Полевая демонстрация активированного угля, стабилизированного полимером, для очистки на месте грунтовых вод, подвергшихся воздействию пер- и полифторалкильных веществ (ПФАС)-.

 

 

В этом исследовании основное внимание уделяется пер- и полифторалкильным веществам (ПФАС), классу новых загрязнителей, вызывающих обеспокоенность в области окружающей среды в последние годы, с особым упором на эффективную и экономичную-очистку от загрязненных ПФАС-подземных вод. Хотя традиционная технология Pump-and-Treat (P&T) широко используется, она имеет такие недостатки, как длительные рабочие циклы и высокие затраты. В этом исследовании предлагается и подтверждается технология восстановления на месте-, включающая закачку коллоидного углеродного продукта (CCP, полимерный-стабилизированный активированный уголь), а также оценивается ее осуществимость и эффективность при очистке грунтовых вод, загрязненных ПФАС-, посредством лабораторных и полевых испытаний на выталкивание-Push.

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 нг/л ниже предела обнаружения, достигая эффективности удаления до четырех порядков.

Кроме того, была проведена экономическая оценка, которая показала, что общая стоимость этой технологии за 20-летний период эксплуатации составляет примерно 1,47 миллиона долларов США, при этом долгосрочные-эксплуатационные затраты составляют менее половины затрат, связанных с традиционными системами P&T. В исследовании также был изучен потенциальный риск образования побочного продукта N-нитрозодиметиламина (НДМА) и предложены профилактические рекомендации.

В целом, это исследование является первым, подтверждающим эффективность закачки полимерного-стабилизированного активированного угля (CCP) для очистки грунтовых вод, загрязненных ПФАС-, в полевых условиях, демонстрируя его практический потенциал для широкого применения.
 

 

 

Рисунок 1. На панели A показаны концентрации (нг/л) шести перфторалкильных веществ (ПФБС, ПФГСК, ПФОС, ПФГХА, ПФГпА и ПФОК) в пробах подземных вод, отобранных из порта 7 водоносного горизонта во время фазы «вытягивания» двух-технико-экономического обоснования. Общий объем подземных вод был извлечен 200 мл, что составляет 15,7% от объема водоносного горизонта (1275 мл). Концентрации ПФАС в образцах измеряли с интервалом 10 мл.

 

На рисунке B показаны средние концентрации ПФАС в грунтовых водах водоносного горизонта перед испытанием на выталкивание-, средние концентрации ПФАС в грунтовых водах, извлеченных из порта 7 во время фазы «вытягивания» испытания, а также средняя эффективность удаления ПФАС в ходе испытания на вытягивание CCP (%; правая вертикальная ось).





Рисунок 2. Целевые концентрации ПФАС в пробах подземных вод, отобранных во время фазы «вытягивания» полевой демонстрации «тяни-толкай». Точка с надписью «0 л экстрагировано» представляет собой концентрацию ПФАС в зоне до проведения двухтактного теста. Две операции «вытягивания» были проведены после закачки 1900 литров CCP (5000 мг/л полиДАДМАХ + 5000 мг/л PAC): первая операция была выполнена через 3 месяца после закачки-, при этом было извлечено 2850 литров подземных вод; вторая операция была проведена через 10 месяцев после-закачки, при этом было извлечено 1900 литров подземных вод. Примечание. На рисунке показаны только PFAS, обнаруженные до и после двухтактного теста.


 

 

Новаторство этого исследования отражено в трех аспектах: техническая концепция, экспериментальный дизайн и практическая проверка.

Во-первых, авторы предлагают идею использования поликатионного полимера (polyDADMAC) для стабилизации порошкообразного активированного угля (PAC) для формирования инъецируемой системы CCP, устраняя ограничения традиционного активированного угля в подземных средах, такие как чрезмерный размер частиц, склонность к засорению и неравномерное распределение. Эта система не только поддерживает стабильный размер частиц (в среднем 225 нм), но также образует проницаемый адсорбционный барьер (ПАБ) в водоносном горизонте, обеспечивая долговременный-улавливание и иммобилизацию ПФАС на месте-на месте.

Во-вторых, с точки зрения инноваций экспериментальных методов, исследование сочетает в себе лабораторное моделирование с полевыми «тяни-толкающими» испытаниями. Первый используется для оптимизации рецептуры, контроля размера и концентрации частиц, а второй проводит масштабную-проверку на реальном загрязненном объекте (полигон пожарной подготовки ВМС США), создавая замкнутый цикл от эксперимента к применению. Результаты показывают, что эта технология обеспечивает значительное снижение концентрации ПФАС на четыре-порядка--величины в полевых условиях и поддерживает чрезвычайно низкие концентрации в течение 10 месяцев после инъекции, демонстрируя превосходную долговечность и стабильность системы.

В-третьих, исследование проводит систематическую оценку затрат и рисков побочных продуктов, показывая, что долгосрочные-эксплуатационные затраты технологии восстановления CCP на месте-более чем на 50 % ниже, чем у технологии P&T, что дает экономические преимущества. Между тем, авторы отмечают, что полиДАДМАХ может генерировать НДМА при определенных условиях, поэтому предлагают избегать использования источников воды, содержащих хлор-или хлорамин-, для приготовления суспензий CCP, а также проводить испытания прекурсоров NDMA до их применения в полевых условиях. Эта дискуссия о безопасности расширяет область исследований от простого устранения загрязнений до уровня устойчивости и контроля рисков.

Таким образом, это исследование является первым, подтверждающим осуществимость и высокую эффективность метода инъекций полимерного-стабилизированного активированного угля на месте-в полевых условиях. Он обеспечивает воспроизводимый, недорогой-затратный и устойчивый новый технический путь восстановления загрязненных ПФАС-подземных вод, закладывая научную основу для будущего продвижения и применения в сложных геологических формациях и более широких сценариях загрязнения.