Per- ve polifloroalkil maddelerin (PFAS)-etkilenmiş yeraltı suyunun yerinde arıtımı için polimerle stabilize edilmiş aktif karbonun sahada gösterimi.

 

 

Bu çalışma, çevre alanında son yıllarda ortaya çıkan endişe verici kirletici maddeler sınıfı olan per- ve polifloroalkil maddelere (PFAS) odaklanmakta olup, özellikle PFAS- ile kirlenmiş yeraltı suyunun verimli ve uygun maliyetli-iyileştirilmesine vurgu yapmaktadır. Geleneksel Pompa-ve-İlaç (P&T) teknolojisi yaygın olarak kullanılmasına rağmen, uzun çalışma döngüleri ve yüksek maliyetler gibi dezavantajlara sahiptir. Bu çalışma, Kolloidal Karbon Ürününün (CCP, bir polimer-stabilize edilmiş aktif karbon) enjeksiyonunu içeren bir -yerinde iyileştirme teknolojisi önerir ve doğrular; bu teknolojinin PFAS-kirli yeraltı suyunun arıtılmasındaki fizibilitesini ve etkinliğini laboratuvar ve saha İtme{10}}Çekme testleri aracılığıyla değerlendirir.

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'yi tespit sınırının altına indirerek dört kata kadar çıkarma verimliliği sağlar.

Ayrıca, bu teknolojinin 20-yıllık işletme dönemi boyunca toplam maliyetinin yaklaşık 1,47 milyon dolar olduğunu ve uzun-vadeli işletme maliyetlerinin geleneksel P&T sistemlerine ilişkin maliyetlerin yarısından az olduğunu gösteren bir ekonomik değerlendirme yapılmıştır. Çalışma aynı zamanda yan ürün N-nitrosodimetilaminin (NDMA) potansiyel oluşma riskini de araştırdı ve önleyici öneriler önerdi.

Genel olarak bu çalışma, saha koşullarında PFAS-kirli yeraltı suyunun iyileştirilmesi için polimer-stabilize edilmiş aktif karbon (CCP) enjeksiyonunun etkinliğini doğrulayan ve yaygın uygulama için pratik potansiyelini ortaya koyan ilk çalışmadır.
 

 

 

Şekil 1. Panel A, itme{2}}çekme fizibilite testinin "çekme" aşaması sırasında akifer ünitesinin Port 7'sinden çıkarılan yeraltı suyu numunelerindeki altı perfloroalkil maddenin (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA ve PFOA) konsantrasyonlarını (ng/L) göstermektedir. Akifer birim hacminin (1275 mL) %15,7'sine karşılık gelen toplam hacimde 200 mL yeraltı suyu çıkarıldı. Numunelerdeki PFAS konsantrasyonları 10 mL aralıklarla ölçüldü.

 

Şekil B, itme{0}}çekme testinden önce akifer ünitesinin yeraltı suyundaki ortalama PFAS konsantrasyonlarını, testin "çekme" aşaması sırasında Bağlantı Noktası 7'den çıkarılan yeraltı suyundaki ortalama PFAS konsantrasyonlarını ve CCP itme-çekme testinin (%;sağ dikey eksen) ortalama PFAS giderme verimliliğini gösterir.





Şekil 2. İtme-çekme alanı gösterisinin "çekme" aşaması sırasında toplanan yeraltı suyu numunelerindeki hedef PFAS konsantrasyonları. "0 L Çıkartılmış" etiketli nokta, itme-çekme testi öncesinde bölgedeki PFAS konsantrasyonlarını temsil eder. 1.900 litre CCP (5.000 mg/L polyDADMAC + 5.000 mg/L PAC) enjeksiyonundan sonra iki "çekme" işlemi gerçekleştirildi: ilk işlem enjeksiyondan 3 ay sonra 2.850 litre yeraltı suyu çıkarılarak gerçekleştirildi; ikinci operasyon enjeksiyondan 10 ay sonra gerçekleştirildi ve 1.900 litre yeraltı suyu çıkarıldı. Not: Şekilde yalnızca itme{21}}çekme testi öncesinde ve sonrasında tespit edilen PFAS gösterilmektedir.


 

 

Bu çalışmanın yeniliği üç açıdan yansıtılmaktadır: teknik konsept, deneysel tasarım ve pratik doğrulama.

İlk olarak yazarlar, enjekte edilebilir bir CCP sistemi oluşturmak için toz haline getirilmiş aktif karbonu (PAC) stabilize etmek için bir polikatyonik polimer (polyDADMAC) kullanma fikrini öneriyorlar; bu, aşırı parçacık boyutu, tıkanmaya yatkınlık ve eşit olmayan dağılım gibi yüzey altı ortamdaki geleneksel aktif karbonun sınırlamalarına değiniyor. Bu sistem yalnızca sabit bir parçacık boyutunu (ortalama 225 nm) korumakla kalmaz, aynı zamanda akiferde bir Geçirgen Adsorptif Bariyer (PAB) oluşturarak PFAS'ın uzun-vadeli{-yerinde yakalanmasına ve hareketsizleştirilmesine olanak tanır.

İkinci olarak, deneysel yöntem yeniliği açısından çalışma, laboratuvar simülasyonunu sahadaki "itme{0}}çekme" testiyle birleştiriyor. İlki, formülasyonu optimize etmek, parçacık boyutunu ve konsantrasyonunu kontrol etmek için kullanılırken, ikincisi, gerçek bir kirlenmiş sahada (ABD Donanması yangın eğitim alanı) büyük-ölçekli doğrulama gerçekleştirerek deneyden uygulamaya kapalı bir döngü oluşturur. Sonuçlar, teknolojinin sahadaki PFAS konsantrasyonlarında dört-düzey{- büyüklükte önemli bir azalma elde ettiğini ve enjeksiyondan 10 ay sonra son derece düşük konsantrasyonları koruyarak mükemmel dayanıklılık ve sistem kararlılığı sergilediğini gösteriyor.

Üçüncüsü, çalışma, maliyetlerin ve yan ürün risklerinin sistematik bir değerlendirmesini yaparak,-CCP yerinde iyileştirme teknolojisinin uzun vadeli operasyonel maliyetinin, ekonomik avantajlar sunan P&T'ninkinden %50'den daha düşük olduğunu ortaya koyuyor. Bu arada yazarlar, polyDADMAC'ın belirli koşullar altında NDMA üretebileceğini belirtiyor ve CCP süspansiyonlarının hazırlanması için klor-veya kloramin-içeren su kaynaklarından kaçınılması gerektiğini ve saha uygulamasından önce NDMA öncü testinin yapılması gerektiğini öne sürüyor. Bu güvenlik tartışması, araştırmayı salt kirliliğin iyileştirilmesinden sürdürülebilirlik ve risk kontrolü düzeyine kadar genişletmektedir.

Özetle, bu çalışma, saha koşulları altında polimer-stabilize edilmiş aktif karbon yerinde-enjeksiyon yönteminin fizibilitesini ve yüksek verimliliğini doğrulayan ilk çalışmadır. PFAS-kirli yeraltı suyunun iyileştirilmesi için tekrarlanabilir, düşük-maliyetli ve sürdürülebilir yeni bir teknik yol sağlayarak karmaşık jeolojik oluşumlarda ve daha geniş kirlilik senaryolarında gelecekteki tanıtım ve uygulamalar için bilimsel bir temel oluşturur.