Demonštrácia polymérom stabilizovaného aktívneho uhlia v teréne na in situ úpravu podzemnej vody ovplyvnenej per{0}} a polyfluóralkylovými látkami (PFAS)-.

 

 

Táto štúdia sa zameriava na per{0}} a polyfluóralkylové látky (PFAS), čo je trieda vznikajúcich kontaminantov, ktoré v posledných rokoch vyvolávajú obavy v oblasti životného prostredia, s osobitným dôrazom na efektívnu a nákladovo{1}}efektívnu sanáciu podzemných vôd kontaminovaných PFAS-. Hoci je tradičná technológia Pump-and{5}}Treat (P&T) široko používaná, má nevýhody, ako sú dlhé prevádzkové cykly a vysoké náklady. Táto štúdia navrhuje a overuje in situ sanačnú technológiu zahŕňajúcu vstrekovanie produktu koloidného uhlíka (CCP, polymér-stabilizovaného aktívneho uhlia), pričom hodnotí jeho uskutočniteľnosť a účinnosť pri úprave podzemnej vody kontaminovanej PFAS- prostredníctvom laboratórnych a terénnych testov Push{10}}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 pod detekčný limit, čím sa dosiahne účinnosť odstraňovania až štyroch rádov.

Okrem toho sa vykonalo ekonomické hodnotenie, ktoré naznačuje, že celkové náklady na túto technológiu počas 20-ročného prevádzkového obdobia sú približne 1,47 milióna USD, pričom dlhodobé-prevádzkové náklady sú menej ako polovičné v porovnaní s tradičnými systémami P&T. Štúdia tiež skúmala potenciálne riziko tvorby vedľajšieho produktu N-nitrózodimetylamínu (NDMA) a navrhla preventívne odporúčania.

Celkovo je táto štúdia prvou, ktorá potvrdila účinnosť vstrekovania polymérom-stabilizovaného aktívneho uhlia (CCP) na sanáciu podzemnej vody kontaminovanej PFAS-v poľných podmienkach, čím demonštruje jej praktický potenciál na široké použitie.
 

 

 

Obrázok 1. Panel A zobrazuje koncentrácie (ng/l) šiestich perfluóralkylových látok (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA a PFOA) vo vzorkách podzemných vôd extrahovaných z portu 7 vodonosnej jednotky počas „ťahovej“ fázy testu uskutočniteľnosti push{2}}ťahu. Celkový objem podzemnej vody bol vyťažený 200 ml, čo predstavuje 15,7 % objemu jednotky vodonosnej vrstvy (1275 ml). Koncentrácie PFAS vo vzorkách boli merané v 10 ml intervaloch.

 

Obrázok B zobrazuje priemerné koncentrácie PFAS v podzemnej vode jednotky zvodnenej vrstvy pred ťahovým-testom, priemerné koncentrácie PFAS v podzemnej vode extrahovanej z prístavu 7 počas „ťahovej“ fázy testu a priemernú účinnosť odstraňovania PFAS v ťahovom teste CCP- (%;pravá vertikálna os).





Obrázok 2. Cieľové koncentrácie PFAS vo vzorkách podzemnej vody odobratých počas „pull“ fázy demonštrácie push{1}}pull poľa. Bod označený ako „0 L extrahované“ predstavuje koncentrácie PFAS v oblasti pred testom push-pull. Po injekcii 1 900 litrov CCP (5 000 mg/l polyDADMAC + 5 000 mg/l PAC) sa vykonali dve operácie typu „pull“: prvá operácia sa vykonala 3 mesiace po injekcii, pričom sa odobralo 2 850 litrov podzemnej vody; druhá operácia sa uskutočnila 10 mesiacov po{17}}injektáži, pričom sa odčerpalo 1 900 litrov podzemnej vody. Poznámka: Na obrázku sú znázornené iba PFAS zistené pred a po teste tlače{21}}vytiahnutím.


 

 

Inovácia tejto štúdie sa odráža v troch aspektoch: technická koncepcia, experimentálny dizajn a praktické overenie.

Po prvé, autori navrhujú myšlienku použitia polykatiónového polyméru (polyDADMAC) na stabilizáciu práškového aktívneho uhlia (PAC) na vytvorenie injektovateľného systému CCP, čím sa riešia obmedzenia tradičného aktívneho uhlia v podpovrchových médiách, ako je nadmerná veľkosť častíc, sklon k upchávaniu a nerovnomerná distribúcia. Tento systém si nielen udržiava stabilnú veľkosť častíc (priemer 225 nm), ale vytvára aj priepustnú adsorpčnú bariéru (PAB) vo vodonosnej vrstve, čo umožňuje dlhodobé -in situ zachytávanie a imobilizáciu PFAS.

Po druhé, pokiaľ ide o inováciu experimentálnej metódy, štúdia kombinuje laboratórnu simuláciu s terénnym „push-pull“ testovaním. Prvý sa používa na optimalizáciu zloženia, reguláciu veľkosti častíc a koncentrácie, zatiaľ čo druhý vykonáva rozsiahle-validáciu na skutočne kontaminovanom mieste (v oblasti požiarneho výcviku amerického námorníctva), čím sa vytvára uzavretá slučka od experimentu po aplikáciu. Výsledky ukazujú, že táto technológia dosahuje výrazné štyri-rády--zníženia koncentrácií PFAS v teréne a udržiava extrémne nízke koncentrácie 10 mesiacov po vstreknutí, čo demonštruje vynikajúcu odolnosť a stabilitu systému.

Po tretie, štúdia vykonáva systematické hodnotenie nákladov a rizík vedľajších produktov a odhaľuje, že dlhodobé{0}}prevádzkové náklady technológie na sanáciu CCP in situ sú o viac ako 50 % nižšie ako v prípade P&T, čo ponúka ekonomické výhody. Medzitým autori poznamenávajú, že polyDADMAC môže za špecifických podmienok generovať NDMA, pričom navrhujú, aby ste sa pri príprave suspenzií CCP vyhýbali vodným zdrojom s obsahom chlóru-alebo chlóramínu-a pred aplikáciou v teréne by sa malo vykonať testovanie prekurzorov NDMA. Táto diskusia o bezpečnosti rozširuje výskum od samotnej nápravy znečistenia na úroveň udržateľnosti a kontroly rizík.

Stručne povedané, táto štúdia je prvou, ktorá potvrdila uskutočniteľnosť a vysokú účinnosť metódy in situ vstrekovania polymérom-stabilizovaného aktívneho uhlia- v terénnych podmienkach. Poskytuje replikovateľnú,-nákladnú a udržateľnú novú technickú cestu pre sanáciu kontaminovanej podzemnej vody PFAS-, čím vytvára vedecký základ pre budúcu propagáciu a aplikáciu v zložitých geologických formáciách a širších scenároch znečistenia.