과- 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)-영향을 받는 지하수의 현장 처리를 위한 폴리머 안정화 활성탄의 현장 시연입니다.

 

 

이 연구는 최근 몇 년간 환경 분야에서 우려되는 새로운 오염물질인 퍼- 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)에 중점을 두고 있으며, 특히 PFAS로 오염된 지하수의 효율적이고 비용 효율적인 -복원-에 중점을 두고 있습니다. 전통적인 펌프-및-처리(P&T) 기술이 널리 사용되지만, 긴 작동 주기와 높은 비용 등의 단점이 있습니다. 이 연구에서는 콜로이드 탄소 제품(CCP, 폴리머-안정화 활성탄) 주입과 관련된 현장 복원 기술을 제안하고 검증하며 실험실 및 현장 푸시-풀 테스트를 통해 PFAS-오염된 지하수 처리에 대한 타당성과 효율성을 평가합니다.

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 >50,000ng/L에서 검출 한계 이하로 최대 4배의 제거 효율을 달성합니다.

또한 경제성 평가를 실시한 결과, 20-년 운영 기간 동안 이 기술의 총 비용은 약 147만 달러이며, 장기 운영 비용은 기존 P&T 시스템과 관련된 비용의 절반 미만인 것으로 나타났습니다.- 이 연구는 또한 부산물인 N-니트로소디메틸아민(NDMA)의 잠재적 형성 위험을 조사하고 예방 권장 사항을 제안했습니다.

전반적으로, 이 연구는 현장 조건에서 PFAS-오염된 지하수를 정화하기 위한 폴리머-안정화 활성탄(CCP) 주입의 효과를 검증한 최초의 연구로서 광범위한 적용에 대한 실질적인 잠재력을 보여줍니다.
 

 

 

그림 1. 패널 A는 푸시- 타당성 테스트의 "풀" 단계 동안 대수층 단위의 포트 7에서 추출한 지하수 샘플에 포함된 6가지 퍼플루오로알킬 물질(PFBS, PFHxS, PFOS, PFHxA, PFHpA 및 PFOA)의 농도(ng/L)를 보여줍니다. 총 200mL의 지하수가 추출되었으며, 이는 대수층 단위 부피(1275mL)의 15.7%에 해당합니다. 샘플의 PFAS 농도는 10mL 간격으로 측정되었습니다.

 

그림 B는 Push- 테스트 전 대수층 단위 지하수의 평균 PFAS 농도, 테스트의 "Pull" 단계 중 포트 7에서 추출된 지하수의 평균 PFAS 농도, CCP Push{2}} 테스트의 평균 PFAS 제거 효율(%;오른쪽 세로축)을 보여줍니다.





그림 2. 푸시- 현장 시연의 "풀" 단계에서 수집된 지하수 샘플의 목표 PFAS 농도. "0 L 추출됨"이라고 표시된 지점은 푸시-풀 테스트 이전 영역의 PFAS 농도를 나타냅니다. 1,900리터의 CCP(5,000mg/L 폴리DADMAC + 5,000mg/L PAC)를 주입한 후 두 번의 "풀" 작업을 수행했습니다. 첫 번째 작업은 주입 후 3개월에 수행되었으며-지하수 2,850리터가 추출되었습니다. 두 번째 작업은 주입 후 10개월 후에 수행되었으며-1,900리터의 지하수를 추출했습니다. 참고: 푸시-테스트 전후에 감지된 PFAS만 그림에 표시됩니다.


 

 

본 연구의 혁신성은 기술적 개념, 실험 설계, 실제 검증이라는 세 가지 측면에 반영됩니다.

첫째, 저자는 주사 가능한 CCP 시스템을 형성하기 위해 분말 활성탄(PAC)을 안정화하기 위해 다가양이온성 폴리머(polyDADMAC)를 사용하는 아이디어를 제안하고, 과도한 입자 크기, 막히는 경향, 불균일한 분포와 같은 지하 매질에서 기존 활성탄의 한계를 해결합니다. 이 시스템은 안정적인 입자 크기(평균 225nm)를 유지할 뿐만 아니라 대수층에 PAB(투과성 흡착 장벽)를 형성하여 PFAS를 -장기간 현장에서 포집하고 고정할 수 있습니다.

둘째, 실험 방법 혁신 측면에서 이 연구는 실험실 시뮬레이션과 현장 "푸시{0}}풀" 테스트를 결합합니다. 전자는 공식 최적화, 입자 크기 및 농도 제어에 사용되는 반면, 후자는 실제 오염된 현장(미 해군 소방 훈련 구역)에서 대규모{2}} 검증을 수행하여 실험부터 적용까지 폐쇄 루프를 설정하는 데 사용됩니다. 결과에 따르면 이 기술은 현장에서 PFAS 농도를 4-차수-- 크게 감소시키고 주입 후 10개월 동안 극도로 낮은 농도를 유지하여 뛰어난 내구성과 시스템 안정성을 입증했습니다.

셋째, 이 연구는 비용과 부산물 위험에 대한 체계적인 평가를 수행하여 -CCP 현장 복원 기술의 장기 운영 비용이 P&T보다 50% 이상 낮고 경제적 이점을 제공한다는 사실을 보여줍니다. 한편, 저자는 폴리DADMAC가 특정 조건에서 NDMA를 생성할 수 있다는 점에 주목하여 염소-함유 또는 클로라민-함유 수원을 CCP 현탁액 제조 시 피해야 하며 현장 적용 전에 NDMA 전구체 테스트를 수행해야 한다고 제안합니다. 이 안전 논의는 단순한 오염 개선에서 지속 가능성 및 위험 제어 수준으로 연구를 확장합니다.

요약하면, 본 연구는 현장 조건에서 폴리머{0}}안정화 활성탄-주입 방법의 타당성과 고효율을 검증한 최초의 연구입니다. 이는 PFAS-로 오염된 지하수 정화를 위한 복제 가능하고 저비용이며 지속 가능한 새로운 기술 경로를 제공하여 복잡한 지질 구조와 광범위한 오염 시나리오에서 향후 홍보 및 적용을 위한 과학적 기반을 마련합니다.