Полева демонстрация на стабилизиран с полимер активен въглен за in situ обработка на подпочвени води, засегнати от пер- и полифлуороалкилни вещества (PFAS)-.

 

 

Това проучване се фокусира върху пер- и полифлуороалкилови вещества (PFAS), клас нововъзникващи замърсители, предизвикващи безпокойство в областта на околната среда през последните години, с особен акцент върху ефективното и-рентабилно възстановяване на замърсените с PFAS- подпочвени води. Въпреки че традиционната технология за изпомпване-и-третиране (P&T) е широко използвана, тя страда от недостатъци като дълги работни цикли и високи разходи. Това проучване предлага и валидира технология за възстановяване на-на място, включваща инжектиране на колоиден въглероден продукт (CCP, полимер-стабилизиран активен въглен), оценявайки неговата осъществимост и ефективност при третиране на замърсени с PFAS-подпочвени води чрез лабораторни и полеви тестове Push-Pull.

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 до под границата на откриване, постигайки ефективност на отстраняване до четири порядъка.

Освен това беше извършена икономическа оценка, която показва, че общата цена на тази технология за 20-годишен оперативен период е приблизително $1,47 милиона, като дългосрочните-оперативни разходи са по-малко от половината от тези, свързани с традиционните P&T системи. Проучването също така изследва потенциалния риск от образуване на страничния продукт N-нитрозодиметиламин (NDMA) и предложи превантивни препоръки.

Като цяло, това проучване е първото, което потвърждава ефективността на инжектирането на полимер-стабилизиран активен въглен (CCP) за възстановяване на замърсени с PFAS-подземни води при полеви условия, демонстрирайки неговия практически потенциал за широко приложение.
 

 

 

Фигура 1. Панел A показва концентрациите (ng/L) на шест перфлуороалкилови вещества (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA и PFOA) в проби от подпочвена вода, извлечени от порт 7 на водоносния хоризонт по време на фазата на „издърпване“ на теста за осъществимост на натискане-издърпване. Беше извлечен общ обем от 200 mL подпочвена вода, което представлява 15,7% от единичния обем на водоносния хоризонт (1275 mL). Концентрациите на PFAS в пробите се измерват на интервали от 10 mL.

 

Фигура B показва средните концентрации на PFAS в подпочвените води на водоносния хоризонт преди теста за натискане-издърпване, средните концентрации на PFAS в подпочвените води, извлечени от пристанище 7 по време на фазата на „изтегляне“ на теста, и средната ефективност на отстраняване на PFAS от теста за натискане-издърпване на CCP (%;дясна вертикална ос).





Фигура 2. Целеви концентрации на PFAS в проби от подпочвени води, събрани по време на фазата на „издърпване“ на полевата демонстрация на изтегляне-. Точката, означена с „0 L извлечено“, представлява концентрациите на PFAS в зоната преди теста за натискане-издърпване. Бяха проведени две „издърпващи“ операции след инжектирането на 1900 литра CCP (5000 mg/L polyDADMAC + 5,000 mg/L PAC): първата операция беше извършена 3 месеца след-инжектирането, с извлечени 2850 литра подпочвена вода; втората операция е извършена 10 месеца след-инжектирането, като са извлечени 1900 литра подпочвена вода. Забележка: На фигурата са нанесени само PFAS, открити преди и след теста за натискане-издърпване.


 

 

Иновацията на това проучване се отразява в три аспекта: техническа концепция, експериментален дизайн и практическо валидиране.

Първо, авторите предлагат идеята за използване на поликатионен полимер (polyDADMAC) за стабилизиране на прахообразен активен въглен (PAC) за формиране на инжекционна CCP система, адресирайки ограниченията на традиционния активен въглен в подповърхностни среди, като прекомерен размер на частиците, склонност към запушване и неравномерно разпределение. Тази система не само поддържа стабилен размер на частиците (средно 225 nm), но също така образува пропусклива адсорбционна бариера (PAB) във водоносния хоризонт, което позволява дългосрочно -улавяне на място и имобилизиране на PFAS.

Второ, по отношение на иновациите на експерименталния метод, проучването съчетава лабораторна симулация с тестване на полето „push-pull“. Първият се използва за оптимизиране на формулировката, контрол на размера на частиците и концентрацията, докато вторият провежда валидиране в голям-мащаб на реално замърсено място (зона за противопожарно обучение на ВМС на САЩ), установявайки затворен цикъл от експеримент до приложение. Резултатите показват, че технологията постига значително намаление от четири-порядък--на концентрациите на PFAS в полето и поддържа изключително ниски концентрации 10 месеца след инжектирането, демонстрирайки отлична издръжливост и стабилност на системата.

Трето, проучването извършва систематична оценка на разходите и рисковете от странични продукти, разкривайки, че дългосрочните-оперативни разходи на CCP-технологията за възстановяване на място са с повече от 50% по-ниски от тези на P&T, предлагайки икономически предимства. Междувременно авторите отбелязват, че polyDADMAC може да генерира NDMA при специфични условия, предлагайки хлор{4}}съдържащи или хлорамин-съдържащи водни източници да се избягват за приготвяне на CCP суспензии и тестване на NDMA прекурсор трябва да се извърши преди полево приложение. Тази дискусия за безопасността разширява изследването от обикновеното отстраняване на замърсяването до нивото на устойчивост и контрол на риска.

В обобщение, това проучване е първото, което потвърждава осъществимостта и високата ефективност на метода за инжектиране in-на място с полимер-стабилизиран активен въглен при полеви условия. Той осигурява репликируем, евтин-и устойчив нов технически път за възстановяване на замърсени с PFAS-подпочвени води, като полага научна основа за бъдещо популяризиране и приложение в сложни геоложки формации и по-широки сценарии на замърсяване.