Feltdemonstration af polymerstabiliseret aktivt kul til in situ behandling af per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS)-påvirket grundvand.

 

 

Denne undersøgelse fokuserer på per- og polyfluoralkylsubstanser (PFAS), en klasse af nye forurenende stoffer, der har givet anledning til bekymring på miljøområdet i de seneste år, med særlig vægt på effektiv og omkostningseffektiv afhjælpning af PFAS-forurenet grundvand. Selvom den traditionelle Pump-and-Treat-teknologi (P&T) er meget udbredt, lider den af ​​ulemper såsom lange driftscyklusser og høje omkostninger. Denne undersøgelse foreslår og validerer en in-situ-saneringsteknologi, der involverer injektion af kolloidt kulstofprodukt (CCP, et polymer-stabiliseret aktivt kul), som evaluerer dens gennemførlighed og effektivitet til behandling af PFAS-forurenet grundvand gennem laboratorie- og feltpush{10}}Push-tests.

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 til under detektionsgrænsen, hvilket opnår en fjernelseseffektivitet på op til fire størrelsesordener.

Desuden blev der foretaget en økonomisk vurdering, som indikerede, at de samlede omkostninger ved denne teknologi over en 20-årig driftsperiode er ca. $1,47 millioner, med langsigtede-driftsomkostninger mindre end halvdelen af ​​dem, der er forbundet med traditionelle P&T-systemer. Undersøgelsen undersøgte også den potentielle risiko for dannelse af biproduktet N-nitrosodimethylamin (NDMA) og foreslåede forebyggende anbefalinger.

Samlet set er denne undersøgelse den første til at validere effektiviteten af ​​polymer-stabiliseret aktivt kul (CCP)-injektion til afhjælpning af PFAS-forurenet grundvand under feltforhold, hvilket viser dets praktiske potentiale for udbredt anvendelse.
 

 

 

Figur 1. Panel A viser koncentrationerne (ng/L) af seks perfluoralkylstoffer (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA og PFOA) i grundvandsprøver ekstraheret fra Port 7 i akviferenheden under "pull"-fasen af ​​push-pull-gennemførlighedstesten. Et samlet volumen på 200 ml grundvand blev udvundet, hvilket svarer til 15,7 % af akviferenhedens volumen (1275 ml). PFAS-koncentrationer i prøverne blev målt med 10 ml intervaller.

 

Figur B viser de gennemsnitlige PFAS-koncentrationer i grundvandet i akviferenheden før push-pull-testen, de gennemsnitlige PFAS-koncentrationer i grundvandet udvundet fra Port 7 under testens "pull"-fase og den gennemsnitlige PFAS-fjernelseseffektivitet for CCP push-pull-testen (%;højre lodret akse).





Figur 2. Mål-PFAS-koncentrationer i grundvandsprøver indsamlet under "pull"-fasen af ​​push-pull-feltdemonstrationen. Punktet mærket "0 L ekstraheret" repræsenterer PFAS-koncentrationerne i området før push--pull-testen. To "pull"-operationer blev udført efter injektionen af ​​1.900 liter CCP (5.000 mg/L polyDADMAC + 5.000 mg/L PAC): den første operation blev udført 3 måneder efter-injektion med 2.850 liter grundvand udvundet; den anden operation blev udført 10 måneder efter-injektion med 1.900 liter grundvand udvundet. Bemærk: Kun PFAS detekteret før og efter push-pull-testen er plottet i figuren.


 

 

Fornyelsen af ​​denne undersøgelse afspejles i tre aspekter: teknisk koncept, eksperimentelt design og praktisk validering.

For det første foreslår forfatterne ideen om at bruge en polykationisk polymer (polyDADMAC) til at stabilisere pulveriseret aktivt kul (PAC) til dannelse af et injicerbart CCP-system, der adresserer begrænsningerne af traditionelt aktivt kul i underjordiske medier såsom overdreven partikelstørrelse, tilbøjelighed til tilstopning og ujævn fordeling. Dette system opretholder ikke kun en stabil partikelstørrelse (gennemsnitlig 225 nm), men danner også en permeabel adsorptiv barriere (PAB) i grundvandsmagasinet, hvilket muliggør langtids-in-in-situ-indfangning og immobilisering af PFAS.

For det andet, hvad angår eksperimentel metodeinnovation, kombinerer undersøgelsen laboratoriesimulering med felt "push-pull"-test. Førstnævnte bruges til at optimere formuleringen, kontrollere partikelstørrelsen og koncentrationen, mens sidstnævnte udfører stor-validering på et virkeligt forurenet sted (et US Navy brandtræningsområde) og etablerer et lukket kredsløb fra eksperiment til applikation. Resultaterne viser, at teknologien opnår en signifikant reduktion på fire-ordens-af-størrelser i PFAS-koncentrationer i marken og opretholder ekstremt lave koncentrationer 10 måneder efter injektion, hvilket viser fremragende holdbarhed og systemstabilitet.

For det tredje udfører undersøgelsen en systematisk vurdering af omkostninger og biproduktrisici, der afslører, at de langsigtede-driftsomkostninger for CCP'en in-situ afhjælpningsteknologi er mere end 50 % lavere end P&T, hvilket giver økonomiske fordele. I mellemtiden bemærker forfatterne, at polyDADMAC kan generere NDMA under specifikke forhold, og foreslår, at chlor-holdige eller chloramin-holdige vandkilder bør undgås til fremstilling af CCP-suspensioner, og NDMA-precursortestning bør udføres før feltanvendelse. Denne sikkerhedsdiskussion udvider forskningen fra ren forureningsafhjælpning til niveauet for bæredygtighed og risikokontrol.

Sammenfattende er denne undersøgelse den første til at validere gennemførligheden og den høje effektivitet af den polymer-stabiliserede aktiverede carbon in-situ injektionsmetode under feltforhold. Det giver en replikerbar, lav-pris og bæredygtig ny teknisk vej til PFAS-forurenet grundvandsoprensning og lægger et videnskabeligt grundlag for fremtidig promovering og anvendelse i komplekse geologiske formationer og bredere forureningsscenarier.