Demonstrasi medan karbon teraktif terstabil polimer untuk rawatan in situ bagi setiap- dan bahan polyfluoroalkyl (PFAS)-air bawah tanah yang terjejas.

 

 

Kajian ini memfokuskan pada bahan per- dan polyfluoroalkyl (PFAS), kelas bahan cemar yang muncul dalam bidang alam sekitar sejak beberapa tahun kebelakangan ini, dengan penekanan khusus pada-pemulihan yang cekap dan kos efektif bagi PFAS-air bawah tanah yang tercemar. Walaupun teknologi Pam-dan-Treat (P&T) tradisional digunakan secara meluas, ia mengalami kelemahan seperti kitaran operasi yang panjang dan kos yang tinggi. Kajian ini mencadangkan dan mengesahkan teknologi pemulihan dalam-situ yang melibatkan suntikan Produk Karbon Koloid (CCP, polimer-karbon teraktif yang distabilkan), menilai kebolehlaksanaan dan keberkesanannya dalam merawat PFAS-air bawah tanah yang tercemar melalui makmal dan ujian Push{10}}Lapangan.

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 hingga di bawah had pengesanan, mencapai kecekapan penyingkiran sehingga empat urutan magnitud.

Tambahan pula, penilaian ekonomi telah dijalankan, menunjukkan bahawa jumlah kos teknologi ini dalam tempoh operasi 20-tahun ialah kira-kira $1.47 juta, dengan kos operasi-jangka panjang kurang daripada separuh daripada yang dikaitkan dengan sistem P&T tradisional. Kajian itu juga menyiasat potensi risiko pembentukan produk sampingan N-nitrosodimethylamine (NDMA) dan cadangan pencegahan yang dicadangkan.

Secara keseluruhannya, kajian ini adalah yang pertama mengesahkan keberkesanan suntikan karbon teraktif (CCP) polimer{0}}untuk memulihkan PFAS-air bawah tanah yang tercemar di bawah keadaan lapangan, menunjukkan potensi praktikalnya untuk aplikasi meluas.
 

 

 

Rajah 1. Panel A menunjukkan kepekatan (ng/L) enam bahan perfluoroalkil (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA dan PFOA) dalam sampel air bawah tanah yang diekstrak dari Pelabuhan 7 unit akuifer semasa fasa "tarik" ujian kebolehlaksanaan tolak-tarik. Jumlah isipadu 200 mL air bawah tanah telah diekstrak, menyumbang 15.7% daripada isipadu unit akuifer (1275 mL). Kepekatan PFAS dalam sampel diukur pada selang 10 mL.

 

Rajah B menunjukkan purata kepekatan PFAS dalam air bawah tanah unit akuifer sebelum ujian tolak-tarik, purata kepekatan PFAS dalam air bawah tanah yang diekstrak dari Pelabuhan 7 semasa fasa "tarik" ujian dan purata kecekapan penyingkiran PFAS bagi ujian tolakan-CCP (%;paksi menegak kanan).





Rajah 2. Sasarkan kepekatan PFAS dalam sampel air bawah tanah yang dikumpul semasa fasa "tarik" demonstrasi medan tarik-tolak. Titik berlabel "0 L Extracted" mewakili kepekatan PFAS di kawasan sebelum ujian-tolak. Dua operasi "tarik" telah dijalankan selepas suntikan 1,900 liter CCP (5,000 mg/L polyDADMAC + 5,000 mg/L PAC): operasi pertama dilakukan 3 bulan selepas-suntikan, dengan 2,850 liter air bawah tanah diekstrak; operasi kedua telah dijalankan 10 bulan selepas-suntikan, dengan 1,900 liter air bawah tanah diekstrak. Nota: Hanya PFAS yang dikesan sebelum dan selepas ujian tolak-tarik diplot dalam rajah.


 

 

Inovasi kajian ini dicerminkan dalam tiga aspek: konsep teknikal, reka bentuk eksperimen, dan pengesahan praktikal.

Pertama, penulis mencadangkan idea menggunakan polimer polikasi (polyDADMAC) untuk menstabilkan karbon teraktif serbuk (PAC) untuk membentuk sistem CCP suntikan, menangani batasan karbon teraktif tradisional dalam media bawah permukaan seperti saiz zarah yang berlebihan, terdedah kepada tersumbat, dan pengagihan tidak sekata. Sistem ini bukan sahaja mengekalkan saiz zarah yang stabil (purata 225 nm) tetapi juga membentuk Penghalang Penjerap Telap (PAB) dalam akuifer, membolehkan penangkapan-dalam-situ jangka panjang dan imobilisasi PFAS.

Kedua, dari segi inovasi kaedah percubaan, kajian ini menggabungkan simulasi makmal dengan ujian "tolak-tarik" medan. Yang pertama digunakan untuk mengoptimumkan perumusan, mengawal saiz zarah dan kepekatan, manakala yang kedua menjalankan pengesahan berskala besar-di tapak tercemar sebenar (kawasan latihan kebakaran Tentera Laut AS), mewujudkan gelung tertutup dari percubaan ke aplikasi. Keputusan menunjukkan bahawa teknologi itu mencapai empat-urutan-penurunan-magnitud yang ketara dalam kepekatan PFAS di lapangan dan mengekalkan kepekatan yang sangat rendah 10 bulan selepas suntikan, menunjukkan ketahanan dan kestabilan sistem yang sangat baik.

Ketiga, kajian itu menjalankan penilaian sistematik kos dan risiko produk sampingan, mendedahkan bahawa kos operasi-jangka panjang CCP in-teknologi pemulihan adalah lebih 50% lebih rendah daripada P&T, menawarkan kelebihan ekonomi. Sementara itu, pengarang ambil perhatian bahawa polyDADMAC mungkin menjana NDMA di bawah keadaan tertentu, mencadangkan bahawa klorin-mengandungi atau kloramine-sumber air harus dielakkan untuk menyediakan penggantungan CCP dan ujian prekursor NDMA harus dilakukan sebelum aplikasi lapangan. Perbincangan keselamatan ini meluaskan penyelidikan daripada pemulihan pencemaran semata-mata kepada tahap kemampanan dan kawalan risiko.

Secara ringkasnya, kajian ini adalah yang pertama mengesahkan kebolehlaksanaan dan kecekapan tinggi polimer-kaedah suntikan karbon teraktif dalam-situ di bawah keadaan medan. Ia menyediakan laluan teknikal baharu yang boleh direplikasi,-rendah dan mampan untuk pemulihan air bawah tanah yang tercemar-PFAS, meletakkan asas saintifik untuk promosi dan penggunaan masa hadapan dalam pembentukan geologi yang kompleks dan senario pencemaran yang lebih luas.