Polimēru stabilizētas aktīvās ogles lauka demonstrācija per- un polifluoralkilvielu (PFAS)-ietekmētu gruntsūdeņu in situ apstrādei.

 

 

Šajā pētījumā galvenā uzmanība pievērsta per- un polifluoralkilvielām (PFAS), kas ir jaunu piesārņotāju klase, kas pēdējos gados rada bažas vides jomā, īpašu uzmanību pievēršot efektīvai un rentablai PFAS-piesārņoto gruntsūdeņu sanācijai. Lai gan tradicionālā Pump{4}}and-Treat (P&T) tehnoloģija tiek plaši izmantota, tai ir trūkumi, piemēram, ilgi darbības cikli un augstas izmaksas. Šajā pētījumā tiek piedāvāta un apstiprināta in -attīrīšanas tehnoloģija, kas ietver koloidālā oglekļa produkta (CCP, polimēra -stabilizētas aktīvās ogles) ievadīšanu, novērtējot tās iespējamību un efektivitāti PFAS-piesārņotu gruntsūdeņu attīrīšanā, izmantojot laboratorijas un lauka Push{10}Pull testus.

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 līdz zem noteikšanas robežas, panākot noņemšanas efektivitāti līdz četrām kārtām.

Turklāt tika veikts ekonomisks novērtējums, kas liecināja, ka šīs tehnoloģijas kopējās izmaksas 20-gadu darbības periodā ir aptuveni 1,47 miljoni ASV dolāru, un ilgtermiņa darbības izmaksas ir mazākas par pusi no tām, kas saistītas ar tradicionālajām P&T sistēmām. Pētījumā tika pētīts arī iespējamais blakusprodukta N-nitrozodimetilamīna (NDMA) veidošanās risks un ierosināti preventīvi ieteikumi.

Kopumā šis pētījums ir pirmais, kas apstiprina polimēru -stabilizētās aktīvās ogles (CCP) injekcijas efektivitāti PFAS-piesārņotu gruntsūdeņu attīrīšanai lauka apstākļos, parādot tā praktisko potenciālu plašai lietošanai.
 

 

 

1. attēls. A panelis parāda sešu perfluoralkilvielu (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA un PFOA) koncentrācijas (ng/L) gruntsūdeņu paraugos, kas iegūti no ūdens nesējslāņa vienības 7. porta stumšanas -vilkšanas iespējamības testa "vilkšanas" fāzes laikā. Kopumā tika iegūti 200 ml gruntsūdeņu, kas veido 15,7% no ūdens nesējslāņa vienības tilpuma (1275 ml). PFAS koncentrācija paraugos tika mērīta ar 10 ml intervālu.

 

B attēlā ir parādīta vidējā PFAS koncentrācija ūdens nesējslāņa vienības gruntsūdeņos pirms push-vilkšanas testa, vidējā PFAS koncentrācija gruntsūdeņos, kas iegūti no 7. ostas testa "vilkšanas" fāzes laikā, un vidējā PFAS noņemšanas efektivitāte CCP push{2}}vilkšanas testā (%;labā vertikālā ass).





2. attēls. PFAS mērķa koncentrācija gruntsūdens paraugos, kas savākti push-vilkšanas lauka demonstrācijas "vilkšanas" fāzes laikā. Punkts, kas apzīmēts ar “0 l ekstrahēts”, apzīmē PFAS koncentrāciju apgabalā pirms push{4}}vilkšanas testa. Pēc 1900 litru CCP (5000 mg/L poliDADMAC + 5,000 mg/L PAC) ievadīšanas tika veiktas divas “vilkšanas” operācijas: pirmā operācija tika veikta 3 mēnešus pēc{13}}injekcijas, ekstrahējot 2850 litrus gruntsūdeņu; otrā operācija tika veikta 10 mēnešus pēc{17}}injekcijas, iegūstot 1900 litrus gruntsūdeņu. Piezīme: attēlā ir attēlotas tikai PFAS, kas konstatētas pirms un pēc nospiešanas{21}}vilkšanas testa.


 

 

Šī pētījuma inovācija ir atspoguļota trīs aspektos: tehniskā koncepcija, eksperimentālais dizains un praktiskā validācija.

Pirmkārt, autori ierosina ideju izmantot polikatjonu polimēru (polyDADMAC), lai stabilizētu pulverveida aktīvās ogles (PAC), lai izveidotu injicējamu CCP sistēmu, risinot tradicionālās aktivētās ogles ierobežojumus pazemes vidē, piemēram, pārmērīgu daļiņu izmēru, noslieci uz aizsērēšanu un nevienmērīgu sadalījumu. Šī sistēma ne tikai uztur stabilu daļiņu izmēru (vidēji 225 nm), bet arī veido caurlaidīgu adsorbcijas barjeru (PAB) ūdens nesējslānī, ļaujot ilgstoši uztvert un imobilizēt PFAS.

Otrkārt, attiecībā uz eksperimentālo metožu jauninājumiem pētījumā ir apvienota laboratorijas simulācija ar lauka “push{0}}pull” testēšanu. Pirmo izmanto, lai optimizētu sastāvu, kontrolētu daļiņu izmēru un koncentrāciju, savukārt otrais veic liela mēroga -apstiprināšanu reālā piesārņotā vietā (ASV jūras kara flotes uguns apmācības zonā), izveidojot slēgtu cilpu no eksperimenta uz pielietojumu. Rezultāti liecina, ka tehnoloģija nodrošina ievērojamu četru-kārtu-par-lielumu samazinājumu PFAS koncentrācijā uz lauka un saglabā ārkārtīgi zemu koncentrāciju 10 mēnešus pēc injekcijas, demonstrējot izcilu izturību un sistēmas stabilitāti.

Treškārt, pētījumā tiek veikts sistemātisks izmaksu un blakusproduktu risku novērtējums, atklājot, ka CCP in-atlīdzināšanas tehnoloģijas ilgtermiņa darbības izmaksas ir par vairāk nekā 50% zemākas nekā P&T, piedāvājot ekonomiskas priekšrocības. Tikmēr autori atzīmē, ka poliDADMAC īpašos apstākļos var radīt NDMA, ierosinot, ka CCP suspensiju pagatavošanā jāizvairās no hloru -saturošiem vai hloramīnu{5}} saturošiem ūdens avotiem, un pirms izmantošanas uz lauka ir jāveic NDMA prekursoru pārbaude. Šī drošības diskusija paplašina pētījumus no vienkāršas piesārņojuma sanācijas līdz ilgtspējības un riska kontroles līmenim.

Kopumā šis pētījums ir pirmais, kas apstiprina polimēru -stabilizētās aktīvās ogles in-in situ injekcijas metodes iespējamību un augsto efektivitāti lauka apstākļos. Tas nodrošina replikējamu, zemu{3}}izmaksu un ilgtspējīgu jaunu tehnisko ceļu PFAS-piesārņoto gruntsūdeņu sanācijai, liekot zinātnisku pamatu turpmākai veicināšanai un izmantošanai sarežģītos ģeoloģiskos veidojumos un plašākos piesārņojuma scenārijos.