Demonstração de campo de carvão ativado estabilizado com polímero para tratamento in situ de águas subterrâneas impactadas com substâncias per- e polifluoroalquílicas (PFAS)-.

 

 

Este estudo se concentra em substâncias per{0}} e polifluoroalquílicas (PFAS), uma classe de contaminantes emergentes que preocupam no campo ambiental nos últimos anos, com ênfase especial na remediação eficiente e-econômica de águas subterrâneas contaminadas com PFAS-. Embora a tecnologia tradicional Pump-and{5}}Treat (P&T) seja amplamente utilizada, ela apresenta desvantagens como longos ciclos operacionais e altos custos. Este estudo propõe e valida uma tecnologia de remediação in-situ envolvendo a injeção de Produto de Carbono Coloidal (CCP, um polímero-de carbono ativado estabilizado), avaliando sua viabilidade e eficácia no tratamento de águas subterrâneas-contaminadas por PFAS por meio de testes Push-de campo e de laboratório.

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 abaixo do limite de detecção, alcançando uma eficiência de remoção de até quatro ordens de grandeza.

Além disso, foi realizada uma avaliação econômica, indicando que o custo total dessa tecnologia durante um período operacional de 20-anos é de aproximadamente US$ 1,47 milhão, com custos operacionais-de longo prazo inferiores à metade daqueles associados aos sistemas tradicionais de P&T. O estudo também investigou o risco potencial de formação do subproduto N-nitrosodimetilamina (NDMA) e propôs recomendações preventivas.

No geral, este estudo é o primeiro a validar a eficácia da injeção de-carvão ativado estabilizado (CCP) com polímero para remediar águas subterrâneas contaminadas com PFAS-em condições de campo, demonstrando seu potencial prático para aplicação generalizada.
 

 

 

Figura 1. O painel A mostra as concentrações (ng/L) de seis substâncias perfluoroalquílicas (PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA e PFOA) em amostras de águas subterrâneas extraídas da Porta 7 da unidade aquífera durante a fase "pull" do teste de viabilidade push-pull. Foi extraído um volume total de 200 mL de água subterrânea, representando 15,7% do volume unitário do aquífero (1.275 mL). As concentrações de PFAS nas amostras foram medidas em intervalos de 10 mL.

 

A Figura B mostra as concentrações médias de PFAS nas águas subterrâneas da unidade aquífera antes do teste push{0}}pull, as concentrações médias de PFAS nas águas subterrâneas extraídas do Porto 7 durante a fase "pull" do teste e a eficiência média de remoção de PFAS do teste push-do CCP push{2}}pull (%;eixo vertical direito).





Figura 2. Concentrações alvo de PFAS em amostras de águas subterrâneas coletadas durante a fase "pull" da demonstração de campo push-pull. O ponto rotulado como "0 L extraído" representa as concentrações de PFAS na área antes do teste push-de push{4}}. Duas operações de "puxar" foram realizadas após a injeção de 1.900 litros de CCP (5.000 mg/L polyDADMAC + 5.000 mg/L PAC): a primeira operação foi realizada 3 meses após-a injeção, com 2.850 litros de água subterrânea extraídos; a segunda operação foi realizada 10 meses após-a injeção, com 1.900 litros de água subterrânea extraídos. Observação: somente PFAS detectados antes e depois do teste push-pull são plotados na figura.


 

 

A inovação deste estudo se reflete em três aspectos: concepção técnica, desenho experimental e validação prática.

Primeiramente, os autores propõem a ideia de usar um polímero policatiônico (poliDADMAC) para estabilizar o carvão ativado em pó (PAC) para formar um sistema CCP injetável, abordando as limitações do carvão ativado tradicional em meios subterrâneos, como tamanho excessivo de partícula, tendência ao entupimento e distribuição desigual. Este sistema não apenas mantém um tamanho de partícula estável (média de 225 nm), mas também forma uma barreira adsortiva permeável (PAB) no aquífero, permitindo a captura e imobilização-in-situ de longo prazo-de PFAS.

Em segundo lugar, em termos de inovação de métodos experimentais, o estudo combina simulação de laboratório com testes de campo "push-pull". O primeiro é usado para otimizar a formulação, controlar o tamanho e a concentração das partículas, enquanto o último realiza validação em grande-escala em um local contaminado real (uma área de treinamento de incêndio da Marinha dos EUA), estabelecendo um ciclo fechado do experimento à aplicação. Os resultados mostram que a tecnologia atinge uma redução significativa de quatro-ordem-de-magnitude nas concentrações de PFAS no campo e mantém concentrações extremamente baixas 10 meses após a injeção, demonstrando excelente durabilidade e estabilidade do sistema.

Em terceiro lugar, o estudo realiza uma avaliação sistemática de custos e riscos de subprodutos, revelando que o custo operacional-de longo prazo da tecnologia de remediação in-do CCP é mais de 50% inferior ao de P&T, oferecendo vantagens econômicas. Enquanto isso, os autores observam que o polyDADMAC pode gerar NDMA sob condições específicas, propondo que fontes de água contendo-cloro ou cloramina-devem ser evitadas para a preparação de suspensões de CCP, e testes de precursores de NDMA devem ser realizados antes da aplicação em campo. Esta discussão sobre segurança expande a investigação da mera remediação da poluição para o nível de sustentabilidade e controlo de riscos.

Em resumo, este estudo é o primeiro a validar a viabilidade e a alta eficiência do método de injeção in situ de-carvão ativado estabilizado com polímero em condições de campo. Ele fornece um novo caminho técnico replicável,{3}}de baixo custo e sustentável para a remediação de águas subterrâneas contaminadas-com PFAS, estabelecendo uma base científica para promoção e aplicação futuras em formações geológicas complexas e cenários de poluição mais amplos.