Feltdemonstrasjon av polymerstabilisert aktivert karbon for in situ behandling av per- og polyfluoralkylsubstanser (PFAS)-påvirket grunnvann.

 

 

Denne studien fokuserer på per- og polyfluoralkylsubstanser (PFAS), en klasse av nye forurensninger som har vært bekymringsfulle på miljøområdet de siste årene, med spesiell vekt på effektiv og kostnadseffektiv sanering av PFAS-forurenset grunnvann. Selv om den tradisjonelle Pump-and-Treat-teknologien (P&T) er mye brukt, lider den av ulemper som lange driftssykluser og høye kostnader. Denne studien foreslår og validerer en in-situ saneringsteknologi som involverer injeksjon av kolloidalt karbonprodukt (CCP, en polymer-stabilisert aktivert karbon), som evaluerer dens gjennomførbarhet og effektivitet i å behandle PFAS-forurenset grunnvann gjennom laboratorie- og feltpush{10}}Push-tester.

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 deteksjonsgrensen, noe som gir en fjerningseffektivitet på opptil fire størrelsesordener.

Videre ble det foretatt en økonomisk vurdering som indikerte at den totale kostnaden for denne teknologien over en 20-års driftsperiode er ca. $1,47 millioner, med langsiktige-driftskostnader som er mindre enn halvparten av kostnadene knyttet til tradisjonelle P&T-systemer. Studien undersøkte også den potensielle risikoen for dannelse av biproduktet N-nitrosodimetylamin (NDMA) og foreslåtte forebyggende anbefalinger.

Samlet sett er denne studien den første som validerer effektiviteten av polymer-stabilisert aktivert karbon (CCP)-injeksjon for sanering av PFAS-forurenset grunnvann under feltforhold, og demonstrerer dets praktiske potensial for utbredt bruk.
 

 

 

Figur 1. Panel A viser konsentrasjonene (ng/L) av seks perfluoralkylsubstanser (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA og PFOA) i grunnvannsprøver hentet fra Port 7 i akviferenheten under «pull»-fasen av push-pull-gjennomførbarhetstesten. Et totalt volum på 200 mL grunnvann ble ekstrahert, og utgjorde 15,7 % av akviferenhetens volum (1275 mL). PFAS-konsentrasjoner i prøvene ble målt med 10 ml intervaller.

 

Figur B viser gjennomsnittlige PFAS-konsentrasjoner i grunnvannet til akviferenheten før push-pull-testen, gjennomsnittlige PFAS-konsentrasjoner i grunnvannet hentet fra Port 7 under "pull"-fasen av testen, og den gjennomsnittlige PFAS-fjerningseffektiviteten til CCP push-pull-testen (%;høyre vertikal akse).





Figur 2. Mål-PFAS-konsentrasjoner i grunnvannsprøver samlet under "pull"-fasen av push--pull-feltdemonstrasjonen. Punktet merket "0 L ekstrahert" representerer PFAS-konsentrasjonene i området før push--pull-testen. To «pull»-operasjoner ble utført etter injeksjon av 1900 liter CCP (5000 mg/L polyDADMAC + 5000 mg/L PAC): den første operasjonen ble utført 3 måneder etter-injeksjon, med 2850 liter grunnvann ekstrahert; den andre operasjonen ble utført 10 måneder etter-injeksjon, med 1900 liter grunnvann utvunnet. Merk: Bare PFAS oppdaget før og etter push-pull-testen er plottet i figuren.


 

 

Innovasjonen i denne studien gjenspeiles i tre aspekter: teknisk konsept, eksperimentell design og praktisk validering.

For det første foreslår forfatterne ideen om å bruke en polykationisk polymer (polyDADMAC) for å stabilisere pulverisert aktivert karbon (PAC) for å danne et injiserbart CCP-system, og adressere begrensningene til tradisjonelt aktivert karbon i undergrunnsmedier som overdreven partikkelstørrelse, tilbøyelighet til tilstopping og ujevn fordeling. Dette systemet opprettholder ikke bare en stabil partikkelstørrelse (gjennomsnittlig 225 nm), men danner også en permeabel adsorptiv barriere (PAB) i akviferen, noe som muliggjør langtids-in-situ fangst og immobilisering av PFAS.

For det andre, når det gjelder eksperimentell metodeinnovasjon, kombinerer studien laboratoriesimulering med felt "push-pull"-testing. Førstnevnte brukes til å optimalisere formuleringen, kontrollere partikkelstørrelse og konsentrasjon, mens sistnevnte utfører stor-validering på et virkelig forurenset sted (et US Navy branntreningsområde), og etablerer en lukket sløyfe fra eksperiment til applikasjon. Resultatene viser at teknologien oppnår en betydelig reduksjon på fire -ordens- av-størrelse i PFAS-konsentrasjoner i felten, og opprettholder ekstremt lave konsentrasjoner 10 måneder etter injeksjon, noe som viser utmerket holdbarhet og systemstabilitet.

For det tredje gjennomfører studien en systematisk vurdering av kostnader og risikoer for biprodukter, og avslører at de langsiktige-driftskostnadene for CCP-en-in situ-saneringsteknologi er mer enn 50 % lavere enn P&T, noe som gir økonomiske fordeler. I mellomtiden bemerker forfatterne at polyDADMAC kan generere NDMA under spesifikke forhold, og foreslår at klor-holdig eller kloramin-holdig vannkilder bør unngås for å tilberede CCP-suspensjoner, og NDMA-forløpertesting bør utføres før feltsøking. Denne sikkerhetsdiskusjonen utvider forskningen fra ren forurensningssanering til nivået av bærekraft og risikokontroll.

Oppsummert er denne studien den første som validerer gjennomførbarheten og den høye effektiviteten til polymer-stabilisert aktivert karbon in-situ-injeksjonsmetode under feltforhold. Det gir en replikerbar, lav- og bærekraftig ny teknisk vei for PFAS-forurenset grunnvannssanering, og legger et vitenskapelig grunnlag for fremtidig markedsføring og anvendelse i komplekse geologiske formasjoner og bredere forurensningsscenarier.