Polymeeristabiloidun aktiivihiilen kenttäesittely per-- ja polyfluorialkyyliaineiden (PFAS)-vaikuttaman pohjaveden in situ -käsittelyyn.

 

 

Tässä tutkimuksessa keskitytään per{0}}- ja polyfluorialkyyliaineisiin (PFAS), jotka ovat viime vuosina uusien ympäristön aiheuttamien epäpuhtauksien luokka. Erityistä huomiota kiinnitetään PFAS--saastuneen pohjaveden tehokkaaseen ja kustannustehokkaaseen-kunnostamiseen. Vaikka perinteistä Pump{4}}and-Treat-tekniikkaa (P&T) käytetään laajasti, se kärsii haitoista, kuten pitkistä käyttöjaksoista ja korkeista kustannuksista. Tässä tutkimuksessa ehdotetaan ja vahvistetaan in -in situ -kunnostustekniikka, joka sisältää kolloidisen hiilituotteen (CCP, polymeeri-stabiloitu aktiivihiili) ruiskuttamisen ja arvioi sen toteutettavuutta ja tehokkuutta PFAS--saastuneen pohjaveden käsittelyssä laboratorio- ja kenttäpush{10}}Pull-testeillä.

In the laboratory-scale aquifer model, researchers used PFAS-spiked synthetic groundwater and sediment collected from the field to observe PFAS removal efficiency after injecting CCP suspension. Results showed that the technology achieved a removal rate of 90.9% to 99.9% for six PFAS compounds, verifying its strong adsorption performance. Subsequent field Push-Pull tests were conducted at a U.S. Navy fire training area (a site with significant PFAS contamination), where approximately 1,900 liters of CCP suspension was injected into the underlying aquifer. Sampling and analysis were performed at 3 months and 10 months post-injection, revealing that the total PFAS concentration in groundwater decreased from >50 000 ng/L tunnistusrajan alapuolelle, jolloin saavutetaan jopa neljän suuruusluokan poistoteho.

Lisäksi tehtiin taloudellinen arvio, joka osoitti, että tämän tekniikan kokonaiskustannukset 20 -vuoden käyttöjaksolla ovat noin 1,47 miljoonaa dollaria, ja pitkän aikavälin käyttökustannukset ovat alle puolet perinteisten P&T-järjestelmien kustannuksista. Tutkimuksessa selvitettiin myös sivutuotteen N-nitrosodimetyyliamiinin (NDMA) mahdollista muodostumisriskiä ja ehdotettiin ennaltaehkäiseviä suosituksia.

Kaiken kaikkiaan tämä tutkimus on ensimmäinen, joka vahvistaa polymeerin -stabiloidun aktiivihiilen (CCP) injektion tehokkuuden PFAS--saastuneen pohjaveden korjaamiseksi kenttäolosuhteissa, mikä osoittaa sen käytännön potentiaalin laajaan käyttöön.
 

 

 

Kuva 1. Paneeli A näyttää kuuden perfluorialkyyliaineen (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA ja PFOA) pitoisuudet (ng/L) pohjavesinäytteissä, jotka on otettu pohjavesiyksikön portista 7 työntö--vedon toteutettavuustestin "veto"-vaiheen aikana. Pohjavettä uutettiin yhteensä 200 ml, mikä vastasi 15,7 % pohjavesiyksikön tilavuudesta (1275 ml). Näytteiden PFAS-pitoisuudet mitattiin 10 ml:n välein.

 

Kuvassa B näkyy pohjavesiyksikön pohjaveden keskimääräiset PFAS-pitoisuudet ennen työntö-vetotestiä, keskimääräiset PFAS-pitoisuudet portista 7 poimitussa pohjavedessä testin "pull"-vaiheen aikana ja keskimääräinen PFAS-poistotehokkuus CCP-työntö-vetotestissä (%;oikea pystyakseli).





Kuva 2. PFAS-tavoitepitoisuudet pohjavesinäytteissä, jotka on kerätty push-pullfield-esittelyn "pull"-vaiheen aikana. Piste, jonka nimi on "0 L Extracted", edustaa PFAS-pitoisuuksia alueella ennen työntö-vetotestiä. Kaksi "veto"-operaatiota suoritettiin sen jälkeen, kun 1 900 litraa CCP:tä (5 000 mg/l polyDADMAC + 5 000 mg/L PAC) oli ruiskutettu: ensimmäinen leikkaus suoritettiin 3 kuukautta ruiskutuksen jälkeen ja 2 850 litraa pohjavettä poistettiin; toinen leikkaus suoritettiin 10 kuukautta{17}}injektion jälkeen, ja pohjavettä otettiin 1 900 litraa. Huomaa: vain ennen työntö


 

 

Tämän tutkimuksen innovaatio heijastuu kolmeen näkökohtaan: tekninen konsepti, kokeellinen suunnittelu ja käytännön validointi.

Ensinnäkin kirjoittajat ehdottavat ajatusta polykationisen polymeerin (polyDADMAC) käyttämisestä jauhetun aktiivihiilen (PAC) stabiloimiseen ruiskeena käytettävän CCP-järjestelmän muodostamiseksi, jotta voidaan käsitellä perinteisen aktiivihiilen rajoituksia maanalaisissa väliaineissa, kuten liiallinen hiukkaskoko, tukkeutumisalttius ja epätasainen jakautuminen. Tämä järjestelmä ei vain ylläpidä stabiilia hiukkaskokoa (keskimäärin 225 nm), vaan myös muodostaa läpäisevän adsorptioesteen (PAB) pohjavesikerrokseen, mikä mahdollistaa PFAS:n pitkäaikaisen -in-sieppauksen ja immobilisoinnin.

Toiseksi kokeellisen menetelmän innovaation kannalta tutkimuksessa yhdistyvät laboratoriosimulaatio ja kenttä "push{0}}pull" -testaus. Ensin mainittua käytetään formulaation optimointiin, hiukkaskoon ja pitoisuuden säätelyyn, kun taas jälkimmäinen suorittaa laajan-mittakaavan validoinnin todellisessa saastuneessa paikassa (USA:n laivaston paloharjoitusalueella), mikä luo suljetun silmukan kokeesta sovellukseen. Tulokset osoittavat, että tekniikka saavuttaa merkittävän neljän -kertaluvun-suuruuden pienenemisen PFAS-pitoisuuksissa kentällä ja säilyttää erittäin alhaiset pitoisuudet 10 kuukautta ruiskutuksen jälkeen, mikä osoittaa erinomaisen kestävyyden ja järjestelmän vakauden.

Kolmanneksi tutkimuksessa arvioidaan järjestelmällisesti kustannuksia ja sivutuoteriskejä. Se paljastaa, että CCP:n in-korjausteknologian pitkän aikavälin toimintakustannukset ovat yli 50 % alhaisemmat kuin P&T:n, mikä tarjoaa taloudellisia etuja. Sillä välin kirjoittajat huomauttavat, että polyDADMAC voi tuottaa NDMA:ta tietyissä olosuhteissa, ja ehdottaa, että klooria- tai kloramiinia- sisältäviä vesilähteitä tulisi välttää valmistettaessa CCP-suspensioita, ja NDMA-esiastetestaus tulisi suorittaa ennen kenttäkäyttöä. Tämä turvallisuuskeskustelu laajentaa tutkimusta pelkästä saasteiden korjaamisesta kestävän kehityksen ja riskienhallinnan tasolle.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä tutkimus on ensimmäinen, joka vahvistaa polymeeri-stabiloidun aktiivihiilen in-in situ -injektiomenetelmän toteutettavuuden ja korkean tehokkuuden kenttäolosuhteissa. Se tarjoaa monistettavan,-kustannuksiltaan ja kestävän uuden teknisen väylän PFAS--saastuneen pohjaveden ennallistamiseen. Se luo tieteellisen perustan tulevalle edistämiselle ja sovellukselle monimutkaisissa geologisissa muodostumissa ja laajemmissa saastetilanteissa.