o n t e n t s o i l s . T h i s o b s e r v a t i o n s u g g e s t s t h a t m o r e o z o n e w o u l d b e n e e d e d t o r e m e d i a t e m o i s t c o n t a m i n a t e d s o i l s . T h e r e s u l t s f r o m t h e 1 h o u r a n d 4 h o u r o z o n a t i o n s f o l l o w e d t h e s a m e t r e n d o f p y r e n e r e m o v a l i n c r e a s i n g a t h i g h e r p H s . T h e o r d e r f o r p y r e n e r e m o v a l w a s p H 2 < p H 6 < p H 8 . T a b l e 2 . 5 . P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m M e t e a s o i l a t 5 % m o i s t u r e c o n t e n t a n d 2 5 ° C . O z o n a t i o n T i m e S a m p l e 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n a 1 h o u r o z o n a t i o n b 4 h o u r o z o n a t i o n c % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d 5 % m o i s t u r e , p H 2 5 4 . ] : l : 3 . 3 7 6 3 . 2 i 3 . 6 ' 8 6 . 2 : t 1 . 0 4 5 % m o i s t u r e , p H 6 5 5 . 5 i 2 . 2 6 5 . 9 : 1 : 0 . 2 9 1 . 3 i 1 . 0 5 % m o i s t u r e , p H 8 3 6 . 7 i 3 . 8 7 5 . 8 i 2 . 0 9 5 . 4 : t 0 . 9 a . 2 . 2 2 a : 0 . 0 6 m g O 3 / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C l . b . 3 . 8 5 : l : 0 . 1 1 m g O g / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C l . C . 1 6 . 2 1 a : 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . A n i n t e r e s t i n g r e s u l t s e e n i n t h e B T C i s t h a t a t t h e 2 . 2 2 : t 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r d o s e ( 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n t i m e ) , p y r e n e r e m o v a l w a s h i g h e r i n t h e p H 2 s o i l t h a n t h e p H 8 s o i l . F r o m t h e B T C , o n e c a n o b s e r v e t h a t f o r t h e p H 2 s o i l , t h e c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e p r e s e n t i n t h e e f fl u e n t f o r t h e fi r s t 4 0 m i n u t e s i s l e s s t h a n t h e p H 6 a n d p H 8 B T C . F o r t h e o z o n a t i o n t i m e > 4 0 m i n u t e s , t h e e f fl u e n t c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e a t p H 2 i n c r e a s e d t o 9 8 % o f t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n , w h i l e a t p H 6 a n d p H 8 , t h e c o n c e n t r a t i o n s o f t h e e f fl u e n t o z o n e w e r e a p p r o x i m a t e l y 9 5 - 9 6 % o f t h e i n fl u e n t s t r e a m ( F i g u r e 2 . 1 1 ) . 4 0 0 ] 3 0 [ ! ] a O [ 0 ! . r l m 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 1 1 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t 2 5 ° C : 9 p H 2 , I p H 6 , A p H 8 4 1 o l s O [ / l a G [ . . _ a _ — _ _ _ _ _ — . _ — _ _ _ _ . _ . . . — - _ _ — . a . . _ — . _ _ _ _ _ - . _ — _ _ _ _ _ . - — _ 4 4 . ‘ c . N o n - c o n t a m i n a t e d , 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l A c o m p a r i s o n o f t h e B T C f o r n o n - c o n t a m i n a t e d , d r y , . 5 % m o i s t u r e a n d 1 0 % m o i s t u r e s o i l s a t p H 2 i s p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 1 2 . A t p H 2 a n d e a r l y i n t h e o z o n a t i o n p r o c e s s ( t i m e < 2 5 m i n u t e s ) , o z o n e b r e a k t h r o u g h w a s l o w e r i n b o t h t h e 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s . F o r t h e r e m a i n i n g 4 h o u r o z o n a t i o n , t h e d r y s o i l u l t i m a t e l y e x h i b i t e d a h i g h e r o z o n e d e m a n d a n d l o w e r B T C . A s m e n t i o n e d e a r l i e r f o r t h e d r y , p y r e n e s o i l , t h e c l e a n d r y s o i l a t p H 2 a l s o d e m o n s t r a t e d a n i n c r e a s e i n . o z o n e d e m a n d a f t e r t h e i n i t i a l b r e a k t h r o u g h . T h e e f fl u e n t o z o n e t h e n r e b o u n d e d t o l e v e l s c o n s i s t e n t w i t h t h e o t h e r B T C s o v e r t h e 4 h o u r o z o n a t i o n p e r i o d . . 0 o r 0 o n V 9 A l p O N 1 l I O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 1 2 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t a a t p H 2 ( 2 5 ° C ) : X d r y s o i l , I 5 % m o i s t u r e s o i l , - 1 0 % m o i s t u r e s o i l 4 2 O z o n e b r e a k t h r o u g h o c c u r r e d f a s t e r i n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l t h a n t h e 5 % m o i s t u r e s o i l . T h e d r y s o i l a l s o u l t i m a t e l y h a d t h e h i g h e s t o z o n e d e m a n d . T h i s o b s e r v a t i o n i s c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n C h o i e t a 1 . [ 3 2 ] . A s t h e w a t e r c o n t e n t i n c r e a s e d i n c l e a n s a n d a n d fi x e d g a s fl u x , t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h t i m e w a s s e e n t o d e c r e a s e [ 3 2 ] . T h e o z o n e b r e a k t h r o u g h f r o m f a s t e s t t o s l o w e s t w a s 2 6 % > 1 6 % > 6 % > 0 % m o i s t u r e c o n t e n t . C h o i e t a 1 . [ 3 2 ] h y p o t h e s i z e d t h a t w a t e r m o l e c u l e s w e r e a b l e t o c o v e r t h e s a n d s u r f a c e l e a d i n g t o fl u i d i n t e r f e r i n g w i t h t h e o z o n e r e a c t i o n s w i t h o r g a n i c m a t t e r . T h e B T C w a s m o r e r e t a r d e d i n t h e d r y c o l u m n t h a n i n t h e o t h e r c o n d i t i o n s e v a l u a t e d . A t p H 6 a n d p H 8 , t h e B T C s f o r t h e d r y s o i l a n d 1 0 % m o i s t u r e s o i l d i d n o t s i g n i fi c a n t l y d i f f e r i n t h e r a t e o f o z o n e b r e a k t h r o u g h . T h e 5 % m o i s t u r e s o i l w a s c o n s i s t e n t l y t h e s l o w e s t . T h e B T C s f o r c l e a n M e t e a a t p H 6 a n d p H 8 , r e s p e c t i v e l y , a r e s h o w n i n F i g u r e s 2 . 1 3 a n d 2 . 1 4 . 4 3 , 3 0 . 6 : E 0 . 4 E 0 . 2 o . - _ , , ’ . . . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 1 3 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t a a t p H 6 ( 2 5 ° C ) : X d r y s o i l , I 5 % m o i s t u r e s o i l , - 1 0 % m o i s t u r e s o i l 1 0 . 8 1 § 0 . 6 l E ; - ‘ 2 0 . 4 0 . 2 O l I l i I 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 1 4 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r n o n - c o n t a m i n a t e d M e t a a t p H 8 ( 2 5 ° C ) : X d r y s o i l , I 5 % m o i s t u r e s o i l , - 1 0 % m o i s t u r e s o i l 4 4 d . P y r e n e r e m e d i a t i o n i n 1 0 % m o i s t u r e s o i l s F o r t h e s o i l s c o n t a i n i n g 1 0 % m o i s t u r e , a s t h e p H i n c r e a s e d , p y r e n e r e m o v a l d e c r e a s e d . T h i s o b s e r v a t i o n i s c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t s s e e n i n a q u e o u s s o l u t i o n s . I n o z o n a t i o n s t u d i e s w h e r e p y r e n e w a s d i s s o l v e d i n 9 0 % / 1 0 % a c e t o n i t r i l e / w a t e r , t h e o z o n e d e m a n d i n c r e a s e d a n d p y r e n e r e m o v a l e f fi c i e n c y d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g p H [ 1 8 , 1 9 ] . T h e 1 0 % m o i s t u r e , p H 8 s o i l s s h o w e d h i g h o z o n e d e m a n d i n t h e B T C b u t t h e a m o u n t o f p y r e n e r e m o v e d f r o m t h e s o i l w a s t h e l o w e s t i n t h e d a t a s e t . P y r e n e r e m o v a l w a s p H 8 < p H 6 < p H 2 i n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l s ( T a b l e 2 . 6 ) . T h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l a t p H 2 h a d t h e l o w e s t o z o n e d e m a n d a n d t h e h i g h e s t l e v e l o f p y r e n e r e m o v a l r e a c h i n g 8 0 . 7 i 0 . 8 % . T h e B T C f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t p H 2 , 6 , a n d 8 a r e g i v e n i n F i g u r e 2 . 1 5 . T a b l e 2 . 6 . P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m 1 0 % m o i s t u r e c o n t e n t s o i l a t 2 5 ° C . O z o n a t i o n T i m e S a m p l e 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n a 1 h o u r o z o n a t i o n b 4 h o u r o z o n a t i o n c % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e % P y r e n e r e m o v e d r e m o v e d 1 0 % m o i s t u r e , p H 2 2 9 . 9 1 : 1 : 4 . 7 5 9 . 7 : 1 : 1 . 5 8 0 . 7 : 1 : 0 . 8 1 0 % m o i s t u r e , p H 6 3 3 . 7 8 d : 3 . 7 4 4 . 6 : 1 : 5 . 9 5 0 . 3 : t 1 . 0 1 0 % m o i s t u r e , p H 8 2 4 . 6 d : 5 . 5 4 9 . 5 i 6 . 8 5 2 . 9 i 1 . 2 a . 2 . 2 2 : b 0 . 0 6 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e d e l i v e r e d t o t h e s o i l . R e p o r t e d a t 9 5 % C I . b . 3 . 8 5 d : 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e d e l i v e r e d t o t h e s o i l . R e p o r t e d a t 9 5 % C l . C . 1 6 . 2 1 : l : 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e d e l i v e r e d t o t h e s o i l . R e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . 4 5 0 1 3 0 [ / l a C [ o . . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) I F i g u r e 2 . 1 5 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 1 0 % m o i s t u r i z e d , p y r e n e s o i l a t 2 5 ° C : 9 p H 2 , I p H 6 , A p H 8 4 6 T h e d e g r e e o f s a t u r a t i o n i n t h e s o i l s ( 5 % v e r s u s 1 0 % ) m i g h t e x p l a i n t h e d i f f e r e n t r e s u l t s o b t a i n e d f o r p y r e n e r e m e d i a t i o n . T h e 5 % m o i s t u r e s o i l a p p e a r e d t o h a v e a m i x o f b o t h d r y a n d w e t s o i l p a r t i c l e s a n d w a s n o t a s s a t u r a t e d a s 1 0 % m o i s t u r e s o i l . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e s a t u r a t i o n l e v e l a f f e c t s t h e r a t e o f d i r e c t r e a c t i o n s a n d t h e i n d i r e c t O H r a d i c a l r e a c t i o n s o c c u r r i n g i n t h e s o i l . D a y [ 7 ] a d d r e s s e d t h e i s s u e o f m o n o l a y e r c o v e r a g e i n M e t e a s o i l s . M o n o l a y e r c o v e r a g e i s a s s u m e d i n M e t e a s o i l f o r a r e l a t i v e h u m i d i t y b e t w e e n 2 6 — 9 0 % a n d b a s e d o n t h e a m o u n t o f w a t e r i n t h e s o i l . W a t e r u p t a k e i n t h e M e t e a s o i l a n d t h e m o n o l a y e r c o v e r a g e a s s u m p t i o n i s c o n s i d e r a b l y f a v o r a b l e d u e t o t h e m i n e r a l c o n t e n t a n d h i g h s u r f a c e a r e a t h a t c a n a c t a s a w a t e r - h o l d i n g r e s e r v o i r [ 7 ] . T h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l w o u l d h a v e m o r e ' w a t e r i n s o i l p o r e s a n d l a r g e r s u r f a c e a r e a c o v e r a g e t h a n s o i l a t 5 % m o i s t u r e . T h i s d i f f e r e n c e i n w a t e r s a t u r a t i o n m i g h t a l t e r t h e r e s u l t s s e e n f o r o z o n a t i o n e f fi c i e n c y . A 2 7 0 0 B E T s u r f a c e a r e a a n a l y s i s c o n d u c t e d o n M e t e a s o i l c a l c u l a t e d t h e t o t a l s u r f a c e a r e a t o b e 3 6 . 3 4 m z / g [ 7 ] . T h e D a y [ 7 ] s t u d y d e t e r m i n e d t h a t m o n o l a y e r c o v e r a g e e x i s t e d i n t h e M e t e a a t m o i s t u r e c o n t e n t s 2 1 1 % . D a y d i d n o t e v a l u a t e s o i l s h a v i n g m o i s t u r e c o n t e n t s < 1 1 % . T h e r e m o v a l o f p y r e n e m i g h t b e m o r e f a v o r a b l e i n d r y s o i l s a n d u n s a t u r a t e d s o i l s w i t h l o w w a t e r c o n t e n t ( 0 — 5 % ) t h a n i n s o i l s w i t h h i g h e r m o i s t u r e c o n t e n t s d u e t o t h e a v a i l a b i l i t y o f w a t e r - f r e e a r e a s o n t h e s o i l p a r t i c l e . C h o i e t a 1 . [ 3 2 ] c o n c l u d e d t h a t w a t e r m o l e c u l e s c o v e r t h e s a n d s u r f a c e e v e n a t l o w e r m o i s t u r e c o n t e n t s . T h e d e g r e e o f w e t t i n g a n d a m o u n t o f p o r e w a t e r w o u l d b l o c k t h e r e a c t i v e s i t e s o n t h e s a n d s u r f a c e , t h u s s u b d u i n g c a t a l y t i c r e a c t i o n s w i t h o z o n e . I n t h e 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s , w a t e r m i g h t h a v e c o a t e d t h e s o i l s u r f a c e a n d i n h i b i t e d o z o n e f r o m r e a c t i n g w i t h s o i l o r g a n i c m a t t e r a n d 4 7 p y r e n e . T h e h y d r o p h o b i c n a t u r e o f P A H s s u g g e s t s t h a t p y r e n e w o u l d p r e f e r a b l y r e m a i n s o r b e d t o t h e s o i l p a r t i c l e a n d o r i e n t a w a y f r o m w a t e r [ 7 ] . S a t u r a t i o n l e v e l w i t h i n t h e s o i l a p p e a r s t o p l a y a s i g n i fi c a n t r o l e i n o z o n e e f fi c i e n c y a n d p y r e n e r e m o v a l . I f t h i s i s t r u e , t h e n d r y s o i l w o u l d e x h i b i t t h e i d e a l s o i l c o n d i t i o n f o r P A H o z o n a t i o n . I n d r y s o i l , o z o n e w o u l d b e a b l e t o d i r e c t l y r e a c t w i t h o r g a n i c m a t t e r a n d p y r e n e . T h i s t h e o r y i s s u p p o r t e d b y t h e r e s u l t s e e n i n t h e d r y s o i l o z o n a t i o n s . I n t h e s o i l s c o n t a i n i n g 5 % m o i s t u r e , o z o n e w o u l d r e a c t w i t h o r g a n i c m a t t e r , s o i l p o r e w a t e r , a n d p y r e n e n o t b l o c k e d b y s o i l w a t e r . I n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l s , o z o n e a p p e a r s t o r e a c t d i r e c t l y w i t h s o i l p o r e w a t e r a n d o r g a n i c m a t t e r a n d n o t a s e x t e n s i v e l y w i t h p y r e n e , l e a d i n g t o d e c r e a s e d p y r e n e r e m e d i a t i o n . 2 . 5 . 3 O z o n a t i o n a t C o l d e r T e m p e r a t u r e T h e r e m o v a l e f fi c i e n c y f o r p y r e n e i n t h e 1 3 ° C s o i l i s s h o w n i n T a b l e 2 . 7 . T h e B T C f o r t h e 1 3 ° C s o i l s s h o w e d t h e s a m e t r e n d a s t h e d r y s o i l s a t 2 5 ° C w h e r e p H 8 < p H 6 < p H 2 ( F i g u r e 2 . 1 6 ) . W i t h i n a t r e a t m e n t s e t f o r t h e 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s , t h e e f f e c t p H h a d o n p y r e n e r e m o v a l d i f f e r e d . I n t h e 5 % m o i s t u r e s o i l s , p y r e n e r e m o v a l w a s p H 6 2 ' p H 8 a n d b o t h p H 6 a n d p H 8 w e r e < p H 2 . I n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l s , i n c r e a s i n g t h e p H a p p e a r e d t o d e c r e a s e p y r e n e r e m o v a l y i e l d i n g p H 8 < p H 6 < p H 2 . T h i s r e s u l t i s c o n s i s t e n t w i t h t h e t r e n d s e e n a t 2 5 ° C . 4 8 T a b l e 2 . 7 . P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m s o i l s a t 1 3 ° C . O z o n a t i o n T i m e S a m p l e 3 5 m i n u t e a 1 h o u r o z o n a t i o n b 4 h o u r o z o n a t i o n c o z o n a t i o n 0 0 / ° P y r e n e / ° P y r e n e % P y r e n e r e m o v e d r e m o v e d r e m o v e d D r y , p H 2 3 1 . 8 i 8 . 8 4 7 . 7 i 2 . 7 8 1 . 8 3 : ] . 6 D r y . p H 6 9 5 . 2 i 2 . 9 9 6 . 0 i 0 . 8 9 8 . 4 i 0 . 6 D r y , p H 8 9 7 . 3 i 0 . 8 9 7 . 6 i 0 . 6 9 8 . 7 i 0 . 2 5 % m o i s t u r e , p H 2 4 8 . 1 i 4 . 6 6 4 . 0 i 0 . 8 6 9 2 . 1 i 2 . 5 5 % m o i s t u r e , p H 6 3 3 . 4 i 3 . 3 5 9 . 7 i - 1 . 5 8 8 . 5 i 1 . 3 5 % m o i s t u r e , p H 8 3 5 . 6 i 4 . 5 4 9 . 4 i 3 . 5 8 8 . 9 i 1 . 5 1 0 % m o i s t u r e , p H 2 2 5 . 1 : t 1 . 5 5 4 . 8 : t 2 . 8 9 3 . 2 i 3 . 4 1 0 % m o i s t u r e , p H 6 2 1 . 7 i 2 . 6 3 4 . 2 : 1 : 3 . 6 8 7 . 6 : 1 : 1 . 0 1 0 % m o i s t u r e , p H 8 3 8 . 3 i 1 . 0 4 8 . 5 d : 1 . 3 8 2 . 8 : t 7 . 0 a . 2 . 2 2 d : 0 . 0 6 m g O 3 / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . b . 3 . 8 5 : t 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C l . C . 1 6 . 2 1 : 1 : 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . 4 9 T h e p y r e n e r e m o v a l e f fi c i e n c y d e c r e a s e d s l i g h t l y i n d r y s o i l a t 1 3 : t 0 . 2 ° C c o m p a r e d t o t h e d r y s o i l a t 2 5 ° C ( T a b l e 2 . 8 ) . I n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s , t h e l o w e r t e m p e r a t u r e i m p r o v e d p y r e n e r e m o v a l f o r t h e 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l . T h i s o b s e r v a t i o n m i g h t s u p p o r t t h e h y p o t h e s i s t h a t p y r e n e r e m e d i a t i o n m a y i m p r o v e a t l o w e r t e m p e r a t u r e s . T h e r a t i o n a l e f o r t h i s i s t h a t o z o n e d e c o m p o s i t i o n w o u l d b e r e d u c e d a t l o w e r t e m p e r a t u r e a n d d i r e c t o z o n a t i o n w o u l d p r e d o m i n a t e . T a b l e 2 . 8 . A c o m p a r i s o n o f p e n e r e m o v a l i n t h e s o i l s a t 1 3 ° C a n d 2 5 ° C P y r e n e r e m o v a l O z o n e d o s e : 1 6 . 2 : t 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r S a m p l e 1 3 ° C 2 5 ° C D r y , p H 2 8 1 . 8 i 1 . 6 % 9 4 . 8 : 1 : 1 . 7 % D r y , p H 6 9 8 . 4 : t 0 . 6 % a 9 7 . 7 : 1 : 0 . 2 % a D r y , p H 8 9 8 . 7 a 0 . 2 % " : b 9 8 . 9 : 1 : 0 . 5 % “ 5 % m o i s t u r e , p H 2 9 2 . 1 a t 2 . 5 % 8 6 . 2 i 1 . 0 4 % 5 % m o i s t u r e , p H 6 8 8 . 5 : t 1 . 3 % c 9 1 . 3 i 1 . 0 % 5 % m o i s t u r e , p H 8 8 8 . 9 : t 1 . 5 % c 9 5 . 4 i 0 . 9 % 1 0 % m o i s t u r e , p H 2 9 3 . 2 i 3 . 4 % 8 0 . 7 : t 0 . 8 % 1 0 % m o i s t u r e , p H 6 8 7 . 6 i 1 . 0 % 5 0 . 3 d : 4 . 3 % 1 0 % m o i s t u r e , p H 8 8 2 . 8 i 7 . 0 % 5 2 . 9 : 1 : 1 . 2 % a . S t a t i s t i c a l l y s i m i l a r a t 9 5 % C 1 . b . S t a t i s t i c a l l y s i m i l a r a t 9 5 % C I . c . S t a t i s t i c a l l y s i m i l a r a t 9 5 % C 1 . 5 0 6 1 3 0 ) [ o O / n o [ s 0 . 8 . 0 r O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 1 6 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r a i r - d r i e d , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C : 0 p H 2 , I p H 6 , A p H 8 5 1 P y r e n e r e d u c t i o n f o r p H 6 a n d p H 8 a t 1 3 ° C w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y d i f f e r e n t a t t h e 9 5 % C l . T h i s s u g g e s t s o z o n a t i o n e f fi c i e n c y i n p y r e n e r e m o v a l d i d n o t c h a n g e s i g n i fi c a n t l y w h e n c o m p a r i n g r e d u c t i o n i n t h e p H 6 a n d p H 8 . T h e B T C f o r t h e 5 % m o i s t u r e s o i l s a t 1 3 ° C i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 7 . A h i g h e r o z o n e d e m a n d w a s o b s e r v e d a t p H 2 , a l o n g w i t h t h e h i g h e s t l e v e l o f p y r e n e r e m o v a l . F ’ a : [ 0 3 1 4 0 3 1 6 . 0 . 0 o N - h 0 ) O 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 i T i m e ( m i n u t e s ) f l _ _ . _ , _ _ _ _ . _ . _ . _ . _ _ . _ . _ _ . . _ . . _ _ . _ . . . ~ h A — _ _ _ _ _ . _ - . . _ _ _ _ _ _ . , _ _ _ _ A _ . _ _ . . F i g u r e 2 . 1 7 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C : 0 p H 2 , I p H fl A p H 8 5 2 l o S o l s O [ “ 0 ) / . O . l a ‘ C [ J — I ‘ — J — J ’ 0 O T h e B T C f o r 1 0 % m o i s t u r e s o i l s a t 1 3 ° C i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 8 . T h e b r e a k t h r o u g h o f o z o n e w a s s l o w e r i n t h e p H 8 s o i l s , b u t t h e B T C s w e r e s i m i l a r f o r p H 2 , 6 , a n d 8 . A t a b l e f o r t h e p y r e n e r e m o v a l a t 2 . 2 : l : 0 . 0 6 , 3 . 8 5 : l : 0 . 1 1 , a n d 1 6 . 2 : t 0 . 4 5 m g 0 3 / m e P y r i s p r o v i d e d i n t h e A p p e n d i x . . 0 o i . - l ' W u m v m ' W " - r ; ~ - ~ ‘ . ~ " - 4 " u ; i / ~ “ * " ' " ' ' l l l l l i . 0 r s . 0 N u p I 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) 0 F i g u r e 2 . 1 8 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r 1 0 % m o i s u t r e , p y r e n e s o i l a t 1 3 ° C : 0 p H 2 , I p H 6 , A p H 8 5 3 2 . 5 . 5 O z o n a t i o n o f A g e d s o i l F o r t h e a g e d s o i l e x p e r i m e n t s , o n l y d r y s o i l o z o n a t i o n s t u d i e s w e r e p e r f o r m e d d u e t o t h e l i m i t e d a m o u n t o f s o i l . B e c a u s e d r y s o i l d e m o n s t r a t e d t h e h i g h e s t e x t e n t o f p y r e n e r e m o v a l i n t h e p r e v i o u s s t u d i e s , t h e d i f f e r e n c e i n r e m o v a l e f fi c i e n c y b e t w e e n n e w l y c o n t a m i n a t e d s o i l ( l e s s t h a n 2 w e e k s o f c o n t a m i n a t i o n ) a n d s o i l c o n t a m i n a t e d f o r 6 m o n t h s c o u l d b e e a s i l y c o m p a r e d . I n t h e a g e d s o i l e x p e r i m e n t s , t h e e f fi c i e n c y o f p y r e n e o x i d a t i o n w a s g r e a t l y r e d u c e d . E x t r a c t s f r o m t h e c o n t r o l ( a g e d c o n t a m i n a t e d s o i l / n o n - o z o n a t e d ) i n d i c a t e d t h a t b e t w e e n 8 9 — 9 2 % o f t h e p y r e n e c o u l d b e e x t r a c t e d f r o m t h e s o i l . T h i s i s o n l y a s l i g h t d e c r e a s e i n r e m o v a l e f fi c i e n c y c o m p a r e d t o f r e s h l y c o n t a m i n a t e d c o n t r o l s u s i n g t h e d i r e c t e x t r a c t i o n t e c h n i q u e . T h e p y r e n e r e m o v a l e f fi c i e n c y i n t h e a g e d s o i l d e c r e a s e d b y 3 — 4 t i m e s c o m p a r e d t o s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e o r d e r f o r p y r e n e r e m o v a l w a s c o n s i s t e n t w i t h t h e p r e v i o u s d r y s o i l s t u d i e s w h e r e p H 2 < p H 6 < p H 8 ( T a b l e 2 . 9 ) . T a b l e 2 . 9 . P e r c e n t a g e o f p y r e n e r e m o v e d f r o m a i r - d r i e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C . O z o n a t i o n T i m e S a m p l e 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n a 1 h o u r o z o n a t i o n b 4 h o u r o z o n a t i o n c % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d % P y r e n e r e m o v e d D r y , p H 2 9 . 0 9 3 : 1 6 1 3 . 5 : t 2 . 1 2 1 . 1 $ 3 . 3 D r y , p H 6 5 . 3 i 4 . 2 2 4 . 4 : t 1 . 3 2 4 . 9 : t 5 . 1 D r y , p H 8 1 9 . 8 : 1 : 2 . 1 2 3 . 1 i 5 . 5 2 5 . 3 i 2 . 3 a . 2 . 2 2 : 1 : 0 . 0 6 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . b . 3 . 8 5 : t 0 . 1 1 m g O g / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C l . c . 1 6 . 2 1 i 0 . 4 5 m g O 3 / p p m P y r o z o n e d o s e r e p o r t e d a t 9 5 % C 1 . 5 4 A c o m p a r i s o n o f t h e B T C s a n d t h e e x t e n t o f p y r e n e r e m o v a l i n t h e a g e d s o i l s h o w i n t e r e s t i n g r e s u l t s . A t p H 2 , b o t h t h e s h o r t - t e r m a n d a g e d s o i l s e x h i b i t e d t h e s a m e c h a r a c t e r i s t i c s h a p e f o r t h e B T C ( F i g u r e 2 . 1 9 ) . T h e a g e d , p H 2 s o i l s h o w s a h i g h e r o z o n e d e m a n d t h a n t h e f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e t o t a l p y r e n e r e m o v a l i n t h e a g e d s o i l a t a n o z o n e d o s e o f 1 6 . 2 : 1 : 0 . 1 1 m g O 3 / p p m P y r w a s 2 1 . 1 i 3 . 3 % i n t h e a g e d s o i l c o m p a r e d t o 9 4 . 8 : t 1 . 7 % i n t h e s h o r t - t e r m s o i l . A s i m i l a r r e s u l t i s s e e n i n t h e B T C f o r p H 6 s h o r t - t e n n a n d a g e d s o i l s ( F i g u r e 2 . 2 0 ) . T h e p H 6 , a g e d s o i l e x h i b i t e d 2 4 . 9 : t 5 . 1 % r e m o v a l s a t t h e s a m e o z o n e d o s e . T h e p H 8 , a g e d s o i l r e a c h e d 2 5 . 3 : t 2 . 3 % r e m o v a l a n d h a d a l o w e r o z o n e d e m a n d t h a n n e w l y c o n t a m i n a t e d s o i l ( F i g u r e 2 . 2 1 ) . T h e p y r e n e r e m o v a l e f fi c i e n c y f o r t h e p H 6 a n d p H 8 s o i l s w e r e s t a t i s t i c a l l y s i m i l a r a t t h e 9 5 % C I . T h e s e r e s u l t s s u p p o r t t h e h y p o t h e s i s t h a t p y r e n e w o u l d h a v e s t r o n g e r s o r p t i o n a f t e r 6 m o n t h s o f c o n t a m i n a t i o n a n d w o u l d r e q u i r e h i g h e r d o s e s o f o z o n e t o r e d u c e P A H c o n c e n t r a t i o n s . T h e r e f o r e , t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m l a b o z o n a t i o n s t u d i e s u s i n g s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l w i l l o v e r - e s t i m a t e t h e a b i l i t y t o r e m e d i a t e s o i l s w i t h l o n g - t e r m c o n t a m i n a t i o n . T h i s fi n d i n g w o u l d s u g g e s t t h a t a g e d s o i l e x p e r i m e n t s m i g h t b e a b e t t e r m e a s u r e o f o z o n a t i o n p r o c e s s e s f o r l a b o r a t o r y s t u d i e s . 5 5 ¥ I — 0 ) 1 I k . ( 3 0 [ / l a C o ) ' . 0 [ o h . « 0 . N O , _ _ x N 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) 0 F i g u r e 2 . 1 9 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 2 a n d 2 5 ° C : 9 S h o r t - t e r m s o i l , I l o n g - t e r m s o i l . 5 6 0 . 8 - [ o n / [ 0 3 1 6 O O ) . o 4 : . 0 . 2 — I 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 2 0 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 6 a n d 2 5 ° C : 9 S h o r t - t e r m s o i l , I l o n g - t e r m s o i l . 5 7 r ’ " - . _ ; _ - I I " I i n " [ C a l / [ 0 3 1 6 O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 2 . 2 1 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s h o r t - t e r m a n d l o n g t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 8 a n d 2 5 ° C : 0 S h o r t - t e r m s o i l , I l o n g - t e r m s o i l . 5 8 ! h t e i t f i f " ' . “ " . ’ . . 2 5 , 2 . 6 C o n c l u s i o n s D r y s o i l o z o n a t i o n r e s u l t e d i n t h e h i g h e s t l e v e l o f p y r e n e r e m o v a l . I n t h e d r y s o i l s , a s p H i n c r e a s e d , r e m o v a l i n c r e a s e d s u c h t h a t p y r e n e r e m o v a l e f fi c i e n c i e s a t p H 6 a n d p H 8 r e a c h e d 9 5 — — 9 7 % a t a d o s e o f 2 . 2 2 m g O 3 / m g P y r ( 3 5 m i n u t e o z o n a t i o n t i m e ) . O z o n a t i o n f o r 4 h o u r s r e s u l t e d i n 8 1 — 9 8 % r e m o v a l f o r t h e s o i l s a t a l l p H l e v e l s t e s t e d . T h e i m p r o v e m e n t i n o z o n a t i o n e f fi c i e n c y w i t h r e s p e c t t o i n c r e a s i n g p H i s c o n t r a r y t o t h e r e s u l t s s e e n i n a q u e o u s s y s t e m s . T h e d e g r e e o f s a t u r a t i o n ( i . e . d r y v e r s u s , 5 % o r 1 0 % m o i s t u r e ) a l s o a p p e a r e d i m p o r t a n t . T h e o r i g i n a l h y p o t h e s i s e x p e c t e d t h e p r e s e n c e o f w a t e r t o i n c r e a s e o z o n e d e m a n d a n d i n c r e a s e p y r e n e o x i d a t i o n e s p e c i a l l y w i t h t h e 1 0 % s a t u r a t e d s o i l . I t w a s a l s o h y p o t h e s i z e d t h a t t h e i n c r e a s e i n m o i s t u r e a n d p H w o u l d i n c r e a s e t h e p r o d u c t i o n o f O H r a d i c a l s t h a t w o u l d f a c i l i t a t e p y r e n e r e d u c t i o n . T h i s h y p o t h e s i s w a s n o t s u p p o r t e d b y t h e r e s u l t s . T h e m o i s t u r i z e d s o i l s h a d s l o w e r r e m o v a l o f p y r e n e w i t h t h e e f fi c i e n c y d e c r e a s i n g a s t h e m o i s t u r e c o n t e n t i n c r e a s e d . T h e 5 % m o i s t u r i z e d s o i l s e x h i b i t e d l o w e r o z o n a t i o n e f fi c i e n c y , b u t i n c r e a s i n g t h e p H i m p r o v e d p y r e n e r e m e d i a t i o n . I n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l , a s p H i n c r e a s e d , p y r e n e r e m o v a l d e c r e a s e d . T h e r e s u l t s s e e n i n t h e 1 0 % w a t e r c o n t e n t s o i l s a r e s y n o n y m o u s w i t h t h e r e s u l t s s e e n i n a q u e o u s o z o n a t i o n s t u d i e s . A t l o w e r t e m p e r a t u r e s , t h e p y r e n e r e m o v a l i m p r o v e d f o r t h e m o i s t u r i z e d s o i l s b u t f o l l o w e d t h e s a m e t r e n d s s e e n i n t h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s . T h e d r y s o i l o z o n a t i o n s y i e l d e d b e t w e e n 8 1 - 9 8 % p y r e n e r e m o v a l s . T h e m o i s t u r i z e d s o i l s h a d p y r e n e r e m o v a l f r o m 8 2 — 9 3 % . T h e h i g h e r p y r e n e c o n v e r s i o n s e e n i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s c o u l d b e t h e r e s u l t o f c h a n g e s i n t h e s o i l p r o p e r t i e s . O z o n a t i n g t h e 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s w e r e m o r e d i f fi c u l t a t t h e l o w e r t e m p e r a t u r e . S o i l p a c k i n g a n d t h e 5 9 h a r d e n i n g o f t h e s o i l a t 1 3 ° C o f t e n p r e v e n t e d t h e o z o n e g a s f r o m b e i n g a b l e t o m o v e t h r o u g h t h e c o l u m n . T h e r e f o r e , d e s p i t e t h e i m p r o v e m e n t s s e e n f o r p y r e n e r e m o v a l , t h e d i f f i c u l t y i n o z o n e d e l i v e r y t o m o i s t u r i z e d s o i l s m i g h t w a r r a n t n o t u s i n g l o w e r t e m p e r a t u r e s t o o z o n a t e w e t s o i l s i n - s i t u . T h e a g e d s o i l e x p e r i m e n t s s u p p o r t t h e h y p o t h e s i s t h a t P A H a d s o r p t i o n t o s o i l i n c r e a s e s w i t h l o n g e r e x p o s u r e t i m e s . O n e o f t h e m o r e s u r p r i s i n g o b s e r v a t i o n s f r o m t h e e x p e r i m e n t s i s t h a t t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s i n t h e a g e d s o i l m a t c h e d t h e c u r v e s p r o d u c e d i n t h e f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l ( p H 2 a n d p H 6 ) . T h e p y r e n e r e m o v a l h o w e v e r w a s o n l y 2 1 — 2 5 % a f t e r 4 h o u r s o f o z o n a t i o n . T h e r e f o r e , s o i l t h a t h a s b e e n c o n t a m i n a t e d f o r l o n g p e r i o d s o f t i m e w i l l r e q u i r e h i g h e r l e v e l s o f o z o n e t o r e d u c e t h e P A H c o n t a m i n a t i o n . 6 0 " I _ _ . . L . E I t . " ' 2 A . — . ‘ 4 ‘ I n . ” 2 . 7 R e f e r e n c e s 1 . 2 . 1 0 . l l . 1 2 . U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y . W o r k s h o p o n C h e m i c a l O x i d a t i o n i n t h e V a d o s e Z o n e . 1 9 9 5 . M a s t e n , S . a n d D a v i e s , S . ; “ T h e U s e o f O z o n a t i o n t o D e g r a d e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n W a s t e w a t e r s . ” E n v i r o . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 4 , 2 8 ( 4 ) , 1 8 1 A - 1 8 5 A . Y a o , 1 . 1 . ; “ O z o n a t i o n o f S o i l s C o n t a m i n a t e d w i t h P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s ( P A H s ) ” , M S . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 1 . L e a h y . M . ; N e l s o n , C . ; F l o r e n t i n e , A . ; S c h m i t z , R . ; O z o n a t i o n a s a P o l i s h T e c h n o l o g y f o r i n - s i t u B i o r e m e d i a t i o n . M a n u f a c t u r e d G a s P l a n t S i t e R e m e d i a t i o n . F o u r t h I n t e r n a t i o n a l I n - s i t u a n d O n - s i t e B i o r e m e i d a t i o n S y m p o s i u m . A p r i l 2 8 - M a y 1 , 1 9 9 7 . V o l u m e 3 , 4 7 9 — 4 8 3 . N e l s o n , C ; S e a m a n , M . ; P e t e r s o n , D . ; N e l s o n , 8 . ; B u s c h n o m . R . ; O z o n e S p a r g i n g f o r t h e R e m e d i a t i o n o f M G P C o n t a m i n a n t s . M a n u f a c t u r e d G a s P l a n t S i t e R e m e d i a t i o n . F o u r t h I n t e r n a t i o n a l I n - s i t u a n d O n - s i t e B i o r e m e i d a t i o n S y m p o s i u m . . A p r i l 2 8 - M a y 1 , 1 9 9 7 . V o l u m e 3 , 4 5 7 — 4 6 2 . H s u , I . ; T h e U s e o f G a s e o u s O z o n e t o R e m e d i a t i o n t h e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n t h e U n s a t u r a t e d S o i l s , P h . D . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 5 . D a y , J . E . ; “ T h e E f f e c t o f S o i l M o i s t u r e o n t h e O z o n a t i o n o f P y r e n e i n S o i l s ” , M S . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 4 . C o l e , D . ; M a s t e n , 8 . ; U s e o f I n — s i t u O z o n a t i o n f o r t h e R e m e d i a t i o n o f C o n t a m i n a t e d W u r t s m i t h S o i l s . R e p o r t t o t h e G r e a t L a k e s a n d M i d - A t l a n t i c H a z a r d o u s S u b s t a n c e R e s e a r c h C e n t e r R 2 D 2 P r o g r a m . 1 9 9 7 . N i m m e r , M . ; W a y n e r , B . ; M o r r , A . ; I n - s i t u O z o n a t i o n o f C o n t a m i n a t e d G r o u n d w a t e r . E n v i r o n m e n t a l P r o g r e s s . 1 9 ( 3 ) . 2 0 0 0 . 1 8 3 — 1 9 6 . U S E P A R e c o r d o f D e c i s i o n . E P A 5 4 1 - R 0 1 - 5 0 3 . R a s m u s s e n ’ s D u m p , B r i g h t o n , M I . 2 0 0 1 . U S E P A R e c o r d o f D e c i s i o n . E P A R O S - R 8 4 - 0 0 8 . 1 9 8 4 . B a i l e y , P . “ C h a p t e r 5 : O z o n a t i o n o f A r o m a t i c C o m p o u n d s : B o n d A t t a c k v e r s u s A t o m A t t a c k o n B e n z - f u s e d C a r b o c y c l i c s . ” O z o n a t i o n i n O r g a n i c C h e m i s t r y , V o l u m e I I . N o n - O l e fi n i c C o m p o u n d s . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 8 2 . 6 1 1 3 . 1 4 . 1 5 . 1 6 . l 7 . 1 8 . 1 9 . 2 0 . 2 1 . 2 2 . 2 3 . 2 4 . 2 5 . T r a p i d o , M . ; V e r e s s i n i n a , Y . ; M u n t e r , R . ; “ O z o n a t i o n a n d A d v a n c e d O x i d a t i o n P r o c e s s e s o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n A q u e o u s S o l u t i o n s - A K i n e t i c S t u d y . ” E n v i r o n . T e c h n o l . 1 9 9 5 , 1 6 , 7 2 9 - 7 4 0 . L a n g l a i s , B ; R e c k h o w , D ; B r i n k , D . E d i t o r s . O z o n e i n W a t e r T r e a t m e n t : A p p l i c a t i o n a n d E n g i n e e r i n g . L e w i s P u b l i h e r s , I n c . , 1 9 9 1 . 1 1 — 4 3 . S t a e h e l i n , J . a n d H o i g n é , 1 . ; “ D e c o m p o s i t i o n o f O z o n e i n W a t e r i n t h e P r e s e n c e o f O r g a n i c S o l u t e s A c t i n g a s P r o m o t e r a n d I n h i b i t o r s o f R a d i c a l C h a i n R e a c t i o n s . ” E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 8 5 , 1 9 , 1 2 0 6 - 1 2 1 3 . L i n d s e y , M . ; T a r t , M . ; “ I n h i b i t i o n o f H y d r o x y l R a d i c a l R e a c t i o n w i t h A r o m a t i c s b y D i s s o l v e d N a t u r a l O r g a n i c M a t t e r . ” E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 0 , 3 4 , 4 4 4 - 4 4 9 . X i o n g , F . a n d L e g u b e , B . ; “ E n h a n c e m e n t o f R a d i c a l C h a i n R e a c t i o n s o f O z o n e I n W a t e r I n t h e P r e s e n c e o f A n A q u a t i c F u l v i c A c i d . ” O z o n e S c i . & T e c h n o l . 1 9 9 1 , 1 3 ( 3 ) , 3 4 9 - 3 6 3 . Y a o , 1 . ; P h . D . D i s s e r t a t i o n . “ T h e M e c h a n i s m o f t h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e a n d B e n z [ a ] a n t h r a c e n e i n A c e t o n i t r i l e / w a t e r M i x t u r e . ” M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y : D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g . 1 9 9 7 . H e m e r , H , T r o s k o , 1 . ; M a s t e n , S . ; “ T h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e : T h e B y p r o d u c t s a n d T h e i r T o x i c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 1 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . A t k i n s o n , R . a n d C a r t e r , W . ; “ K i n e t i c s a n d M e c h a n i s m s o f t h e G a s - P h a s e R e a c t i o n s o f O z o n e w i t h O r g a n i c C o m p o u n d s u n d e r A t m o s p h e r i c C o n d i t i o n s . ” C h e m . R e v . 1 9 8 4 , 8 4 , 4 3 7 — 4 7 0 . S o t e l o , 1 ; B e l t r a n , F . ; B e n i t e z , F . ; B e l t r a n h e r e d i a 1 . ; O z o n e D e c o m p o s i t i o n i n W a t e r — K i n e t i c S t u d y . I n d u s t r i a l a n d E n g i n e e r i n g C h e m i s t r y R e s e a r c h . 1 9 8 7 , 2 6 ( 1 ) , 3 9 - 4 3 . H i l l e l , D . ; E n v i r o n m e n t a l S o i l P h y s i c s . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 9 8 , 3 2 7 . C o p e l a n d , P . ; D e a n , R . ; M c N e i l , D . ; “ T h e O z o n o l y s i s o f P o l y c y c l i c H y d r o c a r b o n s : P a r t I I ” . J . C h e m . S o c . 1 9 6 1 , 1 2 3 2 — 1 2 3 6 . E b e r i u s , M ; B e m s , A ; S c h u p h a n , 1 . ; “ O z o n a t i o n o f p y r e n e a n d b e n z o [ a ] p y r e n e i n s i l i c a a n d s o i l - C l 4 b a l a n c e s a n d c h e m i c a l a n a l y s i s o f o x i d a t i o n p r o d u c t s a s a fi r s t s t e p t o e c o t o x i c o l o g i c a l e v a l u a t i o n . ” F r e s n i u s Z . A n a l , 1 9 9 7 , 3 5 9 , 2 7 4 - 2 7 9 . T r a p i d o , M . ; V e r e s s i n i n a , Y . ; M u n t e r , R . ; “ O z o n a t i o n a n d A d v a n c e d O x i d a t i o n P r o c e s s e s o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n A q u e o u s S o l u t i o n s - A K i n e t i c S t u d y ” . E n v i r o n . T e c h n o l . 1 9 9 5 , 1 6 , 7 2 9 - 7 4 0 . 6 2 ! ' i e m i 2 6 . 2 7 . 2 8 . 2 9 . 3 0 . 3 1 . 3 2 . 3 3 . Z e n g , Y . ; H o n g , P . ; W a v r e k , D . “ C h e m i c a l - B i o l o g i c a l T r e a t m e n t o f P y r e n e W a t e r R e s . 2 0 0 0 , 3 4 ( 4 ) , 1 1 5 7 - 1 1 7 2 . B a d e r , H . ; H o i g n e , 1 . ; J . O z o n e S c i . T e c h n o l . 1 9 8 3 , 4 , 1 6 9 - 1 7 6 . G r i m m e r , G . ; B o h n k e , H . ; B o r w i t z k y , H . ; “ G a s - c h r o m a t o g r a p h i s c h e P r o fi l a n a l y s e d e r p o l y c y c l i s c h e n a r o m a t i s c h e n K o h l e n w a s s e r s t o f f e i n K l a r s c h l a r n m p r o b e n , ” F r e s e n i u s Z . A n a l . C h e m . 1 9 7 8 , 2 8 9 , 9 1 — 9 5 . M a r t e n s , D . ; F r a n k e n b e r g e r J r . , W ; “ E n h a n c e d D e g r a d a t i o n o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n S o i l T r e a t e d w i t h a n A d v a n c e d O x i d a t e d P r o c e s s — F e n t o n ’ s R e a g e n t ( A r t i c l e n u m b e r 3 4 0 0 7 2 ) ” h t t p : / / w w w . c r c p r e s s . c o m / j o u r / s s s / a r t s / 3 4 0 0 7 2 . h t r n l L e e , R ; O n g , S . ; G o l c h i n , 1 . ; N e l s o n , G . ; “ E x t r a c t i o n M e t h o d f o r A n a l y s i s o f P A H s i n C o a l - T a r - C o n t a m i n a t e d S o i l s ” . P r a c t i c e P e r i o d i c a l o f H a z a r d o u s , T o x i c , a n d R a d i o a c t i v e w a s t e M a n a g e m e n t . O c t o b e r 1 9 9 9 , 1 5 5 - 1 6 2 . C h o i , H . ; L i m , H . - N . ; H w a n g , T . M . ; K a n g , 1 . ; “ T r a n s p o r t c h a r a c t e r i s t i c s o f g a s p h a s e o z o n e i n u n s a t u r a t e d p o r o u s m e d i a f o r i n - s i t u c h e m i c a l o x i d a t i o n . ” J o u r n a l o f C o n t a m i n a n t H y d r o l o g y . 2 0 0 2 . 5 7 , 8 1 — 9 8 . L i m , H . ; C h o i , H . ; H w a n g , T . ; K a n g , 1 . ; “ C h a r a c t e r i z a t i o n o f O z o n e d e c o m p o s i t i o n i n a s o i l s l u r r y : k i n e t i c s a n d m e c h a n i s m s . ” W a t e r R e s . 2 0 0 2 , 2 1 9 - 2 2 9 . M a s t e n , S . ; “ O z o n a t i o n o f V O C ’ s i n t h e p r e s e n c e o f H u m i c A c i d ” . O z o n e . S c i . E n g . 1 9 9 1 , 1 3 ( 3 ) , 2 8 7 - 3 1 2 . 6 3 C h a p t e r 3 H P L C a n d G C / M S I d e n t i fi c a t i o n o f P y r e n e O z o n a t i o n B y p r o d u c t s 3 . 1 I n t r o d u c t i o n F i v e s i g n i fi c a n t s t u d i e s h a v e i d e n t i fi e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . T h r e e a q u e o u s o z o n a t i o n s t u d i e s h a v e i d e n t i fi e d a t l e a s t 1 6 p y r e n e b y p r o d u c t s [ 1 - 4 ] . T h e p r o p o s e d s t r u c t u r e s i n a q u e o u s s y s t e m s a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e b y p r o d u c t s d e t e c t e d i n s u b s e q u e n t p y r e n e o z o n a t i o n s t u d i e s [ 5 ] . T w o p u b l i s h e d p a p e r s h a v e a d d r e s s e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n s o i l a n d o n g l a s s b e a d s [ 6 - 7 ] . I n t h e s o l i d m e d i a s t u d i e s , a t l e a s t 3 3 b y p r o d u c t s w e r e p r e s e n t e d . C r i t i c i s m o f t h e m e t h o d s u s e d f o r t h e s o l i d m e d i a , h o w e v e r , h a s l e a d t o d o u b t o f t h e v a l i d i t y o f t h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d . a . P y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n a q u e o u s s y s t e m s I n n o n - p a r t i c i p a t i n g s o l v e n t s , o z o n e i s t h e o r i z e d t o r e a c t w i t h p y r e n e a t t h e 4 , 5 a n d t h e n t h e 9 , 1 0 b o n d s . T h e b y p r o d u c t s fi r s t f o r m e d a r e p h e n a n t h r e n e - l i k e c o m p o u n d s f o l l o w e d b y b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s [ 2 - 4 ] . F i g u r e 3 . 1 i s t h e p a t h w a y p r o p o s e d f o r p y r e n e o z o n a t i o n [ 2 ] . T h e w o r k b y B a i l e y [ 2 ] s u m m a r i z e d t h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d f r o m m a n y o z o n a t i o n s t u d i e s i n v a r i o u s s o l v e n t s . F i g u r e 3 . 2 p r e s e n t s a s u m m a r y t h e 1 6 b y p r o d u c t s i d e n t i fi e d d u r i n g o z o n a t i o n i n 9 0 % : 1 0 % a c e t o n i t r i l e : w a t e r ( v / v ) m i x t u r e [ 4 ] . T h e b y p r o d u c t s d e t e c t e d b y Y a o e t a 1 . [ 4 ] i n c l u d e d m a n y o f t h e b y p r o d u c t s p r e s e n t e d b y B a i l e y [ 2 ] a n d 8 a d d i t i o n a l c o m p o u n d s . 6 4 . I “ a g a g . . @ n I o c : 3 , , @ , , . C 2 0 . . . . . o F . @ a \ o c : 3 R @ O H H R C = 0 = C : 2 1 : . z = ° H O H a : R b : R F i g u r e 3 . 1 P y r e n e o z o n a t i o n p a t h w a y s ( B a i l e y , 1 9 8 2 ) 6 5 O H C C H O A H o o c c m o E G @ O H C C H O % O H C C H 0 O H C C 0 0 1 H 0 0 0 C O O H M 0 o n K r O H C C O O H O H C O H — > é “ B C D o O H C C O O H O - C / F G H O H C c o o O H C C H 0 0 R f ) ” - o o ‘ — o u c C H 0 H 0 0 0 C O O H o n e C H O 1 K L H 0 0 0 c o o H O O C c o o C i i 0 H O O C C O O H j 0 O H N O P F i g u r e 3 . 2 B y p r o d u c t s f r o m p y r e n e o z o n a t i o n i n 9 0 % a c e t o n i t r i l e / 1 0 % w a t e r ( Y a o e t a l . , 1 9 9 8 ) 6 6 b . P y r e n e o z o n a t i o n B y p r o d u c t s f o r m e d i n S o l i d m e d i a O z o n a t i o n i n S o i l / S i l i c a S a n d E b e r i u s e t a l . [ 6 ] i n v e s t i g a t e d t h e o z o n a t i o n o f p y r e n e a n d b e n z o [ a ] p y r e n e i n s i l i c a a n d s o i l t o d e t e r m i n e t h e o x i d a t i o n b y p r o d u c t s . T h i s s t u d y h y p o t h e s i z e d t h a t , l i k e t h e p r e v i o u s a q u e o u s o z o n a t i o n s t u d i e s , t h e s o i l o z o n a t i o n b y p r o d u c t s p r o d u c e d w o u l d b e s i m i l a r t o t h e p y r e n e o z o n a t i o n p a t h w a y d e s c r i b e d b y B a i l e y [ 2 ] . T h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d d u r i n g t h e s o i l s t u d y w e r e p h e n a n t h r e n e , b i p h e n y l s , a n d q u i n o n e - l i k e c o m p o u n d s . T h i s e v i d e n c e c o i n c i d e s w i t h t h e p a t h w a y h y p o t h e s i z e d t o o c c u r i n a q u e o u s s y s t e m s . W a t e r - s o l u b l e b y p r o d u c t s a c c o u n t e d f o r 2 0 - 3 0 % , n o n - e x t r a c t a b l e b o u n d r e s i d u e s a c c o u n t e d f o r 1 0 % , a n d t h e b a l a n c e f o r t h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d w a s e x t r a c t a b l e i n o r g a n i c s o l v e n t s . T h e c o m p o u n d s i d e n t i fi e d i n t h e E b e r i u s e t a 1 . s t u d y d i f f e r e d f r o m t h e p r e d i c t i o n s b y B a i l e y [ 2 ] a n d Y a o e t a 1 . [ 4 ] . T h e d i f f e r e n c e w a s p r i m a r i l y d u e t o t h e f u n c t i o n a l g r o u p s a t t a c h e d . E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] m o d i fi e d t h e o r i g i n a l h y p o t h e s i s f o r t h e t w o o z o n a t i o n p a t h w a y s b y s u g g e s t i n g t h a t t h e f u n c t i o n a l g r o u p s a t t a c h e d t o t h e p h e n a n t h r e n e , b i - p h e n y l , a n d q u i n o n e s t r u c t u r e s s h o u l d i n c l u d e - C O O C H 3 , i n a d d i t i o n t o t h e - C O O H a n d — C H O g r o u p s d e s c r i b e d b y B a i l e y [ 2 ] . F i g u r e 3 . 3 d e p i c t s t h e E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] p a t h w a y s . C r i t i q u e s o f t h e s t u d y a r g u e d t h a t t h e u s e o f m e t h a n o l a s a n e x t r a c t i o n s o l v e n t m i g h t h a v e c a u s e d m e t h y l a t i o n o f t h e b y p r o d u c t s [ 6 ] . I n s t u d i e s c o n d u c t e d b y H e m e r [ 5 ] , m e t h y l a t e d c o m p o u n d s w e r e o b s e r v e d w h e n m e t h a n o l w a s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e . T h e m e t h y l a t i o n o f t h e c o m p o u n d s c o u l d e x p l a i n t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e b y p r o d u c t s d e t e c t e d i n a q u e o u s s y s t e m o z o n a t i o n a n d t h e o n e s p r o d u c e d i n t h e s o i l . T h e a u t h o r a l s o c o n c e d e d t o t h e p r e - p u b l i c a t i o n c r i t i q u e s o f t h e p a p e r b y a g r e e i n g t h a t m e t h y l a t i o n m a y 6 7 h a v e c o r r u p t e d t h e r e s u l t s . T a b l e 3 . 1 p r e s e n t s t h e l i s t o f P A H - q u i n o n e s a n d e i g h t r i n g fi s s i o n p r o d u c t s i d e n t i fi e d i n t h e s o i l s t u d y . T a b l e 3 . 1 . B y p r o d u c t s I d e n t i fi e d f o l l o w i n g P y r e n e O z o n a t i o n i n S i l i c a C o m p o u n d M o l e c u l a r W e i g h t P h e n a n t h r e n e - d i m e t h y l e s t e r 2 9 4 F o r m y l - p h e n a n t h r e n e - m e t h y l e s t e r 2 6 4 T r i f o r m y l - b i p h e n y l - m e t h y l e s t e r 2 8 2 a B i p h e n y l - t e t r a m e t h y l e s t e r 3 8 6 D i m e t h o x y - p y r e n e 2 6 2 C a r b o x y - n a p h t h a l e n e - t r i m e t h y l e s t e r 3 4 6 T r i f o r m y l - b e n z e n e - m e t h y l e s t e r 2 2 0 B e n z e n e - t e t r a m e t h y l e s t e r 3 1 0 a . T h e p a p e r r e p o r t e d t h e m o l e c u l a r w e i g h t a s 2 8 2 . T h e c o r r e c t m o l e c u l a r w e i g h t s h o u l d b e M W 2 9 6 . 6 8 P a t h w a y 1 P a t h w a y 2 O O l R R R . . l , * R R R F i g u r e 3 . 3 P r o p o s e d p y r e n e o z o n a t i o n P a t h w a y l a n d P a t h w a y 2 R = C O O H , C H 0 , a n d C O O C H 3 ( a f t e r m e t h y l a t i o n ) 6 9 r . . . i L L . O z o n a t i o n o f p y r e n e c o a t e d g l a s s b e a d s Z e n g e t a 1 . [ 7 ] i n v e s t i g a t e d t h e e f fi c a c y o f c o m b i n i n g o z o n e t r e a t m e n t a n d b i o l o g i c a l t r e a t m e n t f o r p y r e n e r e m o v a l . I n t h e fi r s t s t u d y , w a t e r w a s o z o n a t e d t o s a t u r a t i o n a n d s u p p l i e d t o a p a c k e d c o l u m n c o n t a i n i n g g l a s s b e a d s c o a t e d w i t h r e c r y s t a l l i z e d p y r e n e . T h e p y r e n e w a s t h e n e x t r a c t e d f r o m t h e b e a d s a n d u s e d f o r b i o l o g i c a l t r e a t m e n t . T h e s e c o n d s t u d y e v a l u a t e d o z o n a t i o n o f 1 g o f p y r e n e a d d e d t o w a t e r i n e i t h e r a b a t c h r e a c t o r o r s e r u m b o t t l e s . F o l l o w i n g o z o n a t i o n , Z e n g e t a 1 . [ 7 ] i d e n t i fi e d 2 5 b y p r o d u c t s . T w o i n t e r m e d i a t e s ( 4 , 5 - p h e n a n t h r e n e d i a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ) w e r e p r o d u c e d i n t h e c o l u m n , b u t n o t i n t h e b a t c h r e a c t o r . T h e s e t w o c o m p o u n d s d i r e c t l y c o r r e l a t e t o t w o o f t h e c o m p o u n d s p r o d u c e d i n a q u e o u s o z o n a t i o n s [ 2 , 4 ] . T a b l e 3 . 2 i s a l i s t i n g o f t h e 2 5 c o m p o u n d s d e t e c t e d i n t h e s t u d y . T a b l e 3 . 3 l i s t s t h e b y p r o d u c t s r e m o v e d b y b i o t r e a t m e n t f o l l o w i n g o z o n a t i o n [ 7 ] . S i n c e p u b l i c a t i o n , t h e Z e n g e t a 1 . [ 7 ] b y p r o d u c t s h a v e a l s o b e e n c h a l l e n g e d [ 8 ] . B u s e r e t a 1 . [ 8 ] n o t e d t h a t m a n y o f t h e p r e d i c t e d b y p r o d u c t s c o u l d n o t t o b e t h e r e s u l t o f o z o n a t i o n , b u t a r e p o s s i b l y a r t i f a c t s f r o m p l a s t i c a n d t h e s o l v e n t s u s e d . 3 . 2 S i g n i f i c a n c e o f o z o n a t i o n b y p r o d u c t s t u d i e s B o t h i d e n t i f y i n g a n d u n d e r s t a n d i n g t h e t o x i c i t y o f p y r e n e o z o n a t i o n c o m p o u n d s r e m a i n s o p e n f o r r e s e a r c h . T h e 2 0 - 3 0 % w a t e r - s o l u b l e s u b s t a n c e s d e t e c t e d i n E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] w o u l d b e i m p o r t a n t t o c h e m i c a l l y i d e n t i f y b e c a u s e t h e s e c o m p o u n d s a r e l i k e l y t o s o l u b l e a n d m o b i l e i n g r o u n d w a t e r . A t t h e t i m e o f p u b l i c a t i o n f o r t h e s o i l s t u d y , 7 0 ) r e t f a o e s n n i i m R 0 2 1 4 n i m o ) 0 0 0 2 , . l a 0 t e 2 1 - g 0 n 9 e Z ( n i l m o d a n v u 0 r e 9 o t — f n t o n i 0 6 t a t n 0 n i e m o , u d fl 0 n f 6 u e — o 0 f 3 d 0 e t a t n n n e o i z m u O 0 0 fl 3 f — e 5 1 n m u l n o o c i e t d a 0 r e o n f o e z B o t a n o z o e h t n i d e c r e t s e l y t - u ] b y e n e r e d y e i e d h h n t e e d c u y d - o o l x , r p h t e y y e n e u n a n e d l h a e a d h r l h e t l t a p t r a h c t i n l a y n x s e o e ) ) i t 4 9 m t d l d t c 5 3 - y i a e o e f l e h b u c h n 1 1 x 2 e t d e e n y p r x ] a e o d o r u i t d t n ] a a b r [ a e f c c a , o a t e z z d r h r / / i d l c p h 2 y a t d d a d p - d a h l e i l . e p [ h h e e n [ e l e a e e o h i i y t ( ( o e h n t r b m m c i y - n n e n t n n h n y n a n n B p a a d 2 c a e h n — a t e a t t e n n a d a e e 2 c w w c s e , n 6 s c n n l e . e i u l e o o e , a h o o o n d c p d e o e e p l e a o b t l l n y 3 o o l a y y 6 s c l p n n n , a a a a l h t o a y o y o d l s d h c n P c B i c o c h n s u n z p a n p a ’ e y t p r c l u c z r r ’ p a t e y t o - a a i - k k a h l h t 2 m c x n x n n 2 x 5 o t t e - b i n t P c n r b t h o o e y e e a e o n n , e r y e u i i H , r e e - , 1 a C U U E P T P B P D H H H 4 X D P 2 N D T T H B 4 C 6 T ) n n o i i m t ( n e e t m e i 6 2 3 5 3 2 2 5 3 3 3 7 8 7 0 6 9 8 4 7 8 9 6 4 1 6 . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 8 9 0 8 1 1 3 5 6 6 8 8 8 3 7 7 8 0 3 0 2 8 3 5 5 R t 2 2 2 1 1 3 3 3 3 3 5 5 2 2 2 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 7 1 O O O O O O O O O O O O O O I O O O O O O O O . . . . O O O O O O O O O O O O O O 0 . 0 . 0 0 0 0 . . . 0 0 . 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 . . . . . . 0 0 . 0 0 0 . 0 0 0 . 0 0 0 . 0 . 0 . 0 . 0 . . . . O O O O O O O O O I O O O O O O O . . . 0 . 0 . . . l e 3 . 3 I n t i o n n ) R t ( 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 e e 3 b n 6 2 5 2 3 1 2 5 7 0 0 . 6 T e i m 0 2 4 5 3 5 8 a t m . i . . . . . . 8 9 0 1 3 7 7 8 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 3 5 5 6 6 8 8 8 8 0 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 9 3 8 6 7 3 1 0 3 8 9 4 7 8 9 4 . 6 u u t h u t h c h e n y y e t o n d l l n s x e e , - 2 a a l z a t a r l / y e a d e h n l t i h c r b m i e o o C U U E P P T P B D H P N 4 D H X e m o t n t e h t o t h t r e n n e u i e h o H i e a H P B 2 D T B 4 T C 1 P H 6 e y i , , r o e e y , e e - p r y t t p s c u l ’ k k a h o - b x n x o 2 n n r c i n t c 5 2 x n P t e a t t u l i d e o e t l l i a , h o e o e s l c p e c p i n r w w , c i c e c c 6 e n c s a b o e n o y o p e l o e o n a d n n 2 a c a d a ’ e a n c p r h p a a n u s z s n 1 s n - n n n n - l a h t a t a h i e p e e e a a s m m c e y o h c e h n e 2 y a t a i / / i d l a u p d d i l [ e e t i e e m [ h e n a ( ( n t c h n e t o e n b n y a n n t r n , b r a i a n t z z r - d c d l a l c h d h l p e i r e o e [ a t h d 1 1 u i t d a d t n u t e ; f c t e 2 x c ] a c a o y b a d e t l u t m o p e i e o n x p o e e r 4 9 f l 0 5 3 - y i d r e e t y r x f ) ) m t d e o i ] ( t h n a e l d p r n h b e a p y t o , n n n a a a l h a y a t i e c z r l o - t r - a o l d l h c n d o y a o o o n d a y d h c y s P g 6 c B a o o o z t i n 0 y ] n - o n a t e d f o u t n d e r , b u t y l e s e n e s t n 2 d r t 6 y a e e r r e e h ) h y d d c e i n e d e ( f Z fl e u n e g n e t t B o z o o 0 o 0 0 o o e o o 0 e o e 0 o o o O o o o o o o o 0 e O o e g t r e 2 i v 0 a c d a 0 e l r 0 f i fl ) i 1 a o l n t o f l . a a o i , 5 o o o O o o o o o o o o o o o o o o O o o o o o o 0 o e O o d a e t o n u u c e s u n b t o o o 0 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o O o g r e n a i ( 1 o D 5 o o o o O o o o o o o o o o o o o o O o o o o o o o o o O o e o s f y , s ) . o f 2 0 0 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o O o 7 2 E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] n o t e d t h a t n o i n f o r m a t i o n e x i s t e d o n t h e t o x i c i t y o r m u t a g e n i c i t y o f t h e a r o m a t i c o z o n a t i o n p r o d u c t s c o n t a i n i n g c a r b o x y l - g r o u p s a n d f o r m y l - g r o u p s , e s p e c i a l l y t h e r e a c t i v e a l d e h y d e s t h a t a r e u n d e r s u s p e c t o f e x h i b i t i n g p o s s i b l e n e g a t i v e b i o l o g i c a l e f f e c t s . R e c e n t p u b l i c a t i o n s p r e s e n t e d fi n d i n g s t h a t t h e p r e s e n c e o f a l d e h y d e o r c a r b o x y l i c a c i d f u n c t i o n a l g r o u p s a t t a c h e d t o P A H o z o n a t i o n b y p r o d u c t s a f f e c t e d t o x i c i t y [ 9 - 1 1 ] . T h e Z e n g e t a 1 . [ 7 ] s t u d y e v a l u a t e d o n l y t h e a c u t e t o x i c i t y o f t h e t r e a t e d s o i l t o E . c o l i a n d n o t t h e p o t e n t i a l f o r c a r c i n o g e n i c b e h a v i o r t o h u m a n s o r a n i m a l s . I d e n t i f y i n g p r o d u c t s a n d u n d e r s t a n d i n g t o x i c i t y i s a l s o i m p o r t a n t b e c a u s e a t l e a s t fi v e d a y s o f b i o r e m e d i a t i o n w a s r e q u i r e d i n t h e Z e n g e t a 1 . [ 7 ] t o r e m o v e 1 0 o f t h e 2 5 b y p r o d u c t s p r o d u c e d ( 4 0 % ) . A s s u c h , w a t e r - s o l u b l e b y p r o d u c t s c o u l d , p o t e n t i a l l y , b e t r a n s p o r t e d t h r o u g h g r o u n d w a t e r b e f o r e b i o r e m e d i a t i o n c o u l d e f f e c t i v e l y r e d u c e t o x i c i t y . B i o r e m e d i a t i o n c o u l d n o t r e m o v e t h e r e m a i n i n g 6 0 % f r o m t h e Z e n g e t a 1 . [ 7 ] p r o d u c t l i s t e v e n a f t e r 2 0 d a y s o f t r e a t m e n t . 3 . 3 R e s e a r c h F o c u s T h e g o a l f o r t h i s r e s e a r c h w a s t o i d e n t i f y t h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d d u r i n g p y r e n e s o i l o z o n a t i o n . O n e m a j o r a r e a o f i n t e r e s t w a s t o d e t e r m i n e i f e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s s u c h a s t e m p e r a t u r e , s o i l m o i s t u r e , a n d p H w o u l d a f f e c t p y r e n e d e c o m p o s i t i o n a n d b y p r o d u c t f o r m a t i o n . T h e s t u d y c o n s i s t e d o f t w o p h a s e s . P h a s e 1 w a s t h e H P L C a n a l y s e s o f d r y , 5 % m o i s t u r e , a n d 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l a t v a r i o u s c o n d i t i o n s . T h e p H l e v e l s t e s t e d w e r e p H 2 , 6 , a n d 8 a n d t h e t e m p e r a t u r e s e v a l u a t e d w e r e 1 3 ° C a n d 2 5 ° C . E x t r a c t s u s i n g a p o l a r s o l v e n t w e r e u s e d t o r e m o v e f r o m t h e s o i l , p r o d u c t s t h a t w o u l d b e c o m e m o b i l e i n 7 3 g r o u n d w a t e r . A n o n - p o l a r s o l v e n t w a s u s e d t o e x t r a c t a b l e p r o d u c t s t h a t w o u l d r e m a i n b o u n d t o t h e s o i l . I n p h a s e 2 , t h e s o i l e x t r a c t s w e r e f r a c t i o n a t e d u s i n g t h e H P L C a n d t h e f r a c t i o n c o m p o n e n t s w e r e i d e n t i fi e d u s i n g G C / M S . 3 . 3 . 1 M a t e r i a l s C h e m i c a l s . P y r e n e w a s p u r c h a s e d a t a p u r i t y o f 9 8 % f r o m S i g m a C h e m i c a l ( S i g m a C h e m i c a l , S t . L o u i s , M O ) . T w o c o m p o u n d s , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , w e r e s y n t h e s i z e d b y J o s e p h W a r d ( M S U D e p a r t m e n t o f O r g a n i c C h e m i s t r y , E a s t L a n s i n g , M I ) . T h e s y n t h e s i s m e t h o d f o r t h e c o m p o u n d s i s d i s c u s s e d i n d e t a i l i n C h a p t e r 4 . S o i l . M e t e a s o i l w i t h a 3 0 0 p p m p y r e n e c o n c e n t r a t i o n w a s o z o n a t e d u s i n g t h e m e t h o d s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 . T h i s t r e a t e d s o i l w a s t h e n u s e d f o r H P L C a n d G C / M S s t u d i e s . 3 . 3 . 2 M e t h o d s E x t r a c t i o n . D i r e c t e x t r a c t i o n w a s u s e d t o r e c l a i m p y r e n e a n d o z o n a t i o n b y p r o d u c t s f r o m s o i l [ 1 1 , 1 2 ] . D i r e c t e x t r a c t i o n i s r e p o r t e d t o r e s u l t i n r e m o v a l e f fi c i e n c i e s s t a t i s t i c a l l y s i m i l a r t o o r b e t t e r t h a n t h e S o x h l e t e x t r a c t i o n m e t h o d f o r P A H c o m p o u n d s f r o m c o a l t a r c o n t a m i n a t e d s o i l [ 1 3 ] . A d r y w e i g h t o f 7 . 6 g o f s o i l w a s w a s h e d i n 2 0 0 m l o f a c e t o n i t r i l e ( A C N ) o r D I w a t e r . T h e p u r p o s e f o r t h e A C N e x t r a c t w a s t o r e m o v e f o r a n a l y s i s a n y o r g a n i c c o m p o u n d s t h a t w o u l d r e m a i n b o u n d t o s o i l p a r t i c l e s a f t e r o z o n a t i o n . T h e D I e x t r a c t w a s u s e d t o r e m o v e f r o m t h e s o i l a n y c o m p o u n d s t h a t w o u l d b e a b l e t o d i s s o l v e i n t o g r o u n d w a t e r a n d p o t e n t i a l l y t r a v e l t o n e a r b y a q u i f e r s y s t e m s . T h e fl a s k s w e r e s h a k e n i n t h e s o l v e n t f o r 3 h o u r s a t 1 5 0 c y c l e s p e r m i n u t e . F o l l o w i n g t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e , 1 7 4 m l o f l M H 2 8 0 4 w a s a d d e d t o t h e fl a s k t o e n c o u r a g e s e t t l i n g o f t h e s u s p e n d e d s o l i d s . T h e c o n t e n t s o f t h e fl a s k s w e r e t h e n a l l o w e d t o s e t t l e f o r 2 4 h o u r s . M a s s b a l a n c e s f o r t h e p y r e n e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e y i e l d e d b e t w e e n 9 5 — 9 7 % p y r e n e r e c o v e r i e s f r o m s o i l . F o r e a c h e x p e r i m e n t , p y r e n e w a s e x t r a c t e d f r o m u n t r e a t e d c o n t a m i n a t e d s o i l f o r u s e a s a s o i l c o n t r o l . B o t h A C N a n d D I e x t r a c t s w e r e a n a l y z e d u s i n g r e v e r s e - p h a s e h i g h p r e s s u r e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( R P - H P L C ) . R P - H P L C A n a l y s i s . A G i l s o n H P L C u n i t ( W o r t h i n g t o n , O H ) , U V d e t e c t o r ( M o d e l 1 1 6 ) , a n d a n A l t i m a C 1 8 r e v e r s e p h a s e c o l u m n ( 5 I I M ) w i t h d i m e n s i o n s 4 . 6 x 2 5 0 m m w a s u s e d f o r H P L C A n a l y s i s ( A l l t e c h C o . , D e e r fi e l d , I L ) . T h e e f fl u e n t w a s m o n i t o r e d a t 2 5 4 n m w a v e l e n g t h . P u r e A C N ( 9 9 . 8 % p u r i t y ) a n d H P L C g r a d e w a t e r w e r e u s e d a s t h e m o b i l e p h a s e s . T h e l i n e a r g r a d i e n t u s e d f o r t h e m o b i l e p h a s e w a s 2 5 % : 7 5 % A C N : d e i o n i z e d ( D I ) w a t e r a t t h e t i m e o f i n j e c t i o n a n d h e l d f o r 3 m i n u t e s . I t w a s t h e n l i n e a r l y i n c r e a s e d t o 9 0 % : 1 0 % A C N : D I w a t e r o v e r 5 m i n u t e s , h e l d a t 9 0 % : 1 0 % A C N : D I w a t e r f o r 1 0 m i n u t e s , a n d l i n e a r l y d e c r e a s e d t o 2 5 % : 7 5 % A C N : D I w a t e r o v e r 5 m i n u t e s . T h e m o b i l e p h a s e w a s h e l d f o r a n a d d i t i o n a l 5 m i n u t e s a t t h i s r a t i o . T h e t o t a l r u n t i m e w a s 2 8 m i n u t e s . A l l e x t r a c t s w e r e r u n i n t r i p l i c a t e . G a s C h r o m a t o g r a p h y M a s s S p e c t r a ( G C / M S ) S a m p l e P r e p a r a t i o n . S o i l e x t r a c t s w e r e f r a c t i o n a t e d t o s e p a r a t e s i g n i fi c a n t p e a k s u s i n g t h e H P L C m e t h o d d e s c r i b e d a b o v e . T h e o z o n a t e d s a m p l e s a n d f r a c t i o n s w e r e t h e n r o t a r y e v a p o r a t e d ( B u c h i W a t e r B a t h w i t h R o t a v a p o r , W e s t b u r y , N Y ) a n d d r i e d t o r e c o v e r t h e s o l i d b y p r o d u c t . T h e b y p r o d u c t f r a c t i o n s w e r e r e - s u s p e n d e d i n A C N a n d i n j e c t e d i n t o a 7 5 V a r i a n C h r o m p a c k 2 0 0 0 S a t u r n G C / M S . T h e t e m p e r a t u r e p r o g r a m f o r t h e G C / M S i s p r e s e n t e d i n T a b l e 3 . 4 . T a b l e 3 . 4 . T e m p e r a t u r e p r o fi l e f o r G C / M S m e t h o d T e m p e r a t u r e I n c r e m e n t R a t e H o l d T i m e T o t a l R u n T i m e ( ° c / m i n ) ( m i n u t e s ) ( m i n u t e s ) 1 0 0 ° C - 2 2 2 2 0 ° C 2 0 ° c 0 8 2 6 0 ° C 5 ° C 2 1 8 3 0 0 ° C 2 0 ° 2 2 2 3 . 4 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 3 . 4 . 1 P y r e n e a n d c o n t r o l H P L C c h r o m a t o g r a m s T h e R P - H P L C m e t h o d e l u t e d t h e m o r e p o l a r c o m p o u n d s f r o m t h e c o l u m n fi r s t b y s t a r t i n g w i t h a 2 5 % : 7 5 % a c e t o n i t r i l e : w a t e r m o b i l e p h a s e a t t h e t i m e o f i n j e c t i o n . T h e m o b i l e p h a s e w a s l i n e a r l y i n c r e a s e d t o a s o l v e n t m i x t u r e o f 9 0 % : 1 0 % a c e t o n i t r i l e : w a t e r t o e l u t e t h e m o r e p o l a r o r g a n i c c o m p o u n d s . T w o s y n t h e s i z e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s ( M S U D e p a r t m e n t o f O r g a n i c C h e m i s t r y , E a s t L a n s i n g , M I ) a n d a p y r e n e s t a n d a r d w e r e a v a i l a b l e t o u s e a s c o n t r o l s . T h e fi r s t s y n t h e s i z e d c o m p o u n d ( 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ) w a s b i p h e n y l - l i k e w i t h f o u r — C O O H f u n c t i o n a l g r o u p s a n d e l u t e d a f t e r 2 . 0 3 : 0 . 1 m i n u t e s ( F i g u r e 3 . 4 a ) . T h e s e c o n d s y n t h e s i z e d c o m p o u n d , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , w a s b i p h e n y l - l i k e w i t h f o u r — C H O f u n c t i o n a l g r o u p s . 7 6 I I I J l I I I I l I I I I l I I I I l I _ I I I l I I I I l I I I I l L L _ J I l I I I I I I I l I I I I l I I I I I I I l I l I I I I l I l I l l l l I I l l l l l l l l l l l l l l 1 1 1 1 1 1 1 l l l l 1 1 l l 1 1 1 1 A J l I l l l l l l J l l l l I l L l l l l l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L I t l l l l l l l l r l l l l l l l l 2 l 4 l l l l l I l l l i l l l j l l l l l 6 l a l I I I I I I l l l l I l l ] l l l l l l l l l l l l l 1 0 1 2 l 1 l l I I I I T I I 4 l 1 l 6 l l i i l l l l I I l l l l l l I 1 I 0 l 2 l o l l l l l l l l l 2 l 2 l l l l l l I I ' I 2 I 4 I I I I I I I I I 2 I 5 I I I I I I I T T 3 0 0 2 0 0 ‘ O O T W W W Y V W W W W W W W W T W W W W W 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 L C D . 6 0 0 B 5 0 0 4 0 0 — — 1 ( 0 < 3 ( 3 2 0 0 1 0 0 L A I C D W 8 0 0 6 0 0 4 0 0 q u _ I T 2 0 2 4 e e 1 0 1 2 ' 1 4 1 e 1 8 2 0 2 2 2 4 1 2 6 F i g u r e 3 . 4 H P L C c h r o m a t o g r a m s f o r ( a ) 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , ( b ) 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , ( c ) p y r e n e s t a n d a r d . 7 7 T h i s c o m p o u n d e l u t e d f r o m t h e c o l u m n a f t e r 9 . 8 — 1 0 . 2 m i n u t e s ( F i g u r e 3 . 4 b ) . T h e p y r e n e s t a n d a r d ( 9 8 % p u r e , S i g m a C h e m i c a l ) h a d a r e t e n t i o n t i m e o f a p p r o x i m a t e l y 1 8 . 6 i 0 . 4 m i n u t e s ( F i g u r e 3 . 4 c ) . A i r s t r i p p i n g a n d o x y g e n s t r i p p i n g c o n t r o l e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e i f e i t h e r o f t h e g a s e s c o u l d r e d u c e t h e p y r e n e c o n c e n t r a t i o n i n s o i l . T h e g a s e s w e r e s p a r g e d t h r o u g h t h e s o i l r e a c t o r f o r 2 4 h o u r s a t c o n d i t i o n s i d e n t i c a l t o t h e o z o n a t i o n s y s t e m . C h r o m a t o g r a m s f r o m t h e o x y g e n - s p a r g e d a n d t h e a i r - s p a r g e d s o i l m a t c h e d t h e p y r e n e c o n t r o l ( s o i l e x t r a c t ) . F i g u r e 3 . 5 a — c a n d F i g u r e 3 . 6 a — c s h o w t h e c h r o m a t o g r a m s f o r t h e A C N a n d t h e D I e x t r a c t s f o r p y r e n e s o i l c o n t r o l , o x y g e n s t r i p p e d p y r e n e s o i l a n d a i r - s t r i p p e d p y r e n e s o i l , r e s p e c t i v e l y . T h e s e e x p e r i m e n t s i n d i c a t e d t h a t n e i t h e r a i r n o r o x y g e n w a s a b l e t o r e d u c e t h e p y r e n e t h e i n s o i l . 3 . 4 . 2 H P L C C h r o m a t o g r a m s O z o n a t e d S o i l T h e c h r o m a t o g r a m f o r t h e 5 % m o i s t u r e s o i l ( p H 6 ) i s a g o o d r e p r e s e n t a t i o n o f t h e D I e x t r a c t c h r o m a t o g r a m s o b t a i n e d f o r t h e v a r i o u s s o i l c o n d i t i o n s e v a l u a t e d ( F i g u r e 3 . 7 ) . I n t h e c h r o m a t o g r a m , a l a r g e p e a k e l u t e d a f t e r 2 m i n u t e s . A s h i g h e r o z o n e d o s e s w e r e a p p l i e d t o t h e s o i l , t h i s p e a k i s o b s e r v e d t o i n c r e a s e i n a r e a . T h e s e c o n d n o t a b l e p e a k e l u t e d a f t e r 4 m i n u t e s a n d d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g o z o n e . I n t h e D I e x t r a c t f o r p y r e n e s o i l ( n o n - o z o n a t e d ) , t h e s a m e t w o p e a k s w e r e d e t e c t e d ( R e f e r t o F i g u r e 3 . 6 a ) . T h e p e a k e l u t i n g a t 2 m i n u t e s i n t h e n o n - o z o n a t e d s o i l w a s s i g n i fi c a n t l y s m a l l e r t h a n t h e 2 m i n u t e p e a k i n t h e o z o n a t e d s o i l . T h e p e a k i n t h e n o n - o z o n a t e d s o i l a t 4 m i n u t e s w a s s i m i l a r i n 7 8 . . A " - 1 z o o - ' 5 I 6 0 0 - : i . 0 0 3 2 4 6 a 1 0 1 2 1 4 1 6 t ! 2 0 2 2 2 4 2 6 . 1 B l — . ‘ J u 1 0 0 0 - : 5 E l 6 0 0 - : 5 . 4 0 0 1 : d d - 1 2 4 6 B 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 . . l " 5 C 1 1 0 0 - 3 . 1 2 ‘ 2 0 0 0 1 : 4 0 0 — ; 2 4 6 0 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 6 2 6 F i g u r e 3 . 5 A c e t o n i t r i l e e x t r a c t s f r o m 2 4 h o u r o x y g e n a n d a i r s p a r g e d p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l ( a ) p y r e n e s o i l , ( b ) o x y g e n - s p a r g e d p y r e n e s o i l , ( c ) a i r - s p a r g e d p y r e n e s o i l . 7 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I I I I I I I I I I M y I 1 . 0 O O T > E i l l l l l l l l O O ‘ O 1 I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 I N O " " " ' ” " " " " ” " ” " " " ' ” " " " ' " " " " " " " " ' " " " " " " " " " " " " " " " " " ” " ' ” ” ” n g § 1 ’ . a n I I 0 3 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 O O . O 2 6 1 0 0 0 : 1 C 0 0 0 % ' : 5 . C O O H : ‘ E 4 0 0 — : E : 1 2 0 0 : " 8 I O 2 0 2 2 2 4 2 6 F i g u r e 3 . 6 D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t s f r o m 2 4 h o u r o x y g e n a n d a i r s p a r g e d p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l ( a ) p y r e n e s o i l , ( b ) o x y g e n - s p a r g e d p y r e n e s o i l , ( c ) a i r - s p a r g e d p y r e n e s o i l . 8 0 1 0 0 0 ' : z o o - E c o o - E 1 0 0 % z o o : ‘ A Y I I I H I H H I I I I I J H I u n n l m q r n q n n f r n l l n n I ‘ W I F ” q n n p n q n n l - ” w i l l r - n n n ” I I I a . , 0 . 2 . . . 5 . L 1 2 3 1 . . 1 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 u n g i fl l l l fl l l u u l l l l I l l ” I I I I I H H U I I I I I I V ‘ H I I U I I " H l l l l l l ' H F I I n l l l " " l l I I I l ‘ ” V W I I I H W U U I I ' I U I I H U ' ” ‘ I I I I I I ‘ H W H H I 4 6 I n o : 2 u 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 1 0 0 0 p 8 0 0 6 0 0 ‘ ‘ 0 0 z o o A _ ' W I ] ! [ I l g t f l l l n n l n I Q H I I é U U I I I H W H I I U [ l l n q n n l n l I l l I I I I I o I I l i i l l l n r q n n l r n I l r l l l p i fl l t n n r l n l r n u r n l l l n l l n n n 1 ] 3 n o 1 2 u 1 6 u 2 0 2 2 2 4 2 6 I I F i g u r e 3 . 7 D I e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e ( P H 6 ) p y r e n e c o n t a m ' t ' ( a ) 2 . 2 m g O z / P p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / p p m p y r . m a e d 8 0 1 1 ' 8 1 s i z e t o t h e l o w 0 3 d o s e ( 2 . 2 m g O 3 / m g P y r ) s o i l b u t l a r g e r t h a n t h e 4 m i n u t e p e a k s i n t h e o z o n a t e d s o i l s > 3 . 8 5 m g O 3 / m g P y r d o s e . A s e t o f p e a k s e l u t i n g a t 7 . 2 , 7 . 6 , a n d 7 . 8 m i n u t e s i n t h e o z o n a t e d D I e x t r a c t s a r e i d e n t i fi e d a s t h e t r i p l e t p e a k s i n t h e c h r o m a t o g r a m s . T h e t r i p l e t p e a k s a r e i n t e r e s t i n g b e c a u s e t h e p e a k s w e r e c o n s i s t e n t l y p r e s e n t i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l e x t r a c t s a n d t h e d r y s o i l ( p H 2 ) . T h e t h i r d p e a k i n t h e t r i p l e t s e t d e c r e a s e d i n a r e a w i t h i n c r e a s i n g o z o n e , w h i l e t h e r e m a i n i n g t w o h a d a s m a l l i n c r e a s e i n a r e a . T h e t r i p l e t p e a k s w e r e t h e m o s t p r o m i n e n t i n t h e 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s a n d w e r e e i t h e r n o t d e t e c t e d , o r w e r e v e r y s m a l l , i n t h e d r y s o i l c h r o m a t o g r a m s ( p H 6 , p H 8 ) . F i g u r e s 3 . 8 a n d 3 . 9 a r e t h e D I e x t r a c t c h r o m a t o g r a m s f o r d r y a n d 1 0 % m o i s t u r e s o i l a t p H 6 , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e 3 . 1 0 i s a n e x a m p l e o f t h e H P L C c h r o m a t o g r a m f o r t h e 5 % m o i s t u r e s o i l ( p H 6 ) A C N e x t r a c t . I n t h e A C N e x t r a c t , t h e m o s t p r o m i n e n t p e a k w a s t h e p y r e n e p e a k o c c u r r i n g a t 1 8 . 6 : t 0 . 2 m i n u t e s . T h e a r e a f o r t h i s p e a k d e c r e a s e d a s o z o n a t i o n t i m e i n c r e a s e d . T h e d r y s o i l ( p H 6 ) e x h i b i t e d t h e f a s t e s t r e d u c t i o n i n p y r e n e w h i l e t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l ( p H 6 ) h a d t h e s l o w e s t p y r e n e r e m o v a l ( F i g u r e 3 . 1 1 a n d F i g u r e 3 . 1 2 ) . M i n o r p e a k s e l u t e d a fi e r 2 m i n u t e s a n d b e t w e e n 6 - 1 4 m i n u t e s r e t e n t i o n t i m e . I n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s , a p e a k a t 1 1 . 8 m i n u t e s w a s a l s o p r e s e n t i n t h e c h r o m a t o g r a m s . D u e t o t h e s i m i l a r i t y i n t h e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m s f o r t h e s o i l s t e s t e d , a l l o f t h e c h r o m a t o g r a m s a r e p r o v i d e d i n A p p e n d i x B . T h e c h r o m a t o g r a m s i n c l u d e d i n t h e a p p e n d i x a r e f o r t h e s o i l s a t t h r e e s a t u r a t i o n l e v e l s ( 0 , 5 % a n d 1 0 % ) , t h e t h r e e p H l e v e l s o f p H 2 , 6 a n d 8 , a n d t h e t w o t e m p e r a t u r e s e v a l u a t e d ( 1 3 ° C a n d 2 5 ° C ) . 8 2 I I I I I I I I H H I I H 2 P ” ‘ I I U I I 4 H H F W I P I I 6 [ [ I U I I I 3 I I T H I I I 1 H 0 ' [ I H I ' ‘ 1 ” 2 H 1 I 4 I l l [ H I ' n H o I I I I H I H 1 8 I I I I U I [ 2 H 0 i l l ] [ I W I I I I I I 2 I 2 I 2 I 4 I H I I I I I 2 H 6 I I ” 1 ] a n 1 0 0 0 - " 1 1 1 1 1 1 1 > c a 0 O 0 1 O 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1 l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 § 0 O k 2 0 0 I a I I I H H I W U I I U T V ' H I T T U I T T ' T I ' I I I I T T V ' I U U I ” H U U U W W I H H F W ' I I I I I I H ' I I H H I H H I U H [ H I T I I U T I H H I I I I I I ' I W I T T I I I H H I H H I 2 4 5 - 8 n o : 2 : 4 a s 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 1 0 0 0 : 0 0 0 1 1 1 : 6 0 0 : 3 4 0 0 : : : 1 2 0 0 ; 1 A A fi r l r n u n t q f l n i n l q r a n H I I I H H I H U I I H I I H U I I H I V ” I I H I I I H H I I I H I I H I ] ! ! ! I I I ” I I W U I H I I I I H I I H I I I I H I I ' W T I F U I I I I I I I I H U 4 5 8 I O 1 2 1 4 [ 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 ' 1 0 0 0 - . 5 C 0 0 0 - 3 : E c o o - 5 ‘ 3 . 3 ‘ 0 0 - ; F i g u r e 3 . 8 D I e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O a / p p m p y r , ( b ) 3 - 8 5 m g 0 3 / m e p y r . ( c ) 1 6 m g 0 3 / m e p y r . 8 3 1 0 0 0 ' : A 8 0 0 — : G o o - E 4 0 0 — } : ' 7 : 2 0 3 A T T T T I I I T I I I I I T I T I T a I I I I T I T T T T I T T T T I I I I I I T I I I I T Y T T I u T T T T T T I T I c I o I I I I I o I I I T T i T o n u l l i a t l i I l i r a a I T l I T T V I T T T T I T I I T I I I I I I I I I I ' I I I T I T F I I I I O I I 2 4 2 6 4 6 a t o 1 2 I 4 : 6 1 8 . 2 0 2 2 1 0 0 B ‘ 0 0 5 0 0 3 4 0 0 — 3 a J W 2 0 0 = A T T T T I I T I I l I I T I I I I T I I v I I I I T I I T I I I I I I T I I I I T I I I I r T T r T T I T T i r I I T I T I I I [ T T T T T I T I I ‘ T t 1 1 ‘ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' 1 1 1 1 1 1 1 I X I T I I T I T 1 1 1 . 1 1 T 1 l l T l I l I l o I I I I I I I I I I I 2 4 . 8 I O 1 2 H l 6 1 ! 2 0 2 2 2 4 2 5 1 0 0 0 - ; C l o o - 5 ‘ 6 0 0 — : 4 0 0 - 5 1 1 1 1 . 1 1 1 1 l 1 1 1 1 ' 1 1 1 l I 1 7 7 I I I T T T I T T I I I T I I I ] 1 1 1 1 ' 1 1 1 1 I I I I I I ‘ T T T T T T I T T T T T T T T T T T I T I I I I I I T o I T T T F ’ T I I O . 1 7 4 I I T T T I I K I I T ' T I l i l I I I I ‘ I I I I I K I I I I T I I I I 2 0 5 8 1 " . ) l 2 H 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 F i g u r e 3 . 9 D I e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a t ) 2 . 2 m g O s / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g 0 3 / m e p y r . ( c ) 1 6 m g O s / p p m p y r . 8 4 ' 1 1 . I i l a l l l l l l l l l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] ! 1 1 1 2 1 2 1 . | 2 I 0 I I I I I I I I I I I I I I I I J I o t 1 1 0 0 0 1 : . 1 8 0 0 4 0 0 1 J 0 1 O O 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 i D O 0 “ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 “ s c a r e s 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 * 1 1 1 1 1 1 1 1 N O O I I I I I I T I I I I I I I I I I I I I 2 4 1 0 0 0 ( 3 4 0 ' 2 0 ‘ 1 4 1 0 I . 2 0 2 2 2 4 2 6 F i g u r e 3 . 1 0 A C N e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . 8 5 O O O s o c - g ( s o c - E 4 0 0 i : g _ / \ 2 ° _ 1 1 H I I I I I I U H I H I I I ” I I I I I I T I T W T I T U I I H W I T 1 1 T I I ' W I T T U I V ” I W I I I H H I ' H I I T “ w T T I I “ ” I ” I I I ” ! I I n f T I I I I H I I I I I I H H I - H I I I ‘ H I ' I I I I 2 1 3 1 o 1 2 1 4 1 5 1 a 2 0 2 2 2 4 1 0 0 B 8 0 0 6 0 4 0 0 a A A ‘ A 2 0 0 — T I I I H H I H I I l l I I I I Y W I I I I I I G I H H I I T U I T I H I H U I ” ! I I H H I I I I I ] I I H I I H I I I H I I H H I H ” I 1 ” 1 ] ” a n I I I I I H I H I I I I I I [ I N H I I I H I I H I I H I I I 4 1 o 1 2 1 4 1 6 1 a 2 0 2 2 2 4 1 0 0 0 - : C c o o - ' 5 ' 6 0 0 - ; 4 0 0 A 2 0 0 m u n ] a n I I I H I ' H I I I I H I I U [ I n ] [ [ 1 1 1 I I I ” ; [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I l t r n r n t r l n n r n n l n n 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r l r l n l n n l n n p n t l l n l l l n l l t n q 4 6 8 1 o 1 2 1 4 1 o 1 8 2 0 2 2 F l g u r e 3 1 1 A C N e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m m a t e d $ 0 1 1 ( a ) 2 2 m g O s / p p m p y r ( b ) 3 8 5 m g 0 3 / m e p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / m e p y r 8 6 1 0 0 0 - 5 6 6 0 0 0 0 - - 5 5 2 0 1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 — - - : : 5 3 5 I I I I I 2 I H H I I I H I I I I 4 z 0 o 0 1 o - E W T I H I H H W 2 I I F I H I I I H I I 4 0 — : C I I 0 s . z 0 o o o 0 c o o - - - - : i E j I U I I H I I Z I H I I I H T T I H I ” H I T H ! 6 I I I I U H I U U I I I I H 1 1 H H I ” H U 1 I o T I H I I I I H I I H I I I H I I 1 I 1 0 ‘ " I T I I 1 F _ J I H I I U I 1 I T 1 4 T 6 1 T 1 I 7 1 1 1 I 1 1 1 1 T I H I I I U H I H W I I U I I H U 1 1 H I T I I I I I I I H [ I I I I I I I M 2 I 2 I I I T I U I I I I H I 1 H 6 J I 1 a I I H T I 2 I 2 I H I I I I I H 6 I I I I T H I I I I U I H U I I I U I U u l I l T 6 s T 1 I 0 I I I U I H 1 I 1 U I I 1 2 U H 4 I H W I ” 1 I I h n l l i U 2 6 I U I 6 I I I W U M 2 1 I 1 4 I H I I I H H 4 “ I T " T " ' I H I “ 2 T R I 4 1 1 E I u I U U I I I W I I U L I I H I I 1 I 1 H U I 1 H T I T U I I T T U I 1 I N I a t h l l h I 2 2 2 4 2 6 F i g u r e 3 . 1 2 A C N e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d $ 0 1 1 . 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A p y r e n e s t a n d a r d G C / M S r e f e r e n c e s p e c t r u m w a s a v a i l a b l e i n t h e S a t u r n G C / M S d a t a b a s e . Y a o [ 3 ] d i s s e r t a t i o n r e s e a r c h w a s a n e x t e n s i v e s t u d y i d e n t i f y i n g p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i n 9 0 % : 1 0 % a c e t o n i t r i l e : w a t e r a n d p r o v i d e d G C / M S s p e c t r a . T h i s r e s e a r c h c o u l d b e u s e d a s a r e f e r e n c e f o r t h e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . T h e H P L C p e a k s w e r e f r a c t i o n a t e d i n t o 1 5 s e c t i o n s ( F i g u r e 3 . 1 3 ) . T h e c o m p o u n d s i d e n t i fi e d w e r e c o n s i s t e n t w i t h P a t h w a y 1 p y r e n e s o i l o z o n a t i o n b y p r o d u c t s a n d p o s s i b l y t w o n e w c o m p o u n d s o r i g i n a t i n g f r o m P a t h w a y 2 ( F i g u r e 3 . 1 4 ; T a b l e 3 . 5 ) . T h r e e o f t h e b y p r o d u c t s p r o p o s e d f o r a q u e o u s o z o n a t i o n [ 3 - 5 ] w e r e n o t f o u n d i n t h i s s t u d y . T h e G C / M S s p e c t r a f o r a l l c o m p o u n d s d e t e c t e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x C . F r a c t i o n 1 ( F 1 ) a n d F 8 e l u t e d a fi e r 2 m i n u t e s f r o m t h e H P L C c o l u m n . T h e c o m p o u n d s i n t h i s p e a k w e r e i m p o r t a n t t o i d e n t i f y b e c a u s e t h i s p e a k a p p e a r e d t o c o n t a i n t h e m a j o r p y r e n e o x i d a t i o n b y p r o d u c t o r b y p r o d u c t s p r o d u c e d . T h e G C / M S d e t e c t e d t h e p r e s e n c e o f t w o c o m p o u n d s w i t h t h e m o l e c u l a r w e i g h t s o f M W 2 8 2 a n d M W 3 3 0 . T h e p o l a r i t y o f t h e s e c o m p o u n d s w o u l d s u g g e s t t h a t t h e y w i l l r e a d i l y d i s s o l v e i n t o g r o u n d - 8 8 ' 1 1 ” I 1 1 1 ” 2 I W I I I " I I ” H I I I I I I H I I I I [ I [ I T I I I I I H I I H I I I H I 4 5 1 0 H H I I I I I 1 I 2 I 1 I 4 H I I I I I H 1 I 6 I H l I I I I I I U I I I I [ I I I I I T I I H I I I 1 a ' 2 0 2 2 I U I I F I 2 4 H I H ” I I ” I I U H I I I I I B 8 r — — 9 — ' — 1 1 0 r 1 . 1 1 fl W ‘ _ A A [ H I I I H I I I I H I H H I U I I I I H I I I I I I I I I I I I I H T I H I I I T U I I I I I I I H H I I l l l I l l l I I I H I I I H l I l H I I U I I I I I I I I H U I H I H I U U I I I I [ I I I H I I I I I I H H I I I I I 4 6 8 1 o 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 C 1 5 1 4 r 1 2 1 r 1 3 ' ' fi n l n u l n n l l I I I I H I I I H I I I H I I I I I I I I I ” I I H H I H H I U H I H I I I ” I T I U U I ” 1 1 ] ” ! I I I I H I H H I U H I H U I I ” I ' l ‘ n l n n z l ‘ u q ‘ ” H a u n l u u l 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 F i g u r e 3 . 1 3 F r a c t i o n s c o l l e c t e d f o r G C / M S a n a l y s i s . ( a ) D 1 e x t r a c t s f r a c t i o n s c h e m e 1 ; ( b ) D I e x t r a c t s f r a c t i o n s c h e m e 2 ; ( c ) A C N e x t r a c t s . 8 9 O H C 0 1 - 1 C O O H O . o I 1 1 ( A ) I I ( B ) 1 1 1 ( A ) M W 2 0 2 M W 2 2 2 M W 2 2 2 M W 2 3 2 O H C C H O O H C c o o n 0 0 H H 0 0 0 0 1 1 , 0 1 1 1 1 1 ( B ) I V ( A ) v I V ( B ) M W 2 5 0 M W 2 3 4 M W 2 5 0 M W 2 5 2 O H C C H O C O O H o n e C O O H H O O C C O O H 9 < 9 < 9 o 6 C O O H C O O H O H C C H O . O H C C H O O V I I v 1 M W 2 6 6 v m ( A ) V I I I ( B ) M W 2 5 4 M W 2 8 2 M W 2 8 2 0 0 0 H O H C C O O H H O O C C O O H O H C C H O i : \ r E H o o c 0 0 0 1 4 O H C C H O H O O C c o o n H O O C 0 0 0 1 1 X x 1 1 x ( A ) [ X ( B ) M W 2 9 8 M W 2 9 8 M W 3 1 4 M W 3 3 0 F i g u r e 3 . 1 4 B y p r o d u c t s f r o m o z o n a t i o n i n p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a S o i l 9 0 T a b l e 3 . 5 . G C / M S i o n p e a k s f o r t h e s o i l o z o n a t i o n b y p r o d u c t s C o m p o u n d M W R e t e n t i o n T i m e M a j o r I o n P e a k s I D ( m m u t e s ) I 2 0 2 1 6 . 5 9 9 1 1 2 0 2 , 1 0 1 ( m / z = 1 0 0 % ) 1 5 . 5 3 7 2 0 2 , 1 0 1 ( 1 0 0 % ) I I A / B 2 2 2 1 1 . 9 6 4 2 2 2 , 2 2 1 ( 1 0 0 % ) , 2 0 7 , 1 4 3 I I I ( A ) 2 3 2 1 6 2 3 1 2 3 2 , 1 1 7 ( 1 0 0 % ) I I I ( B ) 2 3 4 ' 2 3 4 , 2 3 2 , 1 1 7 ( 1 0 0 % ) I V N E 2 5 0 4 . 6 5 0 2 5 0 , 2 4 8 ( 1 0 0 % ) , 2 3 4 , 2 2 1 , 2 0 6 , 1 9 6 v 2 5 2 1 5 . 8 4 6 2 5 2 ( 1 0 0 % ) , 2 3 7 , 2 2 5 , 2 0 7 , 1 8 4 , 1 1 9 v 1 2 5 4 6 . 2 5 8 2 5 4 , 2 5 3 ( 1 0 0 % ) , 2 2 3 , 2 0 7 , 1 1 9 v 1 1 2 6 6 7 . 0 8 1 2 6 7 ( 1 0 0 % ) , 2 5 3 , 2 3 7 , 2 2 3 , 2 0 7 , 1 9 3 , 1 1 9 1 8 . 6 4 a 2 6 7 , 2 3 7 ( 1 0 0 % ) , 2 0 7 , 1 8 1 , 1 5 3 , 7 3 9 . 3 7 6 2 8 2 ( 1 0 0 % ) , 2 6 7 , 2 5 2 , 2 2 1 , 1 4 7 V I " M B 2 8 2 1 5 . 5 5 1 2 8 2 , 2 6 7 , 2 5 0 , 2 3 4 , 2 2 1 ( 1 0 0 % ) , 1 4 7 I X M B 2 9 8 3 . 9 6 9 2 9 8 , 2 9 7 ( 1 0 0 % ) , 2 6 5 , 2 5 0 , 2 3 9 , 2 2 3 , 1 1 3 , 1 0 5 2 1 . 0 7 4 2 9 8 , 2 9 4 ( 1 0 0 % ) , 2 8 1 , 2 6 7 , 2 5 3 , 2 2 5 , 2 0 7 x 3 1 4 1 0 . 8 6 1 3 1 4 , 3 1 1 , 2 8 1 , 2 2 1 ( 1 0 0 % ) , 1 4 7 1 5 . 8 4 6 3 1 4 , 3 1 3 , 2 8 1 , 2 5 2 ( 1 0 0 % ) , 2 0 7 , 1 8 4 , 1 3 4 , 1 1 9 x 1 3 3 0 7 . 6 8 0 3 3 0 , 3 2 8 ( 1 0 0 % ) , 2 9 6 , 2 8 2 , 2 6 6 , 2 5 3 , 2 2 3 , 2 0 8 7 . 6 8 4 “ 3 3 0 , 3 2 7 ( 1 0 0 % ) , 3 1 1 , 2 9 7 , 2 8 1 , 2 6 7 , 2 5 3 , 2 3 9 a . G C / M S r e t e n t i o n t i m e f o r t h e s t a n d a r d o r s y n t h e s i z e d c o m p o u n d 9 1 w a t e r a n d w o u l d b e t r a n s p o r t e d t h r o u g h t h e a q u i f e r . T h e t o x i c i t y o f t h e s e c o m p o u n d s m a y a l s o d e t e r m i n e t h e e f fi c a c y o f r e m e d i a t i n g t h e s i t e t o n o n - t o x i c l e v e l s . C o m p o u n d V I I I A a n d C o m p o u n d V I I I B a r e t h e t w o p o s s i b l e c o n fi g u r a t i o n s f o r M W 2 8 2 . F i g u r e 3 . 1 5 i s t h e G C / M S s p e c t r a . T h e p o l a r i t y o f t h e m o b i l e p h a s e a t t h e 2 m i n u t e t i m e p o i n t , h o w e v e r , w o u l d s u g g e s t t h a t C o m p o u n d V I I I B i s t h e m o r e l o g i c a l c h o i c e . C o m p o u n d V I I I A i s a b i p h e n y l c o m p o u n d a n d w a s d e t e c t e d i n a p e a k w h e r e t h e m o b i l e p h a s e w a s m o r e n o n - p o l a r h a d a h i g h e r c o n c e n t r a t i o n o f A C N . T h i s c o m p o u n d w i l l b e a d d r e s s e d l a t e r i n t h e d i s c u s s i o n . I d e n t i fi c a t i o n o f C o m p o u n d X I ( 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ) i n F 1 a n d F 8 w a s f u r t h e r v e r i fi e d b y t h e H P L C c h r o m a t o g r a m f o r t h e s t a n d a r d p r e s e n t e d e a r l i e r i n t h e c h a p t e r ( R e f e r t o F i g u r e 3 . 4 a ) a n d t h e G C / M S s p e c t r a f o r t h e s y n t h e s i z e d s t a n d a r d . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s d e t e c t e d i n a q u e o u s o z o n a t i o n a s a b y p r o d u c t f o r m e d a t h i g h o z o n e d o s e s > 4 . 5 m o l O 3 / m o l p y r [ 4 ] . T h i s c o m p o u n d w a s a l s o a p r o d u c t p r o d u c e d b y o z o n a t i o n f o l l o w e d b y t h e a d d i t i o n o f h y d r o g e n p e r o x i d e i n s o l u t i o n [ 2 ] . E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] i d e n t i fi e d i n s o i l , b i p h e n y l - t e t r a m e t h y l e s t e r ( M W 3 8 6 ) , w h i c h i s t h e m e t h y l a t e d f o r m o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d . C o m p o u n d X I w a s o n e o f t h e s y n t h e s i z e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s e v a l u a t e d f o r t o x i c i t y i n C h a p t e r 4 . F i g u r e 3 . 1 6 i s t h e G C / M S s p e c t r a . O z o n a t i o n b y p r o d u c t s w i t h t h e M W r a n g e f r o m 2 2 2 t o 3 1 4 w e r e d e t e c t e d i n t h e f r a c t i o n s f r o m F 2 t o F 1 1 . T h e s e c o m p o u n d s c o n s i s t e d o f t h e p h e n a n t h r e n e - l i k e a n d b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s . T h e t r i p l e t p e a k s c o n t a i n e d t h r e e o f t h e b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s h a v i n g M W o f 2 8 2 ( C o m p o u n d V I I I A ) , 2 9 8 ( C o m p o u n d I X A ) , a n d 3 1 4 9 2 F i g u r e 3 . 1 5 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I I ( A ) o r C o m p o u n d V I I I ( B ) 9 3 ; 2 3 2 . n i w 6 7 3 9 ) % 3 7 1 4 ( 1 1 = $ $ 6 ( & 2 3 3 ; % 0 0 1 " J 5 7 J . l 1 l l 2 1 F T i r o s Q H 1 ' 5 2 2 " l l l 7 l " I 3 2 . l 1 i l z r ' i r l l l 1 1 r l L fi 5 7 ‘ . 1 1 ' " l l ' l 0 5 1 1 3 " 3 l 1 J J “ 1 l : 0 / 3 0 9 4 Y ‘ Y Y fi v r w v — v v a — r w v v v — v i v v v 2 5 2 1 1 L l 1 . F i g u r e 3 . 1 6 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d X I 9 5 l l l l L L L L l l L l 1 1 1 . . L l l l 9 7 1 5 6 1 H % 5 7 9 6 B P 3 2 8 ( 1 8 9 9 = 1 0 0 % ) 7 . 3 0 m ’ n . l 3 2 8 1 0 0 % 1 % 5 0 % 4 3 2 2 3 - i 2 0 8 2 5 % : 1 9 3 1 2 5 3 2 8 2 2 4 1 r fi l l L . 1 . 1 . 1 | l T v v v ‘ Y — I T v fi v v v v " l 2 5 6 2 9 6 0 0 / 3 l L l r - 1 1 l l l l l u . l l l l l l h n u l l l l L . 1 . l l L H J J l l I l l . L i l l l l l k ” 1 1 . 1 1 “ l 1 4 \ . . 1 ¥ 5 . ' ' ' 2 5 0 ‘ ' ' ' s t fi f i ' 2 6 0 F ' . 2 1 7 5 - - . ' 3 0 0 ’ 3 . 4 3 % . ” ; ( C o m p o u n d X ) . T h e b i p h e n y l c o m p o u n d s d e t e c t e d a r e c o n s i s t e n t w i t h o z o n a t i o n b y p r o d u c t s g e n e r a t e d i n v a r i o u s s o l v e n t s [ 2 , 4 ] . I n c o m p a r i s o n t o t h e r e s u l t s f r o m E b e r i u s e t a 1 . ( 1 9 9 7 ) , t h e m e t h y l a t e d f o r m o f C o m p o u n d V I I I ( A ) w o u l d b e t r i f o r m y l - b i p h e n y l - m e t h y l e s t e r ( M W 2 9 6 ) . C o m p o u n d V I ( b e n z e n e - t e t r a c a r b o x y l i c a c i d M W 2 5 4 ) w a s d e t e c t e d w i t h i n t h e i n F 5 ( F i g u r e 3 . 1 7 ) . T h i s c o m p o u n d w a s p r e d i c t e d t o o c c u r i n s o i l v i a P a t h w a y 2 b u t h a s n o t b e e n r e p o r t e d i n a q u e o u s s y s t e m s [ 6 ] . B e n e z e n e - t e t r a m e t h y l e s t e r ( M W 3 1 0 ) i s t h e m e t h y l a t e d f o r m o f C o m p o u n d V I i d e n t i fi e d i n t h e p r e v i o u s s a n d / s i l i c a s t u d y . F o r m a n y o f t h e G C / M S s p e c t r a , m / z 2 0 6 — 2 0 7 w a s d e t e c t e d a s a m a j o r i o n f r a g m e n t b u t d i d n o t c o n c l u s i v e l y p r e s e n t i t s e l f a s a n i n d i v i d u a l b y p r o d u c t p e a k . T h e c h e m i c a l s t r u c t u r e f o r t h i s m o l e c u l a r w e i g h t w o u l d b e s i m i l a r t o C o m p o u n d V I b u t w i t h t h r e e a l d e h y d e f u n c t i o n a l g r o u p s a n d o n e c a r b o x y l i c a c i d g r o u p . T h e f r a g m e n t f o r m / z 2 0 6 - 2 0 7 i n t h e m e t h y l a t e d f o r m w o u l d m a t c h t r i f o r m y l - b e n z e n e - m e t h y l e s t e r ( M W 2 2 0 ) i d e n t i fi e d i n E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] . I n F 6 , a c o m p o u n d w i t h t h e M W o f e i t h e r 2 3 2 o r 2 3 4 w a s d e t e c t e d . T h e t w o p o s s i b l e c o n fi g u r a t i o n s a r e C o m p o u n d I I I ( A ) f r o m P a t h w a y 2 o r C o m p o u n d I I I ( B ) f r o m P a t h w a y 1 . B o t h o f t h e s e c o m p o u n d s h a v e b e e n d e t e c t e d i n p y r e n e o z o n a t i o n s t u d i e s . E b e r i u s e t a l . [ 6 ] r e p o r t e d i d e n t i fi c a t i o n o f d i m e t h o x y - p y r e n e ( M W 2 6 2 ) w h i c h i s t h e m e t h y l a t e d f o r m o f C o m p o u n d I I I ( A ) . Y a o e t a 1 . [ 4 ] d e t e c t e d C o m p o u n d P ( R e f e r t o F i g u r e 3 . 2 ) a t h i g h o z o n e d o s e s . H e m e r [ 5 ] a l s o d e t e c t e d a n e w c o m p o u n d w h i c h h a s f o u r q u i n o n e - g r o u p s ( M W 2 6 2 ) i n s t e a d o f t h e t w o q u i n o n e - g r o u p s a s i n C o m p o u n d I I I ( A ) . Y a o e t a 1 . [ 4 ] r e p o r t e d t h e p r e s e n c e o f 4 , 5 - p h e n a n t h r e n e d i a l d e h d y e ( C o m p o u n d I I I B ) 9 7 F i g u r e 3 . 1 7 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I 9 8 2 I . ‘ 3 2 n i r r 1 3 2 6 1 ) 1 / ° 7 ) ¥ ( 1 1 = B t 0 1 2 ( 7 1 1 3 3 — j ; 6 - % / x 0 a 5 0 7 s 1 r l 1 1 1 r 5 1 2 1 2 1 . 5 1 1 1 . 2 I 1 1 1 1 1 1 2 I " l L 1 l l 1 1 1 . L 1 . l 1 " n i 1 ' 9 1 1 4 1 . . . 1 " . 1 9 . 7 . 1 1 1 1 1 1 . . 5 7 1 " E 1 M " 1 1 0 6 . 1 1 l 1 7 1 l 4 l 1 1 1 1 " 1 1 l 4 . 1 1 " 3 3 1 L 1 1 1 1 L 1 1 . 1 l 1 1 1 . . . 1 l 5 2 1 " " . 1 0 0 u l n h l l 1 3 0 1 l l u G 1 1 1 / l i O 9 9 . — 1 { . V r T Y Y Y V I Y Y 1 2 5 % . 2 0 7 - 1 2 1 7 1 i n a q u e o u s s o l u t i o n f o r l o w o z o n e d o s e s . Z e n g e t a 1 . [ 7 ] a l s o d e t e c t e d 4 , S - p h e n a n t h r e n e d i a l d e h y d e i n o z o n a t i o n o n g l a s s b e a d s a n d i n t h e b a t c h r e a c t o r . T h e G C / M S s p e c t r a s h o w e d a m a j o r i o n p e a k ( m / z ( 1 0 0 ° / o ) = 1 1 7 ) w h i c h m i g h t s u g g e s t a f r a g m e n t a t i o n p a t t e r n f o r C o m p o u n d I I I ( B ) ( F i g u r e 3 . 1 8 ) . A s t r o n g p e a k f o r m / z ( 5 0 % ) = 2 3 2 i s p r e s e n t i n t h e s p e c t r a , t h e r e f o r e , C o m p o u n d I I I ( A ) c o u l d n o t b e e l i m i n a t e d a s a p o s s i b l e s t r u c t u r e f o r t h e s p e c t r a . I n F 7 a n d F 1 3 , C o m p o u n d V I I ( 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ) w a s d e t e c t e d a m o n g t h e b y p r o d u c t s . T h e s t a n d a r d f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e e l u t e d f r o m t h e H P L C c o l u m n b e t w e e n 1 0 . 2 — 1 0 . 6 m i n u t e s ( R e f e r t o F i g u r e 3 . 4 b ) , w h i c h i s w i t h i n t h e t i m e r a n g e f o r t h e e f fl u e n t c o l l e c t e d f o r F 7 a n d F 1 3 . B o t h B a i l e y [ 2 ] a n d Y a o e t a l . [ 4 ] r e p o r t e d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a t l o w d o s e s i n s o l u t i o n . Z e n g e t a 1 . [ 7 ] d e t e c t e d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y 1 t e t r a a l d e h y d e a s a b y p r o d u c t f r o m o z o n a t i o n o f g l a s s b e a d s c o a t e d w i t h p y r e n e . T h e G C / M S s p e c t r u m i s p r o v i d e d i n F i g u r e 3 . 1 9 a n d i s c o n s i s t e n t w i t h t h e s p e c t r a f o r t h e s y n t h e s i z e d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e . T h e r e m a i n i n g i n d i v i d u a l p e a k s s u c c e s s f u l l y f r a c t i o n a t e d w e r e f r a c t i o n n u m b e r s F 1 4 a n d F 1 5 . F r a c t i o n l 4 e l u t e d f r o m t h e c o l u m n a t 1 7 . 4 m i n u t e s . G C / M S d e t e c t e d a c o m p o u n d w i t h t h e M W o f 2 9 8 i n F 1 4 . T h i s c o m p o u n d i s i n t e r e s t i n g b e c a u s e i t w a s d e t e c t e d o c c a s i o n a l l y i n b o t h n o n - o z o n a t e d s o i l a n d o z o n a t e d s o i l d u r i n g e x p e r i m e n t s w i t h i d e n t i c a l h a n d l i n g a n d s t o r a g e c o n d i t i o n s f o r t h e s o i l s . T h i s c o m p o u n d m a y a l s o b e a n a t u r a l l y o c c u r r i n g d e g r a d a t i o n p r o d u c t s e e n i n t h e p y r e n e s t a n d a r d . F r o m t h e H P L C c h r o m a t o g r a m s , t h e p e a k c o l l e c t e d i n F 1 4 w a s e a s i l y r e m o v e d b y o z o n a t i o n a n d a p p e a r s t o d e g r a d e e v e n f a s t e r t h a n p y r e n e ( F i g u r e 3 . 2 0 ) . T h e s t r u c t u r e f o r C o m p o u n d I X ( B ) i s 1 0 0 F i g u r e 3 . 1 8 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d I I I ( A ) o r C o m p o u n d I I I ( B ) 1 0 1 : 7 : 7 - — fi 2 1 m w I C : : I I : : 8 9 2 1 1 1 4 1 0 9 6 9 1 ( % 0 0 1 : 1 3 : 7 9 : 1 ) 9 9 2 : 8 l 1 l fi l l r r r v e r I g L L l J l [ I l ' l l g ' v l r 1 1 l u l l I 1 L 1 l 0 W 4 9 3 9 2 . 2 2 0 2 n [ I I ' l l l 1 v l 1 l 5 1 l r 1 l l r r v r L r l I I 5 1 I 1 I I ! 1 9 4 T L I v i r t 9 I 9 1 r I l l r ' v 2 l 9 r 1 l H l l l I fi I l l ’ l I [ V I — 9 I 9 1 I I ' I I I I T ] I q I I I r T 9 I ¥ L I I I I 6 ] 1 1 I I I I 1 1 1 1 1 9 1 1 I ] 0 L I ( : 1 fi — % % % ‘ , ’ 9 e 3 : E : ' ; _ % 0 0 1 9 2 0 9 9 z 1 0 2 F i g u r e 3 . 1 9 G C / M S s p e c t r a p r o p o s e d f o r C o m p o u n d V I I 1 0 3 E — 3 — r : I T — : : ; . I I ” I 1 1 £ 9 2 “ I “ 1 8 ) } . 1 7 1 0 0 1 3 0 3 9 ) [ 9 2 : 8 1 1 1 1 1 1 8 l I 1 9 I 3 I A 2 V I i I I I I I ' H I 1 , I 1 8 I I , I I 1 r 1 r 9 F I ? R I I I I 1 ” 1 [ I I 1 I T I ‘ 1 I W E 1 L 1 B L l l l 1 ' l 1 6 1 1 1 ] 1 1 ] 1 ( I I y I t l ' ' I ‘ 1 I I 8 l 1 1 9 l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] 1 fi m 7 1 t 9 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 “ 1 l I i l l 1 ' l l % l l ' l 6 l L l ” I ‘ l I l ' 1 l l l ' 1 l l 8 1 1 0 I | 1 l : : ‘ , 3 % { 9 . 0 1 - 9 g i : : 7 ° fi . / 1 c w 0 1 9 2 0 B 9 Z 1 0 4 m l n u fl m 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C 0 3 O O 1 1 1 1 1 1 1 1 7 1 1 1 1 1 1 1 “ " > 1 0 0 0 — > ‘ O c - l 1 1 l 1 1 1 1 1 > 2 0 0 4 1 1 0 0 0 i I 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 3 1 7 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 O 0 F i g u r e 3 . 2 0 A C N e x t r a c t f o r 1 0 % m o i s t u r e ( p H 2 ) p y r e n e s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g 0 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . 1 0 5 t h e p . 1 1 1 3 0 9 2 1 p ; c o n ' t h a t k h p f 8 1 0 1 p r o c c 0 n 1 a q u e b h p r T h e V 1 1 1 1 C O H V m g r e C O m p P h e n g C O m p t h e b e t t e r c a n d i d a t e f o r t h e M W 2 9 8 e l u t i n g a t 1 7 . 4 m i n u t e s . F r a c t i o n 1 5 c o n t a i n e d p y r e n e w i t h a M W 2 0 2 . T w o u n i d e n t i fi e d c o m p o u n d s w e r e d e t e c t e d w i t h m a j o r i o n p e a k s ( m / z = 1 0 0 % ) a t 3 0 9 a n d 3 4 0 - 3 4 2 . T h e G C / M S s p e c t r a f o r t h e s e t w o c o m p o u n d s a r e i n c l u d e d i n A p p e n d i x C . N o s t r u c t u r a l i n f o r m a t i o n i s a v a i l a b l e f o r i d e n t i fi c a t i o n o f t h e s e c o m p o u n d s . B a s e d o n t h e p r o p o s e d p a t h w a y 1 a n d p a t h w a y 2 c o m p o u n d s , i t i s p o s s i b l e t h a t t h e s e f r a g m e n t s c o u l d b e c o m p o u n d s w i t h t h e n a p h t h a l e n e - l i k e s t r u c t u r e s o r b i p h e n y l - l i k e . E b e r i u s e t a 1 . [ 6 ] d e t e c t e d c a r b o x y - n a p t h l a l e n e - t r i m e t h y l e s t e r ( M W 3 4 6 ) w h i c h w o u l d s u g g e s t t h e p o s s i b i l i t y t h a t n a p h t h a l e n e - — b a s e d c o m p o u n d s m a y h a v e b e e n p r o d u c e d . F u r t h e r s t u d y i s n e e d e d t o v e r i f y t h e r e s u l t s a n d p r o p o s e d s t r u c t u r e s f o r t h e s e c o m p o u n d s . 3 . 5 C o n c l u s i o n s O z o n a t i o n i n g e o l o g i c a l m a t e r i a l r e s u l t e d i n s i m i l a r b y p r o d u c t s a s t h o s e f r o m a q u e o u s s y s t e m s . T h i s fi n d i n g s u g g e s t s t h a t t h e l i t e r a t u r e a v a i l a b l e f o r a q u e o u s o z o n a t i o n b y p r o d u c t s m i g h t b e a p p l i c a b l e i n o t h e r b y p r o d u c t s b e i n g i n v e s t i g a t e d f o r s o i l o z o n a t i o n . T h e fi n a l p y r e n e o x i d a t i o n p r o d u c t s a p p e a r t o b e t w o p o l a r c o m p o u n d s , C o m p o u n d V I I ( B ) a n d C o m p o u n d X I . P y r e n e r e m o v a l w a s m o s t c o m p l e t e i n d r y s o i l w i t h c o n v e r s i o n o f p y r e n e t o C o m p o u n d s V I I I ( B ) a n d C o m p o u n d X I . I n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s , m o r e i n t e r m e d i a t e b y p r o d u c t s s u c h a s t h e p h e n a n t h r e n e - l i k e a n d b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s w e r e p r o d u c e d i n a d d i t i o n t o t h e t w o p o l a r c o m p o u n d s . T h e p r e s e n c e o f t h e p h e n a n t h r e n e - l i k e a n d b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s w o u l d s u g g e s t t h a t n o n - p o l a r c o m p o u n d s a r e p r o d u c e d a n d t h a t t h e s e c o m p o u n d s w o u l d r e m a i n b o u n d i n t h e s o i l . 1 0 6 T o x i c o l o g y e v a l u a t i o n o f t h e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s i s i m p o r t a n t t o i d e n t i f y i f o z o n a t i o n i s e f f e c t i v e t r e a t m e n t f o r s o i l a n d g r o u n d w a t e r . E v a l u a t i o n , s p e c i fi c a l l y o f t h e p o l a r c o m p o u n d s , i s i m p o r t a n t b e c a u s e t h e s e c o m p o u n d s w o u l d b e a b l e t o d i s s o l v e i n t o g r o u n d w a t e r a n d r e a c h l o c a l a q u i f e r s . C o m p o u n d X I ( 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ) i s o n e o f t h e c o m p o u n d s a d d r e s s e d i n t h e t o x i c o l o g y s t u d y ( C h a p t e r 4 ) . T h e t o x i c o l o g y r e s e a r c h a l s o e v a l u a t e d C o m p o u n d V I I ( 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ) . T h e s e t w o c o m p o u n d s a r e e x a m p l e s o f h o w t h e fi m c t i o n a l g r o u p s a t t a c h e d t o t h e b y p r o d u c t c a n h a v e e x t r e m e l y d i f f e r e n t e f f e c t s o n t h e c e l l u l a r l e v e l . 1 0 7 3 . 7 R e f e r e n c e s l . 1 0 . l l . 1 2 . C o p e l a n d , P . ; D e a n , R . ; M c N e i l , D . ; “ T h e O z o n o l y s i s o f P o l y c y c l i c H y d r o c a r b o n s : P a r t I I . ” J . C h e m . S o c . 1 9 6 1 , 1 2 3 2 — 1 2 3 6 . B a i l e y , P . “ C h a p t e r 5 : O z o n a t i o n o f A r o m a t i c C o m p o u n d s : B o n d A t t a c k v e r s u s A t o m A t t a c k o n B e n z - f u s e d C a r b o c y c l i c s ” . O z o n _ a t i o n i n O r g a n i c C h e m i s t g h V o l u m e I I . N o n - O l e fi n i c C o m p o u n d s . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 8 2 . Y a o , J . ; P h . D . D i s s e r t a t i o n . “ T h e M e c h a n i s m o f t h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e a n d B e n z [ a ] a n t h r a c e n e i n A c e t o n i t r i l e / w a t e r M i x t u r e . ” M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y : D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g . 1 9 9 7 . Y a o , J . J ; H u a n g , Z . ; M a s t e n , S . ; “ T h e O z o n a t i o n o f P y r e n e : P a t h w a y a n d P r o d u c t I d e n t i fi c a t i o n ” . W a t . R e s . 1 9 9 8 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . H e m e r , H . ; “ T h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e : T h e B y p r o d u c t s a n d T h e i r T o x i c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n s ” . P h . D . D i s s e r t a t i o n , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 9 . E b e r i u s , M ; B e m s , A ; S c h u p h a n , 1 . ; “ O z o n a t i o n o f p y r e n e a n d b e n z o [ a ] p y r e n e i n s i l i c a a n d s o i l - C l 4 b a l a n c e s a n d c h e m i c a l a n a l y s i s o f o x i d a t i o n p r o d u c t s a s a fi r s t s t e p t o e c o t o x i c o l o g i c a l e v a l u a t i o n ” . F r e s n i u s Z . A n a l . , 1 9 9 7 , 3 5 9 , 2 7 4 - 2 7 9 . Z e n g , Y . ; H o n g , P . ; W a v r e k , D . “ C h e m i c a l - B i o l o g i c a l T r e a t m e n t o f P y r e n e W a t e r R e s . 2 0 0 0 , 3 4 ( 4 ) , 1 1 5 7 - 1 1 7 2 . B u s e r , H . ; P o i g e r , T . ; M u l l e r , M . ; “ C o m m e n t o n I n t e g r a t e d C h e m i c a l - B i o l o g i c a l T r e a t m e n t o f B e n z o [ a j p y r e n e . ” E n v i r o n . S c i , T e c h n o l . 2 0 0 0 , 3 4 , 4 2 5 5 . U p h a m , B . ; Y a o , J . ; T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . ; “ T h e D e t e r m i n a t i o n o f t h e E f fi c a c y o f O z o n e T r e a t m e n t S y s t e m s U s i n g G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n B i o a s s a y ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 5 , 2 9 ( 1 2 ) , 2 9 2 3 — 2 9 2 8 . H e m e r , H . ; T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . : “ T h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e : T h e B y p r o d u c t s a n d T h e i r T o x i c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n s ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 1 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . L u s t e r - T e a s l e y , S ; Y a o , J . ; H e m e r , H . ; T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . ; “ O z o n a t i o n o f C h r y s e n e : E v a l u a t i o n o f B y p r o d u c t M i x t u r e s a n d I d e n t i fi c a t i o n o f T o x i c C o n s t i t u e n t . ” E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 2 , 3 6 ( 5 ) , 8 6 9 — 8 7 6 . G r i m m e r , G . ; B o h n k e , H . ; B o r w i t z k y , H . ; “ G a s - c h r o m a t o g r a p h i s c h e P r o fi l a n a l y s e d e r p o l y c y c l i s c h e n a r o m a t i s c h e n K o h l e n w a s s e r s t o f f e i n K l a r s c h l a m m p r o b e n , ” F r e s e n i u s Z . A n a l . C h e m . 1 9 7 8 , 2 8 9 , 9 1 — 9 5 . 1 0 8 1 3 . M a r t e n s , D . ; F r a n k e n b e r g e r J r . , W ; “ E n h a n c e d D e g r a d a t i o n o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n S o i l T r e a t e d w i t h a n A d v a n c e d O x i d a t e d P r o c e s s — F e n t o n ’ s R e a g e n t ( A r t i c l e n u m b e r 3 4 0 0 7 2 ) ” 1 9 9 8 h t t p : / / w w w . c r c p r e s s . c o m / j o u r / s s s / a r t s / 3 4 0 0 7 2 . h t m l 1 4 . L e e , R ; O n g , S . ; G o l c h i n , J . ; N e l s o n , 6 . ; “ E x t r a c t i o n M e t h o d f o r A n a l y s i s o f P A H s i n C o a l - T a r - C o n t a m i n a t e d S o i l s ” . P r a c t i c e P e r i o d i c a l o f H a z a r d o u s , T o x i c , a n d R a d i o a c t i v e w a s t e M a n a g e m e n t . O c t o b e r 1 9 9 9 , 1 5 5 - 1 6 2 . 1 0 9 C H A P T E R 4 A n e v a l u a t i o n o f P y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d 5 . L u s t e r - T e a s l e y l , P . G a n e y ‘ , M . D i O r i o ‘ , J . w a r d ’ , R . M a l e s c k a z , J . T r o s k o ’ , a n d S . M a s t e n l 1 D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 2 D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y ” D e p a r t m e n t o f P e d i a t r i c M e d i c i n e a n d H u m a n D e v e l o p m e n t 4 D e p a r t m e n t o f P h a r m a c o l o g y a n d T o x i c o l o g y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y E a s t L a n s i n g , M I 4 8 8 2 4 . C o r r e s p o n d i n g A u t h o r : P h o n e n u m b e r : ( 5 1 7 ) 3 5 3 - 8 5 3 9 ; F a x : ( 5 1 7 ) 3 5 5 - 0 2 5 0 ; e - m a i l : m a s t e n @ m s u . e d u A b s t r a c t I n t h i s s t u d y , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , a n i n i t i a l b y p r o d u c t f o r m e d f r o m t h e o z o n a t i o n o f p y r e n e , a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , a s u b s e q u e n t p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t w e r e e v a l u a t e d u s i n g t w o t o x i c o l o g y a s s a y s t o c o m p a r e t h e t o x i c i t y o f o z o n a t i o n b y p r o d u c t s w i t h t h a t o f t h e p a r e n t c o m p o u n d . T h e fi r s t a s s a y m e a s u r e d t h e p o t e n t i a l f o r t h e c o m p o u n d s t o b l o c k g a p j u n c t i o n a l i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n ( G J I C ) u s i n g t h e s c r a p e l o a d i n g / d y e t r a n s f e r ( S L / D T ) t e c h n i q u e i n n o r m a l W B - 3 4 4 r a t l i v e r e p i t h e l i a l c e l l s . T h e s e c o n d a s s a y e v a l u a t e d t h e a b i l i t y f o r t h e c o m p o u n d s t o a f f e c t n e u t r o p h i l f u n c t i o n b y m e a s u r i n g t h e p r o d u c t i o n o f s u p e r o x i d e i n a h u m a n c e l l l i n e ( H L 6 0 ) . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s d e t e r m i n e d t o s h o w a d v e r s e e f f e c t s i n b o t h t o x i c i t y a n a l y s e s . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s i n h i b i t o r y t o G J I C a t l o w 1 1 0 c o n c e n t r a t i o n s ( 5 1 1 M ) a n d i r r e v e r s i b l e d a m a g e r e s u l t e d w h e n c e l l s w e r e e x p o s e d t o t h i s c o m p o u n d f o r 3 0 m i n u t e s . I n t h e h u m a n n e u t r o p h i l a s s a y , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e r e d u c e d t h e a b i l i t y f o r h u m a n c e l l s t o p r o d u c e s u p e r o x i d e . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d d i d n o t e x h i b i t a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t i n e i t h e r a s s a y s . K e y w o r d s : O z o n e , o z o n a t i o n , o x i d a t i o n , p y r e n e , p o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s , P A H , G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n , G J I C , s u p e r o x i d e , H u m a n n e u t r o p h i l a s s a y 1 1 1 4 . 1 I n t r o d u c t i o n T h e n e e d f o r e f f e c t i v e i n - s i t u t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s h a s l e d t o t h e i n c r e a s e d u s e o f o z o n e t r e a t m e n t t o r e m e d i a t e P A H c o n t a m i n a t i o n i n g r o u n d w a t e r a n d s o i l [ 1 - 3 ] . T h o u g h o z o n e i s e f f e c t i v e i n o x i d i z i n g p a r e n t P A H c o m p o u n d s , n u m e r o u s b y p r o d u c t s a r e p r o d u c e d . T h e l a c k o f i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e i d e n t i f y i n g t h e s e b y p r o d u c t s a n d o n i n d i v i d u a l b y p r o d u c t t o x i c i t y p r e s e n t a s e r i o u s d e fi c i e n c y i n r e s e a r c h . P A H c o m p o u n d s a r e k n o w n t o p o s s e s m u t a g e n i c a n d c a r c i n o g e n i c c h a r a c t e r i s t i c s [ 4 - 1 3 ] . T h e r e f o r e t h e p o t e n t i a l f o r t h e b y p r o d u c t s t o c o n t i n u e t o h a v e c a r c i n o g e n i c o r m u t a g e n i c c h a r a c t e r i s t i c s i s a c o n s i d e r a t i o n t h a t m u s t b e a d d r e s s e d . P y r e n e ( F i g u r e 4 . 1 A ) i s a n e x a m p l e o f a f o u r r i n g e d , P A H c a u s i n g s k i n , l i v e r , a n d l u n g c a n c e r i n h u m a n s [ 1 4 ] . S i n c e 1 9 3 7 , p y r e n e o z o n a t i o n s t u d i e s i n v a r i o u s p a r t i c i p a t i n g a n d n o n - p a r t i c i p a t i n g s o l v e n t s h a v e l e a d t o t h e i d e n t i fi c a t i o n o f a t l e a s t 2 8 b y p r o d u c t s [ 1 5 - 1 7 ] . P y r e n e o z o n a t i o n p r o c e e d s v i a o z o n e a t t a c k a t t h e b o n d s o f l o w e s t l o c a l i z a t i o n e n e r g y , w h i c h a r e t h e 4 , 5 b o n d s f o l l o w e d b y a t t a c k a t t h e 9 , 1 0 b o n d s [ 1 6 ] . O z o n o l y s i s o f p y r e n e i n i t i a l l y p r o m o t e s t h e f o r m a t i o n o f p h e n a n t h r e n e - l i k e c o m p o u n d s f o l l o w e d b y t h e f o r m a t i o n o f b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s [ 1 6 , ] 7 ] . T h e s e b y p r o d u c t s c a n b e s u b s t i t u t e d w i t h h y d r o x y l , a l d e h y d e , a n d c a r b o x y l i c a c i d f u n c t i o n a l g r o u p s [ 1 , 1 6 ] . W h e n p y r e n e w a s t r e a t e d w i t h e x c e s s o z o n e i n a n o n p a r t i c i p a t i n g s o l v e n t , t h e p r e d o m i n a n t b y p r o d u c t s w e r e e i t h e r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s p r o d u c e d u s i n g o n l y o z o n a t i o n t r e a t m e n t a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s p r o d u c e d u s i n g o z o n a t i o n f o l l o w e d b y t h e a d d i t i o n o f h y d r o g e n p e r o x i d e [ 1 5 , 1 6 ] . 1 1 2 O n l y a f e w t o x i c o l o g y s t u d i e s h a v e e v a l u a t e d t h e c a r c i n o g e n i c p o t e n t i a l o f P A H o z o n a t i o n b y p r o d u c t s [ 1 8 - 2 4 ] . U p h a m e t a 1 . [ 1 9 ] i n v e s t i g a t e d t h e o z o n a t i o n o f p y r e n e a n d t h e p o t e n t i a l f o r t h e b y p r o d u c t m i x t u r e p r o d u c e d t o d i s r u p t i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n . T h i s s t u d y s u g g e s t e d t h a t t h e e a r l y o z o n a t i o n b y p r o d u c t s o f p y r e n e i n a q u e o u s s y s t e m s a r e m o r e t o x i c t h a n t h e p a r e n t c o m p o u n d , p y r e n e . A t 1 . 6 i 0 . 1 m o l O 3 / m o l P A H , p y r e n e h a d c o m p l e t e l y d i s a p p e a r e d b u t t h e d i s r u p t i o n o f c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n w a s h i g h e r f o r t h e o z o n a t e d m i x t u r e t h a n t h a t o b s e r v e d w i t h p y r e n e . Y a o e t a 1 . [ 1 7 ] d e t e r m i n e d t h a t a t t h i s o z o n e c o n c e n t r a t i o n , t h e p r e d o m i n a n t c o m p o u n d s w e r e 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 - c a r b o x y - 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t r i a l d e h y d e . A t o t a l o f 4 . 5 m o l o z o n e / m o l p y r e n e w a s r e q u i r e d t o d e s t r o y a l l o f t h e i n t e r m e d i a t e p r o d u c t s i n h i b i t o r y t o G J I C [ 2 0 ] . A t c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n 4 . 5 m o l O 3 / m o l p y r e n e , Y a o e t a l . [ 1 7 ] r e p o r t e d t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n s o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 - c a r b o x y - 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t r i a l d e h y d e h a d s i g n i fi c a n t l y d e c r e a s e d . T h e r e m a i n i n g c o m p o u n d s w e r e f o u n d t o b e b i p h e n y l s s u b s t i t u t e d w i t h t h r e e o r f o u r c a r b o x y l i c a c i d g r o u p s o r o x y g e n b o n d s s u c h a s 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d a n d 2 , 6 - c a r b o x y - 2 ’ , 6 ’ b i p h e n y l d i a l d e h y d e p r e d o m i n a t e d . F o r t h e p r e s e n t w o r k , p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s w e r e e v a l u a t e d u s i n g t w o d i f f e r e n t t o x i c o l o g y a s s a y s . T h i s s t u d y f o c u s e d o n e v a l u a t i n g t h e t o x i c i t y o f t w o p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s : 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ( F i g u r e 4 . 1 B ) a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ( F i g u r e 4 . 1 C ) . 1 1 3 A O B C H O C H O C C 0 0 “ C 0 0 “ @ C H 0 C H 0 / C O O H C O O / H F i g u r e 4 . 1 . A . P y r e n e ; B . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d C . 2 , 2 ’ 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d T h e a s s a y s w e r e c h o s e n b a s e d o n a c o l l a b o r a t i v e e f f o r t b e t w e e n e n g i n e e r i n g a n d t o x i c o l o g y r e s e a r c h g r o u p s . E a c h o f t h e t o x i c o l o g y a s s a y s r e p r e s e n t s a c e l l u l a r fi i n c t i o n t h a t r e s u l t s f r o m i n t e g r a t i o n o f c e l l u l a r s i g n a l i n g a n d c h a n g e s i n e a c h c a n b e a s s o c i a t e d w i t h e f f e c t s o n t h e w h o l e o r g a n i s m . T h e fi r s t s t u d y e v a l u a t e d t h e c o m p o u n d s f o r t h e i r p o t e n t i a l t o b l o c k g a p j u n c t i o n a l i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n ( G J I C ) i n W B - 3 4 4 r a t l i v e r e p i t h e l i a l c e l l s u s i n g t h e s c r a p e / l o a d d y e t r a n s f e r a s s a y ( S L / D T ) . T h e G J I C a s s a y i s a n o n - g e n o t o x i c a s s a y t h a t m e a s u r e s t h e a b i l i t y f o r c e l l s t o t r a n s f e r i n f o r m a t i o n , l o w m o l e c u l a r w e i g h t m o l e c u l e s , a n d s m a l l r e g u l a t o r y a n d m a c r o m o l e c u l a r s u b s t a n c e s t h r o u g h t h e c y t o p l a s m o f o n e c e l l t o t h e n e x t c e l l t h r o u g h c h a n n e l s c a l l e d g a p j u n c t i o n s . G J I C c o n t r o l s c e l l h o m e o s t a s i s a n d c e l l s y n c h r o n i z a t i o n . S o m e P A H c o m p o u n d s a r e e p i g e n e t i c a l l y t o x i c , h o w e v e r , o n l y a f e w s t u d i e s h a v e i n v e s t i g a t e d e p i g e n e t i c t o x i c i t y o f o z o n a t i o n b y p r o d u c t s u s i n g t h e G J I C a s s a y [ 1 9 - 2 5 ] . E p i g e n e t i c t o x i c i t y r e f e r s t o t h e a l t e r i n g o f t h e e x p r e s s i o n o f t h e g e n e t i c i n f o r m a t i o n o f c e l l s a t t h e t r a n s c r i p t i o n , t r a n s l a t i o n , o r p o s t t r a n s l a t i o n a l l e v e l . T r a n s c r i p t i o n i s t h e t u r n i n g o f f o f g e n e s . T r a n s l a t i o n i s t h e m o d i fi c a t i o n o f t h e s t a b i l i t y o f t h e g e n e m e s s a g e 1 1 4 a n d t h e p o s t t r a n s l a t i o n i s t h e m o d i fi c a t i o n o f t h e p r o t e i n c o d e d b y t h e g e n e [ 2 6 ] . M o s t c a n c e r c e l l s h a v e d y s f u n c t i o n a l g a p j u n c t i o n a l i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n b e c a u s e c e l l s a r e n o l o n g e r c o m m u n i c a t i n g t o p r e v e n t u n c o n t r o l l e d g r t h [ 2 7 , 2 8 ] . T h e s e c o n d a s s a y e v a l u a t e d t h e a b i l i t y f o r t h e c o m p o u n d s t o a f f e c t n e u t r o p h i l p r o d u c t i o n o f s u p e r o x i d e a n i o n i n a h u m a n c e l l l i n e ( H L 6 0 ) . G e n e r a t i o n o f r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s b y n e u t r o p h i l s i s c r i t i c a l t o t h e i r f u n c t i o n t o k i l l b a c t e r i a . M o l e c u l a r o x y g e n i s r e d u c e d b y t h e e n z y m e N A D P H o x i d a s e t o f o r m s u p e r o x i d e a n i o n , w h i c h i n t u r n c a n b e r e d u c e d t o o t h e r r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s , s o m e o f w h i c h a r e p o t e n t i a l l y t o x i c . M u l t i p l e p a t h w a y s l e a d t o t h e a c t i v a t i o n o f N A D P H o x i d a s e a n d p r o d u c t i o n o f s u p e r o x i d e a n i o n i n n e u t r o p h i l s , a n d t h e p a t h w a y s a c t i v a t e d a r e d e p e n d e n t o n t h e s t i m u l u s . T h u s , g e n e r a t i o n o f s u p e r o x i d e a n i o n b y n e u t r o p h i l s r e s u l t s f r o m a c t i v a t i o n o f a c o m p l e x n e t w o r k o f i n t r a c e l l u l a r s i g n a l s a n d r e p r e s e n t s a n i n t e g r a t e d c e l l u l a r f u n c t i o n . P r e v i o u s s t u d i e s h a v e d e m o n s t r a t e d a l t e r a t i o n i n n e u t r o p h i l p r o d u c t i o n o f r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s b y e n v i r o n m e n t a l c h e m i c a l s a n d t h e i r p r o d u c t s o f r e m e d i a t i o n [ 2 9 — 3 4 ] . N e u t r o p h i l s a r e i n v o l v e d i n n o n s p e c i fi c i m m u n i t y a n d r e p r e s e n t t h e fi r s t l i n e o f d e f e n s e a g a i n s t i n v a d i n g p a t h o g e n s . T h e y b e c o m e a c t i v a t e d b y s t i m u l i t o p r o d u c e r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s a n d r e l e a s e d e g r a d a t i v e e n z y m e s t h a t k i l l i n f e c t i n g b a c t e r i a . A l t e r a t i o n i n f u n c t i o n o f n e u t r o p h i l s c a n a f f e c t h o s t i m m u n i t y a s w e l l a s c a u s e t i s s u e i n j u r y . F o r e x a m p l e , i n a p p r o p r i a t e a c t i v a t i o n o f n e u t r o p h i l s l e a d s t o t i s s u e i n j u r y i n a v a r i e t y o f m o d e l s [ 3 5 - 3 8 ] . C o n v e r s e l y , i n h i b i t i o n o f a c t i v a t i o n o f n e u t r o p h i l s , s u c h a s w a s o b s e r v e d w i t h 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , c o u l d l e a d t o i m p a i r e d a b i l i t y o f t h e s e c e l l s t o r e s p o n d e f f e c t i v e l y t o b a c t e r i a . T h e c o n s e q u e n c e o f t h i s e f f e c t w o u l d b e a n i n c r e a s e d s u s c e p t i b i l i t y t o i n f e c t i o n . I n h i b i t i o n o f n e u t r o p h i l a c t i v a t i o n i n r e s p o n s e t o 1 1 5 a n o t h e r s t i m u l u s h a s b e e n o b s e r v e d w i t h p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s [ 2 9 ] . T h i s r e s p o n s e i s d e p e n d e n t o n t h e p r e s e n c e o f o r t h o - s u b s t i t u t e d c h l o r i n e s o n t h e p h e n y l r i n g s . 4 . 2 E x p e r i m e n t a l S e c t i o n 4 . 2 . 1 M a t e r i a l s C h e m i c a l s . P y r e n e ( 9 8 % p u r i t y , S i g m a C h e m i c a l ) w a s u s e d f o r a l l o f t h e t o x i c o l o g y s t u d i e s . T h e t w o b y p r o d u c t s , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ — b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d , w e r e s y n t h e s i z e d b y J o s e p h W a r d a n d D r . R o b e r t M a l e s c k a f r o m t h e D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y ( E a s t L a n s i n g , M I ) . S y n t h e s i s o f P y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . B i p h e n y l - 2 , 6 , 2 ' , 6 ' - t e t r a c a r b a l d e h y d e ( o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ) [ 3 9 ] i a n d b i p h e n y l - 2 , 6 , 2 ' , 6 ' - t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ( o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ) [ 4 0 ] i i a r e h a v e b e e n p r e v i o u s l y r e p o r t e d , h o w e v e r , t h e i r p r e p a r a t i o n s a r e p o o r l y d e s c r i b e d a n d l a c k c h a r a c t e r i z a t i o n d a t a . A s s u c h , m o d i fi e d p r o c e d u r e s w e r e d e v e l o p e d a n d t h e c o m p o u n d s f u l l y c h a r a c t e r i z e d t o e n s u r e t h e fi d e l i t y o f t h e t o x i c o l o g i c a l s t u d i e s . B i p h e n y l - 2 , 6 , 2 ' , 6 ' - t e t r a c a r b a l d e h y d e w a s p r e p a r e d b y d i s s o l v i n g p y r e n e i n a 2 : 1 C H 2 C 1 2 / M e O H s o l u t i o n , t r i e t h y l a m i n e ( 1 m L ) w a s t h e n a d d e d , a n d t h e s o l u t i o n w a s p u r g e d w i t h n i t r o g e n f o r 1 5 m i n a n d c o o l e d t o - 7 8 o C . O z o n e w a s t h e n b u b b l e d t h r o u g h t h e s o l u t i o n f o r 1 . 5 h a f t e r w h i c h t i m e t h e s o l u t i o n w a s g r e e n i s h - b l u e . N i t r o g e n w a s t h e n b u b b l e d t h r o u g h t h e s o l u t i o n f o r 1 5 m i n t o r e m o v e t h e e x c e s s o z o n e . D i m e t h y l s u l fi d e ( 7 m L ) w a s a d d e d d r o p w i s e t o r e d u c e t h e o z o n i d e . T h e s o l u t i o n w a s a l l o w e d t o w a r m s l o w l y t o r o o m t e m p e r a t u r e o v e r n i g h t . T h e s o l v e n t w a s r e m o v e d i n v a c u o a n d t h e 1 1 6 r e s i d u e d i s s o l v e d i n e t h y l a c e t a t e . T h e o r g a n i c l a y e r w a s w a s h e d w i t h w a t e r a n d b r i n e , a n d d r i e d o v e r M g S O 4 . T h e s o l u t i o n w a s d e c o l o r i z e d w i t h N o r i t — A c h a r c o a l . A f t e r fi l t r a t i o n t h e s o l v e n t w a s r e m o v e d i n v a c u o a n d t h e r e s u l t i n g r e s i d u e w a s s u b j e c t e d t o fl a s h s i l i c a g e l c h r o m a t o g r a p h y ( 5 0 % e t h y l a c e t a t e / h e x a n e s ) . T h i s a f f o r d e d 2 . 1 g ( 5 4 % ) o f t h e d e s i r e d p r o d u c t a s a w h i t e s o l i d . m p 1 5 5 - 1 5 6 ° C ( l i t . 1 6 2 - 1 6 3 ) . I R ( K B r ) 3 0 7 6 ( m ) , 2 8 3 1 ( s ) , 2 7 3 7 ( s ) , 1 6 9 5 ( s ) , 1 5 7 2 ( s ) , 1 4 5 0 ( 2 ) , 1 3 8 3 ( m ) , 1 2 3 8 ( s ) , 1 1 5 9 ( m ) , 9 5 8 ( s ) , 7 9 4 ( s ) . 1 H N M R ( 3 0 0 M H z , C D C l 3 ) 8 7 . 8 8 ( t , J = 7 . 6 9 H z , 2 H ) , 8 . 2 8 ( d , J = 7 . 6 9 H z , 4 H ) , 9 . 7 2 ( s , 4 H ) ; 1 3 C N M R ( 7 5 M H z , C D C 1 3 ) 6 1 8 9 . 5 , 1 3 5 . 6 , 1 3 5 . 5 , 1 2 9 . 7 . A n a l . C a l c d f o r C 1 6 H l o O 4 : C , 7 2 . 1 8 ; H , 3 . 7 9 . F o u n d : C , 7 2 . 2 3 ; H , 3 . 9 8 . B i p h e n y l - 2 . 6 , 2 ' , 6 ' - t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s p r e p a r e d b y s u s p e n d i n g b i p h e n y l - 2 , 6 , 2 ' , 6 ’ - t e t r a c a r b a l d e h y d e ( 3 . 7 m m o l , 1 . 0 g ) [ i n w a t e r ( 2 0 m L ) f o l l o w e d b y a d d i t i o n o f p o t a s s i u m s t e a r a t e ( 0 . 4 0 3 m m o l , 0 . 1 3 0 g ) a n d M O ; ( 1 1 . 1 m m o l , 1 . 7 5 g ) [ 3 4 ] . T h e r e a c t i o n w a s h e a t e d t o 5 0 ° C a n d a l l o w e d t o s t i r o v e r n i g h t . I t w a s t h e n c o o l e d t o r o o m t e m p e r a t u r e a n d fi l t e r e d t h r u a p a d o f N a C l . T h e fi l t r a t e w a s t h e n a c i d i fi e d t o p H 2 . 5 , fi l t e r e d , a n d t h e s o l i d d r i e d i n v a c u o t o a f f o r d 9 5 0 m g ( 7 9 % ) a s a w h i t e s o l i d . I R ( K B r ) 2 9 9 7 ( b r . s ) , 1 6 8 4 ( 5 ) , 1 5 8 3 ( 5 ) , 1 4 6 4 ( 5 ) , 1 4 0 4 ( 5 ) , 1 2 6 7 ( 5 ) , 9 2 9 ( 5 ) , 7 6 1 ( 5 ) , 6 8 4 ( 5 ) , 5 3 4 ( w ) . ‘ H N M R ( 3 0 0 M H z , D M S O - d 6 ) 8 7 . 4 3 ( 1 , J : 7 6 9 , 2 H ) , 7 . 9 ( d , J = 7 . 6 9 4 H ) ; 1 3 c N M R ( 7 4 . 5 M H z , D M S O - d 6 ) 6 1 6 7 . 3 , 1 4 2 . 1 , 1 3 7 . 7 , 1 3 2 . 2 , 1 3 1 . 6 , 1 2 6 . 4 . 7 1 m . . . = 2 9 2 n m ( E t O H ) . L R M S ( d i r e c t p r o b e E I ) m / z 3 3 0 ( M + ) . A n a l . C a l c d f o r C 1 6 H 1 0 0 3 : C , 5 8 . 1 9 ; H , 3 . 0 5 . F o u n d : C , 5 8 . 1 0 ; H , 3 . 1 0 . 1 1 7 4 . 2 . 2 M e t h o d s : T o x i c o l o g y A s s a y s 4 . 2 . 2 . 1 G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n A s s a y . T h e G J I C a s s a y s c o n s i s t o f 4 t e s t s t o e v a l u a t e t h e e f f e c t a c o m p o u n d c a n h a v e o n c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n . T h e s e t e s t s c o n s i s t o f d o s e r e s p o n s e , t i m e r e s p o n s e , t i m e r e c o v e r y , a n d c y t o x i c i t y . I n t h e G J I C a s s a y , r a t l i v e r e p i t h e l i a l c e l l s ( W B - F 3 4 4 ) w e r e u s e d f r o m a s t r a i n o f r a t o n w h i c h m a n y e n v i r o n m e n t a l t o x i c a n t s a n d c h e m i c a l c a r c i n o g e n e s i s s t u d i e s a r e t e s t e d . T h i s i s a d i p l o i d , n o n - t u m o r i g e n i c c e l l l i n e o n w h i c h a l a r g e d a t a b a s e o f t o x i c i t y / c a n c e r i n f o r m a t i o n f o r o t h e r i n v i v o t e s t e d c h e m i c a l s c a n b e u s e d t o c o m p a r e r e s u l t s . S a m p l e P r e p a r a t i o n . P y r e n e w a s d i s s o l v e d i n a c e t o n i t r i l e ( A C N ) ( 9 9 . 8 % p u r i t y , E M S c i e n c e , G i b b s t o w n , N J ) a n d s o n i c a t e d f o r 5 m i n u t e s t o i n s u r e c o m p l e t e d i s s o l u t i o n . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s d i s s o l v e d i n A C N ( 9 9 . 8 % p u r i t y , E M S c i e n c e , G i b b s t o w n , N J ) . A c e t o n i t r i l e ( A C N ) w a s s e l e c t e d a s t h e s o l v e n t b e c a u s e i t h a s l i t t l e e f f e c t o n G J I C a t a fi n a l A C N c o n c e n t r a t i o n u p t o 1 . 7 5 % i n c e l l c u l t u r e m e d i u m [ 2 0 ] . A l l e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d a t a n A C N c o n c e n t r a t i o n o f 1 % o r l e s s i n c e l l c u l t u r e m e d i u m . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s d i s s o l v e d i n a 3 0 : 6 0 A C N / D D I w a t e r s o l u t i o n b e c a u s e t h e c o m p o u n d w a s m o r e p o l a r . C e l l C u l t u r e . W B - F 3 4 4 r a t e p i t h e l i a l c e l l l i n e s w e r e o b t a i n e d f r o m D r . J . W . G r i s h a m a n d M . S . T s a o o f t h e U n i v e r s i t y o f N o r t h C a r o l i n a ( C h a p e l H i l l , N C ) . C e l l s w e r e c u l t u r e d i n 2 5 m l o f D m e d i u m ( F o r m u l a N o . 7 8 - 5 4 7 O E G , G I B C O L a b o r a t o r i e s , G r a n d I s l a n d , N Y ) c o n t a i n i n g 5 % f e t a l b o v i n e s e r u m ( F B S ) ( G I B C O L a b o r a t o r i e s , G r a n d I s l a n d , N Y ) a n d 0 . 2 % g e n t a m y c i n . T h e c e l l s w e r e i n c u b a t e d a t 3 7 ° C i n a h u m i d i fi e d a t m o s p h e r e 1 1 8 c o n t a i n i n g 5 % C 0 2 a n d 9 5 % a i r . T h e c e l l s w e r e g r o w n i n 1 5 0 m m p l a s t i c fl a s k s , a n d t h e c u l t u r e w a s s p l i t a n d n e w m e d i u m w a s a d d e d e v e r y o t h e r d a y . W B - F 3 4 4 i s a d i p l o i d , n o n - t u m o r i g e n i c c e l l l i n e o n w h i c h a l a r g e d a t a b a s e o f t o x i c i t y / c a n c e r i n f o r m a t i o n f o r o t h e r i n v i v o t e s t e d c h e m i c a l s c a n b e u s e d t o c o m p a r e r e s u l t s [ 2 6 ] . B i o a s s a y f o r G J I C . B i o a s s a y s w e r e c o n d u c t e d i n 3 5 m m 2 P e t r i d i s h e s w i t h c o n fl u e n t c u l t u r e s g r o w n f o r 2 d a y s i n 2 m 1 o f D m e d i u m s u p p l e m e n t e d w i t h 5 % f e t a l b o v i n e s e r u m . T h e p r o c e d u r e f o r t h e s c r a p e l o a d i n g / d y e t r a n s f e r ( S L / D T ) t e c h n i q u e w a s a d a p t e d f r o m t h e m e t h o d u s e d b y E l - F o u l y e t a 1 . [ 4 2 ] a n d i s d e s c r i b e d i n d e t a i l b y H e m e r e t a 1 . ( 2 3 ) . A l l t e s t s w e r e r u n i n t r i p l i c a t e a n d a t n o n - c y t o t o x i c l e v e l s d e t e r m i n e d b y t h e n e u t r a l r e d u p t a k e a s s a y k i t ( S i g m a C h e m i c a l C o . , S t . L o u i s , M O ) . U n d e r fl u o r e s c e n t l i g h t , t h e L u c i f e r y e l l o w d y e w i l l fl u o r e s c e t o i n d i c a t e t h e d i s t a n c e t h e d y e t r a v e l s f r o m t h e s c r a p e . T h i s d i s t a n c e w a s m e a s u r e d a n d c o m p a r e d t o a c o n t r o l g r o u p o f c e l l s t h a t w e r e e x p o s e d t o a c e t o n i t r i l e o n l y ( v e h i c l e c o n t r o l s ) , b u t a s s a y e d u s i n g t h e i d e n t i c a l S L / D T m e t h o d . T h r e e p h o t o g r a p h s w e r e t a k e n f o r e a c h c o n c e n t r a t i o n t e s t e d a n d t h e a r e a c o v e r a g e o f t h e d y e w a s m e a s u r e d . A l l p h o t o g r a p h s w e r e t a k e n w i t h i n 1 h o u r o f e x p e r i m e n t c o m p l e t i o n . T h e a r e a o f fl u o r e s c e n c e w a s m e a s u r e d a n d c a l c u l a t e d u s i n g a G e l D o c P r o g r a m p r o d u c e d b y N e u c l e o T e c h , I n c . T h e a r e a o f e a c h p i c t u r e w a s a v e r a g e d t o g e t h e r t o o b t a i n a r e p r e s e n t a t i v e f r a c t i o n o f c o n t r o l ( 7 ) . T h e r e s u l t s w e r e r e p o r t e d a s a n a v e r a g e : t s t a n d a r d d e v i a t i o n d e t e r m i n e d a t t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l ( C . I . ) . G J I C w a s a s s e s s e d b y t h e d e c r e a s e i n c o m m u n i c a t i o n o f t h e c e l l s e x p o s e d t o t h e t o x i c a n t c o m p a r e d t o t h e v e h i c l e c o n t r o l g r o u p ( a c e t o n i t r i l e o n l y ) . C o m p l e t e c o m m u n i c a t i o n i s i d e n t i fi e d a s a n f v a l u e o f 1 . 0 o r 1 0 0 % c o m m u n i c a t i o n a s c o m p a r e d t o 1 1 9 t h e c o n t r o l . G J I C f v a l u e s l e s s t h a n 0 . 5 i n d i c a t e a s i g n i fi c a n t d e c r e a s e b e c a u s e t h e c e l l s a r e c o m m u n i c a t i n g a t a p p r o x i m a t e l y h a l f o f n o r m a l c o m m u n i c a t i o n l e v e l s . G J I C v a l u e s b e t w e e n 0 . 0 - 0 . 3 a r e c o n s i d e r e d t o c o r r e s p o n d t o n o i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n . T h e s e i n t e r p r e t a t i o n s f o r G J I C a r e c o n s i s t e n t w i t h t h o s e o f U p h a m e t a 1 . [ 1 9 ] a n d H e m e r e t a 1 . [ 2 3 ] . C o n t r o l s w e r e r u n f o r e a c h e x p e r i m e n t t o s t a n d a r d i z e t h e m e a s u r e m e n t f o r n o r m a l c e l l - c e l l c o m m u n i c a t i o n a t t h e t i m e o f t h e e x p e r i m e n t . U s i n g t h e t - t e s t i t w a s d e t e r m i n e d t h a t t h e m e a n f v a l u e s o b t a i n e d f r o m t h e c o n t r o l c e l l s w i t h o u t s o l v e n t a n d t h e v e h i c l e c o n t r o l s d o n o t d i f f e r a t a 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l ( 9 5 % C L ) . S t a t i s t i c a l a n a l y s e s u s i n g t h e t w o - t a i l e d t - t e s t a n d F - t e s t a t 9 5 % C I . w e r e u s e d t o c o m p a r e w i t h i n t r e a t m e n t a n d b e t w e e n t r e a t m e n t v a r i a t i o n s i n t h e m e a n f v a l u e s . B i o a s s a y f o r C y t o t o x i c i t y . C y t o t o x i c i t y w a s t e s t e d u s i n g t h e n e u t r a l r e d u p t a k e a s s a y a c c o r d i n g t o t h e m e t h o d o f B o r e n f r e u n d a n d P u e m e r [ 4 3 ] . W B - F 3 4 4 c e l l s w e r e g r o w n u s i n g t h e s a m e m e t h o d a s t h e c e l l s u s e d f o r ‘ t h e G J I C a s s a y . I t i s n e c e s s a r y t o u s e n o n - c y t o t o x i c l e v e l s o f t o x i c a n t s i n G J I C s t u d i e s , s i n c e i f l e v e l s u s e d a r e c y t o t o x i c , t h e n d i f f e r e n t i a t i o n b e t w e e n d e c r e a s e d c o m m u n i c a t i o n d u e t o c e l l d e a t h c a n n o t b e d i s t i n g u i s h e d f r o m d e c r e a s e d i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n d u e t o b l o c k a g e o f g a p j u n c t i o n s . T h e r e f o r e t o a c c u r a t e l y m e a s u r e d e c r e a s e d G J I C a c t i v i t y , o n l y n o n - c y t o t o x i c c o n c e n t r a t i o n s w e r e u s e d . 4 . 2 . 2 . 2 H L — 6 0 N e u t r o p h i l A s s a y . T r y p a n B l u e s o l u t i o n , c y t o c h r o m e c , S O D ( s u p e r o x i d e d i s m u t a s e ) , P M A ( p h o r b o l 1 2 - m y r i s t a t e 1 3 - a c e t a t e ) , p y r u v a t e s u b s t r a t e , N A D H a n d D M F ( N , N - d i m e t h y l f o r m a m i d e ) w e r e p u r c h a s e d f r o m S i g m a C h e m i c a l C o m p a n y ( S t . L o u i s , 1 2 0 M O ) . D M S O ( d i m e t h y l s u l f o x i d e ) w a s p u r c h a s e d f r o m J . T . B a k e r ( P h i l l i p s b u r g , N J ) . I s c o v e ’ s M o d i fi e d D u l b e c c o ’ s M e d i u m w a s o b t a i n e d f r o m A T C C ( A m e r i c a n T y p e C u l t u r e C o l l e c t i o n , M a n a s s a s , V A ) . F e t a l b o v i n e s e m m ( F B S ) w a s o b t a i n e d f r o m A t l a n t a B i o l o g i c a l s ( N o r c r o s s , G A ) . A n t i b i o t i c - a n t i m y c o t i c ( 1 0 , 0 0 0 U / m L p e n i c i l l i n G s o d i u m , 1 0 , 0 0 0 u g / m L s t r e p t o m y c i n s u l f a t e , a n d 2 5 u g / m L a m p h o t e r i c i n B ) a n d g e n t a m i c i n ( 5 0 m g / m L ) w e r e p u r c h a s e d f r o m L i f e T e c h n o l o g i e s ( R o c k v i l l e , M D ) . T r i t o n X - 1 0 0 ( s c i n t i l l a t i o n g r a d e ) w a s o b t a i n e d f r o m R e s e a r c h P r o d u c t s I n t e r n a t i o n a l C o r p . ( M o u n t P r o s p e c t , I L ) . C e l l s . H L 6 0 c e l l s w e r e u s e d f o r t h e s t u d i e s p r e s e n t e d h e r e . T h e h u m a n , p r o m y e l o c y t i c c e l l l i n e , H L 6 0 , c a n b e d i f f e r e n t i a t e d w i t h d i m e t h y l s u l f o x i d e ( D M S O ) t o c e l l s w i t h m a n y o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f m a t u r e n e u t r o p h i l s [ Y a m a g u c h i , 1 9 9 8 # 3 3 5 ; K a r g m a n , 1 9 9 4 # 3 3 9 ; T h o m p s o n , 1 9 8 8 # 3 4 2 ; S e i n o , 1 9 9 8 # 3 4 6 ; K o r c h a k , 1 9 9 8 # 3 4 4 ] . D i f f e r e n t i a t e d H L 6 0 c e l l s a r e a g o o d m o d e l w i t h w h i c h t o s t u d y n e u t r o p h i l r e s p o n s e s i n v i t r o b e c a u s e t h e y r e s p o n d l i k e n e u t r o p h i l s w i t h r e s p e c t t o a g o n i s t - s t i m u l a t e d a c t i v a t i o n o f i n t r a c e l l u l a r p a t h w a y s a n d c o n s e q u e n t c h a n g e s i n f u n c t i o n , i n c l u d i n g g e n e r a t i o n o f r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s [ R a n e , 1 9 9 7 # 3 3 2 ; Y u , 1 9 9 5 # 3 3 8 ] , [ G a l l o i s , 1 9 9 8 # 3 3 4 ] , [ B r o w n i n g , 1 9 9 7 # 3 3 6 ] . H L - 6 0 c e l l s w e r e p u r c h a s e d f r o m A T C C . C e l l s ( 3 0 x 1 0 6 ) w e r e g r o w n i n s u s p e n s i o n i n 7 5 m L m e d i u m ( I s c o v e ’ s M o d i fi e d D u l b e c c o ’ s m e d i u m w i t h 1 5 % f e t a l b o v i n e s e r u m , 1 % a n t i b i o t i c - a n t i m y c o t i c a n d 0 . 1 % g e n t a m i c i n ) i n 7 5 c m 2 c u l t u r e fl a s k s . C e l l s w e r e k e p t a t 3 7 ° C i n a h u m i d i fi e d i n c u b a t o r w i t h 5 % C 0 2 / 9 5 % a i r . D i f f e r e n t i a t i o n t o a n e u t r o p h i l - l i k e p h e n o t y p e w a s a c h i e v e d b y c u l t u r i n g c e l l s w i t h 1 . 2 5 % D M S O f o r s e v e n d a y s . C e l l s w e r e c e n t r i f u g e d a t 2 0 0 x g f o r 1 0 m i n u t e s , r e s u s p e n d e d i n H a n k s ’ 1 2 1 b a l a n c e d s a l t s o l u t i o n ( H B S S ) , a n d c o u n t e d u s i n g a h e m a c y t o m e t e r . P e r c e n t v i a b i l i t y w a s d e t e r m i n e d b y t r y p a n b l u e s t a i n i n g . C e l l s w e r e d i l u t e d t o 6 2 5 , 0 0 0 / m L i n H B S S f o r u s e i n t h e s u p e r o x i d e a n i o n a s s a y . S u p e r o x i d e a n i o n a s s a y . S u p e r o x i d e a n i o n ( 0 2 ' ) p r o d u c t i o n b y H L - 6 0 c e l l s w a s d e t e r m i n e d f r o m t h e S O D - s e n s i t i v e r e d u c t i o n o f c y t o c h r o m e C [ 5 3 ] . T h e a s s a y w a s c a r r i e d o u t i n a 9 6 - w e l l p l a t e ; e a c h w e l l c o n t a i n e d 2 0 0 1 1 L c e l l s u s p e n s i o n ( 1 2 5 , 0 0 0 c e l l s ) , 2 5 1 1 L o f e i t h e r v e h i c l e ( 0 . 1 % D M F ) , p y r e n e , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e a t t h e i n d i c a t e d c o n c e n t r a t i o n s , c y t o c h r o m e C ( 1 3 5 1 1 M ) o r c y t o c h r o m e C w i t h S O D ( 3 2 7 U / m L ) , a n d 2 5 1 1 L P M A . S t o c k s o l u t i o n s o f p y r e n e , 2 2 ’ 6 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d a n d 2 2 ’ 6 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w e r e 4 0 , 1 0 a n d 1 1 1 M i n D M F . T h e s e w e r e d i l u t e d w i t h H B S S , a n d fi n a l c o n c e n t r a t i o n s i n t h e w e l l s w e r e 4 0 , 1 0 , a n d 1 1 1 M . C y t o c h r o m e C w a s d i s s o l v e d i n H B S S ( 1 0 m g / m L ) , a n d S O D w a s d i s s o l v e d i n c y t o c h r o m e C s o l u t i o n ( 1 9 6 0 U / m L ) . A 2 m g / m L s t o c k s o l u t i o n o f P M A i n D M S O w a s d i l u t e d w i t h H B S S a n d a d d e d a t a fi n a l c o n c e n t r a t i o n o f 1 n g / m L i n t h e w e l l . E a c h t r e a t m e n t w a s r e p r e s e n t e d b y t r i p l i c a t e w e l l s o n t h e s a m e p l a t e ; t h e a v e r a g e o f t h e s e t r i p l i c a t e s w a s t a k e n a s n = 1 . C e l l s w e r e a d d e d t o w e l l s c o n t a i n i n g v e h i c l e , p y r e n e , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e , f o l l o w e d b y a d d i t i o n o f c y t o c h r o m e C o r c y t o c h r o m e C p l u s S O D . A b s o r b a n c e a t 5 5 0 n m w a s r e a d e v e r y 3 0 s e c o n d s f o r 3 0 m i n u t e s ( a t 3 7 ° C ) u s i n g a n E l x 8 0 8 m i c r o p l a t e r e a d e r ( B I O - T E K I n s t r u m e n t s , I n c . , W i n o o s k i , V T ) . P M A w a s t h e n a d d e d t o e a c h w e l l a n d t h e a b s o r b a n c e w a s r e c o r d e d f o r a n a d d i t i o n a l 3 0 m i n u t e s . M e a n a b s o r b a n c e o f t r i p l i c a t e w e l l s 1 2 2 c o n t a i n i n g S O D w a s s u b t r a c t e d f r o m t h e m e a n a b s o r b a n c e o f t h e c o r r e s p o n d i n g t r i p l i c a t e w e l l s w i t h o u t S O D . 0 2 ' c o n c e n t r a t i o n w a s c a l c u l a t e d u s i n g a n e x t i n c t i o n c o e f fi c i e n t o f 1 8 . 5 c m ' 1 m M ' l . L a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ( L D P D a s s a y . L D H w a s u s e d a s a m e a s u r e o f c y t o t o x i c i t y . L D H a c t i v i t y w a s m e a s u r e d u s i n g p y r u v a t e a 5 a s u b s t r a t e a c c o r d i n g t o B e r g r n e y e r a n d B e m t ( 5 4 ) . A f t e r d e t e r m i n a t i o n o f O z ' g e n e r a t i o n , t h e p l a t e w a s s p u n a t 6 5 0 x g f o r fi v e m i n u t e s . 5 0 1 1 L o f s u p e r n a t a n t w a s r e m o v e d f r o m e a c h w e l l a n d t r a n s f e r r e d t o a n o t h e r p l a t e . L D H r e a g e n t ( 2 3 3 : M N A D H , 4 7 . 6 1 1 M p y r u v a t e i n 2 0 0 I L L 5 0 m M p h o s p h a t e b u f f e r ) w a s a d d e d t o e a c h w e l l , a n d t h e c h a n g e i n a b s o r b a n c e a t 3 4 0 n m w a s m e a s u r e d o v e r fi v e m i n u t e s a t 3 7 ° C . T o t a l c e l l u l a r L D H w a s m e a s u r e d i n e a c h e x p e r i m e n t i n t r i p l i c a t e w e l l s i n w h i c h c e l l s w e r e l y s e d w i t h T r i t o n X - 1 0 0 ( 4 % fi n a l c o n c e n t r a t i o n ) . C y t o t o x i c i t y i s e x p r e s s e d a s t h e p e r c e n t o f t o t a l c e l l u l a r L D H a c t i v i t y r e l e a s e d i n t o t h e m e d i u m b y t h e c e l l s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s : D a t a w e r e a n a l y z e d b y o n e - w a y a n a l y s i s o f v a r i a n c e ( A N O V A ) . T h e c r i t e r i o n f o r s i g n i fi c a n c e w a s p < 0 . 0 5 . 4 . 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 4 . 3 . 2 G J I C E v a l u a t i o n C y t o t o x i c i t y . T h e c y t o t o x i c i t y a s s a y ( N e u t r a l R e d D y e U p t a k e a s s a y ) f o r P y r e n e a n d 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a a l d e h d y e a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 . P y r e n e w a s n o t c y t o t o x i c a t t h e c o n c e n t r a t i o n r a n g e e v a l u a t e d ( 0 — 8 0 1 1 M ) . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e r e a c h e d 1 2 3 1 C C ) D ) C O F l o r t n o C f o n o i t c a r F 1 2 1 . 1 1 1 ’ Q \ Q 0 1 N e u t r a l ‘ R e d D y e U p t a k e Q 1 ‘ 9 ' ( 1 0 I ? ( 1 1 1 0 . 0 I I I I I I I O 1 0 Z ) 3 ) 4 0 5 O 0 0 7 D 8 ) C o n c e n t r a t i o n ( 1 1 M ) F i g u r e 4 . 2 . C y t o t o x i c i t y p r o fi l e f o r A p y r e n e a n d . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e 1 2 4 c y t o t o x i c l e v e l s a t c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n 2 0 1 1 M . T o e v a l u a t e t h e a b i l i t y o f t h e c o m p o u n d t o i n h i b i t i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n , n o n - c y t o t o x i c l e v e l s w e r e u s e d . T h i s a s s u r e s t h a t a n y b l o c k a g e o f c o m m u n i c a t i o n s e e n i n t h e a s s a y i s d u e t o b l o c k a g e o f g a p j u n c t i o n s a n d n o t d u e t o c e l l d e a t h . A c o n c e n t r a t i o n o f 5 u M w a s u s e d f o r t h e t i m e r e s p o n s e a n d t i m e r e c o v e r y e x p e r i m e n t s t o a c c o u n t f o r s t a n d a r d d e v i a t i o n s e e n i n t h e c y t o t o x i c i t y a s s a y a n d t o a s s u r e t h e c o n c e n t r a t i o n w a s n o t c y t o t o x i c ( f > 0 . 8 ) . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s n o t c y t o t o x i c a t t h e c o n c e n t r a t i o n s ( 0 — 5 0 0 1 1 M ) e v a l u a t e d ( F i g u r e 4 . 3 ) . D o s e R e s p o n s e . F o r d o s e r e s p o n s e e x p e r i m e n t s , c e l l s w e r e e x p o s e d t o v a r y i n g d o s e s o f a t o x i c a n t f o r 3 0 m i n u t e s a n d t h e n a s s a y e d t o d e t e r m i n e G J I C l e v e l s . A s s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 , p y r e n e s i g n i fi c a n t l y b l o c k e d i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n ( f = 0 . 2 — 0 . 5 ) s t a r t i n g a t 4 0 1 1 M a n d c o m p l e t e i n h i b i t i o n o f c o m m u n i c a t i o n ( f < 0 . 2 ) o c c u r r e d a t 5 0 1 1 M . G J I C i n c e l l s e x p o s e d t o 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e r e a c h e d f < 0 . 5 a t a c o n c e n t r a t i o n o f 1 5 1 1 M . A t c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n 2 0 p M , h o w e v e r , c y t o t o x i c l e v e l s w e r e r e a c h e d a n d G J I C b l o c k a g e w a s c a u s e d b y t h e i n h i b i t i o n o f i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n a n d c e l l d e a t h . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d w a s n o n - i n h i b i t o r y t o G J I C a t t h e c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d ( 1 0 — 5 0 0 u M ) . T i m e R e s p o n s e . F o r t i m e r e s p o n s e e x p e r i m e n t s , c e l l s w e r e e x p o s e d t o a fi x e d d o s e o f t o x i c a n t f o r v a r y i n g a m o u n t s o f t i m e . A s s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ( 5 1 1 M ) b l o c k e d c o m m u n i c a t i o n a f t e r 3 0 m i n u t e s o f e x p o s u r e . C o m p l e t e i n h i b i t i o n w a s r e a c h e d i n 2 h o u r s a n d 2 4 h o u r e x p o s u r e l e d t o c e l l d e a t h . E x p o s u r e t o 1 2 5 1 . 2 - — - u 1 . 0 . 0 9 U . 1 \ f / % \ ( ) e C k O a F t ) ( U l o e r y t D n o d C e f o R « l n a o r l t t c u a e r N F 1 . 1 - . 0 ( n l . 0 0 ) 1 0 1 3 ‘ 0 2 — 0 . 0 I I I T 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 C o n c e n t e r a t i o n ( 1 1 M ) F i g u r e 4 . 3 . C y t o t o x i c i t y p r o fi l e f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y 1 t e t r a c a r b o x y l i c a c i d 1 2 6 0 ( l o r t n o C f o n o i t c a r F 1 2 1 . 1 - 1 . " 0 1 ; 3 0 . 2 n 0 . 1 - 0 . 0 I I I I T j I I I O 1 O 2 0 3 0 4 O 5 0 6 0 7 O 8 0 9 0 1 0 0 C o n c e n t r a t i o n ( 1 1 M ) . F i g u r e 4 . 4 . D o s e r e s p o n s e c u r v e f o r c e l l s e x p o s e d t o O p y r e n e ( 0 — 5 0 1 . 1 M ) , A 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ( 0 — 6 0 1 . 1 M ) a n d U 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ( 0 - 1 0 0 . p M ) f o r 3 0 m i n u t e s . 1 2 7 ) l o r t n o C f o n o i t c a r F ( C I J G 0 . 0 0 . 0 I . 5 0 I . 0 1 r . 5 1 2 . 0 I . 5 2 I . 0 1 3 I . 5 3 I . — 0 4 I . 5 4 r . 0 5 I . 5 5 ‘ A 6 . 0 1 . 0 2 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 — 0 . 2 - I q . T i m e ( h o u r s ) F i g u r e 4 . 5 . T i m e r e s p o n s e f o r c e l l s e x p o s e d t o 5 u M c o n c e n t r a t i o n o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e . 1 2 8 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d ( 5 0 0 1 1 M ) d i d n o t r e s u l t i n a r e d u c t i o n i n c o m m u n i c a t i o n e v e n a f t e r 2 4 h o u r s ( F i g u r e 4 . 6 ) . T i m e R e c o v e r y . T h e t i m e r e c o v e r y a s s a y i s u s e d t o d e t e r m i n e i f c e l l s a r e a b l e t o r e c o v e r f u l l c o m m u n i c a t i o n a f t e r t h e r e m o v a l o f t h e t o x i c a n t a n d r e p l a c e m e n t o f n e w m e d i a . F o r e x p e r i m e n t s , c e l l s w e r e e x p o s e d t o a fi x e d d o s e o f t o x i c a n t f o r 3 0 m i n u t e s a n d t h e n r i n s e d . N e w D - m e d i a w a s a d d e d t o t h e p l a t e a n d t h e c e l l s w e r e r e t u r n e d t o t h e i n c u b a t o r . G J I C a s s a y s w e r e t h e n p e r f o r m e d t o d e t e r m i n e t h e i n i t i a l G J I C v a l u e a n d t h e s u b s e q u e n t G J I C v a l u e s f o r 3 0 m i n u t e s , 6 0 m i n u t e s , 1 h o u r , 2 h o u r s , 4 h o u r s a n d 5 . 5 h o u r s a f t e r m e d i a r e p l a c e m e n t . A f t e r 3 0 m i n u t e s o f e x p o s u r e t o 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e ( 5 1 1 M ) , r i n s i n g o f t h e p l a t e , a n d r e p l a c e m e n t o f n e w m e d i a , c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n c o n t i n u e d t o d e c r e a s e a n d n e v e r r e c o v e r e d ( F i g u r e 4 . 7 ) . N o r e c o v e r y o f G J I C w a s s e e n a n d c o m p l e t e i n h i b i t i o n w a s r e a c h e d w i t h i n 1 h o u r d e s p i t e m e d i a r e p l a c e m e n t . T i m e r e c o v e r y w a s n o t p e r f o r m e d f o r 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d b e c a u s e n o s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e i n e f f e c t s t o G J I C w e r e s e e n b e t w e e n t h e c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d ( 1 0 — 5 0 0 1 1 M ) a n d c o n t r o l s a t a p < 0 . 0 1 . 4 . 3 . 2 H L - 6 0 N e u t m p h i l A s s a y . E x p o s u r e o f H L - 6 0 c e l l s t o p y r e n e o r i t s m e t a b o l i t e s i n t h e a b s e n c e o f P M A d i d n o t r e s u l t i n g e n e r a t i o n o f 0 2 ' ( d a t a n o t s h o w n ) . H L - 6 0 c e l l s s t i m u l a t e d w i t h P M A p r o d u c e d 0 2 ' . T h e g e n e r a t i o n o f O z ' b y P M A - s t i m u l a t e d c e l l s w a s u n a f f e c t e d b y t r e a t m e n t w i t h e i t h e r p y r e n e o r t h e c a r b o x y l i c a c i d d e r i v a t i v e a t c o n c e n t r a t i o n s u p t o 4 0 u M ( F i g u r e 4 . 8 ) . T h e t e t r a a l d e h y d e d e r i v a t i v e c a u s e d a 1 2 9 ) C I J G ( l o r t n o C f o n o i t c a r F 1 . 1 1 . 0 ” ‘ 1 1 0 . 9 ~ 0 . 8 ~ 0 . 7 a 0 . 6 ~ 0 . 5 - 0 . 4 — 0 . 3 - 0 . 2 4 0 . 1 - 0 . 0 I I I I I I 0 1 2 3 4 5 6 T i m e ( h o u r s ) F i g u r e 4 . 6 . T i m e r e s p o n s e 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y 1 t e t r a c a r b o x y l i c a c i d a t 5 0 0 m M c o n c e n t r a t i o n . 1 3 0 ) C C F ( h c 3 ( ‘ 1 2 I I ) - 0 1 3 : . 0 1 3 - O J I ‘ 0 £ 2 ~ 0 . 0 I I I I I I I I I O 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 1 0 5 1 2 0 1 3 5 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 4 . 7 . T i m e r e c o v e r y f o r c e l l s e x p o s e d t o 5 1 1 M c o n c e n t r a t i o n o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e f o r 3 0 m i n u t e s , r i n s e d , a n d a l l o w e d t o r e c o v e r i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n i n n e w m e d i a f o r v a r i o u s p e r i o d s o f t i m e . 1 3 1 l o r M M M 1 t p n p 1 o 0 0 C 1 1 4 3 : 2 : ] E Y - U 1 E { “ ‘ ‘ 0 0 0 0 . s A l l M e c P 0 h 6 c . 3 - i L h = H w r N y e b t . f s n a d o i , t s a e o h t r t e e u M n n e i g m e h t ) 0 n ' 2 3 i 0 d r ( o e f b n i o d r i e c n t s a a e c d e i d d s i n a x i o r e p d s e n n o i u m i t s r a r e d t t e e n t d e a c l n s u o a m c w i e t A h s t M - t A a P M f s P o e n n t o i o l i ) s t o e i b t d a i t d l e a o m r 5 0 . 0 < b s e p a t ( t t f i e a e r l m s o d c t e i c h e i n e u d e v d n r a y o m p r o e r p n f ' h e 2 t r 0 i y w t n e p r . d d e f e e f o t 5 4 2 1 d f a d i t b c u a d e y c s f l n f a t i E w n 8 e . r 4 e a ) c L fi m i w n e / r s g g i u l g l n s i e 1 , F C ( * - 1 3 ? 3 0 ‘ ' 3 6 u o u o n p m d - 3 0 S I I G G 9 0 L / | 0 L u u 9 6 ° & \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ : \ \ H \ \ \ \ \ & X \ \ \ \ R \ \ R \ \ F L \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1 % ] V e h i c l e P y r e n e C a r b o x y l i c A l d e h d y e a c i d c o n c e n t r a t i o n - d e p e n d e n t d e c r e a s e i n P M A - s t i m u l a t e d 0 2 ' p r o d u c t i o n . L D H r e l e a s e b y H L - 6 0 c e l l s w a s n o t i n c r e a s e d b y e x p o s u r e t o e i t h e r p y r e n e o r i t s m e t a b o l i t e s ( F i g u r e 4 . 9 ) , d e m o n s t r a t i n g t h a t a t t h e c o n c e n t r a t i o n s u s e d , t h e s e c h e m i c a l s a r e n o t c y t o t o x i c t o t h e c e l l s . 1 3 3 e l M c 1 M M i 1 1 v h 1 e 0 o V 1 1 4 Z Z Z _ I E m r — L \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ l — L \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ F 0 — 1 ( 1 9 1 i : \ \ \ \ \ \ % ) a s e e \ l e u H m . d e v r e s b o 1 3 4 3 0 2 5 7 2 0 7 1 5 7 1 0 7 5 - O 1 V e h i c l e P y r e n e C a r b o x y l i c A l d e h d y e a c i d F i g u r e 4 . 9 C y t o t o x i c i t y i n H L - 6 0 c e l l s e x p o s e d t o p y r e n e o r i t s m e t a b o l i t e s . C e l l s w e r e i n c u b a t e d w i t h p y r e n e o r i t s m e t a b o l i t e s a t t h e c o n c e n t r a t i o n s i n d i c a t e d a s d e s c r i b e d i n t h e l e g e n d t o F i g u r e 4 . 8 . L D H - r e l e a s e d b y t h e c e l l s w a s m e a s u r e d a t t h e e n d o f t h e 6 0 - m i n u t e i n c u b a t i o n a s d e s c r i b e d i n M e t h o d s . N = 3 . N o s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e s 4 . 4 C o n c l u s i o n I t i s i m p o r t a n t t o i d e n t i f y P A H o x i d a t i o n c o n s t i t u e n t s a n d t o u n d e r s t a n d t h e r e l a t i v e t o x i c i t y b e c a u s e t h e s e c o m p o u n d s . T h o u g h l i m i t e d t o x i c o l o g y s t u d i e s f o r P A H o z o n a t i o n b y p r o d u c t s a r e a v a i l a b l e , t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e G J I C a n a l y s i s a r e c o n s i s t e n t w i t h p r e v i o u s g a p j u n c t i o n s t u d i e s . T h e a b i l i t y o f 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e m o r e t h a n 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ t e t r a c a r b o x y l i c a c i d t o i n h i b i t G J I C i s t h o u g h t t o b e r e l a t e d t o t h e f u n c t i o n a l g r o u p s a t t a c h e d a t t h e 4 , 5 o r 9 , 1 0 b o n d s . T h i s c o n c l u s i o n i s a l s o s u p p o r t e d i n l i t e r a t u r e w h e r e v a r i o u s f t m c t i o n a l g r o u p s a d j a c e n t t o o r a p a r t o f P A H o x i d a t i o n p r o d u c t s h a v e b e e n s h o w n t o e n h a n c e t h e c a r c i n o g e n i c a c t i v i t y o f P A H s [ 5 - 1 0 , 1 9 - 2 4 ] . H e m e r e t a 1 . [ 2 3 ] a n a l y z e d t h r e e p h e n a n t h r e n e - l i k e p r o d u c t s p r o d u c e d d u r i n g p y r e n e o z o n a t i o n a n d s e v e n c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e p r o d u c t s s i m i l a r i n s t r u c t u r e o n l y d i f f e r i n g b y t h e l o c a t i o n a n d t y p e o f f u n c t i o n a l g r o u p . T h e p h e n a n t h r e n e a n d b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s w i t h o n l y a l d e h y d e g r o u p s ( i . e . , 1 , 2 , 3 , 4 - t e t r a h y d r o - 9 - p h e n a n t h r e n e c a r b o x a l d e h y d e a n d 2 - b i p h e n y l c a r b o x a l d e h y d e ) w e r e m o r e i n h i b i t o r y t h a n b i p h e n y l - l i k e c o m p o u n d s w i t h c a r b o x y l g r o u p s ( i . e . , d i p h e n i c a c i d , 2 - b i p h e n y l c a r b o x y l i c a c i d , a n d 2 - b i p h e n y l c a r b o x y l i c a c i d ) . A c o m p a r i s o n o f t h e b i p h e n y l c o m p o u n d s s h o w e d t h a t t h e b i p h e n y l c o m p o u n d s w i t h o n l y a l d e h y d e g r o u p s c o m p l e t e l y b l o c k e d c o m m u n i c a t i o n ( f < 0 . 2 ) a t c o n c e n t r a t i o n s m u c h l o w e r t h a n t h e b i p h e n y l c o m p o u n d s w i t h c a r b o x y l i c a c i d g r o u p s ( f = 0 . 8 — 1 . 0 ) . T h e e f f e c t s o f p y r e n e o z o n a t i o n p r o d u c t s w e r e e x a m i n e d i n t w o i n v i t r o a s s a y s o f b i o l o g i c a l a c t i v i t y . E a c h o f t h e s e a s s a y s r e p r e s e n t s a c e l l u l a r f u n c t i o n t h a t r e s u l t s f r o m i n t e g r a t i o n o f c e l l u l a r s i g n a l i n g a n d c h a n g e s i n e a c h c a n b e a s s o c i a t e d w i t h e f f e c t s o n t h e w h o l e o r g a n i s m . I n t h i s s t u d y , w e d e t e r m i n e d t h a t t h e f u n c t i o n a l g r o u p a t t a c h e d t o t h e 1 3 5 o x i d i z e d b o n d s ( i . e . , a l d e h y d e o r c a r b o x y l i c ) a p p e a r s t o d e t e r m i n e t h e a b i l i t y o f a c o m p o u n d t o e f f e c t c e l l u l a r f u n c t i o n . T h e . p r e s e n c e o f a l d e h y d e g r o u p s i n a l l f o u r p o s i t i o n s l e d t o a c o m p o u n d w i t h i n c r e a s e d t o x i c i t y w h i l e t h e p r e s e n c e o f f o u r c a r b o x y l i c a c i d g r o u p s l e d t o a c o m p o u n d t h a t s h o w s l i t t l e t o n o e f f e c t i n t h e t o x i c o l o g y s t u d i e s a t t h e l e v e l s t e s t e d . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e d e m o n s t r a t e d a n i n c r e a s e d a b i l i t y t o i n h i b i t G J I C a s c o m p a r e d t o p y r e n e . T i m e r e s p o n s e a n d t i m e r e c o v e r y r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t i r r e v e r s i b l e d a m a g e t o c e l l s r e s u l t e d f r o m e x p o s u r e t o t h i s c o m p o u n d a t v e r y l o w d o s e s a n d s h o r t t i m e p e r i o d s . T h i s i n d i c a t e s t h e p o t e n t i a l f o r d e c r e a s e d i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n a n d a n i n c r e a s e d c h a n c e o f t u m o r f o r m a t i o n a n d d i s r u p t i o n o f n o r m a l c e l l f u n c t i o n . E n v i r o n m e n t a l S i g n i fi c a n c e P a r t i c u l a t e m a t t e r , fl u i d i z e d b e d c o m b u s t i o n s y s t e m s , c o a l b u r n i n g , v e h i c l e e m i s s i o n s c o n t a i n s i g n i fi c a n t l e v e l s o f P A H c o m p o u n d s . T h e i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n o f f o s s i l f u e l s , g a s o l i n e a n d c o a l r e s u l t s i n p o l y c y c l i c c o m p o u n d s t h a t c a n e x i s t i n b o t h g a s e o u s a n d s o l i d p h a s e s i n a i r [ 5 5 ] . A t a m b i e n t t e m p e r a t u r e s a n d d e p e n d i n g o n t h e m o l e c u l a r m a s s , P A H s w i t h t w o - a n d t h r e e - r i n g s ( i . e . n a p h t h a l e n e , a n t h r a c e n e ) a r e f o u n d p r e d o m i n a n t l y i n t h e g a s - p h a s e . P A H s w i t h s i x o r m o r e r i n g s ( i . e . n a p h t h a [ 2 , l - a ] p y r e n e , c o r o n e n e ) a d s o r b t o p a r t i c l e s a n d a r e f o u n d i n t h e s o l i d - p h a s e ; a n d i n b o t h s o l i d a n d g a s - p h a s e s , f o u r — a n d 5 - r i n g ( i . e . p y r e n e , c h r y s e n e ) P A H s w i l l e x i s t [ 7 , 5 5 - 5 6 ] . G a s - p h a s e P A H s a r e c h e m i c a l l y r e a c t i v e i n t h e l o w e r t r o p o s p h e r e a n d a r e k n o w n t o y i e l d s e c o n d a r y p o l l u t a n t s t h a t i n c l u d e s t r o n g l y c a r c i n o g e n i c a n d m u t a g e n i c c o m p o u n d s ( 1 1 - 1 2 , 5 6 - 5 7 ) . I t h a s b e e n e x p e r i m e n t a l l y s h o w n t h a t g a s - p h a s e r e a c t i o n s f o r 1 3 6 2 a n d 3 r i n g P A H s w i t h h y d r o x y l r a d i c a l s a n d w i t h o z o n e r e s u l t e d i n t h e p r o d u c t i o n o f o x i d i z e d P A H c o m p o u n d s c o n t a i n i n g q u i n o n e a n d d i a l d e h y d e g r o u p s [ 5 6 , 5 8 ] . A s s e e n i n t h e p r e s e n t w o r k , t h e p r e s e n c e o f d i a l d e h y d e f u n c t i o n a l g r o u p s i s a n i n d i c a t i o n o f t o x i c i t y . O x i d i z e d P A H b y p r o d u c t s i n a q u e o u s a n d s o l i d m e d i a m i g h t a l s o c o r r e l a t e t o c o m p o u n d s d e t e c t e d i n a t m o s p h e r i c r e a c t i o n s w i t h P A H p a r t i c u l a t e m a t t e r . M o r e i n v e s t i g a t i o n s i d e n t i f y i n g p r o d u c t s o f r e a c t i o n o f P A H s i n a m b i e n t a i r w i t h h y d r o x y l r a d i c a l s a n d o z o n e c o u l d p r o v i d e a l i n k t o c o m p o u n d s d e t e c t e d i n a q u e o u s o z o n a t i o n s w h e r e n u m e r o u s s t u d i e s h a v e i d e n t i fi e d b y p r o d u c t s f o r P A H c o m p o u n d s . A c k n o w l e d g m e n t s W e w o u l d l i k e t o t h a n k t h e N I E H S - S u p e r f u n d G r a n t f o r f u n d i n g s u p p o r t . 1 3 7 4 . 5 R e f e r e n c e s 1 . 1 0 . C o r l e s s , C . ; R e y n o l d s , 0 . ; G r a h a m , N . ; P e r r y , R . ; “ O z o n a t i o n o f P y r e n e i n A q u e o u s S o l u t i o n ” . W a t e r R e s e a r c h . 1 9 9 0 , 2 4 ( 9 ) , 1 1 1 9 — - 1 1 2 3 . T r a p i d o , M . ; V e r e s s i n i n a , Y . ; M u n t e r , R . ; “ O z o n a t i o n a n d A d v a n c e d O x i d a t i o n P r o c e s s e s o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n A q u e o u s S o l u t i o n s - A K i n e t i c S t u d y ” . E n v i r o n . T e c h n o l . 1 9 9 5 , 1 6 , 7 2 9 - 7 4 0 . M a s t e n , S . a n d D a v i e s , S . ; “ T h e U s e o f O z o n a t i o n t o D e g r a d e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n W a s t e w a t e r s ” . E n v i r o . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 4 , 2 8 ( 4 ) , 1 8 1 A - 1 8 5 A . G i l u l a , N . ; F a n c e t t , D . ; A o k i , A . ; “ T h e S e r t o l i C e l l O c c l u d i n g J u n c t i o n s a n d G a p J u n c t i o n s i n M a t u r e a n d D e v e l o p i n g M a m m a l i a n T e s t i s ” . D e v . B i o l . 1 9 7 6 , 5 0 , 1 4 2 - 1 6 8 . J e r i n a , D . M . ; Y a g i , H . ; L e h r , R . E . ; T h a k k e r , D . R . ; S c h a e f e r - R i d d e r , M . ; K a r l e , J . M . ; L e v i n , W . ; W o o d , A . W . ; C h a n g , R . L . ; C o n n e y , A . H . ; “ T h e B a y R e g i o n T h e o r y o f C a r c i n o g e n e s i s b y P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s ” . I n P o l v c v c l i c H y d r o c a r b o n s a n d C a n c e r . V o l g u m e 1 . E n v i r o n m e n t . C h e m i s t r y . a n d M e t a b o l i s m . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 7 8 , 1 7 3 — 1 8 5 . N e f f , J . M . “ P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n A q u e o u s E n v i r o n m e n t : S o u r c e s , F a t e s a n d B i o l o g i c a l E f f e c t s ” . A p p l i e d S c i e n c e . L o n d o n . 1 9 7 9 , 2 2 7 . H o f f m a n n , D . ; L a v o i e , E . J . ; H e c h t , S . S . ; “ P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s : E f f e c t s o f C h e m i c a l S t r u c t u r e o n T u m o r g e n i c i t y ” . P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s : P h y s i c a l a n d B i o l o g i c a l C h e m i s t r y . S i x t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m . B a t t e l l e P r e s s : C o l u m b u s , 1 9 8 2 , 1 - 1 9 . F r i e s e l , H . ; S c h o p e , K . B . ; H e c k e r , E . ; “ B a y R e g i o n v e r s u s L - R e g i o n A c t i v a t i o n o f t h e T u m o r I n i t i a t o r 7 , 1 2 - D i m e t h y l B e n z ( a ) a n t h r a c e n e ” . P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s : F o r m a t i o n , M e t a b o l i s m a n d M e a s u r e m e n t . S e v e n t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m . B a t t e l l e P r e s s : C o l u m b u s , 1 9 8 2 , 5 1 7 - 5 3 0 . M e l i k i a n , A . A ; L a v o i e , E . J . ; H e c h t , S . S . ; H o f f m a n n , D . ; “ O n t h e E n h a n c i n g E f f e c t o f a B a y R e g i o n M e t h y l G r o u p i n 5 - M e t h y l C h r y s e n e C a r c i n o g e n e s i s . ” P o l y n u c l e a r A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s : F o r m a t i o n , M e t a b o l i s m a n d M e a s u r e m e n t . S e v e n t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m . B a t t e l l e P r e s s : C o l u m b u s , 1 9 8 2 , 8 6 1 - 8 7 5 . L a r s e n , W . ; W e r f , S . ; B r t m n e r , G . ; “ A D r a m a t i c L o s s o f C u m u l u s C e l l G a p J u n c t i o n s i s C o r r e l a t e d w i t h G e n n i n a l V e s i c l e B r e a k d o w n i n R a t O o c y t e s ” . D e v . B i o l , 1 9 8 6 , 1 1 3 , 5 1 7 - 5 2 1 . ' 1 3 8 l l . 1 2 . 1 3 . 1 4 . 1 5 . 1 6 . 1 7 . 1 8 . 1 9 . 2 0 . 2 1 . 2 2 . H a n n i g a n , M . ; C a s s , G . ; P e n m a n , B . ; C r e s p i , C . ; L a fl e u r , A . ; B u s b y , W . ; T h i l l y , W . ; “ H u m a n C e l l M u t a g e n s i n L o s A n g e l e s A i r ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 7 . 3 1 , 4 3 8 — 4 4 7 . H a n n i g a n , M . ; C a s s , G . ; P e n m a n , B . ; C r e s p i , C . ; L a fl e u r , A . ; B u s b y , W . ; T h i l l y , W . ; S i m o n e i t , B . ; “ B i o a s s a y - D i r e c t e d C h e m i c a l A n a l y s i s o f L o s A n g e l e s A i r b o r n e P a r t i c u l a t e M a t t e r U s i n g a H u m a n C e l l M u t a g e n i c i t y A s s a y ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 8 . 3 2 , 3 5 0 2 - 3 5 1 4 . C l e m o n s , J . ; A l l a n , L . ; M a r v i n , C . ; W u , Z . ; M c C a r r y , B . ; B r y a n t , D . ; Z a c h a r e w s k i , T . ; “ E v i d e n c e o f E s t r o g e n - a n d T C D D - L i k e A c t i v i t i e s i n C r u d e a n d F r a c t i o n a l t e d E x t r a c t s o f P M “ ) A i r P a r t i c u l a t e M a t e r i a l U s i n g i n V i t r o G e n e E x p r e s s i o n A s s a y s . ” E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 8 , 3 2 , 1 8 5 3 — 1 8 6 0 . A m e r i c a n T o x i c S u b s t a n c e R e g i s t r y ( A T S D R ) , 1 9 9 7 . C o p e l a n d , P . ; D e a n , R . ; M c N e i l , D . ; “ T h e O z o n o l y s i s o f P o l y c y c l i c H y d r o c a r b o n s : P a r t I I ” . J . C h e m . S o c . 1 9 6 1 , 1 2 3 2 — 1 2 3 6 . B a i l e y , P . ; O z o n a t i o n i n O r g a n i c C h e m i s t r y , V o l u m e I I . N o n - O l e fi n i c C o m p o u n d s . A c a d e m i c P r e s s : N e w Y o r k , 1 9 8 2 . 4 3 - 1 0 9 . Y a o , J . J ; H u a n g , Z . ; M a s t e n , S . ; “ T h e O z o n a t i o n o f P y r e n e : P a t h w a y a n d P r o d u c t I d e n t i fi c a t i o n ” . W a t . R e s . 1 9 9 8 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . Y o s h i k a w a , T . ; R u h r , L . ; F l o r y , W . ; G i a m a l v a , D . ; C h u r c h , D . ; P r y o r , W . ; “ T o x i c i t y o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s I . E f f e c t o f P h e n a n t h r e n e , p y r e n e a n d t h e i r o z o n i z e d p r o d u c t s o n b l o o d c h e m i s t r y i n r a t s ” . T o x i c o l . A p p l i . P h a r m a c o l . 1 9 8 5 . 7 9 , 2 1 8 - 2 2 6 . U p h a m , B . ; M a s t e n , S . ; L o c k w w o k , B . ; T r o s k o , J . ; “ N o n g e n o t o x i c e f f e c t s o f p o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s a n d T h e i r O z o n a t i o n b y p r o d u c t s o n t h e i n t e r c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n o f R a t L i v e r E p i t h e l i a l C e l l s . ” F u n d A p p ] . T o x . 1 9 9 4 , 2 3 , 4 7 0 - 4 7 5 . U p h a m , B . ; Y a o , J . ; T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . ‘ ; “ T h e D e t e r m i n a t i o n o f t h e E f fi c a c y o f O z o n e T r e a t m e n t S y s t e m s U s i n g G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n B i o a s s a y ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 5 , 2 9 ( 1 2 ) , 2 9 2 3 — 2 9 2 8 . U p h a m , B . ; W e i s , L . ; R u m m e l , A . ; M a s t e n , S . ; T r o s k o , J . ; “ T h e E f f e c t s o f A n t h r a c e n e a n d M e t h y l a t e d A n t h r a c e n e s o n G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n i n R a t L i v e r E p i t h e l i a l C e l l s ” . F u n d . A p p l i . T a x . 1 9 9 6 , 3 4 , 2 6 0 - 2 6 4 . U p h a m , B . ; W e i s , L . ; R u m m e l , A . ; T r o s k o , J . ; “ M o d u l a t e d G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n a s a B i o m a r k e r o f P A H E p i g e n e t i c T o x i c i t y : S t r u c t u r e - F u n c t i o n R e l a t i o n s h i p ” . E n v . H e a l t h P e r s p e c t i v e s . 1 9 9 8 , 1 0 6 ( 4 ) , 9 7 5 - 9 8 1 . 1 3 9 2 3 . 2 4 . 2 5 . 2 6 . 2 7 . 2 8 . 2 9 . 3 0 . 3 1 . 3 2 . 3 3 . H e m e r , H , T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . ; “ T h e R e a c t i o n o f O z o n e w i t h P y r e n e : T h e B y p r o d u c t s a n d T h e i r T o x i c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 1 , 3 2 ( 1 0 ) , 3 0 0 1 - 3 0 1 2 . L u s t e r - T e a s l e y , S ; Y a o , J . ; H e m e r , H . ; T r o s k o , J . ; M a s t e n , S . ; “ O z o n a t i o n o f C h r y s e n e : E v a l u a t i o n o f B y p r o d u c t M i x t u r e s a n d I d e n t i fi c a t i o n o f T o x i c C o n s t i t u e n t ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 2 , 3 6 ( 5 ) , 8 6 9 — 8 7 6 . G h o s h a l , S . ; W e b e r , W . ; R u m m e l , A . ; T r o s k o , J . ; U p h a m , B . ; “ E p i g e n e t i c T o x i c i t y o f a m i x t u r e o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s o n G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n b e f o r e a n d a f t e r b i o g r a d a t i o n ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 9 , 3 3 ( 7 ) , 1 0 4 4 — 1 0 5 0 . T r o s k o , J . p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 2 0 0 1 . T r o s k o , J . ; C h a n g , C . ; M a d h u k a r , B . ; K l a u n i n g , J . ; “ C h e m i c a l O n c o g e n e a n d G r t h F a c t o r I n h i b i t i o n o f G a p J u n c t i o n I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n : A n I n t e g r a t i v e H y p o t h e s i s o f C a r c i n o g e s e s i s . ” P a t h o b i o l o g y . 1 9 9 0 , 5 8 , 2 6 5 - 2 7 8 . T r o s k o , J . ; M a d h u k a r , B . ; C h a n g , C . ; “ E n d o g e n o u s a n d E x o g e n o u s M o d u l a t i o n o f G a p J u n c t i o n I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n : T o x i c o l o g i c a l a n d P h a r m a c o l o g i c a l I m p l i c a t i o n s ” . L i f e S c i . 1 9 9 3 , 5 3 , 1 - 1 9 . G a n e y , P . E . , S i r o i s , J . E . , D e n i s o n , M . , R o b i n s o n , J P . a n d R o t h , R . A . ; “ N e u t r o p h i l f u n c t i o n a f t e r e x p o s u r e t o p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s i n v i t r o E n v i r o n . H i t h . P e r s p e c t . 1 9 9 3 . 1 Q : 4 3 0 - 4 3 4 , 1 9 9 3 . V o i e O A , F o n n u m F . ; “ O r t h o s u b s t i t u t e d p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s e l e v a t e i n t r a c e l l u l a r [ C a 2 + ] i n h u m a n g r a n u l o c y t e s ” . E n v i r o n T o x i c o l P h a r m a c o l . 1 9 9 8 , 5 : 1 0 5 - 1 2 . N a r a y a n a n , P . K . , C a r t e r , W . O . , G a n e y , P . E . , R o t h , R . A . , V o y t i k - H a r b i n , 8 L . a n d R o b i n s o n , J . P . ; “ I m p a i r m e n t o f h u m a n n e u t r o p h i l o x i d a t i v e b u r s t b y p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s : I n h i b i t i o n o f s u p e r o x i d e d i s m u t a s e a c t i v i t y ” . . 1 . L e a h B i o l . 1 9 9 8 , 6 1 : 2 1 6 - 2 2 4 , 1 9 9 8 . T i t h o f , P . K . , O l i v e r o , J . , R u e h l e , K . , a n d G a n e y , P . E . ; “ A c t i v a t i o n o f n e u t r o p h i l c a l c i u m - d e p e n d e n t a n d - i n d e p e n d e n t p h o s p h o l i p a s e s A 2 b y o r g a n o c h l o r i n e c o m p o u n d s ” . T o x i c o l . S c i , 2 0 0 0 , 5 3 : 4 0 - 4 7 . G a n e y , P . E . , Q u e n s e n , J . F . , M o u s a , M . A . , B o y d , S . T . , W a g n e r , M . A . , a n d F i s c h e r , L . J . : “ B i o l o g i c a l a c t i v i t y a s s o c i a t e d w i t h n o n c o p l a n a r p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s a f t e r m i c r o b i a l d e c h l o r i n a t i o n o f A r o c l o r 1 2 4 2 a n d A r o c l o r 1 2 5 4 . E n v i r o n ” . T o x i c o l . C h e m . 2 0 0 0 , 1 9 : 1 3 1 1 - 1 3 1 6 . 1 4 0 3 4 . 3 5 . 3 6 . 3 7 . 3 8 . 3 9 . 4 0 . 4 1 . 4 2 . 4 3 . 4 4 . 4 5 . O l i v e r o , J . , a n d G a n e y , R E ; “ A m o l e c u l a r m o t i f r e q u i r e d f o r t h e a c t i v a t i o n o f r a t n e u t r o p h i l p h o s p h o l i p a s e A 2 b y o r g a n o c h l o r i n e c o m p o u n d s ” . C h e m . R e s . T o x i c o l . , 2 0 0 2 , 1 5 : 1 5 3 - 1 5 9 . H e w e t t , J A ; S c h u l t z e , A E ; V a n C i s e , S ; R o t h , R A . ; “ N e u t r o p h i l d e p l e t i o n p r o t e c t s a g a i n s t l i v e r i n j u r y f r o m b a c t e r i a l e n d o t o x i n . ” L a b I n v e s t . 1 9 9 2 M a r ; 6 6 ( 3 ) : 3 4 7 - 6 1 . Y a b e Y , K o b a y a s h i N , N i s h i h a s h i T , T a k a h a s h i R , N i s h i k a w a M , T a k a k u r a Y , H a s h i d a M . “ P r e v e n t i o n o f n e u t r o p h i l - m e d i a t e d h e p a t i c i s c h e m i a / r e p e r f u s i o n i n j u r y b y s u p e r o x i d e d i s m u t a s e a n d c a t a l a s e d e r i v a t i v e s ” . J P h a r m a c o l E x p T h e r . 2 0 0 1 , 2 9 8 ( 3 ) : 8 9 4 - 9 . K i e l y P D , W a n g J C , K e l l y C J , C o n d r o n C , W a t s o n R G , B o u c h i e r - H a y e s D J . “ D i e t h y l r n a l e a t e , a p r o - o x i d a n t , a t t e n u a t e s e x p e r i m e n t a l i s c h a e m i a - r e p e r f u s i o n - i n d u c e d l u n g i n j u r y ” . B r J S u r g . 2 0 0 2 , A p r ; 8 9 ( 4 ) : 4 8 2 - 5 . I k e d a Y , Y o u n g L H , L e f e r A M . A t t e n u a t i o n o f n e u t r o p h i l - m e d i a t e d m y o c a r d i a l i s c h e m i a - r e p e r f u s i o n i n j u r y b y a - c a l p a i n i n h i b i t o r . A m J P h y s i o l H e a r t C i r c P h y s i o l . 2 0 0 2 A p r ; 2 8 2 ( 4 ) : H 1 4 2 1 - 6 . F i e s e r , L . F . ; N o v e l l o , F . C . " 9 - M e t h y l - 3 , 4 - b e n z p y r e n e " . J . A m e r . C h e m . S o c . 1 9 4 0 , 6 2 , 1 8 5 5 - 1 8 5 9 . Y a k o b s o n , G . G . ; V l a s o v , V . M . ; V o r o z h t s o v , N . N . " P r e p a r t i o n o f D e c a fl u o r o p y e n e a n d i t s I n t e r a c t i o n w i t h N i t r i c A c i d " . D o k l . C h e m . E n g ] . T r a n s l . 1 9 6 6 , 1 6 9 , 7 6 2 - 7 6 4 . J u r s i c , B . " S u r f a c t a n t A s s i s t e d P e r r n a n g a n a t e O x i d a t i o n o f A r o m a t i c C o m p o u n d s " . C a n . J . C h e m . 1 9 8 9 , 6 7 , 1 3 8 1 - 1 3 8 3 . E l - F o u l y , M . ; T r o s k o , J . ; C h a n g , C . ; “ S c r a p e L o a d i n g a n d D y e T r a n s f e r : A R a p i d a n d s i m p l e T e c h n i q u e t o S t u d y G a p J u n c t i o n I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n ” . E x p . C e l l R e s . 1 9 8 7 , 1 6 8 , 4 2 2 - 4 3 0 . B o r e n f r e u n d , E . ; P r u n e r r n J . “ T o x i c i t y D e t e r m i n e d I n V i t r o b y M o r p h o l o g i c a l A l t e r a t i o n s a n d N e t u r a l R e d A b s o r p t i o n T o x i c o l o g y ” . T o x i c o l o g y L e t t e r s . 1 9 8 5 , 2 4 , 1 1 9 — 1 2 4 . Y a m a g u c h i , T . ; H a y a k a w a T . ; “ G r a n u l o c y t e c o l o n y - s t i m u l a t i n g f a c t o r p r o m o t e s f u n c t i o n m a t u r a t i o n o f O 2 ' g e n e r a t i n g s y s t e m d u r i n g d i f f e r e n t i a t i o n o f H L - 6 O t o n e u t r o p h i l - l i k e c e l l s . ” A r c h i v e s o f B i o c h e m i s t r y a n d B i o p h y s i c s . 1 9 9 8 , 3 5 3 ( 1 ) : 9 3 - 1 0 0 . K a r g m a n , 8 . , A l i , A . , V a i l l a n c o u r t , J . P . , E v a n s , J . F . , a n d N i c h o l s o n , D . W . “ P r o t e i n k i n a s e C - d e p e n d e n t r e g u l a t i o n o f s u l fi d o p e p t i d e l e u k o t r i e n e b i o s y n t h e s i s a n d l e u k o t r i e n e C 4 s y n t h a s e i n n e u t r o p h i l i c H L - 6 0 c e l l s ” . M o l P h a r m a c o l . 1 9 9 4 , 4 5 ; 1 0 4 3 - 1 0 4 9 . 1 4 1 4 6 . 4 7 . 4 8 . 4 9 . 5 0 . 5 1 . 5 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . T h o m p s o n , B . Y . , S i v a r n , G . , B r i t i g a n , B . E . , R o s e n , G M , a n d C o h e n , M S ; “ O x y g e n m e t a b o l i s m o f t h e H L - 6 0 c e l l l i n e : c o m p a r i s o n o f t h e e f f e c t s o f m o n o c y t o i d a n d n e u t r o p h i l i c d i f f e r e n t i a t i o n ” . J L e u k o c y t e B i o l . 1 9 8 8 , 4 3 : 1 4 0 - 1 4 7 . S e n i o , Y . ; I k e d a , U . ; S e k i g u c h i , H . ; M o r i t a , M , K o n i s h i , K . ; K a s a h a r a , T . ; S h i m a d a , K . ; ” E x p r e s s i o n o f L e u k o c y t e C h e m o t a c t i c C y t o k i n e s i n M y o c a r d u a k T i s s u e . ” C y t o k i n e , 1 9 9 5 , 7 ( 3 ) : 3 0 1 — 3 0 4 . K o r c h a k , H . M . , R o s s i , M . W . , a n d K i l p a t r i c k , L . E . ; “ S e l e c t i v e r o l e f o r b e t a - p r o t e i n k i n a s e C i n s i g n a l i n g f o r O - 2 g e n e r a t i o n b u t n o t d e g r a n u l a t i o n o r a d h e r e n c e i n d i f f e r e n t i a t e d H L 6 0 c e l l s ” . J B i o l C h e m . 1 9 9 8 , 2 7 3 : 2 7 2 9 2 - 2 7 2 9 9 . R a n e , M . J . ; C a r r i t h e r s , S . L . ; A r t h u r , J . M . ; K l e i n , J . B . ; M c L e i s h , K . R . ; “ F o r m y l p e p t i d e r e c e p t o r s a r e c o u p l e d t o m u l t i p l e m i t o g e n - a c t i v a t e d p r o t e i n k i n a s e c a s c a d e s b y d i s t i n c t s i g n m a l t r a n s d u c t i o n p a t h w a y s — R o l e i n a c t i v a t i o n o f r e d u c e d n i c t i n a m i d e a d e n i n e d i n u c l e o t i d e o x i d a s e ” . J . I m m u n o l o g y . 1 9 9 7 , 1 5 9 ( 1 0 ) : 5 0 7 0 - — 5 0 7 8 . Y u , H . S u c h a r d , S . J . , N a i m , R . a n d J o v e , R . ; “ D i s s o c i a t i o n o f m i t o g e n - a c t i v a t e d p r o t e i n k i n a s e a c t i v a t i o n f r o m t h e o x i d a t i v e b u r s t i n d i f f e r e n t i a t e d H L - 6 0 c e l l s a n d h u m a n n e u t r o p h i l s ” . J B i o l C h e m . 1 9 9 5 , 2 7 0 : 1 5 7 1 9 - 1 5 7 2 4 . G a l l o i s , A . ; B u e b , J . L . ; T s c h i r h a r t , B ; “ E f f e c t o f S K & F 9 6 3 6 5 o n e x t r a c e l l u l a r C a 2 + - d e p e n d e n t 0 2 ' p r o d u c t i o n i n n e u t r o p h i l - l i k e H L - 6 0 c e l l s ” . E u r o p e a n J . o f P h a r m a c o l o g y . 1 9 9 8 , 3 6 1 ( 2 - 3 ) : 2 9 3 - 2 9 8 . B r o w n i n g , D . D . ; P a n , Z . K . ; P r o s s n i t z , E . R . ; Y e , R . D . ; “ C e l l t y p e a n d d e v e l o p m e n t a l s t a g e - s p e c i fi c a c t i v a t i o n o f N F - k a p p a B b y f M e t - L e u - P h e i n m y e l o i d c e l l s ” . J B i o l o g i c a l C h e m . 1 9 9 7 , 2 7 2 ( 1 2 ) , 7 9 9 5 — 8 0 0 1 . B a b i o r , B . M . , K i p n e s , R S . a n d C u r n u t t e , J . T . ; “ B i o l o g i c a l d e f e n s e m e c h a n i s m s . T h e p r o d u c t i o n b y l e u k o c y t e s o f s u p e r o x i d e , a p o t e n t i a l b a c t e r i c i d a l a g e n t ” . J . C l i n . I n v e s t . 1 9 7 3 , 5 2 , 7 4 1 - 7 4 4 . B e r g m e y e r , H . V . a n d B e m t , E . ; “ L a c t a t e d e h y d r o g e n a s e U V a s s a y w i t h p y r u v a t e a n d N A D H ” . I n : M e t h o d s o f E n z y m a t i c A n g a u v s i s , H . V . B e r g m e y e r , E d . A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k , 1 9 7 4 , 5 2 4 - 5 7 9 . L i u , K . ; X i e , W . ; Z h a o , Z - B . ; P a n , W - P . ; R i l e y , J . ; “ I n v e s t i g a t i o n o f P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s i n F l y A s h f r o m F l u i d i z e d B e d C o m b u s t i o n S y s t e m s ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 0 , 3 4 , 2 2 7 3 - 2 2 7 9 . B u n c e , N . ; L i u , L . ; Z h u , J . ; L a n e , D . ; “ R e a c t i o n o f N a p h t a l e n e a n d I t s D e r i v a t i v e s w i t h H y d r o x y l R a d i c a l s i n t h e G a s P h a s e ” . E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 7 , 3 1 , 2 2 5 2 — 2 2 5 9 . 1 4 2 5 7 . H e l m i g , D . ; A r e y , J . ; H a r g e r , W . P . A t k i n s o n , R . ; L o p e z c a n i c o , J . ; ” F o r m a t i o n o f M u t a g e n i c N i t r o d i b e n z o p y r a n o n e s a n d t h e i r o c c u r r e n c e i n a m b i e n t A i r ” . E n v . S c i . T e h n o l . 1 9 9 2 , 2 6 ( 3 ) : 6 2 2 - 6 2 4 . 5 8 . R i e s e n , F . ; A r e y , J . ; “ R e a c t i o n s o f H y d r o x y l R a d i c a l s a n d O z o n e w i t h A c e n a p h t h e n e a n d A c e n a p h t h y l e n e . I n P r e s s . E n v i o n . S c i . T e c h n o l . 2 0 0 2 . 1 4 3 C h a p t e r 5 5 . 1 I n t r o d u c t i o n T h i s c h a p t e r i s d i v i d e d i n t o t w o s e c t i o n s . S e c t i o n 1 a d d r e s s e s r e a c t i o n k i n e t i c s a n d S e c t i o n 2 p r e s e n t s a n a p p l i c a t i o n o f t h e H s u a n d M a s t e n [ 1 ] m o d e l t o e x p e r i m e n t a l d a t a . 5 . 2 S e c t i o n 1 : R e a c t i o n k i n e t i c s T h e d i r e c t r e a c t i o n b e t w e e n o z o n e a n d o r g a n i c m a t t e r o r o z o n e a n d a c o n t a m i n a n t i s c o n s i d e r e d a n o v e r a l l s e c o n d o r d e r r e a c t i o n ; fi r s t o r d e r w i t h r e s p e c t t o e a c h r e a c t a n t . T h e e q u a t i o n c a n b e w r i t t e n a s : - d [ 0 3 ] / d t = k [ O 3 ] m [ M ] n ( E q n 5 . 1 ) w h e r e k i s t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t ( s e c ' I ( k g / L ) ( m g / k g ) " ) , [ M ] i s t h e o r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n o r c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n ( m g / k g ) , a n d m = n = 1 i n d i c a t i n g t h a t o n e m o l e o f [ M ] r e a c t s w i t h o n e m o l e o f o z o n e . T h i s e x p r e s s i o n c a n b e s i m p l i fi e d t o t h e fi r s t o r d e r e x p r e s s i o n : - d [ O g ] / d t = 1 1 1 0 3 ] ( E q n 5 . 2 ) w h e r e k ’ = k [ M ] a n d i s t h e p s e u d o - fi r s t o r d e r r e a c t i o n c o n s t a n t . E q u a t i o n 5 . 2 c a n b e i n t e g r a t e d t o y i e l d , 1 4 4 - 1 1 1 [ 0 3 1 / [ 0 3 ] O = k t ( E q n 5 . 3 ) I n fi r s t o r d e r r e a c t i o n s , a p l o t o f - I n [ O 3 ] / [ O 3 ] o v e r s u s t i m e ( t ) w i l l r e s u l t i n a l i n e a r p l o t . T h e s l o p e o f t h e l i n e r e p r e s e n t s t h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t ( k ) w i t h t h e u n i t s o f s e c o n d ' 1 ( 5 " ) . T h e v a r i a b l e [ 0 3 ] r e p r e s e n t s t h e e x p e r i m e n t a l o z o n e c o n c e n t r a t i o n a n d [ 0 3 1 0 i s t h e i n i t i a l o z o n e c o n c e n t r a t i o n , b o t h w i t h u n i t s o f ( m g ) o r ( m g / L ) . P r e v i o u s s t u d i e s i n a q u e o u s s y s t e m s w i t h h u m i c a c i d a n d i n t h e p r e s e n c e o f o r g a n i c m a t t e r h a v e u s e d fi r s t o r d e r k i n e t i c s f o r t h e d a t a [ 2 - 6 ] . T h e s e s t u d i e s h a v e a l s o r e p o r t e d t h e p r e s e n c e o f t w o d i s t i n c t r e g i o n s i n t h e k i n e t i c a n a l y s i s . D a y [ 4 ] n o t e d t h e o c c u r r e n c e o f t w o r e g i o n s i n t h e p s e u d o - fi r s t o r d e r p l o t s f o r d r y M e t e a . D a y [ 4 ] p r o p o s e d t h a t t h e fi r s t r e g i o n c o r r e s p o n d e d t o t h e i n i t i a l r a t e o f t h e o z o n e r e a c t i o n a n d t h e s e c o n d r e g i o n c o r r e s p o n d e d t o t h e r a t e o f o z o n e s e l f - d e c o m p o s i t i o n . A l e b i é - J u r e t i é e t a l . [ 2 ] a n d H s u [ 5 ] p r o p o s e d t h a t t h e t w o r e g i o n s w e r e a r t i f a c t s o f t h e s u r f a c e c o v e r a g e o f P A H s o n t h e s o i l p a r t i c l e s . L i m e t a 1 . [ 6 ] d e s c r i b e d t h e fi r s t r e g i o n a s t h e i n s t a n t a n e o u s o z o n e d e m a n d ( I D ) p h a s e e x e r t e d b y t h e s o i l a n d t h e r e g i o n w h e r e r e a c t i o n s b e t w e e n o z o n e / s o i l o r g a n i c m a t t e r ( S O M ) a n d o z o n e / m e t a l o x i d e s p r e d o m i n a t e d . 1 4 5 5 . 2 . 1 R e a c t i o n K i n e t i c s f o r E x p e r i m e n t s F i r s t o r d e r p l o t s w e r e c o n s t r u c t e d u s i n g E q u a t i o n 5 . 3 , h o w e v e r , t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s d i d n o t a p p e a r t o b e b e s t r e p r e s e n t e d b y s i m p l e fi r s t o r d e r k i n e t i c s . H s u [ 5 ] a l s o o b s e r v e d t h a t o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s f o r p h e n a n t h r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l d i d n o t fi t fi r s t o r d e r k i n e t i c s . T o c a l c u l a t e — d [ O 3 ] / d t u s i n g E q u a t i o n 5 . 1 , o n e w o u l d n o t o n l y n e e d t o k n o w t h e c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e , b u t a l s o t h e c h a n g e i n c o n c e n t r a t i o n f o r a l l o f t h e c o n s t i t u e n t s r e a c t i n g w i t h i n t h e s y s t e m [ M ] . M o n i t o r i n g c h a n g e s i n s o i l c o n s t i t u e n t s w i t h i n t h e s y s t e m h o w e v e r i s n o t p o s s i b l e d u r i n g a n e x p e r i m e n t a l r u n . I n a n a t t e m p t t o r e - e v a l u a t e t h e e x p e r i m e n t a l d a t a , a s e c o n d o r d e r r a t e e x p r e s s i o n f o r o z o n e w a s p r o p o s e d t o d e s c r i b e o z o n e d e c o m p o s i t i o n w i t h i n t h e s y s t e m . T h i s e x p r e s s i o n w o u l d s u g g e s t t h a t E q n 5 . 1 c o u l d b e r e - w r i t t e n w h e r e m = 2 f o r [ O 3 ] a n d n = 1 f o r [ M ] . E q u a t i o n 5 . 1 t h u s b e c o m e s , - d [ O 3 ] / d t = k [ 0 3 ] 2 [ M ] ‘ ( E q n 5 . 4 ) t h i s c a n b e s i m p l i fi e d t o , - d [ O 3 ] / d t = 1 1 1 0 3 1 2 ( E q n 5 . 5 ) . w h e r e k ’ = k [ M ] a n d w o u l d b e a p s e u d o - s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t [ 5 " - ( m g / L ) " ] o r [ 5 ' l ~ ( m g / k g ' l ) ] . U s e o f E q u a t i o n 5 . 5 w o u l d a s s u m e t h a t t h e r e a c t i o n c o n d i t i o n s a r e s u c h t h a t t h e r a t e i s e s s e n t i a l l y a f u n c t i o n o f t h e c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e . I n t e g r a t i n g E q u a t i o n 5 . 5 y i e l d s , 1 4 6 1 / [ 0 3 ] — 1 / [ 0 3 ] o = k t ( E q n 5 . 5 ) . F o r E q u a t i o n 5 . 5 , a p l o t o f ( 1 / [ O 3 ] — 1 / [ O 3 ] o ) v e r s u s t i m e o r 1 / [ 0 3 ] v e r s u s t i m e w i l l b e l i n e a r w i t h s l o p e k . B o t h o f t h e p l o t s w i l l h a v e i d e n t i c a l s l o p e s ; b u t t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o p l o t s w o u l d b e t h e l o c a t i o n o f t h e y - i n t e r c e p t . F o r ( 1 / [ O 3 ] — l / [ O g ] o ) v e r s u s t i m e , t h e y - i n t e r c e p t w o u l d b e z e r o . F o r 1 / [ O 3 ] v e r s u s t i m e , t h e y - i n t e r c e p t w o u l d e q u a l 1 / [ O 3 ] o . B o t h fi r s t o r d e r ( E q u a t i o n 5 . 3 ) a n d s e c o n d o r d e r ( E q u a t i o n 5 . 5 ) r e a c t i o n s p l o t s w e r e c o n s t r u c t e d f o r t h e p r e s e n t s t u d y . T h e r e a c t i o n o r d e r a n d r a t e c o n s t a n t s w e r e d e t e r m i n e d b a s e d o n t h e b e s t l i n e a r fi t . R e p o r t e d i n t h i s c h a p t e r a r e t h e k v a l u e s a n d c o m p a r i s o n s o f a f e w o f t h e fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s . I n A p p e n d i x A , b o t h fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s a r e p r o v i d e d f o r t h e e x p e r i m e n t s . 5 . 2 . 1 . 1 N o n - C o n t a m i n a t e d D r y S o i l F i g u r e 5 . 1 a n d F i g u r e 5 . 2 a r e e x a m p l e s o f t h e fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s o b t a i n e d f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a ( p H 6 ) . I n t h e s e s o i l s , t w o r e g i o n s w e r e o b s e r v e d . I n t h e d r y n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l ( p H 6 , 2 5 ° C ) , R e g i o n I a p p e a r e d t o f o l l o w s e c o n d o r d e r k i n e t i c s ( r 2 = 0 . 9 3 ) . R e g i o n I I h a d t h e b e s t r e p r e s e n t a t i o n a s fi r s t o r d e r ( r 2 = 0 . 9 6 ) . T a b l e 5 . 1 c o m p a r e s fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l s . 1 4 7 0 . 0 0 0 T 0 . 0 5 . 0 0 1 . 5 0 1 . 0 0 2 2 5 0 1 . 0 0 1 R 2 = 0 . 7 3 9 2 l 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 I T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 5 . 1 F i r s t o r d e r p l o t f o r D r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l p H 6 a t 2 5 ° C : - R e g i o n 1 ; . R e g i o n I I . 0 . 1 4 0 - . 1 0 . 1 2 0 - _ - 1 R 2 = 0 . 9 3 8 7 1 0 . 1 0 0 - " ' 0 . 0 8 0 4 Q . ‘ - 0 . 0 6 0 ~ 0 . 0 4 0 ~ 0 0 2 0 1 R 2 : 0 . 9 3 7 4 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 5 . 2 S e c o n d o r d e r p l o t f o r D r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l p H 6 a t 2 5 ° C : - R e g i o n I ; I R e g i o n I I . 1 4 8 T a b l e 5 . 1 . R a t e c o n s t a n t s f o r d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ( C . I . ) ) . S a m p l e F i r s t o r d e r R e g i o n I R 1 ( 5 " ) F i r s t o r d e r R e g i o n I I 1 ( 5 " ) D r y , c l e a n M e t e a p H 2 D r y , c l e a n M e t e a p H 6 D r y , c l e a n M e t e a p H 8 2 . 6 1 ; 0 . 1 8 x 1 0 ' 1 1 2 = 0 . 4 4 2 . 2 1 0 . 0 1 x 1 0 ' 3 r 2 = 0 . 7 3 1 . 2 1 0 . 0 4 x 1 0 7 3 1 ’ = 0 . 6 1 r 2 = 0 . 9 2 1 ’ = 0 . 9 6 r ’ = 0 . 9 7 1 . 1 1 0 . 3 2 x 1 0 4 7 . 3 1 0 . 1 7 x 1 0 7 5 5 . 8 1 0 . 0 8 x 1 0 7 5 S a m p l e S e c o n d o r d e r R e g i o n I k 2 ( s - m g 0 3 l e s o i l ) ’ 1 S e c o n d o r d e r R e g i o n I I k 2 ( s - m g O a l k g s o i l ) ‘ 1 D r y , c l e a n M e t e a p H 2 D r y , c l e a n M e t e a p H 6 D r y , c l e a n M e t e a p H 8 3 . 0 1 0 . 2 4 x 1 0 7 4 r 2 = 0 . 8 3 1 . 3 1 0 . 1 1 x 1 0 7 ‘ r 2 = 0 . 9 3 1 . 0 1 0 . 0 2 x 1 0 7 4 r 2 = 0 . 9 4 5 . 4 1 0 . 4 4 x 1 0 4 5 r 2 = 0 . 9 8 5 . 3 1 0 . 4 3 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 4 3 . 6 1 : 0 . 2 9 x 1 0 * 5 1 2 = 0 . 9 2 1 4 9 5 . 2 . 2 . 1 N o n - C o n t a m i n a t e d M o i s t u r i z e d S o i l s T a b l e 5 . 2 a n d T a b l e 5 . 3 p r e s e n t s t h e fi r s t o r d e r r a t e a n d s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s , r e s p e c t i v e l y . T h e n o n - c o n t a m i n a t e d , m o i s t u r i z e d M e t e a d e m o n s t r a t e d b e t t e r r 2 v a l u e s u s i n g s e c o n d o r d e r k i n e t i c s f o r R e g i o n I . F o r R e g i o n 1 1 , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r d i d n o t s h o w s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e r 2 v a l u e s . T a b l e 5 . 2 T h e fi r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r e , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l a t 2 5 ° C ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C I . ) F i r s t o r d e r F i r s t o r d e r S a m p l e R e g i o n I R e g i o n I I k 1 k 1 ( S ) ' 1 ( S ) ' 1 5 % , c l e a n M e t e a p H 2 5 % , c l e a n M e t e a p H 6 5 % , c l e a n M e t e a p H 8 5 . 4 1 0 . 4 1 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 3 8 . 9 1 0 . 0 7 x 1 0 “ r 2 = 0 . 8 5 5 . 5 1 0 . 0 1 x 1 0 “ r 2 = 0 . 8 5 9 . 5 1 0 . 1 2 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 6 . 8 1 0 . 0 4 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 7 1 . 3 i O . 1 7 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 8 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 2 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 6 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 8 8 . 0 1 0 . 3 6 x 1 0 4 r 2 = 0 . 9 0 3 . 8 1 0 . 1 1 x 1 0 4 r 2 = O . 6 4 5 . 1 1 0 . 2 2 x 1 0 4 r 2 = 0 . 7 5 8 . 7 1 0 . 1 4 x 1 0 5 r 2 = 0 . 9 1 3 . 3 1 0 . 1 1 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 8 6 6 . 2 1 0 . 2 2 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 8 9 1 5 0 T a b l e 5 . 3 T h e s e c o n d o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t f o r 5 % a n d 1 0 % m o i s t u r e , n o n - c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C I . ) S a m p l e S e c o n d o r d e r R e g i o n I k 2 ( 3 m g 0 3 l e s o i l ) ‘ 1 S e c o n d o r d e r R e g i o n I I k 2 ( s - m g O 3 / k g s o i l ) ‘ 1 5 % , c l e a n M e t e a p H 2 5 % , c l e a n M e t e a p H 6 5 % , c l e a n M e t e a p H 8 1 . 2 1 0 . 2 0 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 1 . 5 1 0 . 5 2 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 7 2 . 1 1 0 . 0 5 x 1 0 ‘ 5 r 2 = 0 . 9 8 1 . 2 1 0 . 1 2 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 3 . 8 1 0 . 0 9 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 2 2 . 1 1 0 . 1 7 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 8 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 2 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 6 1 . 7 1 0 . 0 5 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 9 1 . 3 1 0 . 2 8 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 3 2 . 7 1 0 . 0 3 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 8 . 5 1 0 . 5 2 x 1 0 ‘ s r 2 = 0 . 9 4 2 . 3 1 0 . 1 9 x 1 0 ‘ r 2 = 0 . 9 2 6 . 5 1 0 . 5 8 x 1 0 ' 6 r 2 = 0 . 8 2 1 0 % , c l e a n M e t e a p H 8 5 . 2 . 2 R e a c t i o n k i n e t i c s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C T a b l e 5 . 4 s u m m a r i z e s t h e fi r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r p y r e n e - c o n t a m i n a t e d s o i l . F i r s t o r d e r k i n e t i c s o f f e r s a n a c c e p t a b l e fi t f o r t h e e x p e r i m e n t a l d a t a ( r 2 = 0 . 8 2 — 0 . 9 7 ) . T w o r e g i o n s w e r e o b s e r v e d f o r t h e m o i s t u r i z e d s o i l s a n d f o r d r y , p H 6 s o i l . U s i n g s e c o n d o r d e r k i n e t i c s , t h e l i n e a r r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d a t a i m p r o v e d ( T a b l e 5 . 5 ) . I n t h e p H 2 s o i l s , t h e t w o r e g i o n s p r e s e n t i n t h e fi r s t - o r d e r p l o t s b e c a m e o n e r e g i o n i n a s e c o n d o r d e r p l o t o f t h e d a t a . F o r e x a m p l e , i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s , t w o r e g i o n s w e r e p r e s e n t i n t h e fi r s t - o r d e r r e a c t i o n p l o t f o r 5 % m o i s t u r e , p H 2 s o i l ( F i g u r e 5 . 3 ( a ) ) . A s e c o n d o r d e r p l o t o f t h e d a t a , h o w e v e r , d o e s n o t s h o w t h e t w o - p h a s e r e g i o n ( F i g u r e 5 . 3 ( b ) ) . T h e 1 0 % m o i s t u r e , p H 2 s o i l a l s o d e m o n s t r a t e s t h i s d i f f e r e n c e i n fi r s t o r d e r ( F i g u r e 5 . 4 ( a ) ) a n d s e c o n d o r d e r ( F i g u r e 5 . 4 ( b ) ) . T a b l e 5 . 5 l i s t s t h e r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r s e c o n d o r d e r . 1 5 1 T a b l e 5 . 4 F i r s t o r d e r o z o n e d e c o m p o s i t i o n r a t e s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C L ) . F i r s t o r d e r F i r s t o r d e r R e g i o n I R e g i o n I I S a m p l e k 1 R 1 ( 9 " 8 ) " D r y , p H 2 , 2 5 ° C 1 . 8 1 0 . 1 8 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 5 * D r y , p H 6 , 2 5 ° C 5 . 4 1 0 . 4 5 x 1 0 “ r 2 = 0 . 8 2 8 . 9 1 0 . 2 0 x 1 0 ‘ 6 r 2 = 0 . 9 7 D r y , p H 8 , 2 5 ° C 9 . 3 1 0 . 2 7 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 5 * 5 % , p H 2 , 2 5 0 0 5 . 8 1 0 . 7 5 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 9 1 . 2 1 0 . 0 5 x 1 0 “ r 2 : 0 . 8 9 5 % , p H 6 , 2 5 ° C 8 . 0 1 0 . 5 0 x 1 0 ' 4 r 2 = 0 . 9 5 8 . 8 1 0 . 2 8 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 0 5 % , p H 8 , 2 5 ° C 3 . 8 1 0 . 1 3 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 3 4 . 7 1 0 . 0 3 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 8 8 1 0 % , p H 2 , 2 5 ° C 3 . 8 1 0 . 5 1 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 9 1 . 3 1 0 . 2 0 x 1 0 ‘ 4 r 2 = 0 . 9 2 1 0 % , p H 8 , 2 5 ° C 3 . 7 1 0 . 1 4 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 9 8 . 5 1 0 . 0 8 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 1 0 % , p H 8 , 2 5 ° C 3 . 4 1 0 . 3 9 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 4 8 . 5 1 0 . 1 5 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 8 2 * O n l y o n e r e g i o n o b s e r v e d 1 5 2 T a b l e 5 . 5 S e c o n d o r d e r o z o n e d e c o m p o s i t i o n r a t e s f o r p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C L ) . S e c o n d o r d e r S e c o n d o r d e r R e g i o n I R e g i o n I I S a m p l e k 2 k 2 ( 5 m g 0 3 l e s o i l ) ’ 1 ( s - m g 0 3 / k g s o i l ) ’ 1 D r y , p H 2 , 2 5 ° C 1 . 1 1 0 . 0 9 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 8 * D r y , p H 8 , 2 5 ° C 9 . 4 1 0 . 7 7 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 5 4 . 2 1 0 . 3 3 x 1 0 " 5 r 2 = 0 . 9 7 D r y , p H 8 , 2 5 ° C 3 . 8 1 0 . 2 9 x 1 0 " r 2 = 0 . 9 8 * 5 % , p H 2 , 2 5 ° c 5 % , p H 8 , 2 5 ° C 5 % , p H 8 , 2 5 ° C 1 0 % , p H 2 , 2 5 ° C 1 0 % , p H 6 , 2 5 ° C 1 0 % , p H 8 , 2 5 ° C 1 . 9 1 0 . 1 5 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 8 1 . 4 1 0 . 0 2 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 9 1 . 1 1 0 . 1 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 8 1 . 4 1 0 . 1 1 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 9 8 . 8 1 0 . 7 1 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 9 8 . 1 1 0 . 4 9 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 7 * 5 . 1 1 0 . 0 7 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 5 3 . 0 1 0 . 2 4 x 1 0 ’ { 5 r 2 = 0 . 8 8 * 5 . 0 1 0 . 4 x 1 0 ‘ r 2 = 0 . 9 7 1 . 7 1 0 . 1 4 x 1 0 4 5 r 2 = 0 . 9 8 * O n l y o n e r e g i o n o b s e r v e d 1 5 3 m 1 1 . - O r O . 0 5 1 0 0 1 . 5 0 1 2 0 0 2 5 0 l 4 . 5 4 . . 3 . 5 1 . i g 3 1 i 7 2 5 r : 3 2 1 . ‘ $ 1 ' 5 A R 2 = 0 . 9 8 7 8 ‘ i 1 . i I ‘ 0 . 5 ’ 0 . . T . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 l I T i m e ( m i n u t e s ) J ! F i g u r e 5 . 3 ( a ) . F i r s t - o r d e r p l o t o f 5 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 a t 2 5 ° C : : ' R e g i o n I ; I R e g i o n I I 0 . 3 5 0 . 3 0 . 2 5 0 . 2 0 . 1 5 0 . 1 - < 0 . 0 5 T i m e ( m i n u t e s ) l l F i g u r e 5 . 3 ( b ) . S e c o n d - o r d e r p l o t o f 5 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 a t 2 5 ° C . 1 5 4 o l s O [ / l a C [ n 4 . 0 . 0 0 0 . 0 r 0 5 . 0 m 0 e 1 i T 1 t 5 e 0 s ) ( m i n u 2 0 0 2 5 0 l i ! R 2 = 0 . 9 9 1 7 0 . - 1 . N O 0 1 - | ~ 0 1 N 0 1 O J 1 i l l l l 5 0 . 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) 0 F i g u r e 5 . 4 ( a ) . F i r s t - o r d e r p l o t o f 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 a t 2 5 ° C . 0 . 2 5 0 - 0 2 0 0 ‘ R 2 = 0 . 9 9 3 5 0 . 1 5 0 - ; 0 . 1 0 0 — 0 . 0 5 0 ~ [ 0 3 ] l T F i g u r e 5 . 4 ( b ) . S e c o n d - o r d e r p l o t o f 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l a t p H 2 a t 2 5 ° C . 1 5 5 F i g u r e 5 . 5 l i s t s t h e p s e u d o - fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s ( k , ) i n o r d e r f r o m s m a l l e s t t o t h e l a r g e s t . E v a l u a t i o n o f t h e fi r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r t h e d r y s o i l s s h o w s t h a t t h e p s e u d o - fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t ( k / ) i n c r e a s e d a s t h e p H i n c r e a s e d . I n t h e d r y s o i l s , t h e v a l u e f o r k ’ , p H 2 < k ’ , p H 6 < k ’ ; p H 8 . I n t h e 1 0 % m o i s t u r i z e d s o i l s , t h e o p p o s i t e o b s e r v a t i o n i s s e e n w h e r e k ’ ; d e c r e a s e d a s t h e p H i n c r e a s e d . T h e r a t e c o n s t a n t s f o r 1 0 % m o i s t u r e s o i l p H 2 , p H 6 , a n d p H 8 w e r e s t a t i s t i c a l l y s i m i l a r . T h e s a m e o b s e r v a t i o n c a n b e m a d e f o r t h e 5 % , p H 2 a n d p H 6 s o i l s . F o r t h e 5 % m o i s t u r i z e d s o i l , t h e R ; v a l u e i s s u c h t h a t p H 8 < p H 2 < p H 6 . F I R S T O R D E R R A T E C O N S T A N T k 1 ( 8 “ ) D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 9 . 3 x 1 0 “ ‘ 5 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 6 . 0 x 1 0 “ 5 % , p H 2 ( 2 5 ° C ) 5 . 8 x 1 0 “ D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 5 . 4 x 1 0 “ 1 0 % , p H 2 ( 2 5 ° C ) ; 5 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 3 . 8 x 1 0 “ 1 0 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 3 . 7 x 1 0 “ 1 0 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 3 . 4 x 1 0 “ D r y , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 8 x 1 0 “ F i g u r e 5 . 5 T h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 2 5 ° C . 1 5 6 F i g u r e 5 . 6 l i s t s t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s ( k g ) i n i n c r e a s i n g o r d e r . A n o t a b l e t r e n d s e e n i n t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s i s t h a t k 2 d e c r e a s e d a s t h e p H i n c r e a s e d f o r a l l o f t h e s o i l c o n d i t i o n s . F o r e x a m p l e i n t h e 5 % m o i s t u r e s o i l s , t h e r a t e c o n s t a n t s a r e s u c h t h a t k ; p H 2 > k ; p H 6 < k ; p H 8 . T h i s o b s e r v a t i o n i s a l s o c o n s i s t e n t f o r t h e d r y a n d 1 0 % m o i s t u r e s o i l s . S E C O N D O R D E R R A T E C O N S T A N T k 2 ( s - m g O a l k g s o i l ) ‘ 1 5 % , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 9 x 1 0 ' 5 ‘ 5 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) ; 1 0 % , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 4 x 1 0 ' 5 5 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) ; D r y , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 1 x 1 0 ' 5 l D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 9 . 4 x 1 0 ’ ( 3 . 1 0 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 8 . 8 x 1 0 ‘ 6 1 0 % , p H 8 ( 2 5 ° C ) 8 . 1 x 1 0 ' 6 D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 3 . 8 x 1 0 ’ ( 3 F i g u r e 5 . 6 T h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 2 5 ° C . 1 5 7 5 . 2 . 3 R e a c t i o n k i n e t i c s f o r o z o n a t i o n a t 1 3 ° C i n p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l s T a b l e 5 . 6 a n d T a b l e 5 . 7 l i s t s t h e fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r o z o n a t i o n a t t h e c o l d e r t e m p e r a t u r e . T h e s e c o n d o r d e r p l o t s a p p e a r t o b e t t e r r e p r e s e n t t h e k i n e t i c s f o r t h e e x p e r i m e n t s e x c e p t f o r t h e 1 0 % ( p H 8 ) s o i l . I n t h e 1 0 % ( p H 8 ) s o i l , fi r s t - o r d e r k i n e t i c s a p p e a r e d t o r e s u l t i n a b e t t e r l i n e a r r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d a t a . F i g u r e 5 . 7 ( a ) a n d 5 . 7 ( b ) s h o w t h e fi r s t o r d e r v e r s u s s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p H 8 s o i l . T a b l e 5 . 6 F i r s t o r d e r R e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 1 3 ° C t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C I . ) F i r s t o r d e r F i r s t o r d e r R e g i o n | R e g i o n I I S a m p l e k 1 k 1 ( 9 0 ' 1 ( s ) ' 1 D r y , p H 2 , 1 3 ° C 2 . 0 1 0 . 3 5 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 4 * D r y , p H 8 , 1 3 ° C 1 . 7 1 : 0 . 1 3 x 1 0 ' 4 r 2 = 0 . 9 5 * D r y , p H 8 , 1 3 ° C 3 . 4 1 0 . 0 4 x 1 0 “ r 2 = 0 . 8 4 9 . 3 1 0 . 5 1 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 8 6 5 % , p H 2 , 1 3 ° C 2 . 3 1 0 . 3 3 x 1 0 ‘ 4 r 2 = 0 . 9 7 * 5 % , p H 8 , 1 3 ° C 1 . 8 1 0 . 0 8 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 5 * 5 % , p H 8 , 1 3 ° C 1 . 6 1 0 . 4 8 x 1 0 ‘ 4 r 2 = 0 . 9 3 3 . 3 1 0 . 3 8 x 1 0 ' 6 r 2 = 0 . 9 2 1 0 % , p H 2 , 1 3 ° C 1 0 % , p H 6 , 1 3 ° C 1 0 % , p H 8 , 1 3 ° C 3 . 2 1 0 . 1 7 x 1 0 “ r 2 : 1 . 8 1 0 . 7 1 x 1 0 " r 2 = 0 . 9 4 4 . 0 1 0 . 2 2 x 1 0 ' 3 r 2 : 5 . 8 1 0 . 0 5 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 2 2 . 1 1 0 . 2 2 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 8 * O n l y o n e r e g i o n o b s e r v e d 1 5 8 T a b l e 5 . 7 S e c o n d o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s f o r 1 3 ° C t e m p e r a t u r e e x p e r i m e n t s ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C I . ) S e c o n d o r d e r S e c o n d o r d e r R e g i o n I R e g i o n I I S a m p l e k 2 k 2 ( 3 m g 0 3 l e s o i l ) ‘ 1 ( 5 m g 0 3 l e s o i l ) ‘ 1 D r y , p H 2 , 1 3 0 0 1 . 8 1 0 . 1 4 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 6 * D r y , p H 8 , 1 3 ° C 7 . 4 1 0 . 6 1 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 8 * D r y , p H 8 , 1 3 ° C 7 . 2 1 0 . 4 1 x 1 0 ’ 6 r 2 = 0 . 9 8 * 5 % , p H 2 , 1 3 ° C 1 . 6 1 0 . 0 4 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 5 * 5 % , p H 8 , 1 3 ° C 8 . 2 1 0 . 1 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 5 * 5 % , p H 8 , 1 3 ° C 8 . 0 1 0 . 2 x 1 0 * 5 r 2 = 0 . 9 8 * 1 0 % , p H 2 , 1 3 ° C 8 . 4 1 0 . 6 8 x 1 0 4 5 r 2 = 0 . 9 8 4 . 2 1 0 . 3 4 x 1 0 “ 5 r 2 = 0 . 9 3 1 0 % , p H 8 , 1 3 ° C 8 . 7 1 0 . 7 1 x 1 0 ’ 5 r 2 = 0 . 9 8 * 1 0 % , p H 8 , 1 3 ° C 7 . 0 1 0 . 5 7 x 1 0 6 r 2 = 0 . 9 2 1 . 9 1 0 . 1 5 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 2 * O n l y o n e r e g i o n o b s e r v e d 1 5 9 o l s O [ l ] 1 0 [ fl 4 0 . 0 b I F i g u r e 5 . 7 ( 2 . 5 O 1 ~ i 0 R 2 = 0 5 0 ) . S R e c o e g n i d o o n r I d I . e r p l o t f o r 1 0 . % " " ' I 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 1 0 8 9 0 2 0 m o i s t u r e s o i l , p H 8 a t 1 3 ° C : " ' R e g i o n I ; 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 5 . 7 ( a ) . F i r s t o r d e r p l o t f o r 1 0 % m o i s t u r e s o i l , p H 8 a t 1 3 ° C . 0 . 3 R 2 = 0 . 9 2 4 1 ' 0 . 2 ~ - l l 0 . 1 5 1 I [ Q ] J ‘ 0 . 0 5 T i m e ( s e c o n d s ) 1 1 6 0 F i g u r e 5 . 8 l i s t s t h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s i n i n c r e a s i n g o r d e r . A t 1 3 ° C , t h e r a n g e f o r t h e r a t e c o n s t a n t ( k 1 ) w a s f r o m 1 . 6 x 1 0 ' 4 — 4 . 0 x 1 0 3 . T h e 5 % ( p H 6 a n d p H 8 ) , d r y ( p H 6 ) , a n d 1 0 % ( p H 6 ) t h e r a t e c o n s t a n t s w e r e s t a t i s t i c a l l y s i m i l a r . T h e k , v a l u e s d i d n o t a p p e a r t o f o l l o w a t r e n d o f i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g w i t h r e s p e c t t o c h a n g e s i n p H . F o r t h e d r y s o i l a t 1 3 ° C , t h e k ] v a l u e s w e r e p H 6 < p H 2 < p H 8 . I n t h e 5 % m o i s t u r e s o i l , k , p H 8 = k , p H 6 < p H 2 . F o r t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l s , t h e o r d e r f o r k , w a s p H 6 < p H 2 < p H 8 . F I R S T O R D E R R A T E C O N S T A N T k 1 ( 8 " ) 1 0 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 4 . 0 x 1 0 ' 3 ‘ 1 D r y , p H 8 ( 1 3 ° C ) 3 . 4 x 1 0 4 1 0 % , p H 2 ( 1 3 ° C ) 3 . 2 x 1 0 “ 5 % , p H 2 ( 1 3 ° C ) 2 . 3 x 1 0 “ D r y , p H 2 ( 1 3 ° C ) 2 . 0 x 1 0 - 4 1 0 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 1 . 8 x 1 0 “ D r y , p H 8 ( 1 3 ° C ) 1 . 7 x 1 0 ‘ 4 5 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) ; 5 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 1 . 8 x 1 0 ' 4 F i g u r e 5 . 8 T h e fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 1 3 ° C . 1 6 1 F i g u r e 5 . 9 l i s t s t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s i n i n c r e a s i n g o r d e r . F o r t h e d r y a n d 5 % m o i s t u r e s o i l s , k 2 d e c r e a s e d a s t h e p H i n c r e a s e d . T h i s o b s e r v a t i o n i s c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t s s e e n i n t h e 2 5 ° C e x p e r i m e n t s . I n t h e 1 0 % m o i s t u r e s o i l s , t h e o r d e r f o r t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s w a s p H 8 < p H 2 < p H 6 . S E C O N D O R D E R R A T E C O N S T A N T k 2 ( s - m g O g l k g s o i l ) ’ 1 A 5 % , p H 2 ( 1 3 ° C ) ; D r y , p H 2 ( 1 3 ° C ) 1 . 6 x 1 0 ' 5 1 0 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) . 8 . 7 x 1 0 " 1 0 % , p H 2 ( 1 3 ° C ) 8 . 4 x 1 0 4 5 5 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 8 . 2 x 1 0 ‘ 5 5 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 8 . 0 x 1 0 ' 5 D r y , p H 8 ( 1 3 ° C ) 7 . 4 x 1 0 “ 3 D r y , p H 8 ( 1 3 ° C ) 7 . 2 x 1 0 ‘ 1 0 % , p H 8 ( 1 3 ° C ) 7 . 0 x 1 0 ’ < 5 F i g u r e 5 . 9 T h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s l i s t e d i n i n c r e a s i n g o r d e r f o r M e t e a s o i l o z o n a t e d a t 1 3 ° C . 1 6 2 5 . 2 . 4 R e a c t i o n k i n e t i c s O z o n a t i o n i n A g e d s o i l F i g u r e 5 . 1 0 p r e s e n t s a c o m p a r i s o n o f fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r t h e a g e d s o i l s a n d t h e s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t i o n s o i l s . I n b o t h t h e a g e d s o i l s a n d t h e s h o r t - t e r m s o i l s , t h e k , v a l u e i n c r e a s e d a s t h e p H i n c r e a s e d . F I R S T O R D E R R A T E C O N S T A N T k 1 ( s " ) D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 9 . 3 x 1 0 " 1 , D r y , p H 8 A g e d ( 2 5 ° C ) 7 . 9 x 1 0 “ D r y , p H 8 A g e d ( 2 5 ° C ) 5 . 7 x 1 0 ‘ 4 D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 5 . 4 x 1 0 ‘ 4 D r y , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 8 x 1 0 “ D r y , p H 2 A g e d ( 2 5 ° C ) 1 . 1 x 1 0 “ l ! F i g u r e 5 . 1 0 C o m p a r i s o n o f t h e r a t e c o n s t a n t s f o r a g e d s o i l s a n d s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . 1 6 3 F o r t h e s e c o n d o r d e r a n a l y s i s , h o w e v e r , t h e r e a c t i o n r a t e s d i d n o t s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e f o r t h e l i n e a r r e g r e s s i o n c o m p a r e d t o t h e fi r s t o r d e r r 2 v a l u e s ( T a b l e 5 . 8 ) . T h i s r e s u l t m i g h t i n d i c a t e t h a t fi r s t o r d e r k i n e t i c s d e s c r i b e s t h e r e a c t i o n o c c u r r i n g i n t h e a g e d s o i l s . F i g u r e 5 . 1 1 c o m p a r e s t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r t h e a g e d s o i l a n d t h e s h o r t - t e r m c o n t a m i n a n t s o i l s . T h e d a t a p l o t t e d u s i n g s e c o n d o r d e r d i d n o t a p p e a r t o f o l l o w t h e t r e n d s s e e n i n t h e p r e v i o u s s e c o n d o r d e r a n a l y s e s . F o r t h e a g e d s o i l s , t h e o r d e r f o r t h e r a t e c o n s t a n t s w a s p H 2 < p H 8 < p H 6 . S E C O N D O R D E R R A T E C O N S T A N T k 2 ( s - m g O g l k g s o i l ) ' 1 A D r y , p H 2 ( 2 5 ° C ) 1 . 1 x 1 0 ' 5 D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 9 . 4 x 1 0 " 5 D r y , p H 8 A g e d ( 2 5 ° C ) 8 . 1 x 1 0 ’ 5 D r y , p H 8 A g e d ( 2 5 ° C ) 8 . 7 x 1 0 ' 6 D r y , p H 2 A g e d ( 2 5 ° C ) 5 . 8 x 1 0 ’ 6 D r y , p H 8 ( 2 5 ° C ) 3 . 6 x 1 0 ' 6 F i g u r e 5 . 1 1 C o m p a r i s o n o f t h e r a t e c o n s t a n t s f o r a g e d s o i l s a n d s h o r t - t e r m c o n t a m i n a t e d s o i l s a t 2 5 ° C . 1 6 4 T a b l e 5 . 8 C o m p a r i s o n o f fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t s a n d s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t s f o r o z o n a t i o n i n M e t e a s o i l a g e d f o r 6 m o n t h s ( v a l u e s r e p o r t e d a t 9 5 % C . I . ) F i r s t o r d e r F i r s t o r d e r R e g i o n | R e g i o n I I S a m p l e k k ( s ) " i s ) " D r y , p H 2 1 . 1 1 0 . 2 9 x 1 0 " r 2 = 0 . 9 1 * D r y , p H 8 5 . 7 1 0 . 0 7 x 1 0 “ r 2 = 0 . 8 8 9 . 7 1 0 . 6 4 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 9 D r y , p H 8 7 . 9 1 0 . 4 0 x 1 0 “ r 2 = 0 . 9 6 7 . 7 1 0 . 7 3 x 1 0 ' 5 r 2 = 0 . 9 4 S e c o n d o r d e r S e c o n d O r d e r R e g i o n | R e g i o n H k k ( 5 m 0 3 l e s o " ) 1 ( S ' m L O 3 / k 9 s o i l ) ’ 1 D r y , p H 2 5 . 8 1 0 . 0 9 x 1 0 ‘ r 2 = 0 . 9 7 * D r y , p H 6 8 . 1 1 0 . 1 3 x 1 0 ‘ r 2 = 0 . 9 8 * D r y , p H 8 8 . 7 1 0 . 1 1 x 1 0 ' 6 r 2 = 0 . 9 6 2 . 4 1 0 . 4 x 1 0 ‘ 4 r 2 = 0 . 9 7 * O n l y o n e r e g i o n d e t e c t e d 5 . 3 D i s c u s s i o n o f R e a c t i o n K i n e t i c s a n d I n t r o d u c t i o n o f t h e M o d e l T h e e x p e r i m e n t a l d a t a c o l l e c t e d f o r t h i s p r o j e c t c o u l d b e r e p r e s e n t e d u s i n g fi r s t o r d e r k i n e t i c s . T h e p s e u d o — fi r s t o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s i n t h e M e t e a s o i l a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e v a l u e s r e p o r t e d b y D a y ( 1 9 9 4 ) . T h e p r e s e n c e o f t h e t w o r e g i o n s i s a l s o c o n s i s t e n t w i t h p r e v i o u s s t u d i e s a n d d e m o n s t r a t e s t h e c o m p l e x i t y i n e v a l u a t i n g o z o n e d e c o m p o s i t i o n k i n e t i c s i n c o n t a m i n a t e d s o i l [ 2 - 6 ] . T h e i m p r o v e m e n t i n t h e l i n e a r r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d a t a u s i n g p s e u d o s e c o n d o r d e r p r o v e s i n t e r e s t i n g . I t i s u n k n o w n a s t o w h y u s i n g s e c o n d o r d e r i m p r o v e d t h e c o r r e l a t i o n c o e f fi c i e n t s f o r r 2 . I n l i t e r a t u r e , G u r o l e t a 1 . [ 7 ] a l s o o b s e r v e d t h a t o z o n e d e c o m p o s e d b y a s e c o n d - o r d e r r e a c t i o n w i t h r e s p e c t t o o z o n e c o n c e n t r a t i o n . I n a q u e o u s s y s t e m b a t c h e x p e r i m e n t s , d i s t i l l e d a n d d e i o n i z e d w a t e r w a s o z o n a t e d a t 2 0 ° C i n t h e p H 1 6 5 r a n g e o f 2 — 1 0 . I n G u r o l e t a l . [ 7 ] , t h e k i n e t i c s f o r o z o n e d e c o m p o s i t i o n i n t h e s y s t e m c o u l d b e e x p r e s s e d b y t h e r e l a t i o n s h i p - d [ O 3 ] / d t = k [ 0 3 ] 2 [ O H ' ] ° ' 5 5 w h e r e [ O H ' ] i s t h e h y d r o x i d e i o n c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o l u t i o n . F o r t h e e x p e r i m e n t s , s e c o n d o r d e r k i n e t i c s r e p r e s e n t e d t h e d a t a m u c h b e t t e r t h a n fi r s t o r d e r a n d 3 / 2 o r d e r k i n e t i c s . 5 . 3 . 1 S e c t i o n 2 : M o d e l i n g T h e d a t a i n t h i s m a y s t u d y s u p p o r t t h e fi n d i n g s o f H s u [ 5 ] w h e r e t h e d a t a p h e n a n t h r e n e o z o n a t i o n i n s o i l d i d n o t fi t s i m p l e fi r s t o r d e r k i n e t i c s . H s u a n d M a s t e n [ 1 ] t h e o r i z e d t h a t r e a c t i o n s i n t h e s o i l c o u l d o c c u r e i t h e r i n s e r i e s o r i n p a r a l l e l b a s e d o n s u r f a c e a r e a c o v e r a g e o f t h e c o n t a m i n a n t o f s o i l p a r t i c l e s . H s u a n d M a s t e n [ 1 ] o b s e r v e d t h a t w h e n t h e s o i l w a s c o m p l e t e l y c o a t e d w i t h p h e n a n t h r e n e , t h e r e a c t i o n b e t w e e n p h e n a n t h r e n e a n d o z o n e p r e d o m i n a t e d u n t i l t h e c o n c e n t r a t i o n o f p h e n a n t h r e n e r e a c h e d l e s s t h a n 4 0 p p m p h e n a n t h r e n e . O n c e t h e p h e n a n t h r e n e c o n c e n t r a t i o n w a s r e d u c e d t o 4 0 p p m p h e n a n t h r e n e , t h e o z o n e / o r g a n i c m a t t e r r e a c t i o n b e g a n . P a r a l l e l r e a c t i o n s f o r o z o n e / p h e n a n t h r e n e a n d o z o n e / o r g a n i c m a t t e r w e r e t h o u g h t t o o c c u r i f t h e p h e n a n t h r e n e u n e v e n l y c o a t e d t h e s o i l s u r f a c e . I n t h e H s u a n d M a s t e n s t u d y , t w o d i s t i n c t k i n e t i c r e g i o n s w e r e a l s o o b s e r v e d . H s u a n d M a s t e n [ 1 ] p r e s e n t e d a m a t h e m a t i c a l m o d e l d e s c r i b i n g t h e r e a c t i o n s o f o z o n e / s o i l o r g a n i c m a t t e r a n d o z o n e / P A H c o n t a m i n a n t i n s o i l . I n H s u a n d M a s t e n [ 1 ] , 1 6 6 ) 0 0 3 ] ( k o m [ 0 M ] + k c [ C ] ) ( E q n . 5 . 6 ) t h e r a t e e x p r e s s i o n f o r t h e g a s e o u s o z o n e r e a c t i o n w i t h o r g a n i c m a t t e r a n d p h e n a n t h r e n e w a s d e fi n e d a s , a n g , ] - V a i p 0 3 ] _ p b 8 1 ‘ O z d w h e r e p 0 3 = g a s e o u s o z o n e m a s s d e n s i t y ( m g / L ) , t = t i m e ( 3 ) , v 2 = g a s v e l o c i t y ( c m / s ) , p 1 , = b u l k d e n s i t y o f s o i l , n = t o t a l p o r o s i t y o f s o i l , s a = d e g r e e o f g a s s a t u r a t i o n , k o m = s e c o n d o r d e r r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t ( 5 ’ 1 - ( m g o r g a n i c m a t t e r / k g s o i l ) ’ l - ( L g a s / k g s o i l ) , [ O M ] = s o i l o r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n ( m g / k g ) , k c = s e c o n d - o r d e r r a t e c o n s t a n t f o r t h e r e a c t i o n o f g a s e o u s o z o n e a n d p h e n a n t h r e n e i n s o i l ( s ' l ~ ( m g p h e n a n t h r e n e / k g s o i l ) ’ l - ( L g a s / k g s o i l ) ) , a n d C = p h e n a n t h r e n e c o n c e n t r a t i o n i n s o i l ( m g p h e n a n t h r e n e / k g s o i l ) . H s u a n d M a s t e n [ I ] p r e d i c t e d t h a t t h e d i s t r i b u t i o n o f p h e n a n t h r e n e i n t h e s o i l w o u l d a f f e c t t h e r e a c t i o n a n d c o n s i d e r e d t w o p o s s i b l e r e a c t i o n m e c h a n i s m s . T h e fi r s t r e a c t i o n c o n s i d e r e d t h e p o s s i b i l i t y t h a t p h e n a n t h r e n e c o m p l e t e l y c o a t e d t h e s o i l p a r t i c l e s . I n t h i s c a s e , t h e r e a c t i o n b e t w e e n p h e n a n t h r e n e a n d o z o n e w o u l d p r e d o m i n a t e d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s o f t h e r e a c t i o n . O n c e t h e p h e n a n t h r e n e r e a c h e d a c o n c e n t r a t i o n o f 4 0 p p m , t h e o z o n e a n d s o i l o r g a n i c m a t t e r r e a c t i o n w o u l d p r o c e e d . T h e r e s u l t w o u l d b e t w o s e q u e n t i a l r e a c t i o n s o c c u r r i n g w i t h i n t h e s y s t e m . T h e v a l u e f o r k o m w o u l d b e z e r o u n t i l t h e p o i n t w h e r e o r g a n i c m a t t e r w o u l d s t a r t t o r e a c t w i t h o z o n e . T h e s e c o n d p o s s i b l e m e c h a n i s m c o n s i d e r e d t h e c a s e w h e r e p h e n a n t h r e n e o n l y p a r t i a l l y c o a t e d t h e s o i l s u r f a c e . I n t h i s c a s e , t h e r e a c t i o n s o f o z o n e / p h e n a n t h r e n e a n d o z o n e / s o i l o r g a n i c m a t t e r w o u l d o c c u r i n p a r a l l e l , b o t h s t a r t i n g a t t i m e z e r o . 1 6 7 A s s m n i n g t h a t s o i l o r g a n i c m a t t e r i s i m m o b i l e , t h e r a t e e x p r e s s i o n f o r o r g a n i c m a t t e r w a s w r i t t e n a s , 8 0 M _ 1 0 , , a , _ . Z ; 0 J 0 M 1 ( E q n . 5 . 7 ) w h e r e C m = s t o i c h i o m e t r i c c o e f fi c i e n t ( g o f o z o n e / g o f s o i l o r g a n i c m a t t e r ) . T h e r a t e e x p r e s s i o n d e s c r i b i n g t h e r e a c t i o n o f o z o n e w i t h a c o n t a m i n a n t i n c o u l d b e w r i t t e n a s , 8 C { k c } ? _ = _ 0 C a t 9 “ . ’ ( E q n . 5 . 8 ) w h e r e Q ; = s t i o c h i o m e t r i c c o e f fi c i e n t ( g o f o z o n e / g o f p h e n a n t h r e n e ) . T h e p r e s s u r e d e c r e a s e a l o n g t h e fl o w p a t h o f t h e c o l u m n w o u l d a f f e c t o z o n e g a s v e l o c i t y a n d m a s s c o n c e n t r a t i o n . T h e e q u a t i o n w a s r e p r e s e n t e d a s , 1 / 2 P 2 1 3 1 — P 2 1 H z ) = [ P 2 1 — z ( E 5 9 q n . . ) L J w h e r e P = g a s p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) ; P m a n d P M a r e t h e i n l e t a n d o u t l e t g a s p r e s s u r e , r e s p e c t i v e l y ; a n d L = l e n g t h o f t h e g a s fl o w p a t h ( c m ) . T h e g a s v e l o c i t y a l o n g t h e fl o w p a t h c o u l d b e d e s c r i b e d a s , 1 0 1 ( s z - - 1 0 2 . , . . ) [ P 2 P 2 . . . — P 2 0 . . , 1 " ” ( E q n . 5 . 1 0 ) i n — Z 1 6 8 “ w — m h “ . . ~ . . . I ‘ 4 w h e r e K d = g a s c o n d u c t i v i t y ( c m / s ) . T h e r e f o r e , t h e c o r r e c t i o n f o r t h e o z o n e m a s s c o n c e n t r a t i o n b e c o m e s , p a i r = p o , d i m i E 5 1 1 m p ( q n . - ) w h e r e P a m , = a t m o s p h e r i c p r e s s u r e ( 1 0 3 3 . 6 c m H 2 O ) . H s u a n d M a s t e n [ I ] d e v e l o p e d a s o l u t i o n f o r t h e g a s e o u s o z o n e c o n c e n t r a t i o n u s i n g fi n i t e d i f f e r e n c i n g o n t h e m a s s - b a l a n c e f o r g a s e o u s o z o n e a n d s o i l o r g a n i c m a t t e r . E q n s 5 . 4 a n d 5 . 6 , t h u s b e c o m e , j . _ j . 1 + 1 1 p 0 3 , 1 1 1 , 0 0 3 , 1 : _ v , 0 0 , , r — p 0 3 , . - _ p b k o m " S i - 1 ' . E n . 5 . 1 2 A t z A Z ) 0 0 3 , 1 [ 0 M ] r ( q ) j . _ i . . 0 M . + 1 0 M , : _ l _ . m p ’ o s x i O M l ’ i ( E q n . 5 . 1 3 ) A t { a m T h e m o d e l p r e d i c t i o n s w e r e r e p o r t e d t o e x h i b i t a r e a s o n a b l e fi t t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a i n 1 0 c m a n d 3 0 c m c o l u m n s . I t w a s o b s e r v e d t h a t t h e i n i t i a l u n s t e a d y - s t a t e c o n d i t i o n s f o r t h e g a s p r e s s u r e r e s u l t e d i n m i n o r d e v i a t i o n s b e t w e e n t h e s i m u l a t e d a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s [ 1 ] . B o t h p a r a l l e l a n d s e r i e s r e a c t i o n s f o r o z o n e w i t h s o i l o r g a n i c m a t t e r a n d p h e n a n t h r e n e c o u l d b e s i m u l a t e d u s i n g t h e m o d e l . 1 6 9 K i m e t a 1 . [ 8 ] r e c e n t l y d e v e l o p e d t h r e e m o d e l s t o d e s c r i b e d g a s e o u s o z o n e t r a n s p o r t . T h e w o r k p r e s e n t s a n e q u i l i b r i u m m o d e l , a k i n e t i c m o d e l a n d a m o d e l c a l l e d t h e “ l u m p m o d e l ” w h i c h w a s s i m i l a r t o H s u a n d M a s t e n [ 1 ] . T h e K i m l u m p m o d e l a n d t h e H s u m o d e l d i f f e r i n s o m e p a r a m e t e r d e fi n i t i o n s a n d t h e i n c l u s i o n o f t h e d i s p e r s i o n t e r m . H s u a n d M a s t e n [ I ] e x p l a i n e d t h e a b i l i t y t o o m i t t h e d i s p e r s i o n t e r m i n t h e e q u a t i o n b a s e d o n w o r k b y C a r b e r r y ( 1 9 7 6 ) . T h e w o r k n o t e d t h a t t h e d i s p e r s i o n t e r m i n a p a c k e d - b e d r e a c t o r w a s n e g l i g i b l e i f t h e r a t i o o f t h e b e d l e n g t h t o t h e p a r t i c l e d i a m e t e r i s g r e a t e r t h a n 5 0 . S i n c e t h e r a t i o o f t h e b e d l e n g t h f o r t h e e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d b y H s u [ 5 ] w a s 1 0 — 3 0 c m a n d t h e d i a m e t e r o f t h e l a r g e s t s o i l g r a i n w a s 1 . 1 9 m m , t h e d i s p e r s i o n t e r m w a s n e g l e c t e d . I n K i m e t a 1 . [ 8 ] , t h e l u m p m o d e l e x p r e s s e d t h e g a s e o u s o z o n e m a s s b a l a n c e a s a 0 0 C ) _ l V a ( n s a C ) 2 % ” , , _ — . C ) 5 3 5 i D O — ( l g - z — w — v 8 1 ° — — - — - — n s a C o ( k d . , + k 3 . , C , + k c . , C c ) ( E q n - 5 1 4 ) w h e r e k d q = l u m p e d fi r s t o r d e r o z o n e s e l f - d e c o m p o s i t i o n c o n s t a n t ; k 5 , ] = l u m p e d s e c o n d - o r d e r r e a c t i o n c o n s t a n t f o r o r g a n i c m a t t e r ; a n d k m i s t h e l u m p e d s e c o n d o r d e r r e a c t i o n c o n s t a n t f o r t h e c o n t a m i n a n t . T h e m a s s b a l a n c e e q u a t i o n s f o r o r g a n i c m a t t e r a n d t h e c o n t a m i n a n t c a n b e e x p r e s s e d a s f o l l o w s , a m p s ) — 1 n s k C C — a 3 . 1 a t y o , c ( E q n . 5 . 1 5 ) 3 ( p r ) 1 — — — — - ‘ - = n s a k c C C 8 1 3 1 0 , , 1 ( E q n . 5 . 1 6 ) 1 7 0 w h e r e C 3 = c o n c e n t r a t i o n o f o r g a n i c m a t t e r , C 0 = c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e , a n d C c = c o n c e n t r a t i o n o f c o n t a m i n a n t . E x p e r i m e n t a l B a s i s f o r M o d e l i n g T h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w a s d e s i g n e d t o t e s t t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e H s u a n d M a s t e n m o d e l t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . F o r t h e m o d e l i n g , a n a t t e m p t w a s m a d e t o c o n s t r u c t a n o z o n a t i o n s y s t e m u s i n g a 3 . 5 f o o t c o l u m n a n d t o a p p l y t h e m o d e l t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . D a t a f r o m t h e 1 5 c m c o l u m n o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s w e r e a l s o a v a i l a b l e t o a p p l y t h e m o d e l . 5 . 3 . 2 M a t e r i a l s a n d m e t h o d s S o i l . T w o t y p e s o f s o i l w e r e e v a l u a t e d i n t h e l a r g e s o i l c o l u m n . O t t a w a s a n d , w h i c h c o n t a i n e d n o o r g a n i c m a t t e r , w a s t h e fi r s t s o i l e v a l u a t e d . T h e s e c o n d w a s M e t e a s o i l e x c a v a t e d f r o m t h e s o u t h e a s t s i d e o f M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y ( M S U ) c a m p u s o n r e s e a r c h f a r m p r o p e r t y . A l l o f t h e e x p e r i m e n t s i n t h e s m a l l e r c o l u m n w e r e c o n d u c t e d u s i n g M e t e a s o i l a n d t h e e x p e r i m e n t a l m e t h o d s a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r 2 . O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s . O z o n e w a s g e n e r a t e d b y d r i e d o x y g e n e l e c t r i c d i s c h a r g e u s i n g a P o l y m e t r i c s M o d e l T - 4 0 8 o z o n e g e n e r a t o r ( S a n J o s e , C A ) . T h e b e n c h s c a l e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n a 2 . 5 c m ( i d ) x 1 5 c m r e a c t o r . T h e p i l o t s c a l e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n a c o l u m n w i t h d i m e n s i o n s o f 2 ” ( i d ) x 3 . 5 f t i n h e i g h t . T h e g l a s s c o l u m n h a d p o r t s a t 6 i n c h i n c r e m e n t s t h a t n e e d e d t o b e s e a l e d t o p r e v e n t g a s l e a k a g e . T h e p o r t s w e r e s e a l e d b y fi r s t c l o s i n g t h e o p e n i n g s u s i n g 1 2 m m T e fl o n ® - l i n e d 1 7 1 a l u m i n u m H P L C v i a l c r i m p s e a l s . E a c h s e a l w a s t h e n s u r r o u n d e d w i t h a t h i c k l a y e r o f p a r a fi l m a r o u n d t h e c r i m p t o p a n d o n t h e e x t e r i o r o f t h e p o r t . F i n a l l y , P V C p i p e e n d c a p fi t t i n g s w e r e s e c u r e d t o e a c h p o r t . T h e c o l u m n s u c c e s s f u l l y p a s s e d a l e a k t e s t w h e n fi l l e d w i t h w a t e r a n d a l l o w e d t o S i t o v e r n i g h t . T h e fl o w o f o z o n e i n t o t h e r e a c t o r s w a s r e g u l a t e d a t u s i n g a n A a l b o r g m a s s fl o w m e t e r ( A a l b o r g I n s t r u m e n t s & C o n t r o l s , I n c . , O r a n g e b u r g , N e w Y o r k ) . T h e c o n c e n t r a t i o n o f o z o n e i n t h e i n fl u e n t a n d e f fl u e n t g a s s t r e a m s w a s m e a s u r e d s p e c t r o p h o t o m e t r i c a l l y a t 2 5 8 n m u s i n g a n U V - V i s i b l e l i g h t s p e c t r o p h o t o m e t e r ( M o d e l 1 2 0 1 , S h i m a d z u S c i e n t i fi c I n s t r t u n e n t s , J a p a n ) . T h e a b s o r b a n c e v a l u e s f o r o z o n e c o n v e r t e d t o t h e c o n c e n t r a t i o n u s i n g a m o l a r a b s o r p t i v i t y c o e f fi c i e n t f o r o z o n e o f 3 0 0 0 M ' 1 c m ' l ( B a d e r a n d H o i g n e ' , 1 9 8 2 ) . F i g u r e 5 . 1 2 s h o w s a s c h e m a t i c o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t - u p f o r t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n . B e f o r e e n t e r i n g t h e s o i l c o l u m n , t h e g a s s t r e a m w a s p a s s e d t h r o u g h a g a s - w a s h i n g b o t t l e c o n t a i n i n g d e i o n i z e d w a t e r a c i d i fi e d t o a p H o f 2 u s i n g p h o s p h o r i c a c i d . T h i s p r o v i d e d a m o i s t u r i z e d g a s s t r e a m a n d p r e v e n t e d t h e s o i l i n t h e c o l u m n s f r o m d r y i n g o u t . A f t e r t h e o z o n a t i o n t i m e w a s c o m p l e t e d , h e l i u m g a s w a s u s e d t o p u r g e o z o n e f r o m t h e s y s t e m . A l l w a s t e o z o n e w a s d e s t r o y e d i n a 2 % p o t a s s i u m i o d i d e ( K I ) s o l u t i o n . C o l u m n P a c k i n g . A m e t h o d c o m b i n i n g t h e r e c o m m e n d a t i o n s o f D r . S i m o n D a v i e s [ 9 ] a n d T i m M a y o t t e [ 1 0 ] w a s u s e d t o p a c k t h e c o l u m n . C o l u m n p a c k i n g i s i m p o r t a n t t o p r e v e n t c h a n n e l i n g t h r o u g h t h e c o l u m n , w h i c h c a n d i s t o r t t h e p e r f o r m a n c e o f t h e e x p e r i m e n t s . T h e c o l u m n w a s p a c k e d i n 1 c m i n c r e m e n t s b y p o u r i n g s a n d i n t o t h e t o p o f t h e c o l u m n . A s t r e a m o f H e l i u m g a s w a s p a s s e d t h r o u g h t h e b o t t o m o f t h e c o l u m n ( ~ 3 5 0 m l / m i n ) d u r i n g t h e p a c k i n g p r o c e s s . A d e v i c e a b l e t o v i b r a t e t h e c o l u m n ( H o m p e d i c s 1 7 2 m e t s y S 1 g : n i l o o C o t d n e s o t t i l p s w c o e l p F S ” g n H i h s ) 2 a e H W l t P s t I a o D B G ( 7 7 e r u e s g s e u r a P G r e t e M w o l F V U ' 2 r e t e M w o l F E l 4 l . e n H e l m F l o w M e t e r J O x y , [ 1 1 1 1 I ' l l ] E : U @ C S o i l i D O I — l r A 4 F i g u r e 5 . 1 2 . S c h e m a t i c o f t h e o z o n a t i o n s y s t e m f o r t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n 1 7 3 m a s s a g e r ) w a s p l a c e d a g a i n s t t h e w a l l o f t h e c o l u m n a t t h e l o c a t i o n b e i n g fi l l e d s o i l . T h e m a s s a g e r w a s t h e n m o v e d u p t h e l e n g t h o f t h e c o l u m n a s t h e s o i l h e i g h t i n c r e a s e d i n t h e c o l u m n . T h i s p r o c e d u r e w a s d o n e t o h e l p f a c i l i t a t e s e t t l i n g o f t h e s o i l p a r t i c l e s i n t h e c o l u m n . M o d e l i n g S o f t w a r e . T h e E x c e l S o l v e r f u n c t i o n a n d M a t h C A D 2 0 0 0 ( M a t h s o f t , I n c . C a m b r i d g e , M A ) w a s u s e d t o c a l c u l a t e t h e m o d e l p a r a m e t e r s a n d t o s o l v e t h e m o d e l s . S o l u t i o n s u s i n g fi n i t e d i f f e r e n c i n g a n d a f o u r t h o r d e r R u n g e - K u t t a w e r e d e v e l o p e d a n d c o m p a r e d t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . 1 7 4 5 . 4 R e s u l t s 5 . 4 . 1 T h e 3 . 5 f o o t c o l u m n o z o n a t i o n E x p e r i m e n t s M e t h o d 1 T h e o r i g i n a l g o a l f o r t h i s p o r t i o n o f t h e r e s e a r c h w a s t o a p p l y t h e H s u [ 5 ] m o d e l t o e x p e r i m e n t a l d a t a c o l l e c t e d f r o m a 3 . 5 f o o t c o l u m n . I n i t i a l l y , t h e s y s t e m w a s d e s i g n e d i d e n t i c a l t o t h e o z o n a t i o n s e t - u p f o r t h e 1 5 c m c o l u m n i n c l u d i n g t h e u s e o f a g a s w a s h b o t t l e t o c r e a t e a m o i s t u r i z e d g a s s t r e a m . T h e s y s t e m r u n w i t h a n e m p t y c o l u m n p r o d u c e d t h e B T C p r e s e n t e d i n F i g u r e 5 . 1 3 . T h e t a i l i n g p o i n t w a s o b s e r v e d a t 5 0 % o f t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n . T h i s m a y h a v e b e e n d u e t o t h e p r e s s u r e d r o p a f f e c t i n g t h e o z o n e c o n c e n t r a t i o n i n t h e e f fl u e n t g a s s t r e a m . 1 1 l . . 0 . 8 , 2 . 0 . 6 6 8 - ' 0 . 4 0 . 2 0 { M ' M e , r , , 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 5 . 1 3 . O z o n e B r e a k t h r o u g h c u r v e o b t a i n e d i n t h e e m p t y 3 . 5 f o o t c o l u m n 1 7 5 0 ) i l o . O l a o l ’ l s O [ s S i m i l a r B T C s w e r e o b t a i n e d i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n u s i n g O t t a w a s a n d . T h e m a x i m u m [ O 3 ] / [ O 3 ] 0 r e a c h e d w a s 4 0 % o f t h e i n fl u e n t ( F i g u r e 5 . 1 4 ) . F i g u r e 5 . 1 4 c o m p a r e s t h e B T C f o r t h e c o l u m n fi l l e d w i t h 1 2 i n c h e s , 2 4 i n c h e s , a n d 3 6 i n c h e s o f O t t a w a s a n d . 0 . 8 . 0 r 0 . 2 + - 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) J F i g u r e 5 . 1 4 O z o n e B T C f o r 3 . 5 f o o t c o l u m n w i t h g a s w a s h b o t t l e . C o l u m n fi l l e d w i t h A 1 2 i n c h e s , . \ 2 4 i n c h e s , a n d O 3 6 i n c h e s o f O t t a w a g e o l o g i c m a t e r i a l . U s i n g t h e o z o n a t i o n s y s t e m w i t h t h i s s e t - u p , s e v e r a l e x p e r i m e n t s w i t h M e t e a s o i l w e r e a t t e m p t e d w i t h o u t s u c c e s s . T h e f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d : 1 7 6 ” ! ” 5 ‘ 5 1 . C o l u m n w i t h 3 . 5 f t o f M e t e a s o i l C o l u m n w i t h 1 0 c m M e t e a s o i l C o l u m n w i t h 1 0 c m s u p p o r t l a y e r o f O t t a w a a n d 1 0 c m l a y e r o f M e t e a 1 c m s u p p o r t l a y e r o f c l e a n , 6 m m g l a s s b e a d s a n d 1 0 c m l a y e r o f M e t e a . T h e g l a s s b e a d s w e r e w a s h e d w i t h d e i o n i z e d w a t e r f o l l o w e d b y w a s h i n g w i t h a c e t o n i t r i l e . T h e b e a d s w e r e o v e n d r i e d a n d a l l o w e d t o c o o l b e f o r e u s e . 5 . C o l u m n w i t h 5 0 / 5 0 O t t a w a / M e t e a s o i l r e t a i n e d b y 4 0 m e s h I n t h e s e e x p e r i m e n t s , e i t h e r n o g a s fl o w w a s d e t e c t e d i n t h e e f f l u e n t s t r e a m o r t h e g a s fl o w w a s f o u n d t o d e c r e a s e u n t i l n o g a s fl o w w a s d e t e c t e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t r u n . I n a n e f f o r t t o i m p r o v e t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e , t h e g a s w a s h b o t t l e w a s r e m o v e d t o i n c r e a s e t h e p r e s s u r e w i t h i n t h e s y s t e m . M e t h o d 2 T h e r e m o v a l o f t h e g a s w a s h b o t t l e s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e d t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e . T h e B T C f o r t h e e m p t y c o l u m n a n d t h e c o l u m n p a c k e d w i t h 4 2 i n c h e s o f O t t a w a g e o l o g i c m a t e r i a l r e s u l t e d i n a c u r v e t h a t d i d n o t d e m o n s t r a t e t a i l i n g G ‘ i g u r e 5 . 1 5 ) . T h e M e t e a s o i l e x p e r i m e n t s , h o w e v e r , c o n t i n u e d t O e x h i b i t p r o b l e m s w i t h t h e e f fl u e n t o z o n e s t r e a m . T h e c o l u m n f u l l o f M e t e a r e s u l t e d i n n o g a s b e i n g d e t e c t e d i n t h e e f fl u e n t s t r e a m . A 1 2 i n c h l a y e r o f M e t e a i n i t i a l l y d e m o n s t r a t e d g a s b r e a k t h r o u g h t h a t s t o p p e d i n l e s s t h a n 2 m i n u t e s . L i m i t e d s u c c e s s w a s o b t a i n e d i n i t i a l l y i n t h e c o l u m n c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a . O z o n e b r e a k t h r o u g h w a s d e t e c t e d , h o w e v e r , a f t e r 1 0 — 1 5 m i n u t e s , t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e d e c r e a s e d t o t h e p o i n t w h e r e e i t h e r n o o z o n e w a s d e t e c t e d o r t h e g a s fl o w s t o p p e d ( F i g u r e 5 . 1 6 ) . 1 7 7 I 1 . 2 l l I 9 i O I 1 0 . 8 h l . | l 0 . 6 J ! - 1 1 _ _ _ W m l 1 . l 0 . 4 a ' e 0 . 2 l - l ’ I O u . l 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) F i g u r e 5 . 1 5 O z o n e B T C i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n w i t h o u t t h e g a s w a s h i n g b o t t l e . 0 E m p t y ; I 4 2 i n c h e s o f O t t a w a g e o l o g i c m a t e r i a l 1 7 8 0 . 8 , l . 2 . 0 . 6 ‘ . n l . 2 . o ’ 1 l E : . 1 “ l I 2 : 0 . 4 a O N : 5 ' x e , ' _ W U . 3 " . O L r m v v 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 T i m e ( m i n u t e s ) _ _ . 7 _ 2 F i g u r e 5 . 1 6 . O z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s f o r E x p e r i m e n t s 1 , 2 , a n d 3 i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n w i t h o u t t h e g a s w a s h b o t t l e a n d c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a s o i l . 5 . 4 . 2 M o d e l A p p l i c a t i o n D u e t o t h e d i f fi c u l t y w i t h t h e e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n s , t h e m o d e l w a s fi r s t a p p l i e d t o t h e d a t a c o l l e c t e d f r o m i n t h e 1 5 c m s o i l c o l u m n e x p e r i m e n t s . T h e g o v e r n i n g e q u a t i o n s f r o m t h e H s u m o d e l w e r e s o l v e d u s i n g t w o m e t h o d s . T h e fi n i t e - d i f f e r e n c e m e t h o d w a s i m p l e m e n t e d u s i n g E q n . ( 5 . 1 2 ) a n d E q n . ( 5 . 1 3 ) . A m e t h o d u s i n g a f o u r t h - o r d e r R u n g e - K u t t a t o s o l v e E q n . 5 . 4 w a s a l s o u s e d t o c o m p a r e t h e m o d e l s r e s u l t s . E x a m p l e s o f t h e M a t h C A D p r o g r a m s a r e p r o v i d e d i n A p p e n d i x D . 1 7 9 5 . 4 . 2 . 1 E x p e r i m e n t s i n t h e 1 5 c m c o l u m n T h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s u s e d i n t h e m o d e l f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l ( p H 6 ) w e r e a s f o l l o w s : L = 1 5 c m ; p b = 1 . 1 k g / L ; n = 0 . 4 ; 5 2 , = 1 . 0 ; k = 1 . 4 x 1 0 ‘ 4 ( 5 " - ( m g O 3 / k g s o i l ) " ; k d = 0 . 0 7 9 8 , [ O 3 ] o = 5 5 m g / L ; 0 M 0 = 4 0 0 0 m g / k g ; C o m = 4 . 7 : l : 0 . 8 m g O 3 / m g O M w a s t h e o z o n e d o s e w h e r e t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r h a d c o m p l e t e l y r e a c t e d . H s u a n d M a s t e n ( 1 9 9 7 ) c a l c u l a t e d t h e s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t f o r o r g a n i c m a t t e r a s k 0 m = 8 . 8 x 1 0 ' 6 [ 5 " ( m g o f s o i l o r g a n i c c a r b o n / k g o f d r y s o i l ) " ( L o f g a s / k g o f s o i l ) ] u s i n g a s e r i e s o f e q u a t i o n s t o s o l v e f o r k 0 m i m p l i c i t l y . T h e r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s d i s c u s s e d i n s e c t i o n s 5 . 2 o f t h i s s t u d y , h o w e v e r , h a d t h e u n i t s ( 5 " - ( m g O 3 / k g s o i l ) " . T h e r e f o r e , t h e k v a l u e w a s c a l c u l a t e d t o c o n f o r m t o t h e u n i t s n e e d e d f o r t h e m o d e l . T h e v a l u e f o r k o m w a s s o l v e d u s i n g e q u a t i o n s ( 3 - 1 4 t h r o u g h 3 - 1 7 ) i n H s u ’ s d i s s e r t a t i o n [ 5 ] a n d t h e “ s o l v e r ” f u n c t i o n i n E x c e l . T h e s p r e a d s h e e t c a l c u l a t i o n i s p r o v i d e d i n A p p e n d i x D . T h e k o m w a s c a l c u l a t e d t o b e 5 . 7 x 1 0 ' 7 [ 5 " ( m g o f s o i l o r g a n i c c a r b o n / k g o f d r y s o i l ) " ( L o f g a s / k g o f s o i l ) ] . F i g u r e 5 . 1 7 i s t h e fi n i t e d i f f e r e n c e s o l u t i o n f o r d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e m o d e l p r e d i c t e d s l o w e r b r e a k t h r o u g h f o r o z o n e c o m p a r e d t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . A d a p t a t i o n o f t h e m o d e l u s i n g a “ t a i l i n g f a c t o r ” r a n g i n g f r o m 9 0 % - 9 5 % b r e a k t h r o u g h o f t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n w a s n e c e s s a r y t o fi t t h e m o d e l t o t h e d a t a . 1 8 0 1 1 l 1 - _ 1 ' - - — — — — — — — — — — — — — — — — — — m m 0 . 8 — ° ’ - . 4 . I I , 2 i ( ‘ 0 . r — . — 9 . 0 " . - ' \ e ' 7 " ! 9 , 1 0 . 4 - : - l ! ! 0 . 2 T ! _ E ! l 0 9 1 1 1 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 T i m e ( s e c o n d s ) F i g u r e 5 . 1 7 . F i n i t e - D i f f e r e n c i n g p r e d i c t i o n f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d p H 6 s o i l : - ' - E x p e r i m e n t a l d a t a B T C ; - H s u m o d e l w i t h 9 5 % b r e a k t h r o u g h ; - H s u m o d e l w i t h 9 0 % b r e a k t h r o u g h . A s e c o n d m e t h o d u s e d a R u n g e - K u t t a s o l u t i o n t o c a l c u l a t e t h e o z o n e d e c o m p o s i t i o n . F i g u r e 5 . 1 8 s h o w s t h e s o l u t i o n g e n e r a t e d b y M a t h C A D . F i n i t e d i f f e r e n c i n g w a s u s e d t o s o l v e f o r t h e r e a c t i o n w i t h o r g a n i c m a t t e r . T h e R u n g e - K u t t a s o l u t i o n w a s u s e d f o r o z o n e d e c o m p o s i t i o n . T h e p r o g r a m l i m i t a t i o n s p r e v e n t e d t h e u s e o f a v a r i a b l e o r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n i n t h e fi n a l g o v e r n i n g e q u a t i o n , h o w e v e r , d u e t o t h e l a r g e a m o u n t o f o r g a n i c m a t t e r p r e s e n t i n t h e s o i l , t h e o r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n c a l c u l a t e d b y t h e fi n i t e d i f f e r e n c i n g s t e p w a s u s e d i n t h e R u n g e - K u t t a s o l u t i o n . T h e m o d e l g i v e s a p r e d i c t i o n c l o s e t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . T h e m o d e l r e q u i r e d t h e u s e o f a “ t a i l i n g f a c t o r ” . 1 8 1 ( l 6 ’ O ' 7 3 9 . \ " F ? ( E 9 . . 0 4 ‘ - ( 1 2 “ “ l l l l l 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 T i m e ( s e c o n d s ) F i g u r e 5 . 1 8 . R u n g e - K u t t a p r e d i c t i o n f o r t h e d r y , n o n - c o n t a m i n a t e d s o i l a t p H 6 : - — E x p e r i m e n t a l D a t a B T C ; O H s u m o d e l w i t h 9 5 % b r e a k t h r o u g h ; + H s u m o d e l w i t h 9 0 % b r e a k t h r o u g h . 5 . 4 . 2 . 2 M o d e l a p p l i c a t i o n i n t h e 3 . 5 f e e t c o l u m n I n t h e s e e x p e r i m e n t s w i t h O t t a w a s a n d , n o o r g a n i c m a t t e r w a s p r e s e n t i n t h e s y s t e m t h e r e f o r e k o m a n d k C c a n b e n e g l e c t e d . T h e H s u m o d e l i n e q u a t i o n 5 . 6 t h e r e f o r e s i m p l i fi e s t o fi r s t o r d e r . T h e m o d e l p r e d i c t i o n s u s i n g t h e R u n g a - K u t t a s o l u t i o n a p p e a r s t o h a v e a n a d e q u a t e p r e d i c t i o n o f t h e d a t a . T h e t i m e d e l a y w a s n o t p r e d i c t e d b y t h e c u r v e a n d s o m e o f t h e s a m e p a r a m e t e r s t h a t w e r e u s e d i n t h e m o d e l f r o m t h e s m a l l s o i l c o l u m n w e r e a s s u m e d t o a p p l y t o t h e l a r g e r c o l u m n . F i g u r e 5 . 1 9 i s t h e c u r v e p r e d i c t e d f o r t h e e m p t y s y s t e m a n d t h e c o l u m n w i t h 4 2 i n c h e d o f O t t a w a s a n d . 1 8 2 . 2 . n 0 . 6 - 9 . . \ " 1 7 1 ' $ 2 . 0 . 4 ' - 0 . 2 r - 0 . 1 ‘ 1 1 g 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 T i m e ( s e c o n d s ) F i g u r e 5 . 1 9 . M o d e l p r e d i c t i o n f o r t h e 3 . 5 c o l u m n e m p t y a n d w i t h 4 2 i n c h e s o f O t t a w a s a n d : - — B T C f o r E m p t y C o l u m n ; B T C f o r O t t a w a S a n d ; 0 M o d e l p r e d i c t i o n . T h e m o d e l a p p l i e d t o t h e e x p e r i m e n t a l d a t a f o r t h e 1 0 c m o f M e t e a s o i l g e n e r a t e d a c u r v e t h a t m a y r e p r e s e n t t h e B T C t h a t w o u l d h a v e b e e n p r o d u c e d i f t h e e x p e r i m e n t h a d p r o c e e d e d t o c o m p l e t i o n . A l a r g e p r e s s u r e d r 0 p w a s h y p o t h e s i z e d t o o c c u r b e t w e e n t h e i n l e t a n d o u t l e t . T h e o u t l e t p r e s s u r e o b s e r v e d i n t h e c o l u m n w a s u n s t a b l e d u e t o t h e e x p e r i m e n t a l e r r o r . H o w e v e r , u s i n g t h e i n i t i a l i n l e t a n d o u t l e t p r e s s u r e s o b s e r v e d , F i g u r e 5 . 2 0 s h o w s a c u r v e t h a t a p p e a r s t o h a v e a s i m i l a r s l o p e a s t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . 1 8 3 I l 1 l ” — : : : = : : : : : : : : = : : : 0 . 8 ' _ r , ‘ 0 ' 7 ; O 0 . 6 _ " . — t ' 7 0 . g . . 0 . 4 — a U 0 . 2 _ _ 0 ’ I l l O 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 T i m e ( s e c o n d s ) F i g u r e 5 . 2 0 . M o d e l p r e d i c t i o n f o r t h e B T C i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a : - — B T C f o r 1 0 c m M e t e a ; - - B T C f o r 1 0 c m o f 5 0 : 5 0 O t t a w a S a n d / M e t e a ; 0 M o d e l P r e d i c t i o n 5 . 5 M o d e l i n g D i s c u s s i o n a n d C o n c l u s i o n s B o t h H s u a n d K i m p r e s e n t e d m o d e l s t h a t a r e s i m i l a r i n d e v e l o p m e n t . K i m e t a l . [ 8 ] c o m p a r e d t h e p r e d i c t i o n s f r o m b o t h t h e l u m p m o d e l a n d t h e H s u m o d e l u s i n g d a t a f r o m H s u ’ s d i s s e r t a t i o n [ 5 ] . A f t e r a t t e m p t i n g t o a p p l y t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s p u b l i s h e d i n H s u [ 5 ] , K i m e t a ] . [ 8 ] o b s e r v e d t h a t t h e l u m p m o d e l a n d t h e H s u m o d e l y i e l d e d p r e d i c t i o n s t h a t d i d n o t a c c e p t a b l y d e s c r i b e t h e e x p e r i m e n t B T C s . T h e m o d e l r e s u l t s w e r e i m p r o v e d s l i g h t l y u s i n g d i f f e r e n t p a r a m e t e r s f o r t h e r e a c t i o n r a t e c o n s t a n t s a n d t h e s t o i c h i o m e t r i c c o e f fi c i e n t ( Q o m ) . T h e k i n e t i c p a r a m e t e r s r e p o r t e d i n K i m e t a 1 . [ 8 ] 1 8 4 a n d t h e o r i g i n a l k i n e t i c p a r a m e t e r s p r e s e n t e d i n H s u ’ s d i s s e r t a t i o n a r e i n c o n s i s t e n t , w h i c h m a y h a v e c a u s e d t h e p r o b l e m s i n t h e r e s u l t s d e v e l o p e d b y K i m e t a l . E v e n t h o u g h , K i m e t a 1 . [ 8 ] p u b l i s h e d r e s u l t s t h a t d o n o t s u p p o r t t h e H s u m o d e l , t h e H s u m o d e l d o e s a p p e a r t o c a l c u l a t e a d e q u a t e p r e d i c t i o n s f o r o z o n e d e c o m p o s i t i o n . T h e H s u m o d e l a p p e a r s t o a d e q u a t e l y fi t t h e e x p e r i m e n t a l d a t a i n t h e 1 5 c m c o l u m n a n d p o s s i b l y t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n . I n t h e s m a l l e r c o l u m n , a t a i l i n g f a c t o r w a s n e c e s s a r y . A s s e e n i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n s , h o w e v e r , r e m o v a l o f t h e g a s w a s h b o t t l e r e s u l t e d i n B T C s w h e r e t h e e f fl u e n t c o n c e n t r a t i o n r e a c h e d t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n . I n t u i t i v e l y , o n e w o u l d t h i n k t h a t r e m o v a l o f t h e g a s w a s h b o t t l e i n t h e s m a l l e r s y s t e m w o u l d i m p r o v e r e s u l t s . I n e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d i n t h e s m a l l e r s y s t e m w i t h o u t t h e g a s w a s h b o t t l e , h o w e v e r , t h e s y s t e m a n d b e c a m e a n o z o n e d e s t r u c t u n i t . I n t h i s s y s t e m , a l l o z o n e e n t e r i n g t h e c o l u m n w a s c a t a l y t i c a l l y o x i d i z e d o n t h e d r y s o i l s u r f a c e . T h i s o c c u r r e n c e w a s o b s e r v e d b y H s u [ 5 ] a n d d u r i n g p r e l i m i n a r y e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d f o r t h e p r e s e n t s t u d y ( S e e A p p e n d i x D f o r B T C i n t h e s y s t e m w i t h o u t g a s w a s h b o t t l e ) . T h i s m i g h t a l s o e x p l a i n t h e c u r v e s p r o d u c e d i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n s c o n t a i n i n g 1 0 c m o f M e t e a ( F i g u r e 5 . 1 5 ) . T h e m o d e l w a s s e n s i t i v e t o t h e p r e s s u r e c h a n g e s i n t h e l a r g e r c o l u m n , s u c h t h a t , p r e s s u r e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e i n l e t p r e s s u r e a n d o u t l e t p r e s s u r e h a d a l a r g e i m p a c t o n t h e c u r v e s g e n e r a t e d . I n v a r y i n g t h e o u t l e t p r e s s u r e , t h e l a r g e r t h e p r e s s u r e d r o p , t h e s m a l l e r t h e s l o p e o f t h e c u r v e g e n e r a t e d b y t h e m o d e l a n d t h e l o n g e r p r e d i c t e d t i m e f o r [ O 3 ] t o r e a c h 1 0 0 % b r e a k t h r o u g h . S o m e p a r a m e t e r c o n d i t i o n s , s u c h a s t h e k o m v a l u e , a p p e a r t o b e s o i l a n d s y s t e m s p e c i fi c . F o r t h e s o i l u s e d i n t h i s s t u d y , t h e R a m c a l c u l a t e d u s i n g t h e e x p e r i m e n t a l d a t a w a s a k e y f a c t o r i n t h e m o d e l p r e d i c t i o n . T h e o r g a n i c m a t t e r 1 8 5 c o n c e n t r a t i o n ( m g / k g ) a n d t h e s t o i c h i o m e t r i c c o e f fi c i e n t Q o m a r e a l s o s y s t e m s p e c i fi c a n d i m p o r t a n t a s p e c t s f o r t h e m o d e l p r e d i c t i o n . 1 8 6 5 . 6 R e f e r e n c e s 9 . . H s u , I . a n d M a s t e n , 8 . 1 . ; “ T h e K i n e t i c s o f t h e r e a c t i o n o f o z o n e w i t h p h e n a n t h r e n e i n u n s a t u r a t e d s o i l s . ” J o u r n a l o f E n v i r o n . E n g . S c i . , 1 9 9 7 . 1 4 ( 4 ) , 2 0 7 — 2 1 7 . A l e b i é - J u r e t i c ' , A ; C v i t a s , T ; K l a s n i c , L ; “ H e t e r o g e n e o u s P o l y c y c l i c A r o m a t i c H y d r o c a r b o n D e g r a d a t i o n w i t h O z o n e o n S i l c a G e l C a r r i e r . ” E n v i r o n . S c i . T e c h n o l . 1 9 9 0 , 2 4 , 6 2 - 6 6 . . M a s t e n , S . ; “ O z o n a t i o n o f V O C ’ s i n t h e p r e s e n c e O f H u m i c A c i d ” . O z o n e . S c i . E n g . 1 9 9 1 , 1 3 ( 3 ) , 2 8 7 - 3 1 2 . D a y , J . E . ; “ T h e E f f e c t o f S o i l M o i s t u r e o n t h e O z o n a t i o n o f P y r e n e i n S o i l s . ” M S . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 4 . H s u , 1 . ; “ T h e U s e o f G a s e o u s O z o n e t o R e m e d i a t e t h e O r g a n i c C o n t a m i n a n t s i n t h e U n s t a t u r a t e d S o i l s , P h . D . T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 1 9 9 5 . L i m , H - N . ; C h o i , H . ; H w a n g , T - M . ; K a n g , J - W . ; “ C h a r a c t e r i z a t i o n o f o z o n e d e c o m p o s i t i o n i n a s o i l s l u r r y : k i n e t i c s a n d m e c h a n i s m . ” W a t e r R e s e a r c h . 2 0 0 2 . 3 6 , 2 1 9 — 2 2 9 . G u r o l , M . ; S i n g e r , P . ; “ K i n e t i c s o f O z o n e D e c o m p o s i t i o n : A D y n a m i c A p p r o a c h ” . E n v . S c i . T e c h n o l . 1 9 8 2 , 1 6 ( 7 ) , 3 7 7 — 3 8 3 . K i m , J . ; C h o i , H . ; : M o d e l i n g i n s i t y o z o n a t i o n f o r t h e r e m e d i a t i o n o f n o n v o l a t i l e P A H - c o n t a m i n a t e d u n s a t u r a t e d s o i l s . ” J o u r n a l o f C o n t a m i n a n t H y d r o l o g y . 2 0 0 2 . 5 5 ( 3 - 4 ) , 2 6 1 - 2 8 5 . D a v i e s , S i m o n . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( 2 0 0 2 ) . 1 0 . M a y o t t e , T i m . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( 2 0 0 2 ) . 1 8 7 C H A P T E R 6 S u m m a r y a n d R e c o m m e n d a t i o n s 6 . 1 S u m m a r y T h e p r i m a r y f o c u s o f t h i s s t u d y w a s t o i n v e s t i g a t e t h e u s e o f g a s e o u s o z o n e i n t h e r e m e d i a t i o n o f p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . T h e a f f e c t s o i l c o n d i t i o n s , s u c h a s s o i l m o i s t u r e c o n t e n t , p H , s o i l t e m p e r a t u r e , a n d s o i l c o n t a m i n a n t a g e , w o u l d h a v e o n p y r e n e o x i d a t i o n w a s e v a l u a t e d . T h e s t u d y i d e n t i fi e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s p r o d u c e d i n s o i l . T w o s y n t h e s i z e d o z o n a t i o n b y p r o d u c t s w e r e e v a l u a t e d f o r t h e a b i l i t y t o i n h i b i t G a p J u n c t i o n a l I n t e r c e l l u l a r C o m m u n i c a t i o n ( G J I C ) . I n c o l l a b o r a t i o n w i t h t h e D e p a r t m e n t o f P h a r m a c o l o g y a n d T o x i c o l o g y , t h e s y n t h e s i z e d c o m p o u n d s w e r e a l s o e v a l u a t e d f o r t h e a b i l i t y t o a f f e c t n e t r o p h i l f u n c t i o n b y m e a s u r i n g t h e p r o d u c t i o n o f s u p e r o x i d e i n a h u m a n c e l l l i n e ( H L 6 0 ) . S c a l e - u p o f t h e o z o n a t i o n s y s t e m f r o m t h e 1 5 c m c o l u m n t o a 3 . 5 f o o t c o l u m n w a s a t t e m p t e d t o g e n e r a t e d a t a t h a t c o u l d v e r i f y t h e u s e o f t h e H s u a n d M a s t e n ( 1 9 9 7 ) m o d e l i n l a r g e r s o i l c o l u m n s . O z o n a t i o n s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d i n 1 5 c m s o i l c o l u m n s c o n t a i n i n g p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l ( 3 0 0 p p m ) . S o i l m o i s t u r e a n d p H a p p e a r e d t o b e s i g n i fi c a n t e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s t h a t i n fl u e n c e d t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s . T h e e x p e r i m e n t v a r i a b l e s f o r s o i l m o i s t u r e w e r e d r y s o i l , s o i l w i t h 5 % m o i s t u r e c o n t e n t , a n d s o i l w i t h 1 0 % m o i s t u r e c o n t e n t . T h e p H l e v e l s e v a l u a t e d w e r e p H 2 , p H 6 a n d p H 8 . D r y s o i l w i t h h i g h p H ( p H 6 , p H 8 ) r e s u l t e d i n t h e h i g h e s t l e v e l o f c o n t a m i n a n t r e m o v a l . I n t h e p r e s e n c e o f s o i l m o i s t u r e , t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s i n s o i l r e q u i r e d l o n g e r t r e a t m e n t t i m e s c o m p a r e d t o t h e d r y s o i l s . 1 8 8 O z o n a t i o n e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d i n s o i l a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e ( 2 5 ° C ) a n d i n s o i l c h i l l e d t o 1 3 ° C . T h i s e x p e r i m e n t w a s d e s i g n e d t o d e t e r m i n e t h e a f f e c t t e m p e r a t u r e w o u l d h a v e o n c o n t a m i n a n t r e m o v a l . T e m p e r a t u r e w a s d e t e r m i n e d t o n o t s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n i n t h e d r y s o i l s . P y r e n e r e m o v a l i n t h e m o i s t u r i z e d s o i l s i m p r o v e d c o m p a r e d t o t h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e s t u d i e s . T h e l o w e r t e m p e r a t u r e ( 1 3 ° C ) , h o w e v e r , m a d e c o n d u c t i n g t h e o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s h a r d e r t o c o n s i s t e n t l y p e r f o r m . T h e c o l d e r t e m p e r a t u r e a p p e a r e d t o h a r d e n t h e p a c k e d s o i l a n d i n h i b i t e d g a s fl o w t h r o u g h t h e s o i l . T h e a g e d s o i l e x p e r i m e n t s d e m o n s t r a t e d t h e d i f fi c u l t y i n r e m e d i a t i n g s o i l s c o n t a m i n a t e d w i t h P A H s f o r l o n g p e r i o d s o f t i m e . S o i l c o n t a m i n a t e d w i t h p y r e n e a n d s t o r e d f o r 6 m o n t h s w a s o z o n a t e d u s i n g t h e i d e n t i c a l e x p e r i m e n t p r o c e d u r e s . T h e s e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e i f c o n t a m i n a n t a g e i n s o i l a f f e c t s t h e e f fi c i e n c y o f P A H r e m o v a l u s i n g o z o n e . T h e s o r p t i o n s t r e n g t h o f P A H t o s o i l i s b e l i e v e d t o i n c r e a s e o v e r t i m e ; h o w e v e r , m o s t l a b o r a t o r y s t u d i e s a r e p e r f o r m e d u s i n g f r e s h l y c o n t a m i n a t e d , s p i k e d s o i l s . I n t h e o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s f o r t h e a g e d s o i l s , t h e r e d u c t i o n o f p y r e n e c o n c e n t r a t i o n s w a s f o u n d t o b e 3 - 4 t i m e s l e s s i n t h e a g e d s o i l s c o m p a r e d t o t h e f r e s h l y c o n t a m i n a t e d . T h i s w o u l d s u g g e s t t h a t t h e o z o n e r e q u i r e d t o r e m o v e c o n t a m i n a t i o n f r o m s o i l i n f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l w o u l d d i f f e r f r o m s o i l t h a t h a s h a d l o n g e r p e r i o d s o f P A H c o n t a m i n a t i o n . T h e p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s p r o d u c e d i n s o i l a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o m p o u n d s p r o d u c e d f r o m a q u e o u s p y r e n e o z o n a t i o n . T h e b y p r o d u c t s d e t e c t e d w e r e p h e n a n t h r e n e - l i k e a n d b i p h e n y l - l i k e w i t h h y d r o x y l , a l d e h y d e , a n d c a r b o x y l i c a c i d f u n c t i o n a l g r o u p s . T w o n e w c o m p o u n d s w e r e i d e n t i fi e d , b e n z e n e - t e t r a c a r b o x y l i c a c i d 1 8 9 a n d a q u i n o n e . T h e s e t w o c o m p o u n d s w e r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o m p o u n d s i d e n t i fi e d i n p r e v i o u s s o i l o z o n a t i o n s t u d i e s . T w o s y n t h e s i z e d p y r e n e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s w e r e e v a l u a t e d u s i n g t o x i c o l o g y a s s a y s . S y n t h e s i z e d c o m p o u n d s w e r e u s e d d u e t o t h e d i f fi c u l t y i n p u r i f y i n g b y p r o d u c t s f r o m o z o n a t e d m i x t u r e s a n d b e c a u s e t h e c o m p o u n d s a r e n o t c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s d e t e r m i n e d t o s h o w a d v e r s e e f f e c t s i n b o t h t o x i c i t y a n a l y s e s . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e w a s i n h i b i t o r y t o G J I C a t l o w c o n c e n t r a t i o n s ( 5 1 1 M ) a n d i r r e v e r s i b l e d a m a g e r e s u l t e d w h e n c e l l s w e r e e x p o s e d t o t h i s c o m p o u n d f o r 3 0 m i n u t e s . I n t h e h u m a n n e u t r o p h i l a s s a y , 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a a l d e h y d e r e d u c e d t h e a b i l i t y f o r h u m a n c e l l s t o p r o d u c e s u p e r o x i d e . 2 , 2 ’ , 6 , 6 ’ - b i p h e n y l t e t r a c a r b o x y l i c a c i d d i d n o t e x h i b i t a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t i n e i t h e r a s s a y s . T h e r e a c t i o n o f o z o n e w i t h o r g a n i c m a t t e r i s c o n s i d e r e d s e c o n d o r d e r o v e r a l l a n d fi r s t o r d e r w i t h r e s p e c t t o e a c h r e a c t a n t . T h e r a t e e x p r e s s i o n c a n b e s i m p l i fi e d t o a p s e u d o - fi r s t o r d e r e x p r e s s i o n . T h e e x p e r i m e n t a l d a t a i n t h i s s t u d y d i d n o t a p p e a r t o b e r e p r e s e n t e d u s i n g fi r s t - o r d e r k i n e t i c s . T h e r e a c t i o n k i n e t i c s w a s t h e r e f o r e e v a l u a t e d u s i n g b o t h p s e u d o - fi r s t o r d e r a n d p s e u d o - s e c o n d o r d e r k i n e t i c s f o r t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . T h e d a t a p l o t t e d u s i n g a s e c o n d - o r d e r r a t e e x p r e s s i o n s h o w e d b e t t e r r 2 v a l u e s c o m p a r e d t o t h e fi r s t - o r d e r r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d a t a . A n o z o n a t i o n s y s t e m u s i n g a 3 . 5 f o o t c o l u m n w a s d e s i g n e d t o e v a l u a t e o z o n e t r a n s p o r t . T h e s y s t e m w a s i n i t i a l l y d e s i g n e d b a s e d o n t h e b e n c h - s c a l e o z o n a t i o n s y s t e m w h i c h u s e d a 1 5 c m s o i l c o l u m n a n d a g a s w a s h b o t t l e c o n t a i n i n g d e i o n i z e d w a t e r ( p H 2 ) . T h e e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d u s i n g t h i s s y s t e m p r o d u c e d o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e s f o r t h e c o l u m n fi l l e d w i t h 1 2 , 2 4 , a n d 3 6 i n c h e s o f O t t a w a s a n d . T h e b r e a k t h r o u g h c u r v e s 1 9 0 h o w e v e r h a d a t a i l i n g f a c t o r w h e r e t h e e f fl u e n t c o n c e n t r a t i o n s t a b i l i z e d a t 4 0 % o f t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n . S e v e r a l e x p e r i m e n t s w e r e a t t e m p t e d u s i n g M e t e a s o i l w i t h o u t s u c c e s s . I n t h e s e e x p e r i m e n t s , e i t h e r n o g a s fl o w w a s d e t e c t e d i n t h e e f fl u e n t s t r e a m o r t h e g a s fl o w i n t h e e f fl u e n t s l o w l y d e c r e a s e d o v e r t i m e . T h e g a s w a s h b o t t l e w a s r e m o v e d f r o m t h e s y s t e m d e s i g n w i t h t h e h o p e o f i n c r e a s i n g t h e p r e s s u r e a n d t h e g a s fl o w t o t h e c o l u m n . U s i n g t h e m o d i fi e d d e s i g n , t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e i m p r o v e d s i g n i fi c a n t l y . T h e e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d w i t h a n e m p t y c o l u m n a n d w i t h t h e c o l u m n fi l l e d w i t h 4 2 i n c h e s o f O t t a w a s a n d p r o d u c e d b r e a k t h r o u g h c u r v e s t h a t d i d n o t d e m o n s t r a t e t a i l i n g a n d t h e e f fl u e n t c o n c e n t r a t i o n r e a c h e d t h e i n fl u e n t c o n c e n t r a t i o n . T h e M e t e a s o i l o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s i n t h e m o d i fi e d s y s t e m s p r o d u c e d b r e a k t h r o u g h c u r v e s t h a t i n i t i a l l y s h o w e d d e t e c t i o n o f o z o n e i n t h e e f fl u e n t s t r e a m . D u r i n g t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t , h o w e v e r , t h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n b e g a n t o d e c l i n e u n t i l n o o z o n e w a s d e t e c t e d i n t h e e f fl u e n t s t r e a m . D u e t o t h e d i f fi c u l t i e s i n o b t a i n i n g d a t a i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n , t h e H s u a n d M a s t e n ( 1 9 9 7 ) m o d e l w a s a l s o a p p l i e d t o t h e M e t e a s o i l d a t a c o l l e c t e d f r o m t h e 1 5 c m c o l u m n . 6 . 2 R e c o m m e n d a t i o n s O z o n a t i o n p r o c e s s e s a r e i n c r e a s i n g b e i n g i m p l e m e n t e d f o r i n - s i t u r e m e d i a t i o n o f g r o u n d w a t e r a n d s o i l . T h e r e s u l t s f r o m t h i s s t u d y t h e r e f o r e p r o v i d e r e l e v a n t i n f o r m a t i o n t h a t c a n b e a p p l i e d t o p r o c e s s i m p l e m e n t a t i o n . B a s e d u p o n t h i s i n v e s t i g a t i o n , g a s e o u s o z o n e c a n b e u s e d t o r e m e d i a t e s o i l s c o n t a m i n a t e d w i t h P A H s s u c h a s p y r e n e . T h e a b i l i t y f o r o z o n e t o r e d u c e P A H c o n t a m i n a t i o n i s d e p e n d e n t o n t h e s o i l c o n d i t i o n s a n d t h e l e n g t h o f t i m e t h e P A H h a s b e e n p r e s e n t i n t h e s o i l . M a n y r e m e d i a t i o n p r o j e c t s 1 9 1 c h o o s e n o t t o u s e o z o n a t i o n p r o c e s s e s d u e t o t h e l a c k o f i n f o r m a t i o n o n t h e b y p r o d u c t s p r o d u c e d . T h e r e s u l t s f r o m t h i s s t u d y , h o w e v e r , s h o w t h a t t h e o z o n a t i o n b y p r o d u c t s p r o d u c e d i n s o i l a r e c o n s i s t e n t w i t h a q u e o u s o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . T h e d e t e c t i o n o f s i m i l a r b y p r o d u c t s i s i m p o r t a n t b e c a u s e a l a r g e a m o u n t o f l i t e r a t u r e i s r e a d i l y a v a i l a b l e f o r a q u e o u s P A H o z o n a t i o n b y p r o d u c t s . T h i s fi n d i n g w i l l h e l p i n i d e n t i f y i n g p o t e n t i a l c o m p o u n d s t h a t c o u l d b e p r o d u c e d i n s o i l i f o z o n a t i o n i s u s e d i n - s i t u f o r P A H r e m e d i a t i o n . T h e r e c o m m e n d a t i o n s f o r f u t u r e s t u d i e s a r e a s f o l l o w s : ( 1 ) O z o n a t i o n s t u d i e s s h o u l d b e p e r f o r m e d u s i n g b o t h f r e s h l y c o n t a m i n a t e d s o i l s a n d s o i l s c o n t a m i n a t e d w i t h t h e t a r g e t c o m p o u n d f o r a t l e a s t 6 m o n t h s . ( 2 ) F u r t h e r s t u d y u s i n g s o i l s w i t h d i f f e r e n t s o i l p r o p r i e t i e s , o r s o i l s f r o m c o n t a m i n a t e d s i t e s , i s r e c o m m e n d e d t o i n v e s t i g a t e o z o n a t i o n e f fi c i e n c y a n d t h e s u b s e q u e n t P A H r e m o v a l . ( 3 ) T h e r e s u l t s f r o m t h e b e n c h s c a l e o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s s h o u l d b e c o m p a r e d t o r e s u l t s o b t a i n e d i n fi e l d s t u d i e s . ( 4 ) S o i l o z o n a t i o n s t u d i e s i n c l u d i n g b y p r o d u c t i d e n t i fi c a t i o n a n d t o x i c o l o g y e v a l u a t i o n s u s i n g P A H c o m p o u n d s , s u c h a s p h e n a n t h r e n e a n d C h r y s e n e a r e n e e d e d . ( 5 ) A s t u d y s h o u l d i d e n t i f y t h e b y p r o d u c t s p r e s e n t i n s a m p l e s o b t a i n e d f r o m a fi e l d e x p e r i m e n t o r f r o m a s i t e w h e r e i n - s i t u o z o n a t i o n w a s i m p l e m e n t e d . A t o x i c o l o g y s t u d y u s i n g t h e s e s a m p l e s w o u l d a l s o b e i n t e r e s t i n g t o p e r f o r m . 1 9 2 P L A C E I N R E T U R N B o x t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 6 / 0 1 c J C I R C / D a t e D u o . p 6 5 - p . 1 5 T H E U S E O F G A S E O U S O Z O N E T O R E M E D I A T E P Y R E N E C O N T A M I N A T E D S O I L S : A S T U D Y O F B Y P R O D U C T P R O D U C T I O N , E N V I R O N M E N T A L E F F E C T S O N R E M E D I A T I O N E F F O R T S , A N D S C A L E - U P V O L U M E 1 1 B y S t e p h a n i e L u s t e r - T e a s l e y A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 3 A P P E N D I X A A p p e n d i x A i n c l u d e s a n e x a m p l e o f o n e o f t h e E x c e l s p r e a d s h e e t s g e n e r a t e d f o r t h e o z o n e r a w d a t a . H a r d c o p i e s o f t h e b r e a k t h r o u g h c u r v e s , fi r s t o r d e r , a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r t h e o z o n a t i o n e x p e r i m e n t s a r e a l s o p r o v i d e d i n A p p e n d i x A . 1 9 3 T a b l e A 1 . S u m m a r y o f O z o n a t i o n E x p e r i m e n t s P y r e n e C o n c e n . S a m p l e ( p p m ) J D H O z o n a t i o n d u r a t i o n V a r i a b l e d r y s o i l C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e C l e a n 2 , 6 , 8 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s m o i s t u r e , p H , 2 5 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 5 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C 1 0 % m o i s t u r e 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , m o i s t u r e , 1 3 ° C d r y s o i l 3 0 0 2 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d d r y s o i l 3 0 0 6 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d d r y s o i l 3 0 0 8 3 5 m i n u t e s , 1 h o u r , 4 h o u r s p H , 2 5 ° C , a g e d 1 9 4 T a b l e A 2 . E x a m p l e o f s p r e a d s h e e t g e n e r a t e d f o r r a w d a t a O Z O N A T I O N R A W D A T A D R Y ( 2 5 C ) , 3 0 0 p p m p y r s o i l ( P h 6 ) 0 3 r e a c t e d B T C B T C l n fl u e n t E f fl u e n t ( m g O 3 / k g F i r s t o r d e r S e c o n d ' n fl u e n t E f fl u e n t T i m e T i m e O z o n e O z o n e s o i l ) - l n ( C / C o ) o r d e r p H 6 d r y p H 6 d r y T a p e I D # ( s e c ) ( m i n ) ( m g 0 3 ) ( m g 0 3 ) a b s o r b e d 1 / C B T C E T C 0 0 0 . 0 0 0 0 . 0 0 0 0 . 0 0 0 1 0 0 0 . 0 0 0 0 . 0 0 0 0 . 0 0 0 2 3 0 0 . 5 9 . 5 1 7 0 . 0 1 7 1 8 9 . 9 9 4 0 . 0 0 2 0 . 0 0 5 0 . 9 2 0 2 8 5 0 . 0 0 3 4 8 3 6 0 1 9 . 7 2 2 0 . 0 2 7 1 9 3 . 9 0 0 0 . 0 0 3 0 . 0 0 5 0 . 9 3 3 2 3 0 . 0 0 2 1 4 5 4 9 0 1 . 5 9 . 8 1 1 0 . 6 0 4 1 8 4 . 1 4 2 0 . 0 6 4 0 . 0 0 5 0 . 9 3 7 2 3 4 0 . 1 2 0 7 4 6 5 1 2 0 2 9 . 8 6 9 2 . 8 2 5 1 4 0 . 8 8 2 0 . 3 3 7 0 . 0 0 7 0 . 9 4 4 3 0 7 0 . 4 5 0 5 3 7 6 1 5 0 2 . 5 9 . 9 6 7 5 . 0 4 4 9 8 . 4 6 2 0 . 7 0 5 0 . 0 1 0 0 . 9 5 5 7 8 4 0 . 5 6 0 8 7 7 7 1 8 0 3 1 0 . 0 7 4 5 . 9 0 4 8 3 . 3 9 8 0 . 8 8 2 0 . 0 1 2 0 . 9 6 4 7 2 5 0 . 6 1 1 0 1 1 8 2 1 0 3 . 5 1 0 . 0 9 3 6 . 2 7 5 7 6 . 3 7 0 0 . 9 7 2 0 . 0 1 3 0 . 9 5 9 5 2 0 . 6 3 2 4 0 6 9 2 4 0 4 1 0 . 0 4 2 6 . 4 2 9 7 2 . 2 6 8 1 . 0 2 2 0 . 0 1 4 0 . 9 5 4 9 8 3 0 . 6 4 7 9 8 8 1 0 2 7 0 4 . 5 1 0 . 0 3 8 6 . 5 4 1 6 9 . 9 4 4 1 . 0 5 4 0 . 0 1 4 0 . 9 5 8 7 2 0 . 6 5 5 2 0 6 1 1 3 0 0 5 1 0 . 1 0 0 6 . 6 5 3 6 8 . 9 3 6 1 . 0 7 5 0 . 0 1 5 0 . 9 6 6 7 2 7 0 . 6 6 2 2 0 3 1 2 3 3 0 5 . 5 1 0 . 1 9 3 6 . 7 5 1 6 8 . 8 5 2 1 . 0 8 6 0 . 0 1 5 0 . 9 7 6 6 0 2 0 . 6 6 2 3 3 9 1 3 3 6 0 6 1 0 . 2 4 1 6 . 8 0 0 6 8 . 8 2 4 1 . 0 9 1 0 . 0 1 5 0 . 9 7 5 8 0 1 0 . 6 6 5 6 1 8 1 4 3 9 0 6 . 5 1 0 . 2 3 7 6 . 8 2 3 6 8 . 2 7 8 1 . 0 9 8 0 . 0 1 5 0 . 9 7 5 8 0 1 0 . 6 6 7 3 9 6 1 5 4 2 0 7 1 0 . 2 4 7 6 . 8 9 5 6 7 . 0 4 6 1 . 1 1 7 0 . 0 1 5 0 . 9 7 7 8 0 3 0 . 6 7 8 3 1 3 1 6 4 5 0 7 . 5 1 0 . 2 2 9 6 . 9 6 1 6 5 . 3 6 6 1 . 1 4 1 0 . 0 1 5 0 . 9 7 2 3 3 2 0 . 6 8 2 6 7 9 1 7 4 8 0 8 1 0 . 1 9 9 6 . 9 5 9 6 4 . 8 0 6 1 . 1 4 7 0 . 0 1 5 0 . 9 7 2 0 6 5 0 . 6 8 1 9 0 6 1 8 5 1 0 8 . 5 1 0 . 2 4 4 6 . 9 8 9 6 5 . 1 0 0 1 . 1 4 6 0 . 0 1 5 0 . 9 8 0 8 7 3 0 . 6 8 2 5 8 5 1 9 5 4 0 9 1 0 . 2 5 9 7 . 0 1 0 6 4 . 9 8 8 1 . 1 5 0 0 . 0 1 5 0 . 9 7 5 0 0 1 0 . 6 8 3 9 5 8 2 0 5 7 0 9 . 5 1 0 . 2 0 1 6 . 9 6 8 6 4 . 6 6 6 1 . 1 4 9 0 . 0 1 5 0 . 9 6 9 7 9 6 0 . 6 8 2 1 2 5 2 1 6 0 0 1 0 1 0 . 1 9 5 6 . 9 4 7 6 4 . 9 6 0 1 . 1 4 4 0 . 0 1 5 0 . 9 7 3 8 0 . 6 8 0 6 9 1 2 2 6 3 0 1 0 . 5 1 0 . 2 5 7 6 . 9 6 8 6 5 . 7 8 6 1 . 1 3 7 0 . 0 1 5 0 . 9 8 1 6 7 3 0 . 6 7 7 9 5 2 3 6 6 0 1 1 1 0 . 3 2 3 7 . 0 1 7 6 6 . 1 2 2 1 . 1 3 9 0 . 0 1 5 0 . 9 8 6 3 4 4 0 . 6 8 1 5 0 5 2 4 6 9 0 1 1 . 5 1 0 . 3 4 3 7 . 0 6 6 6 5 . 5 4 8 1 . 1 4 9 0 . 0 1 5 0 . 9 8 5 5 4 3 0 . 6 8 4 7 6 6 2 5 7 2 0 1 2 1 0 . 3 0 0 7 . 0 5 9 6 4 . 8 2 0 1 . 1 5 6 0 . 0 1 5 0 . 9 7 8 0 7 0 . 6 8 5 9 0 5 2 6 7 5 0 1 2 . 5 1 0 . 2 3 1 7 . 0 2 4 6 4 . 1 3 4 1 . 1 6 0 0 . 0 1 6 0 . 9 7 2 3 3 2 0 . 6 8 7 2 0 8 2 7 7 8 0 1 3 1 0 . 1 7 5 6 . 9 6 8 6 4 . 1 3 4 1 . 1 5 5 0 . 0 1 6 0 . 9 6 7 3 9 4 0 . 6 8 2 4 3 9 2 8 8 1 0 1 3 . 5 1 0 . 1 7 8 6 . 9 2 6 6 5 . 0 4 4 1 . 1 4 1 0 . 0 1 5 0 . 9 7 2 9 9 9 0 . 6 7 8 5 0 8 2 9 8 4 0 1 4 1 0 . 2 1 2 6 . 9 3 3 6 5 . 5 7 6 1 . 1 3 6 0 . 0 1 5 0 . 9 7 3 8 0 . 6 7 9 3 2 3 0 8 7 0 1 4 . 5 1 0 . 2 0 5 6 . 9 3 3 6 5 . 4 3 6 1 . 1 3 7 0 . 0 1 5 0 . 9 7 1 6 6 4 0 . 6 7 9 4 4 3 1 9 0 0 1 5 1 0 . 2 1 5 6 . 9 4 0 6 5 . 5 0 6 1 . 1 3 7 0 . 0 1 5 0 . 9 7 5 8 0 1 0 . 6 7 9 2 9 4 3 2 9 3 0 1 5 . 5 1 0 . 2 7 6 6 . 9 6 1 6 6 . 3 0 4 1 . 1 3 1 0 . 0 1 5 0 . 9 8 3 2 7 5 0 . 6 7 5 4 8 9 3 3 9 6 0 1 6 1 0 . 3 1 1 6 . 9 7 5 6 6 . 7 2 4 1 . 1 2 8 0 . 0 1 5 0 . 9 8 2 4 7 4 0 . 6 7 7 3 9 7 3 4 9 9 0 1 6 . 5 1 0 . 2 9 6 6 . 9 6 8 6 6 . 5 7 0 1 . 1 2 9 0 . 0 1 5 0 . 9 8 0 4 7 2 0 . 6 7 6 0 5 8 3 5 1 0 2 0 1 7 1 0 . 2 6 6 6 . 9 4 0 6 6 . 5 1 4 1 . 1 2 7 0 . 0 1 5 0 . 9 7 6 6 0 2 0 . 6 7 6 0 0 4 3 6 1 0 5 0 1 7 . 5 1 0 . 2 6 1 6 . 9 1 2 6 6 . 9 9 0 1 . 1 2 0 0 . 0 1 5 0 . 9 7 9 6 7 2 0 . 6 7 1 1 6 2 3 7 1 0 8 0 1 8 1 0 . 3 0 7 6 . 9 2 6 6 7 . 6 2 0 1 . 1 1 5 0 . 0 1 5 0 . 9 8 5 2 7 7 0 . 6 7 2 7 6 2 3 8 1 1 1 0 1 8 . 5 1 0 . 3 1 7 6 . 9 4 0 6 7 . 5 5 0 1 . 1 1 7 0 . 0 1 5 0 . 9 8 1 6 7 3 0 . 6 7 2 5 1 2 3 9 1 1 4 0 1 9 1 0 . 2 9 7 6 . 9 4 0 6 7 . 1 4 4 1 . 1 2 1 0 . 0 1 5 0 . 9 8 1 4 0 6 0 . 6 7 5 4 1 5 4 0 1 1 7 0 1 9 . 5 1 0 . 2 9 1 6 . 9 5 4 6 6 . 7 3 8 1 . 1 2 6 0 . 0 1 5 0 . 9 8 0 4 7 2 0 . 6 7 6 0 5 8 1 9 5 T a b l e A 1 . ( c o n t ' d ) 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 7 7 7 8 7 9 8 0 8 1 8 2 8 3 a 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 9 0 1 2 0 0 1 2 3 0 1 2 6 0 1 2 9 0 1 3 2 0 1 3 5 0 1 3 8 0 1 4 1 0 1 4 4 0 1 4 7 0 1 5 0 0 1 5 3 0 1 5 6 0 1 5 9 0 1 6 2 0 1 6 5 0 1 6 8 0 1 7 1 0 1 7 4 0 1 7 7 0 1 8 0 0 1 8 3 0 1 8 6 0 1 8 9 0 1 9 2 0 1 9 5 0 1 9 8 0 2 0 1 0 2 0 4 0 2 0 7 0 2 1 0 0 2 1 3 0 2 1 6 0 2 1 9 0 2 2 2 0 2 2 5 0 2 2 8 0 2 3 1 0 2 3 4 0 2 3 7 0 2 4 0 0 2 4 3 0 2 4 6 0 2 4 9 0 2 5 2 0 2 5 5 0 2 5 8 0 2 6 1 0 2 6 4 0 2 6 7 0 2 0 2 0 . 5 2 1 2 1 . 5 2 2 2 2 . 5 2 3 2 3 . 5 2 4 2 4 . 5 2 5 2 5 . 5 2 6 2 6 . 5 2 7 2 7 . 5 2 8 2 8 . 5 2 9 2 9 . 5 3 0 3 0 . 5 3 1 3 1 . 5 3 2 3 2 . 5 3 3 3 3 . 5 3 4 3 4 . 5 3 5 3 5 . 5 3 6 3 6 . 5 3 7 3 7 . 5 3 8 3 8 . 5 3 9 3 9 . 5 4 0 4 0 . 5 4 1 4 1 . 5 4 2 4 2 . 5 4 3 4 3 . 5 4 4 4 4 . 5 1 0 . 2 7 3 1 0 . 2 6 3 1 0 . 2 7 6 1 0 . 2 6 6 1 0 . 2 3 1 1 0 . 2 2 8 1 0 . 2 8 1 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( c o n t ' d ) 3 2 1 0 4 1 0 1 7 3 . 5 4 3 . 3 9 2 4 0 . 5 7 5 5 6 . 3 3 6 2 . 7 3 5 0 . 0 7 1 1 . 0 3 6 3 8 9 0 . 9 3 6 1 3 2 3 3 1 0 5 3 0 1 7 5 . 5 4 3 . 3 7 5 4 0 . 5 9 2 5 5 . 6 6 4 2 . 7 4 6 0 . 0 7 2 1 . 0 3 0 9 1 7 0 . 9 3 5 5 3 4 3 4 1 0 6 5 0 1 7 7 . 5 4 3 . 2 9 4 4 0 . 4 6 6 5 6 . 5 6 0 2 . 7 2 8 0 . 0 7 1 1 . 0 3 2 5 1 9 0 . 9 3 3 8 2 4 3 5 1 0 7 7 0 1 7 9 . 5 4 3 . 2 8 2 4 0 . 4 3 5 5 6 . 9 5 2 2 . 7 2 1 0 . 0 7 0 1 . 0 3 0 3 8 3 0 . 9 3 4 5 9 4 3 6 1 0 8 9 0 1 8 1 . 5 4 3 . 2 2 1 4 0 . 4 5 2 5 5 . 3 8 4 2 . 7 4 8 0 . 0 7 2 1 . 0 2 9 5 8 3 0 . 9 3 7 2 6 5 3 7 1 1 0 1 0 1 8 3 . 5 4 3 . 2 0 4 4 0 . 4 5 2 5 5 . 0 4 8 2 . 7 5 3 0 . 0 7 3 1 . 0 2 9 5 8 3 0 . 9 3 5 3 2 1 3 8 1 1 1 3 0 1 8 5 . 5 4 3 . 0 9 5 4 0 . 3 4 0 5 5 . 1 0 4 2 . 7 5 0 0 . 0 7 3 1 . 0 2 4 3 7 8 0 . 9 3 6 8 1 6 3 9 1 1 2 5 0 1 8 7 . 5 4 2 . 8 2 0 4 0 . 2 1 4 5 2 . 1 3 6 2 . 7 9 9 0 . 0 7 7 1 . 0 1 6 5 0 4 0 . 9 4 1 4 4 7 4 0 1 1 3 7 0 1 8 9 . 5 4 2 . 6 6 6 4 0 . 1 4 4 5 0 . 4 5 6 2 . 8 2 8 0 . 0 7 9 1 . 0 1 7 0 3 8 0 . 9 4 0 2 9 7 4 1 1 1 4 9 0 1 9 1 . 5 4 2 . 6 3 6 4 0 . 0 6 8 5 1 . 3 5 2 2 . 8 1 0 0 . 0 7 8 1 . 0 1 5 0 3 6 0 . 9 3 9 2 5 8 4 2 1 1 6 1 0 1 9 3 . 5 4 2 . 6 2 4 4 0 . 0 2 0 5 2 . 0 8 0 2 . 7 9 5 0 . 0 7 7 1 . 0 1 6 5 0 4 0 . 9 3 8 5 5 8 4 3 1 1 7 3 0 1 9 5 . 5 4 2 . 5 9 4 4 0 . 0 5 1 5 0 . 8 4 8 2 . 8 1 9 0 . 0 7 9 1 . 0 1 3 5 6 8 0 . 9 4 2 0 6 7 4 4 1 1 8 5 0 1 9 7 . 5 4 2 . 6 1 0 4 0 . 1 8 6 4 8 . 4 9 6 2 . 8 6 6 0 . 0 8 2 1 . 0 1 7 3 0 5 0 . 9 4 4 1 1 6 4 5 1 1 9 7 0 1 9 9 . 5 4 2 . 6 8 9 4 0 . 2 1 6 4 9 . 4 4 8 2 . 8 4 9 0 . 0 8 1 1 . 0 1 7 3 0 5 0 . 9 4 0 0 5 4 6 1 2 0 9 0 2 0 1 . 5 4 2 . 9 7 4 4 0 . 2 5 0 5 4 . 4 8 8 2 . 7 5 8 0 . 0 7 3 1 . 0 3 0 9 1 7 0 . 9 3 3 2 0 4 4 7 1 2 2 1 0 2 0 3 . 5 4 2 . 9 4 1 4 0 . 2 5 8 5 3 . 6 4 8 2 . 7 7 3 0 . 0 7 5 1 . 0 1 5 7 0 4 0 . 9 4 1 9 2 6 4 8 1 2 3 3 0 2 0 5 . 5 4 2 . 7 9 0 4 0 . 3 4 5 4 8 . 8 8 8 2 . 8 6 2 0 . 0 8 2 1 . 0 2 3 7 1 1 0 . 9 4 3 8 1 4 4 9 1 2 4 5 0 2 0 7 . 5 4 2 . 9 9 1 4 0 . 5 8 9 4 8 . 0 4 8 2 . 8 8 5 0 . 0 8 3 1 . 0 2 5 3 1 2 0 . 9 4 4 4 2 3 5 0 1 2 5 7 0 2 0 9 . 5 4 3 . 1 2 0 4 0 . 7 0 6 4 8 . 2 7 2 2 . 8 8 3 0 . 0 8 3 1 . 0 2 9 8 5 0 . 9 4 3 6 3 1 1 1 2 6 9 0 2 1 1 . 5 4 3 . 1 5 4 4 0 . 7 5 7 4 7 . 9 3 6 2 . 8 9 1 0 . 0 8 3 1 . 0 2 6 9 1 4 0 . 9 4 5 2 8 9 2 1 2 8 1 0 2 1 3 . 5 4 3 . 0 7 5 4 0 . 7 2 3 4 7 . 0 4 0 2 . 9 0 8 0 . 0 8 5 1 . 0 2 6 1 1 3 0 . 9 4 5 5 0 7 3 1 2 9 3 0 2 1 5 . 5 4 2 . 5 3 5 4 0 . 2 9 5 4 4 . 8 0 0 2 . 9 4 4 0 . 0 8 9 1 . 0 0 1 1 5 7 0 . 9 4 9 2 1 4 4 1 3 0 5 0 2 1 7 . 5 4 2 . 8 7 4 4 0 . 4 9 1 4 7 . 6 5 6 2 . 8 9 0 0 . 0 8 4 1 . 0 4 2 2 6 1 0 . 9 3 9 8 2 1 5 1 3 1 7 0 2 1 9 . 5 4 3 . 3 9 2 4 0 . 8 8 6 5 0 . 1 2 0 2 . 8 5 2 0 . 0 8 0 1 . 0 2 5 8 4 6 0 . 9 4 4 7 1 2 6 1 3 2 9 0 2 2 1 . 5 4 3 . 0 4 7 4 0 . 7 4 8 4 5 . 9 7 6 2 . 9 3 0 0 . 0 8 7 1 . 0 2 5 8 4 6 0 . 9 4 8 4 8 4 7 1 3 4 1 0 2 2 3 . 5 4 3 . 1 7 6 4 0 . 9 1 4 4 5 . 2 4 8 2 . 9 4 9 0 . 0 8 8 1 . 0 3 1 9 8 5 0 . 9 4 6 7 2 2 8 1 3 5 3 0 2 2 5 . 5 4 3 . 2 4 3 4 0 . 9 1 4 4 6 . 5 9 2 2 . 9 2 1 0 . 0 8 6 1 . 0 2 9 0 4 9 0 . 9 4 5 5 3 2 9 1 3 6 5 0 2 2 7 . 5 4 3 . 1 4 8 4 0 . 7 8 2 4 7 . 3 2 0 2 . 9 0 3 0 . 0 8 5 1 . 0 2 7 4 4 7 0 . 9 4 4 7 9 8 1 0 1 3 7 7 0 2 2 9 . 5 4 3 . 1 2 6 4 0 . 7 7 4 4 7 . 0 4 0 2 . 9 0 9 0 . 0 8 5 1 . 0 2 7 9 8 1 0 . 9 4 6 1 2 5 1 1 1 3 8 9 0 2 3 1 . 5 4 3 . 1 7 0 4 0 . 9 1 6 4 5 . 0 8 0 2 . 9 5 2 0 . 0 8 9 1 . 0 2 9 5 8 3 0 . 9 4 9 4 4 9 1 2 1 4 0 1 0 2 3 3 . 5 4 3 . 2 8 5 4 1 . 0 3 4 4 5 . 0 2 4 2 . 9 5 6 0 . 0 8 9 1 . 0 3 3 4 5 3 0 . 9 4 6 5 3 9 1 3 1 4 1 3 0 2 3 5 . 5 4 3 . 3 3 6 4 1 . 0 2 3 4 6 . 2 5 6 2 . 9 3 1 0 . 0 8 6 1 . 0 3 1 9 8 5 0 . 9 4 6 7 2 2 1 4 1 4 2 5 0 2 3 7 . 5 4 3 . 1 9 3 4 0 . 9 3 3 4 5 . 1 9 2 2 . 9 5 0 0 . 0 8 9 1 . 0 2 6 6 4 7 0 . 9 4 8 6 5 5 1 5 1 4 3 7 0 2 3 9 . 5 4 3 . 1 5 9 4 1 . 0 0 9 4 3 . 0 0 8 2 . 9 9 9 0 . 0 9 3 1 . 0 3 0 3 8 3 0 . 9 5 1 6 9 1 6 1 4 4 9 0 2 4 1 . 5 4 3 . 2 2 6 4 1 . 1 4 3 4 1 . 6 6 4 3 . 0 3 3 0 . 0 9 6 1 . 0 2 9 8 5 0 . 9 5 1 9 2 4 1 7 1 4 6 1 0 2 4 3 . 5 4 3 . 2 6 0 4 1 . 1 2 1 4 2 . 7 8 4 3 . 0 0 7 0 . 0 9 3 1 . 0 3 1 9 8 5 0 . 9 4 9 1 7 9 1 8 1 4 7 3 0 2 4 5 . 5 4 3 . 3 1 6 4 1 . 0 5 1 4 5 . 3 0 4 2 . 9 5 1 0 . 0 8 8 1 . 0 3 2 5 1 9 0 . 9 4 6 2 3 2 1 9 1 4 8 5 0 2 4 7 . 5 4 3 . 4 0 3 4 1 . 2 2 2 4 3 . 6 2 4 2 . 9 9 1 0 . 0 9 2 1 . 0 3 6 1 2 2 0 . 9 5 3 2 4 6 2 0 1 4 9 7 0 2 4 9 . 5 4 3 . 5 4 0 4 1 . 5 2 7 4 0 . 2 6 4 3 . 0 7 4 0 . 0 9 9 1 . 0 3 9 0 5 8 0 . 9 5 4 2 7 7 1 9 9 - ‘ m ‘ . 1 ‘ u h . _ F i g u r e A 1 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , c l e a n M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C 2 0 0 2 5 C d r y c l e a n s o i l p H 2 l 1 . 2 1 W W 8 0 . 8 ) 3 ? “ e a r e l n fl u e n t p H 2 d r y _ c l e a n < 0 6 - X I B T C E f fl u e n t p H 2 d r y _ c l e e n 0 : ) ° x . . B T C E f fl u e n t p H 6 d r y _ c l e e n : 0 . 4 1 x B T C E f fl u e n t p H 8 d r y _ c l e a n 0 . 2 ~ X o - - . . 0 5 1 0 1 5 2 0 m i n u t e s F i r s t o r d e r 3 . 5 0 0 3 . 0 0 0 9 - 2 5 0 0 § 2 ' 0 0 0 1 y = 6 . 8 1 E - 0 3 x + 1 . 5 5 9 0 0 ' - = - ' R 2 = 9 . 2 4 E - 0 1 . 8 . 1 . 5 0 0 . 3 5 1 - 0 0 0 y = 0 . 2 4 9 5 x + 1 . 4 0 5 9 0 5 0 0 I R 2 = 0 . 4 4 6 6 0 . 0 0 0 fl . . . . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) S e c o n d o r d e r 0 . 1 2 0 , 0 1 0 0 y = 3 . 3 9 2 E - 0 4 x + 1 . 6 3 E - 0 2 1 R = 9 . 8 2 E - 0 1 5 _ 0 . 0 6 0 . 3 0 6 0 l 5 ' O . 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B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 2 5 ° C 2 2 8 2 5 C 5 % m o i s t u r e p H 8 p y r e n e c o n t a m i a n t e d s o i l 1 . 2 . 2 . 1 a 0 - 8 I B T C I n fl u e n t p H 8 5 0 . 6 . d r y 5 % g 0 . 4 B T C E f fl u e n t p H 8 S . 0 . 2 E 5 % 0 , T Y . o 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r 0 . 1 2 0 0 . 1 0 0 ~ 0 0 3 0 E y = 1 . 8 5 E - 0 4 x + 5 . 6 5 E - 0 2 5 ‘ 2 = - g 0 . 0 6 0 . 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B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C 2 3 0 2 5 C 1 0 % m o i s t u r e p H 2 p y r e n e c o n t a m i n t e d s o i l 1 ' 2 - . ¢ . - , * 5 , “ . ‘ ; . , - . v . ~ . - : 1 E “ - , c . ¢ ‘ ° “ ’ . : ' - ' ” ‘ : " - . 4 z < : : r w a s 0 E 3 ' 3 0 . 8 E E E g 0 . 6 7 E O B T C l n fl u e n t p H 2 1 0 % E 1 a 0 . 4 E B T C E f fl u e n t p H 2 1 0 % E 0 . 2 E 0 - . v 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r 0 . 2 5 0 . a s ? » 0 2 0 0 y = 8 . 4 7 E - 0 4 x - 1 . 6 9 E - 0 2 . 5 5 ‘ " “ 3 ‘ 0 . 1 5 0 « R 2 = 9 . 1 4 5 0 1 5 0 . 1 0 0 - 0 . 0 5 0 ~ 0 . 0 0 0 9 m ” . . - . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T i m e ( m i n u t e s ) E 1 s t O r d e r 4 . 5 0 0 4 . 0 0 0 . 3 . 5 0 0 . . 2 . 3 . 0 0 0 - 3 y = 0 . 0 0 7 8 x + 1 . 9 8 3 6 - ‘ = = ' 2 5 0 ° ‘ R 2 - 0 9 1 6 1 a - . 3 2 . 0 0 0 ~ 5 1 . 5 0 0 « 1 . 0 0 0 d . y = 0 . 0 2 2 2 8 x + 1 . 0 9 7 6 R = 0 . 9 9 1 7 0 . 5 0 0 - 0 . 0 0 0 . ~ 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 3 ] F i g u r e A 1 7 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C 2 3 2 B T C 2 5 C 1 0 % m o i s t u r e p H 6 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 2 . 1 g g : , I B T C I n fl u e n t p H 6 1 0 % g 0 4 B T C E f f l u e n t p H 6 1 0 % 5 . . 0 . 2 o , , . . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r 0 . 1 4 0 0 . 1 2 0 . y = 3 . 0 8 E - 0 4 x + 3 . 6 7 5 - 0 2 R 2 = 9 . 5 4 5 - 0 1 0 . 1 0 0 ~ , 5 ' 0 . 0 8 0 ~ 0 5 ’ 0 . 0 6 0 - 0 . 0 4 0 . y = 5 . 4 5 E - 0 4 x + 1 . 5 5 E - 0 2 0 ° 2 0 ‘ R 2 = 9 . 8 7 E - 0 1 0 . 0 0 0 5 , . . , , 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 1 s t O r d e r 3 . 5 0 0 3 . 0 0 0 - 2 . 5 0 0 « y = 0 . 0 0 5 1 x + 1 . 9 9 3 8 ° 2 ' 5 ‘ R = 0 . 9 4 4 4 < 5 3 : 2 . 0 0 0 1 fl 2 . 1 . 5 0 0 1 r : " 1 , 0 0 0 - y = 0 . 0 2 2 2 x + 1 . 1 5 5 9 R 2 = . 7 5 0 . 5 0 0 « 0 9 0 . 0 0 0 . 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B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C 2 3 6 o I B W B p T T H C C 2 2 l E d d n r f r fl y fl y u u e e 1 n 3 n t t 0 E E . E 1 5 0 2 0 0 2 5 0 ‘ . E E E ~ 1 0 y = 9 . 0 R m 6 i 7 2 E = T 0 5 , 1 0 0 5 0 5 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 - ‘ . . ~ 0 , ' - u t 2 - 0 0 4 5 e x n 9 s 5 d . O . 0 4 - n 0 r d 9 5 5 d r 0 3 - e 0 e r . . E g g « - r v g } ' . M ‘ 2 0 0 2 5 0 6 1 1 s m i n u 1 s e t t O r W 5 3 5 5 " % " 2 g " ' E E E I 1 E E E E | E E 0 ] 3 0 [ I ] 3 n O [ I - 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 . 0 . 5 0 0 0 0 0 0 oo E E 5 n No 1 3 C d r y p H 2 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 5 0 0 y = 0 . 0 1 1 7 X 4 ' 1 . 3 3 9 7 . 2 . — 1 0 0 0 E R - 0 . 9 3 7 5 0 . 5 0 0 E 0 . 0 0 0 r , E E E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m l n u t e s 2 3 7 F i g u r e A 2 0 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C 2 3 8 [ o ] 3 O [ I 3 o [ ] n l - A B S ] I [ A B S ] o 1 3 d e p H 6 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 0 . 8 ~ 0 . 6 . 0 . 4 - 0 . 2 . 1 . 2 1 W O J 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 m i n u t e s 2 5 0 l B T C I n fl u e n t p H 6 d r y ‘ B T C E f fl u e n t p H 6 d r y 1 3 C E F i r s t O r d e r y = 0 . 0 1 0 3 x + 0 . 9 4 9 9 R 2 = 0 . 9 5 3 5 0 1 0 0 m i n u t e s 1 5 0 2 0 0 2 5 0 2 n d O r d e r R 2 = 9 . 7 7 5 - 0 1 y = 7 . 6 2 5 - 0 6 x + 1 . 4 8 E - 0 2 5 0 0 0 1 0 0 0 0 m i n u t e s 2 3 9 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 F i g u r e A 2 1 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r d r y , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C 2 4 0 1 3 C d r y p H 8 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . a - - i o O a 0 ' 8 ‘ I B T C l n f l u e n t p H 8 S 0 . 6 < d ? 3 0 . 4 . B C E f fl u e n t p H 8 S 0 . 2 E _ o w . _ . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 E m i n u t e s 2 n d O r d e r E y = 4 . 3 9 E - 0 4 x + 1 . 1 4 E - 0 2 E 0 1 2 0 R 2 = 9 . 5 8 E - 0 1 E 0 . 1 0 0 . E 0 . 0 8 0 . E ' 5 ' E . 9 . 0 . 0 6 0 _ E . 1 . I C E : — L m e a r ( 1 1 0 ) E 0 0 4 0 . E 0 . 0 2 0 _ E E 0 . 0 0 0 . . , E E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 E E T i m e ( m i n u t e s ) E L E E fi r s t O r d e r E 3 . 5 1 O 3 . E g 2 . 5 . y = 0 . 0 0 5 6 x + 1 . 8 4 7 8 ‘ 5 ; 2 . R 2 = 0 . 8 6 4 3 E 8 . E 2 ‘ 1 y = 0 . 0 2 0 3 x + 0 7 2 3 2 E " ' 0 . 5 R 2 = 0 . 6 3 5 5 E 0 , . . . E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 4 1 F i g u r e A 2 2 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C 2 4 2 1 0 # - D O N [ A B S ] I [ A B S ] o 1 3 C 5 % m o i s t u r e p H 2 p y e n e c o n t a m i n a t e d s o i l A . a . 2 . a . « Q M - m » . . , . a . a a , 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s E O B T C I n fl u e n t p H 2 5 % E I B T C E f fl u e n t p H 1 / [ 0 3 ] 0 . 3 0 0 0 . 2 5 0 0 . 2 0 0 0 . 1 5 0 0 . 1 0 0 0 . 0 5 0 0 . 0 0 0 2 n d O r d e r y = 9 . 1 6 E v 0 4 x - 1 . 4 5 5 0 2 R 2 = 9 5 0 5 - 0 1 O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s 3 0 0 - I n [ o n / [ 0 3 1 0 1 s t O r d e r y = 0 . 0 1 4 1 x + 0 . 5 4 1 6 R 2 = 0 . 9 6 8 1 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m i n u t e s 2 4 3 F i g u r e A 2 3 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C 2 4 4 O ] S B A [ ! ] S B A [ 0 1 3 0 [ / n o [ n i - ] s o m n L . — . _ _ . “ — ‘ . . . s v fi - ” . ‘ 3 ” _ ~ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ fi _ , _ fl _ _ « 1 3 C 5 % m o i s t u r e p H 6 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 1 M 0 . 8 1 0 . 6 1 0 . 4 1 0 . 2 1 O - 9 T 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s I B T C I n fl u e n t p H 6 5 % E . B T C E f fl u e n t p H 6 5 % . ' F i r s t O r d e r y = 0 . 0 0 9 8 x + 1 . 0 4 8 3 R 2 = 0 . 9 4 9 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r 0 . 1 6 0 0 . 1 4 0 - E 0 . 1 2 0 1 0 . 1 0 0 1 0 . 0 8 0 1 0 . 0 6 0 1 0 . 0 4 0 1 0 . 0 2 0 0 . 0 0 0 y = 8 . 0 7 E - 0 6 x + 1 7 8 5 0 2 R 2 = 9 . 4 8 E - 0 1 7 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 m i n u t e s 2 4 5 F i g u r e A 2 4 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 5 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C 2 4 6 1 3 C 5 % m o i s t u r e p H 8 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 . 9 . 1 a 0 ‘ 8 I B T C l n fl u e n t p H 8 s 0 . 6 5 % 3 0 ' 4 a r c E f fl u e n t E p H 8 5 0 . 2 l 5 % 0 ' r ’ k i E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 i E m i n u t e s i E E 2 n d O r d e r E E 0 . 1 4 0 E i 0 . 1 2 0 - 4 E E 0 . 1 0 0 . ' E “ 3 " 0 . 0 8 0 - f 5 ‘ 0 . 0 6 0 - E 0 0 4 0 4 y = 4 . 7 5 E - O 4 X 4 ‘ 9 . 0 5 E - 0 3 R 2 = 9 . 8 3 E - 0 1 0 . 0 2 0 - E E 0 . 0 0 0 . , - - 5 E E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 E E T i m e ( m i n u t e s ) E E fi r s t O r d e r E E 3 . 5 5 E - E E O 3 ’ K ‘ s fi fi a fi E 1 . 7 ; - 2 . 5 - E E 9 2 - E E 8 1 . 5 — + ‘ 3 ' 1 . y = 0 . 0 0 9 5 x + 0 . 9 3 8 2 E ' 0 . 5 R 2 = 0 . 9 2 5 9 ? o - . 1 0 0 1 5 0 2 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 5 0 3 0 0 2 4 7 F i g u r e A 2 5 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 1 3 ° C 2 4 8 I — l 0 ] 3 O [ I N ] 3 O [ n l - 1 3 C 1 0 % m o i s t u r e p H 2 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l _ | N O 5 ' 0 . 8 E I 1 1 n 1 o B T C l n fl u e n t ' E g 0 6 E p H 2 1 0 % E ‘ 1 3 E I B T C E f fl u e n t t s . 0 ' 4 E p H 2 1 0 % E 0 . 2 E 0 1 , V T E E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 E 7 m i n u t e s E - E E 2 n d O r d e r E E E : 0 . 1 2 0 E y = 2 . 6 1 E - 0 4 x + 3 . 6 5 E - 0 2 I E 0 - 1 0 0 E R 2 = 9 2 9 8 - 0 1 E E 0 . 0 8 0 a E E g 0 . 0 6 0 - E E " 0 . 0 4 0 « E 1 y = 5 2 0 1 3 - 0 4 ) : + 7 . 6 9 E - 0 3 E 0 0 2 0 1 R 2 = 9 . 8 0 E - 0 1 E ’ 0 . 0 0 0 . 9 _ E 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 E L m i n u t e s E 1 s t O r d e r E 3 . 5 E 3 - y = 0 . 0 0 3 5 x + 2 . 1 4 0 1 R 2 = 0 . 9 2 0 5 y = 0 . 0 1 9 4 x + 0 . 8 1 7 5 R 2 = 0 . 9 6 6 6 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s 2 4 9 3 0 0 F i g u r e A 2 6 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 1 3 ° C 2 5 0 0 1 3 0 1 1 1 N 3 0 [ n l - 1 3 C 1 0 % p H 6 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 i , 2 1 E H 3 0 . 8 ~ E 1 < I B T C l n fl u e n t p H h l 0 6 . 4 5 . . ' 6 1 0 % 3 0 . 4 E B T C E f fl u e n t p H : . _ . 0 . 2 _ E 6 1 0 % 1 E 0 Y T E E 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 I m i n u t e s E i . E 1 5 F i r s t O r d e r 4 3 . 5 ~ y = 0 . 0 1 0 9 x + 0 . 9 9 9 2 R 2 = 0 . 9 3 5 9 O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r y = 5 . 4 1 E - 0 4 x + 2 . 4 0 5 - 0 3 R 2 = 9 7 7 5 - 0 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m i n u t e s 2 5 1 F i g u r e A 2 7 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r 1 0 % m o i s t u r e , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 8 ) a t 1 3 ° C 2 5 2 1 3 ( 2 1 0 % m o i s u t r e p H 8 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 l . 2 . 1 i ‘ 3 8 ' : [ I B T C I n fl u e n t h - I a d r y 1 o v o ; ! é 0 : 4 i B T C E f fl u e n t p H 8 1 0 % J 1 5 . 0 . 2 i 0 , 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 T . m i n u t e s i i i ‘ 2 n d O r d e r 9 1 i 0 . 3 0 0 g d I 0 2 5 0 y = 1 . 1 8 E - 0 3 x - 8 . 5 1 5 - 0 2 ‘ 0 . 2 0 0 - R 2 = 9 2 6 5 - 0 1 - ' a . " i g , 0 . 1 5 0 1 3 . - y = 4 . 3 3 E - 0 4 x + 4 . 1 4 5 - 0 3 § 0 - 1 0 0 ‘ R 2 = 9 2 1 5 - 0 1 g 0 . 0 5 0 1 . 7 0 . 0 0 0 - v i o 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 - ' 3 T i m e ( m i n u t e s ) i t — i I f i r s t O r d e r ‘ 1 4 . 5 0 0 1 4 , 0 0 0 i y = 1 . 2 3 5 - 0 2 x + 9 . 0 0 5 0 1 i g 3 . 5 0 0 - 5 2 = 9 . 9 6 E - 0 1 3 3 . 0 0 0 - g 2 . 5 0 0 ~ " ° 2 . 0 0 0 1 2 1 . 5 0 0 1 . - - ' g 1 0 0 0 y = 0 . 2 3 7 8 X - 0 . 0 9 7 5 0 . 5 0 0 R 2 = 0 . 9 4 8 5 0 . 0 0 0 v 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 5 3 F i g u r e A 2 8 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r a g e d , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 2 ) a t 2 5 ° C 2 5 4 2 5 C d r y A g e d p H 2 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l 1 . 2 : 1 i a f 7 i g 0 . 8 [ I g g T e g E f fl u e n t p H 2 d r y ! : a : - 0 ' 6 B T C E f fl u e n t p H 6 d r y m 0 . 4 7 a g e d < . " ‘ 0 . 2 , X B T C E f fl u e n t p H 8 d r y ' 0 - - r i a 9 ° d i 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 m i n u t e s i i 1 s t O r d e r 3 . 0 0 0 , - . a » 2 . 2 . 5 0 0 . 1 , , . f , i t " a 2 . 0 0 0 g 1 5 0 0 " ' 0 0 0 6 6 1 1 3 0 1 . . . " y = . x + . . 5 1 . 0 0 0 R 2 = 0 . 9 1 4 1 0 . 5 0 0 0 . 0 0 0 , r - 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 n d O r d e r ‘ 0 . 1 2 0 0 . 1 0 0 1 0 . 0 8 0 - F ) " 2 , 0 . 0 6 0 . " 0 , 0 4 0 _ y = 3 . 4 5 E - 0 4 x + 2 . 0 9 5 0 2 m “ ; . 2 9 ' ; R = 9 . 7 4 E - 0 1 0 . 0 2 0 0 . 0 0 0 r . - 5 1 - 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 5 5 F i g u r e A 2 9 . B r e a k t h r o u g h c u r v e , fi r s t o r d e r a n d s e c o n d o r d e r p l o t s f o r a g e d , p y r e n e c o n t a m i n a t e d M e t e a s o i l ( p H 6 ) a t 2 5 ° C 2 5 6 o l s » 3 F e ¢ A D 1 m F 0 s : 5 e s . 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A [ 0 . 0 1 3 0 ( 1 6 . 1 3 3 0 [ - . n I - 2 5 C d r y A g e d p H 8 p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . 3 A N 0 . 0 9 0 1 y = 2 . 4 0 E - 0 4 x + 2 . 3 0 5 0 2 0 . 0 0 0 . ' , - . 1 E e B T C l n f i u e n t p H B d r y } i I a g e d = i l I B T C E f f l u e n t p H 8 d r y I ; L a t i e d i 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 m i n u t e s 2 n d O r d e r R 2 = 9 . 6 7 5 - 0 1 y = 6 . 7 1 5 - 0 4 x + 4 . 8 1 E - 0 4 R 2 = 9 . 5 8 E - 0 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) N ( n o : . 0 0 0 1 fi r s t o r d e r y = 0 . 0 0 4 6 x + 1 . 5 4 7 9 R 2 = 0 . 9 4 7 2 y = 0 . 0 4 7 4 x - 0 . 3 0 2 9 R 2 = 0 . 9 6 4 3 1 : , . r . . , 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n u t e s ) 2 5 9 A P P E N D I X B 2 6 0 T a b l e B 1 . 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( a ) P y r e n e s o i l ( c o n t r o l ) , ( b ) a i r - s p a r g e d t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s , ’ ( c ) o x y g e n - s p e w e d t h r o u g h p y r e n e s o i l f o r 2 4 h o u r s . 6 J 2 6 3 i i . A M L . 2 4 I I m u u u n - 2 2 u a F i g u r e B B . E x a m p l e s o f t h e t w o c h r o m a t o g r a m s f o r a c e t o n i t r i l e e x t r a c t s f r o m p y r e n e s o i l . 2 6 4 6 M n o F i g l C O n t 4 4 ' “ c 1 I 0 1 2 t o : 1 2 4 1 0 1 u n " ’ 2 B C L - 2 d 6 I g o " ‘ 2 . . ' ‘ 1 0 c o . c . 0 u 0 ' 0 2 A 2 0 2 2 2 4 2 0 n 2 0 2 2 2 4 2 6 4 : 2 u n o 1 2 - 2 o 2 2 2 4 2 5 ' F i g u r e B 4 . A c e t o n i t n ' l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g 0 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O s / p p m p y r - 2 6 5 1 0 0 0 n A A A A v — w 1 0 0 0 B 4 4 4 1 0 1 2 1 4 1 4 1 4 2 0 2 2 2 4 2 4 4 o 2 o 4 I 3 t o 1 2 M t o 1 4 2 0 2 2 4 2 6 F i g u r e B 5 . D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( 2 ) 2 . 2 m g W m m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O 3 / p p m p y r . 2 6 6 ” J L . . _ 2 4 t 3 t o 1 2 I 4 I t I t 2 0 2 2 2 4 a t 0 ” F i g u r e B 6 . A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 2 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( 2 ) 2 . 2 m g O g l p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g 0 3 / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / p p m P Y T - 2 6 7 “ 0 ° C H 2 4 5 4 1 0 1 2 1 4 4 4 1 2 2 0 2 2 ' 2 4 2 4 F i g u r e B 7 . 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( a ) 2 . 2 m g 0 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g l p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O d p p m p y r . 2 7 2 2 4 4 4 1 0 1 2 1 4 1 4 1 2 2 0 2 2 2 4 2 4 _ L _ : 1 1 . . - _ _ _ - _ 4 0 ' 1 0 0 ' ( 3 2 4 4 2 1 0 1 2 1 4 1 2 1 2 2 O 2 2 2 4 2 4 F i g u r e 3 1 2 . A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 “ C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g l p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g l p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g l p p m p y r . 2 7 3 ‘ ' — " " ” 7 2 0 ' 1 0 " F i g u r e B 1 3 . D e i o n i a e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a r n f o r 5 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g l p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g l p p m p y r , ( c ) 1 6 m g 0 3 / m e p y r . 2 7 4 F i g u r e 3 1 4 . 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D e i o n i z e d w a t e r e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r 1 0 % m o i s t u r e , 2 5 ° C ( p H 6 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g O g l p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O g l p p m p y r , ( c ) 1 6 m g . O a / p p m p y r . 2 7 6 1 0 " A . 4 4 . 4 4 ‘ 4 4 A , . W W A A 4 — H — A 2 4 4 4 t o 2 2 I 4 I 4 1 4 2 0 ' 2 2 2 4 2 4 ‘ I B . 4 » ‘ 4 4 A I . . . ' w L _ _ _ _ _ A - 2 4 I ‘ I 1 0 1 2 1 4 1 I 1 | 2 0 2 2 ' 2 4 2 6 1 ' C . I I “ ' 1 2 4 4 4 . 1 0 1 2 4 4 1 4 1 4 2 0 2 2 2 4 “ F i g u r e B I G . A c e t o n i t r i l e e x t r a c t c h r o m a t o g r a m f o r d r y , 2 5 ° C ( p H 8 ) p y r e n e c o n t a m i n a t e d s o i l . ( a ) 2 . 2 m g 0 3 / p p m p y r , ( b ) 3 . 8 5 m g O ; / p p m p y r , ( c ) 1 6 m g O g l p p m p y r . 2 7 7 4 0 1 1 o 1 2 1 4 1 4 1 4 t o 2 2 2 4 2 4 ‘ 0 4 4 A 1 " 4 0 ' 2 ° — — — A — _ _ . . : — L 4 0 0 1 o 1 2 1 4 1 4 1 4 2 0 2 2 2 4 a n " I B " ' \ \ ~ . 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( L - 1 ) 0 . . 4 9 9 m i t e r a t i o n s : = 5 0 0 m I i n i t i a l i z a t i o n o f a r r a y f o r o z o n e c o n c e n t r a t i o n 0 3 0 ’ ] : 5 5 3 2 8 P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n t h r o u g h t h e c o l u m n 0 . 5 . 2 2 p g 3 : [ P i n 2 _ . [ w . m ] ] m , 0 L A s s u m i n g i m m o b i l e O M a v a i l a b l e t o r e a c t o v e r 4 h o u r r u n t i m e G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s 3 2 9 T i m e . 1 . : = fl d i v i d e d b y m i t e r a t i o n s i t e r a t i o n s - — 0 . 5 ( P i n 2 - P o u t z ) , 2 ( P i n 2 - P o u t z ) v : = k d - - P m — - m " 1 . 0 2 L L 0 3 2 0 . 0 1 : 5 5 O M 0 , 0 ; = o I n 1 t 1 a l i z e O M t i m e s t e p P 2 m O O 3 2 m + l , 0 : = O 3 2 m , 0 - P i n k o m . . . . O M ; = O M - - — - O M . 0 3 2 - d t F i n i t e d i f f e r e n c e E q u a t i o n H s u 4 - 7 m + 1 , l m , 1 y o s m , 1 m , 0 O M m + l , 0 = O M , 0 + d t 4 0 0 0 1 1 3 9 9 0 - 0 M “ ) 3 9 8 0 ” ‘ _ 3 9 7 0 1 ' 4 o 5 0 0 0 ( 0 ) 1 - 1 0 1 . 5 - 1 0 4 O M L d z 2 : — f — — _ — m 1 t e r a t i o n s 0 3 2 0 , 0 : = 5 5 O 3 h s u 0 , l : = 5 5 G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s M o d e l t i m e ; = 1 2 0 0 M i t e r a t i o n s ; = 5 0 0 M i t e r a t i o n s = m i t e r a t i o n s i n t h e fi n i t e . d i f f e r e n c e ‘ . _ M o d e l t 1 m e M i t e r a t i o n s v m O k o m O 3 h s u m + 1 , l Z = 0 3 2 " ] , 0 - - — d z — - ( O 3 2 m + l ’ 0 - 0 3 2 " ] , 0 ) + ( P b ' E S — a ' j - ( O 3 2 m , O ) - 0 M m ’ l ' d t 0 3 0 , 0 = 0 O 3 m + 1 , 0 : = 0 3 m , 0 + d t ( 1 ) 0 3 ( 1 ) _ [ I _ 0 3 ] 5 5 3 3 0 l 1 - _ . . _ — v v v v v v — - - - - - - m m 0 . 8 - - [ ( 0 . 9 ) o 3 h s u ] ( ‘ ) : 0 . 6 ” i - ( 0 . 9 5 ) - 0 3 1 . s u ( ' > j — ' ( 2 ) i ( l ) 5 - - - - 0 . 4 l — I 1 1 0 . 2 ” f . . 9 1 1 0 9 4 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 0 3 ( 0 ) , 0 3 ( 0 ) ’ 1 ( 0 ) 1 I 1 1 l 1 - _ . . ‘ O ' . - . W O ' c ° a o a . o o 6 o o . o a ' v o ' \ o - ° " " " ’ v " ~ ' - . . . ‘ . ‘ - . 0 ' . 0 . 8 J — < 1 ) [ ( 0 . 9 5 ) 0 3 h s u ] ( . 6 _ . ( 2 ) ( l ) 0 . 4 — 0 . 2 . . l 1 l l L 0 4 4 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 8 3 < 0 ) 8 0 0 0 1 - 1 0 1 . 2 - 1 0 O 3 , 1 3 3 1 c h p : = 1 . 4 . 1 0 “ 4 s ( e 1 c / s o ) n ( d m g o r O d 3 e / r k r a g t s o e i c ) l o " n - s 1 t a n t d e t e r m i n e d f r o m e x p e r i m e n t s ‘ M o d e l i n g N o t e : T h e a r r a y s i n M a t h C a d h a v e a d e f a u l t s e t t i n g w h e r e t h e fi r s t r o w a n d fi r s t c o l u m n i n t h e a r r a y i s d e n o t e d a s ( 0 . 0 ) a n d n o t ( 1 , 1 ) . I n t h i s p r o g r a m , t h e r o w s a n d c o l u m n s s t a r t a t 0 , t h e s e c o n d c o l u m n o r t h e s e c o n d r o w i s t h e r e f o r e d e n o t e d b y 1 . “ “ “ M o d e l i n g u s i n g t h e R u n g e - K u t t a s o l u t i o n i n t h e s m a l l s o i l c o l u m n w i t h M e t e a m m L : = 1 5 C o l u m n l e n g t h ( c m ) p b : = 1 . ] B u l k d e n s i t y ( g / c m " 3 ) n : = 0 . 4 2 t o t a l p o r o s i t y X g a s s a t u r a t i o n ( F r o m H S U ) g a s s a t u r a t i o n s a : = l y o s ; = 4 _ 7 S t o i c i o m e t r i c c o e f fi c i e n t f o r o z o n e g a s r a t i o / o r g a n i c m a t t e r s e c o n d o r d e r o r g a n i c m a t t e r r a t e c o n s t a n t k o m ; = 5 3 . 1 0 “ 7 f o r O M ( c a l c u l a t e d ) ( s " - 1 ) ( ( m g O C / k g s o i l ) " - 1 ) ( L g a s / k g s o i l ) k d ; = 0 0 7 9 3 F i r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t f o r o z o n e s e l f - d e c o m p o s i t i o n G a s c o n d u c t i v i t y i n M e t e a P i n ; = 1 5 2 5 I n l e t p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) P o u t : = 1 4 9 4 O u t l e t p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) L o o p s a n d l n t e r a t i o n s m : = 0 . . 4 9 9 m i t e r a t i o n s : = 5 0 0 C : = 0 . . ( L - 1 ) 0 3 0 , 1 : = 5 5 i n i t i a l i z e a r r a y f o r O z o n e c o n c e n t r a t i o n i n g a s s t r e a m ( m g o z o n e / L g a s ) O 3 o m 0 ‘ O : = 5 5 0 M O l ; = 4 0 0 0 i n i t i a l i z e a r r a t f o r O r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n i n ( m g O C I K g s o i l ) 0 1 1 4 0 . 0 : = O i n i t i a l i z e r o w f o r O M t i m e s t e p 3 3 2 fi fi i i t i i i i i A s s u m i n i g t t i ‘ i t i t i m m o b fi i t O r g l e O a M n i c m a a v a i l t a t b e l r e r e a c t i o n * fi i t o r e a c t o v e i r ‘ t 4 fi t i fi fi h o u ’ i “ t r fi i r t f i i i u n t i t m i e P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n t h r o u g h t h e c o l u m n ( M a t r i x F o r m ) G a s v e l o c 1 t y c a l c u l a t l o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n ( M a t r i x f o r m ) 0 . 5 . 2 2 - 0 . 5 p 2 ; = 1 3 i n 2 — M m ( P i n 2 — P o u t z ) . 2 ( P i n : 2 - P o u t z ) m , 0 L v m 0 : = k d - - P m - - m 1 2 L L 1 5 0 0 0 d t : = — . — m i t e r a t i o n s P 2 m 0 O 3 o m e r l ’ 0 : = O 3 o m m , 0 ' P i n k o m . . . . O M 2 : C M - — - O M ~ O 3 o m - d t F i n i t e d i f f e r e n c e E q u a fi o n H s u 4 - 7 m + l , l m , l y o s m , l m , 0 O M m + l , 0 : = O M m , 0 + d t 4 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 3 9 9 0 — ' - O M ( 1 ) 3 9 8 0 ‘ _ 3 9 7 0 1 1 1 1 1 4 1 4 1 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 l - 1 0 1 . 2 - 1 0 1 . 4 4 0 4 O M 3 3 3 t fi t t i t t t * . § i t * i i t t t t * t i t t * § t t t t i m fi i fi i i t o z o n e r e a c t i o n * i i fi i t t “ i t i t t t fi i m t i t i fl t fi t n t t t t i “ . * " i i fl fl fi i t O M s s : = 3 9 7 2 S t e a d y s t a t e c o n c e n t r a t i o n o f O M a t t i m e s t e p ( A t = ( 1 5 0 0 0 / 2 4 0 ) = 6 2 . 5 ) u s e d i n r u n g a - k u t t a O 3 5 5 0 , 0 ' G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h — 0 . 5 . . 2 2 . 2 2 G a s v e l o c 1 t y d e fi n e d a s a ( P m - P o u t ) - [ P i n 2 _ ( P m - P o u t ) d z : | f u n c t i o n d z : = i d - V ( ) 2 L L — b - k 1 3 1 1 5 1 1 0 0 3 ) : = [ A L — 1 0 3 - ( B — o E - O M s s j - O 3 ] L n ~ s a E q u a t i o n a n d m o d e l p r o p o s e d b y H s u Z H s u : = r k fi x e d ( 0 3 , 0 , 1 5 0 0 0 , 2 4 0 , D H s u ) ( 1 ) < 1 ) A H s u : = Z H s u F < O > : = Z H s u < 0 > E x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n D a y ( 1 9 9 4 ) . H s u ( 1 9 9 5 ) , C o l e ( 1 9 9 6 ) a n d t h e p r e s e n t s t u d y o b s e r v e r e d t h e e f fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n f r o m t h e c o l u m n d i d n o t r e a c h t h e i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n . D a y ( 1 9 9 4 ) a n d C o l e ( 1 9 9 6 ) d e s c r i b e t h i s p h e n o m e n o m w a s c a l l e d " t a i l i n g " w h i c h r e a c h e d l e v e l s b e t w e e n 9 0 - 9 8 % o f i n fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n 3 3 4 F H s u [ ( 0 . 9 ) F 1 1 s u ] ( ‘ ) 0 . 6 ( 0 . 9 5 F H s u ) l < 2 ) ( 1 ) 0 . 2 A H s u < l > 0 3 N o n - c o n t a m i n a t e d , d r y M e t e a a t p H 6 ( 0 3 / 0 3 i n i t a l ) v e r s u s t i m e P l o t o f E x p e r i m e n t a l d a t a c o m p a r e d t o H s u a n d L i m M o d e l s T a i l i n g f a c t o r = 0 . 9 5 l l l l l J O 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 - 1 0 4 1 . 2 - 1 0 4 1 . 4 - 1 0 4 3 3 5 M o d e l i n g N o t e : T h e a r r a y s i n M a t h C a d h a v e a d e f a u l t s e t t i n g w h e r e t h e fi r s t r o w a n d fi r s t c o l u m n i n t h e a r r a y i s d e n o t e d a s ( 0 . 0 ) a n d n o t ( 1 , 1 ) . i n t h i s p r o g r a m , t h e r o w s a n d c o l u m n s s t a r t a t 0 , t h e s e c o n d c o l u m n o r t h e s e c o n d r o w i s t h e r e f o r e d e n o t e d b y 1 . “ M N " i t m M o d e | i n t h e 3 . 5 f o o t c o l u m n ( E M P T Y & O T T A W A ) * t t t t t t i t i t i t i i t i t t t t i i fi i t t l L : = 9 ] C o l u m n l e n g t h ( c m ) p b : = 1 . ] B u l k d e n s i t y ( g / c m ‘ 3 ) n ; = 0 4 2 t o t a l p o r o s i t y ( F r o m H S U ) s a 2 : 1 g a s s a t u r a t i o n K ; = 4 . 1 0 ‘ 3 fi r s t o r d e r r a t e c o n s t a n t f o r o z o n e r e a c t i o n i n M e t e a ( 1 / s ) ( m g / L ) ( m g / k g ) " - 1 k d : = 0 . 0 7 9 8 G a s c o n d u c t i v i t y 7 s e c o n d o r d e r o r g a n i c m a t t e r r a t e c o n s t a n t k o m : = 5 . 7 . 1 0 . - i n i t a l m : = 5 5 I n l e t g a s c o n c e n t r a t i o n ( m g / L ) 0 3 0 , I I : 5 5 i n i t i a l i z e a r r a y f o r o z o n e c o n c e n t r a t i o n O M ; = 0 O r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n ( m g / k g ) 0 M 0 1 ; = 0 a r r a y f o r O r g a n i c M a t t e r p i n ; = 1 6 6 4 I n l e t p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) P o m : 1 0 3 3 O u t l e t p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) L o o p s a n d l n t e r a t i o n s C : = 0 . . ( L - l ) m : = 0 . . 2 3 9 m i t c r a t i o n s : = 2 4 0 1 5 0 0 0 C “ = = - . — ' — . — m 1 t c r a t 1 0 n s P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s 0 . 5 [ _ 2 [ P i n 2 - P o u t 2 1 | P 2 : = P m — — — — - - m m , 0 ’ L 3 3 6 G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s — 0 . 5 ( P i n 2 — P o u t z ) I : , 2 ( P i n 2 - P o u t z ) ] - P m - - m m , 0 : k d ' 2 L L y o s : = 4 . 7 O M : = 0 0 3 2 0 , ” : 5 5 0 , 1 s z 0 0 3 2 m + 1 , 0 : = O 3 2 m ‘ 0 - P i n k o m O M : = O M — - - - O M - O 3 2 . d t m + l , l m , l y o s m , l m , 0 O M O , O : = 0 O M m + l , 0 : = O M m , 0 + 1 1 1 1 O M “ ) 0 O M : = 0 ’ l l L 0 2 0 4 0 0 3 0 , 0 : = 5 5 O M < 0 > G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s - 0 . 5 . 2 2 . 2 2 ) v ( z ) : = k d - ( P m P o u t ) P i n z _ ( P i n P o u t ' 2 2 L L p b - k o m [ 1 ' 5 3 D H s u ( t , O 3 ) ; = [ 1 1 : 3 1 . 0 3 - [ O M ) - O 3 - K 0 3 ] Z H s u : = r k fi x e d ( O 3 , O , 1 5 0 0 0 , 2 4 0 , D H s u ) F < 0 > : = Z I - I s u < 0 > + 4 - 6 0 A H s u m : = Z H s u < l > < 1 ) F 1 1 5 0 “ ) : = 1 - A B S " 0 3 0 3 3 7 1 1 1 1 i n — 0 . 8 — F H s u m C 2 8 0 0 . 6 - l 1 2 ( 4 ) _ 0 . 4 _ 0 . 2 _ 0 1 1 1 O 5 0 0 l 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 F ( ° > , l < ° ) , 1 2 < 0 > 3 3 8 i n i t a l 0 3 3 : 5 5 I n l e t g a P O W : 1 2 0 9 O u t l e t p r s e c o n c e n t r a t i o n ( m g / L ) s s u r e ( c m H 2 0 ) M o d e l i n g N o t e : T h e a r r a y s i n M a t h C a d h a v e a d e f a u l t s e t t i n g w h e r e t h e fi r s t r o w a n d fi r s t c o l u m n i n t h e a r r a y i s d e n o t e d a s ( 0 . 0 ) a n d n o t ( 1 . 1 ) . I n t h i s p r o g r a m , t h e r o w s a n d c o l u m n s s t a r t a t 0 . t h e s e c o n d c o l u m n o r t h e s e c o n d r o w i s t h e r e f o r e d e n o t e d b y 1 . * i m t t t O H M “ 3 . 5 F o o t C O I U m n E x p e r i m e n t ( M e t e a ) Q M i Q M W C M i t f i t i ’ t fi t i t t t t t i fi fi L : = 9 ] C o l u m n l e n g t h ( c m ) p b : = l 1 B u l k d e n s i t y ( g / c m " 3 ) n ; = 0 . 4 2 t o t a l p o r o s i t y X g a s s a t u r a t i o n ( F r o m H S U ) s a : = 1 g a s s a t u r a t i o n K : = 1 . 5 - 1 0 " 4 s e c o n d o r d e r r a t e c o n s t a n t f o r o z o n e r e a c t i o n i n M e t e a ( 1 / s ) ( m g / L ) ( m g l k g ) " - 1 k d : = 0 . 0 7 9 8 G a s c o n d u c t i v i t y k o m : = 5 . 7 - 1 0 ' 7 s e c o n d o r d e r o r g a n i c m a t t e r r a t e c o n s t a n t 0 3 0 1 ; = 5 5 i n i t i a l i z e a r r a y f o r o z o n e c o n c e n t r a t i o n O M ; = 4 0 0 0 O r g a n i c m a t t e r c o n c e n t r a t i o n ( m g / k g ) O M 0 1 ; = 4 0 0 0 i n i t i a l i z e a r r a y f o r O M c o n c e n t r a t i o n p i n ; = 1 6 6 4 I n l e t p r e s s u r e ( c m H 2 0 ) P o u t L o o p s a n d l n t e r a t i o n s ' P — m - = 0 . 7 2 7 C : = 0 . . ( L — 1 ) m : = 0 . 2 3 9 m i t e r a t i o n s : = 2 4 0 1 5 0 0 0 . . . . . . . d t : = ? E x p e r i m e n t t i m e i n s e c o n d s d 1 v 1 d e d b y i t e r a t i o n s ( m ) P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s 0 . 5 . 2 2 p 2 : 2 [ p i n z _ . ( w . m fl 1 1 1 , 0 L 3 3 9 G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g f l o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s - 0 . 5 . . . . ( p i n z _ P o u t z ) . 2 ( p i n 2 _ p o u t ? ) S t O i c h i o m e t r i c r a t i o V 1 : k d ' . P l n _ . m m , 0 2 1 - y o s : = 4 . 7 0 3 2 0 , 0 I : 5 5 P 2 m 0 O 3 2 m + 1 ’ 0 I : 0 3 2 " ] , 0 . P i n k o m O M I : O M — — - O M . 0 3 2 ' C h m + l , l m , ] y o s m , l " 1 , 0 O M 0 , 0 I : O O M I N L O : = O M m , 0 + d t 4 0 0 0 I 1 3 9 8 0 — « O M m 3 9 6 0 " - 3 9 4 0 ' ' 4 0 5 0 0 0 1 & 1 ? 1 . 5 - 1 0 4 O M 0 O M ; . — _ 3 9 6 0 O M c o n c e n t r a t i o n f r o m fi n i t e d i f f e r e n c e 0 3 0 : = 5 5 G a s v e l o c i t y c a l c u l a t i o n a l o n g fl o w p a t h t h r o u g h t h e c o l u m n i n 1 c m i n c r e m e n t s ( P i n 2 - P o u t z ) [ P ' 2 ( P i n 2 — P o u t z ) I 0 . 5 2 L - 1 n - — - z : = k d . v ( z ) L - 1 0 b - k 1 3 1 1 5 1 1 0 9 3 ) : = - V ( — ) - . 0 3 - ( - p — — ° ' 3 - 0 M - 0 3 1 0 n - s a Z H s u : = r k fi x c d ( 0 3 , 0 , 1 5 0 0 0 , 2 4 0 , D H s u ) ( 1 ) ( 1 ) F < 0 > : = Z H s u < 0 > + 5 . 6 0 A H s u : = Z H s u 3 4 0 < 1 ) A H s u F H s u < l > : = 1 - 3 O 0 l I I l — ’ = : : ; : : : : : : : : : : : : : 0 8 _ I ; — i F H s u m . . E l ; 1 2 0 . 6 - " - 1 2 ( 2 ) U 0 . 2 " " 0 . ’ l l l O 5 0 0 I 0 0 0 I 5 0 0 2 0 0 0 F < ° ) , l < ° ) , l ( ° > , l ( ° > 3 4 1 S a m p l e C a l c u l a t i o n o f K o m W s V 9 0 3 i n i t i a l 0 3 s t e p o m i n i t i a l A B k o m b e t a k o ' c h i S X 0 3 s t a r t 0 . 0 5 k g 0 . 0 3 6 7 9 6 8 8 L 5 5 m g / L 4 0 0 0 m g / k g 0 . 0 0 3 2 7 6 2 3 n g 4 . 1 5 8 3 E - 0 6 5 . 7 7 0 2 E - 0 7 S o l v e r / G o a l S e e k v a l u e 0 . 7 3 5 9 3 7 5 L / k g 0 . 0 0 0 1 4 4 . 7 7 0 . 6 0 A b s i n fl u e n i A b s e f fl u e n t m g / L 0 0 . 7 1 0 6 0 . 7 1 6 2 0 . 7 4 4 4 0 . 7 4 5 8 0 . 7 3 5 4 0 . 7 3 5 8 0 . 7 3 6 5 0 . 7 3 1 2 0 . 7 4 2 1 0 . 7 4 9 4 0 . 7 5 4 4 0 . 7 4 9 1 0 . 7 3 5 4 0 0 0 . 5 8 8 4 0 . 6 5 8 4 0 . 6 6 0 9 0 . 6 6 0 2 0 . 6 6 8 1 0 . 6 6 5 3 0 . 6 6 1 4 0 . 6 7 1 3 0 . 6 7 8 4 0 . 6 8 0 3 0 . 6 5 7 6 0 . 6 5 5 1 5 6 . 8 4 8 5 7 . 2 9 6 5 9 . 5 5 2 5 9 . 6 6 4 5 8 . 8 3 2 5 8 . 8 6 4 5 8 . 9 2 5 8 . 4 9 6 5 9 . 3 6 8 5 9 . 9 5 2 6 0 . 3 5 2 5 9 . 9 2 8 5 8 . 8 3 2 1 / s ' m g / k g 0 4 7 . 0 7 2 5 2 . 6 7 2 5 2 . 8 7 2 5 2 . 8 1 6 5 3 . 4 4 8 5 3 . 2 2 4 5 2 . 9 1 2 5 3 . 7 0 4 5 4 . 2 7 2 5 4 . 4 2 4 5 2 . 6 0 8 5 2 . 4 0 8 1 0 . 1 7 8 4 4 2 0 . 1 1 5 5 2 9 0 . 1 1 3 8 3 7 0 . 1 0 2 2 5 7 0 . 0 9 2 0 0 9 0 . 0 9 6 6 7 3 0 . 0 9 5 4 6 0 . 0 9 5 4 0 5 0 . 0 9 4 7 4 2 0 . 0 9 8 2 2 4 0 . 1 2 2 1 4 7 0 . 1 0 9 1 9 2 3 4 2 L e f t 0 . 1 9 6 3 2 6 0 . 1 2 2 6 1 9 0 . 1 2 0 7 1 0 . 1 0 7 7 4 2 0 . 0 9 6 4 0 4 0 . 1 0 1 5 4 8 0 . 1 0 0 2 0 7 0 . 1 0 0 1 4 7 0 . 0 9 9 4 1 6 0 . 1 0 3 2 6 4 0 . 1 3 0 1 2 1 0 . 1 1 5 4 8 8 R i g h t 0 . 0 9 8 1 6 2 0 . 1 9 6 3 2 4 0 . 2 9 4 4 8 7 0 . 3 9 2 6 4 9 0 . 4 9 0 8 1 1 0 . 5 8 8 9 7 3 0 . 6 8 7 1 3 5 0 . 7 8 5 2 9 8 0 . 8 8 3 4 6 0 . 9 8 1 6 2 2 1 . 0 7 9 7 8 4 1 . 1 7 7 9 4 6 1 . 2 7 6 1 0 9 s o l v e r < O 1 . 5 6 E - 0 6 - 0 . 1 7 1 8 6 7 - 0 . 2 7 1 9 3 8 « 0 . 3 8 3 0 6 9 - 0 . 4 9 2 5 6 9 - 0 . 5 8 5 5 8 7 - 0 . 6 8 5 0 9 1 - 0 . 7 8 3 3 1 3 - 0 . 8 8 2 2 0 6 - 0 . 9 7 6 5 2 - 1 . 0 4 7 8 2 6 - 1 . 1 6 0 6 2 E q u a t i o n s f o r s o l v i n g k “ m f r o m H s u ( [ 9 9 5 ) p g s . 5 5 - 5 7 ( 1 p ‘ z / I I _ _ ( U / t h ) 1 ” _ k n / ) ( ) 3 _ _ fl ( k g ) _ [ ( A W 0 3 ) r t x ] - d n _ ' _ k _ A W , — ( p ( % I J , u n ( “ j / > 1 4 k a n ( ( " " ) ( p o 3 ) ( “ ( 0 , " ) ( 0 ' ) a m w h e r e = — L fl W 5 a n d ( A W 0 3 , ) s y s a n d ( A W 0 3 ) o m a r e t h e m a s s e s o f g a s e o u s o z o n e c o n s u m e d b e s y s t e m d e c o m p o s i t i o n a n d s o i l o r g a n i c m a t t e r , r e s p e c t i v e l y . X _ p 3 3 - p m 0 3 " — _ ' 6 — _ ’ p 0 3 ' ( A — B X U V ‘ A — B X " I n ( l — X ) ( / 0 " ) = ( A ‘ B W — t o ) 0 3 / A e ( A - B H _ _ A e i A — B H _ o r , , 0 0 3 = p g , [ l — 2 ] . w h e n X o 3 = 0 a t t o = 0 _ ' k , . . . ( 0 m ° ) _ k , . . . . ( p ° ) w h e r e A — k 0 + 4 a n d B - 0 3 5 0 4 “ ” 3 4 3 g m ( n o l t a r o t n e c n o c e n o z O O z o n e c o n c e n t r a i t o n I n fl u e n t a n d E f fl u e n t 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 T i m e ( m i n u t e s ) B r e a k t h r o u g h c u r v e f o r p r e l i m i n a r y o z o n a t i o n s y s t e m s e t - u p w i t h o u t t h e u s e o f a g a s w a s h b o t t l e t o p r o v i d e a m o i s t u r i z e d g a s s t r e a m o f o z o n e t o t h e c o l u m n . T h e e x p e r i m e n t u s e d t h e 1 5 c m c o l u m n a n d M e t e a s o i l : 0 i n fl u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n , e f f l u e n t o z o n e c o n c e n t r a t i o n . F i g u r e D 1 . E x a m p l e o f t h e o z o n e b r e a k t h r o u g h c u r v e f o r s o i l i n 1 5 c m c o l u m n a c t i n g a s a n o z o n e d e s t r u c t u n i t . 3 4 4 8 5 6 9 M