使用粉末活性炭（PAC）和活化过硫酸盐对受1,4-二氧环己烷和全氟辛酸（PFOA）污染的地下水进行渗透性反应屏障处理

《Remediation》：Permeable Reactive Barrier Treatment of 1,4-Dioxane and PFOA Impacted Groundwater Using Powdered Activated Carbon (PAC) Activated Persulfate

过硫酸盐通过粉末活性炭（PAC）活化在渗透反应屏障（PRB）中有效降解地下水中的全氟化合物（PFAS）和1,4-二氧六环，其中PAC对PFOA去除率达99.9%，且污染物去除持续至过硫酸盐耗尽，表明PAC兼具氧化和吸附作用。

　　本研究探讨了一种新型的地下水污染治理技术，即利用粉末活性炭（PAC）激活过硫酸盐（persulfate）的渗透反应屏障（PRB）系统。研究聚焦于两种常见的新兴地下水污染物——1,4-二氧六环和全氟烷基物质（PFAS），尤其是全氟辛酸（PFOA）。这些污染物因其化学稳定性高、难以降解以及对环境和人体健康的潜在威胁，成为当前地下水修复领域的重大挑战。传统的治理方法，如提取后进行实验室处理，往往需要复杂的设备和高昂的能耗，而吸附法虽然能有效去除PFAS，却无法实现污染物的彻底分解。因此，开发一种能够同时实现吸附和氧化降解的渗透反应屏障技术，对于提高地下水修复效率具有重要意义。

研究通过柱状实验模拟了实际地下水环境，比较了不同活化剂（铁源如黄铁矿、FerroBlack和赤铁矿，以及PAC）对过硫酸盐活化效果的影响。实验中使用了两种不同粒径的沙子（Ottawa沙子和现场取样的含水层材料）作为基质，并在其中混合了过硫酸盐和PAC。实验结果表明，PAC作为过硫酸盐活化剂的效果显著优于铁源。在PAC活化的情况下，过硫酸盐几乎完全被消耗，而铁源活化则仅能部分激活过硫酸盐。这一发现对实际工程应用具有重要指导意义，因为PAC的使用可以简化系统的构建，并提高修复效率。

在对1,4-二氧六环和PFOA的去除效果分析中，PAC活化过硫酸盐表现出卓越的性能。1,4-二氧六环的去除效率在所有实验条件下都较高，无论采用哪种活化方式，其氧化反应均能迅速发生。而PFOA的去除则主要依赖于PAC的吸附作用。在PAC活化的情况下，PFOA的去除率高达99.9%，远高于铁源活化的效果。值得注意的是，即使在过硫酸盐浓度降至检测限以下时，污染物的去除仍持续进行，这表明PAC在吸附方面具有持久的性能，能够有效保留和去除共存的污染物。

实验中还观察到，过硫酸盐在PAC活化后，能够在较长时间内维持氧化环境。即使在过硫酸盐完全被消耗之后，1,4-二氧六环的去除仍继续，这可能是因为氧化反应产生的自由基在系统中具有一定的残留性。同时，PFOA的去除也显示出持续性，这可能是由于PAC不仅通过氧化作用，还通过物理吸附机制实现了对污染物的固定。这一现象为未来研究提供了新的方向，即在过硫酸盐耗尽后，PAC仍能发挥吸附作用，从而延长修复系统的有效周期。

在实际应用中，PAC活化过硫酸盐技术的优势在于其成本效益和操作简便性。相较于传统的铁源活化方法，PAC的使用减少了对高温或强酸条件的依赖，使得修复过程更加环保和经济。此外，PAC的吸附能力使其能够在氧化反应之外，进一步去除其他共存污染物，如短链全氟羧酸（PFCAs）。这一双重功能使得PAC活化过硫酸盐系统在复杂污染场景中展现出更高的适用性。

然而，该技术仍面临一些挑战。例如，PAC的吸附能力可能受到地下水成分的影响，如氯离子的存在可能干扰氧化反应的进行。此外，PAC与过硫酸盐之间的相互作用机制尚未完全明确，这需要进一步的实验研究来阐明。研究还指出，PAC活化过硫酸盐系统的长期稳定性是影响其实际应用的重要因素，因此需要评估其在不同环境条件下的使用寿命以及是否需要定期补充或更换。

在实际工程中，构建渗透反应屏障需要综合考虑多种因素，包括地下水的流速、污染物的浓度、PAC的用量以及过硫酸盐的投放方式。实验结果显示，较高的PAC剂量能够更有效地促进过硫酸盐的活化，从而提高污染物的去除效率。因此，在设计修复系统时，需要根据具体场地条件优化PAC的投放比例，以确保系统的高效运行。此外，实验中采用的模拟地下水与现场土壤材料相结合，为评估实际修复效果提供了可靠的参考。

研究还提到，PAC活化过硫酸盐技术在处理多种污染物时具有潜在的应用价值。例如，1,4-二氧六环和PFOA常常共存于受污染的地下水系统中，而PAC活化过硫酸盐能够同时去除这两种污染物。这一特性使得该技术在面对复杂的污染混合物时更具优势。未来的研究可以进一步探讨PAC在不同污染物组合下的表现，以及其对其他类型的污染物（如重金属或红ox敏感物质）的处理能力。

尽管PAC活化过硫酸盐技术在实验室条件下表现出良好的效果，但其在实际环境中的表现仍需进一步验证。例如，长期运行过程中，PAC的吸附能力是否会因污染物的积累而下降，以及过硫酸盐的氧化效率是否会受到地下水成分变化的影响。此外，修复过程中产生的中间产物和副产物也需要评估其环境影响，以确保整个修复过程的安全性和可持续性。

总的来说，本研究为地下水污染治理提供了一种新的思路，即通过PAC活化过硫酸盐实现污染物的同步去除。该技术不仅能够有效降解1,4-二氧六环和PFOA，还具有成本低、操作简单和环境友好等优点。然而，为了确保其在实际应用中的可靠性，还需要进一步研究其长期性能、吸附与氧化的协同作用机制，以及对环境的潜在影响。未来的研究可以结合现场试验和模拟模型，进一步优化该技术的设计和实施，使其成为一种高效、经济且可持续的地下水修复方案。