نمایش میدانی کربن فعال تثبیت شده با پلیمر برای تصفیه درجا هر{0}} و مواد پلی فلوروآلکیل (PFAS)-آب های زیرزمینی تحت تأثیر.

 

 

این مطالعه بر روی مواد هر{0} و پلی فلوئوروآلکیل (PFAS)، یک دسته از آلاینده‌های نوظهور مورد توجه در زمینه زیست‌محیطی در سال‌های اخیر، با تأکید ویژه بر بهبود کارآمد و مقرون‌به‌صرفه{1}}آب‌های زیرزمینی آلوده PFAS{2}} متمرکز است. اگرچه فناوری سنتی پمپ-و-پمپ (P&T) به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما از اشکالاتی مانند چرخه‌های عملیاتی طولانی و هزینه‌های بالا رنج می‌برد. این مطالعه یک فناوری اصلاح در محل شامل تزریق محصول کربن کلوئیدی (CCP، یک پلیمر-کربن فعال تثبیت‌شده) را پیشنهاد و تأیید می‌کند، که امکان‌سنجی و اثربخشی آن را در تصفیه آب‌های زیرزمینی آلوده به PFAS از طریق آزمایش‌های آزمایشگاهی و میدانی Push{0} ارزیابی می‌کند.

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 >50000 نانوگرم در لیتر تا کمتر از حد تشخیص، دستیابی به راندمان حذف تا چهار مرتبه بزرگی.

علاوه بر این، یک ارزیابی اقتصادی انجام شد که نشان می‌دهد هزینه کل این فناوری در یک دوره عملیاتی 20- ساله تقریباً 1.47 میلیون دلار است، با هزینه‌های عملیاتی بلندمدت کمتر از نیمی از هزینه‌های مربوط به سیستم‌های P&T سنتی. این مطالعه همچنین خطر تشکیل محصول جانبی N-nitrosodimethylamine (NDMA) را بررسی کرد و توصیه‌های پیشگیرانه را پیشنهاد کرد.

به طور کلی، این مطالعه اولین مطالعه ای است که اثربخشی تزریق کربن فعال تثبیت شده پلیمری (CCP) را برای اصلاح آب های زیرزمینی آلوده به PFAS در شرایط مزرعه ای تایید می کند و پتانسیل عملی آن را برای کاربرد گسترده نشان می دهد.
 

 

 

شکل 1. پانل A غلظت (ng/L) شش ماده پرفلوئوروآلکیل (PFBS، PFHxS، PFOS، PFHxA، PFHpA، و PFOA) را در نمونه‌های آب زیرزمینی استخراج‌شده از پورت 7 واحد آبخوان در مرحله «کشش» آزمایش فشار{2} نشان می‌دهد. حجم کل 200 میلی لیتر آب زیرزمینی استخراج شد که 7/15 درصد از حجم واحد آبخوان (1275 میلی لیتر) را تشکیل می دهد. غلظت PFAS در نمونه ها در فواصل 10 میلی لیتری اندازه گیری شد.

 

شکل B میانگین غلظت PFAS در آب زیرزمینی واحد آبخوان را قبل از آزمایش فشار-کشش، میانگین غلظت PFAS در آب زیرزمینی استخراج شده از پورت 7 در طول مرحله "کشش" آزمایش، و میانگین راندمان حذف PFAS در آزمایش فشار{2}} CCP (%;محور عمودی سمت راست) نشان می‌دهد.





شکل 2. غلظت PFAS هدف در نمونه های آب زیرزمینی جمع آوری شده در مرحله "کشش" نمایش میدان فشار{1}}. نقطه با برچسب "0 L Extracted" نشان دهنده غلظت PFAS در ناحیه قبل از تست فشار{4}}کشش است. دو عملیات کششی پس از تزریق 1900 لیتر CCP (5000 میلی‌گرم در لیتر polyDADMAC + 5000 میلی‌گرم در لیتر PAC) انجام شد: اولین عملیات 3 ماه پس از تزریق انجام شد و 2850 لیتر آب زیرزمینی استخراج شد. عملیات دوم 10 ماه پس از تزریق انجام شد و 1900 لیتر آب زیرزمینی استخراج شد. توجه: فقط PFAS شناسایی شده قبل و بعد از تست فشار{21}}در شکل ترسیم شده است.


 

 

نوآوری این مطالعه در سه جنبه منعکس شده است: مفهوم فنی، طراحی تجربی و اعتبار سنجی عملی.

در ابتدا، نویسندگان ایده استفاده از یک پلیمر پلی کاتیونی (polyDADMAC) را برای تثبیت کربن فعال پودری (PAC) برای تشکیل یک سیستم CCP تزریقی، پرداختن به محدودیت‌های کربن فعال سنتی در محیط‌های زیرسطحی مانند اندازه بیش از حد ذرات، مستعد گرفتگی، و توزیع ناهموار پیشنهاد می‌کنند. این سیستم نه تنها اندازه ذرات را ثابت نگه می‌دارد (متوسط ​​225 نانومتر) بلکه یک سد جذب‌پذیر نفوذپذیر (PAB) را در آبخوان تشکیل می‌دهد که جذب طولانی‌مدت و بی‌حرکتی PFAS را امکان‌پذیر می‌کند.

ثانیاً، از نظر نوآوری روش تجربی، این مطالعه شبیه‌سازی آزمایشگاهی را با آزمایش "فشار{0}}کشش" میدانی ترکیب می‌کند. اولی برای بهینه‌سازی فرمول‌بندی، کنترل اندازه ذرات و غلظت استفاده می‌شود، در حالی که دومی اعتبارسنجی مقیاس بزرگ را در یک سایت آلوده واقعی (منطقه آموزش آتش نیروی دریایی ایالات متحده) انجام می‌دهد و یک حلقه بسته را از آزمایش به کاربرد دیگر ایجاد می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که این فناوری به کاهش قابل‌توجهی از چهار- مرتبه--غلظت PFAS در مزرعه دست می‌یابد، و غلظت‌های بسیار پایین را 10 ماه پس از تزریق حفظ می‌کند که دوام و پایداری سیستم عالی را نشان می‌دهد.

ثالثاً، این مطالعه یک ارزیابی سیستماتیک از هزینه‌ها و ریسک‌های محصول جانبی انجام می‌دهد و نشان می‌دهد که-هزینه عملیاتی بلندمدت CCP در{1}}فناوری اصلاح در محل، بیش از 50% کمتر از P&T است که مزایای اقتصادی ارائه می‌دهد. در همین حال، نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که polyDADMAC ممکن است تحت شرایط خاص NDMA تولید کند، پیشنهاد می‌کنند که از منابع آبی-حاوی کلر یا کلرامین-برای تهیه سوسپانسیون‌های CCP اجتناب شود، و آزمایش پیش‌ساز NDMA باید قبل از کاربرد میدانی انجام شود. این بحث ایمنی، تحقیقات را از اصلاح آلودگی صرف به سطح پایداری و کنترل خطر گسترش می دهد.

به طور خلاصه، این مطالعه اولین مطالعه‌ای است که امکان‌سنجی و کارایی بالای کربن فعال تثبیت‌شده پلیمری-در روش تزریق درجا را در شرایط مزرعه تأیید می‌کند. این یک مسیر فنی جدید قابل تکرار،{3}}کم هزینه و پایدار برای تصفیه آب‌های زیرزمینی آلوده با PFAS{4}} فراهم می‌کند و یک پایه علمی برای ارتقاء و کاربرد آتی در سازندهای پیچیده زمین‌شناسی و سناریوهای آلودگی گسترده‌تر ایجاد می‌کند.