將活性炭應(yīng)用于受污染的沉積物是一種具有巨大潛力的原位修復(fù)方法。使用傳統(tǒng)方法修復(fù)受污染的沉積物，例如用惰性材料進(jìn)行疏浚或封蓋，可能非常費(fèi)力且昂貴。作為一種更具成本效益的替代方案，已經(jīng)開發(fā)并測試了活性炭吸附劑的原位修正。對于沉積物修復(fù)的這種方法，污染物不必被物理去除或分離，但是通過與施加的吸附劑材料結(jié)合，其流動(dòng)性和生物利用度顯著降低。

　　使用的吸附劑類型取決于目標(biāo)位置存在的污染物。對于被疏水性有機(jī)污染物(HOCs)污染的沉積物的修復(fù)，活性炭已被確定為高效吸附劑。通過活性炭修正，各種HOC的生物累積和釋放到水相中都降低了高達(dá)98%。當(dāng)吸附劑直接混入沉積物中時(shí)，達(dá)到這種程度結(jié)果所需的活性炭劑量通常低于沉積物干重(dw)的5%。當(dāng)用作薄層帽時(shí)，所需的活性炭量可能更高，因?yàn)樾枰獙μ幚聿课贿M(jìn)行無間隙覆蓋。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場條件下，活性炭帽厚度為2-5mm效果明顯。本研究的目的是通過開發(fā)一種新型修復(fù)材料對沉積物的修復(fù)，該修復(fù)材料將顆粒活性炭的低環(huán)境影響與粉末活性炭的高修復(fù)潛力相結(jié)合。對新型材料的另一個(gè)概念要求是它在現(xiàn)場易于應(yīng)用而無需特殊設(shè)備。由于材料的高浮力是妨礙活性炭顆粒沉降到所需位置(特別是在更深的水體中)的主要問題之一，因此新開發(fā)的材料也被優(yōu)化為快速下沉。這允許它在淺水和深水中從水面施加。

　　新型活性炭吸附劑顆粒

　　使用粘土與顆粒活性炭1:1混合加溫混合后獲得的新型活性炭，這種生產(chǎn)方法被認(rèn)為是成功的，因?yàn)樵摬牧峡梢员３制湫螤畈⑶也粫?huì)在水中崩解。生產(chǎn)過程的效率相對較低。由于活性炭燃燒，約25-50%的制備的新型活性炭成品損失。然而，活性炭燒盡產(chǎn)生了粘土層，其與施加的粉末活性炭層結(jié)合，防止氧氣到達(dá)下面的材料。活性炭耗盡后且可用的材料的結(jié)構(gòu)足夠大，以允許容易的機(jī)械分離。在立體顯微鏡下檢查最終產(chǎn)品，揭示了顆粒的預(yù)期砂巖狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)活性炭顆粒嵌入粘土基質(zhì)中。圖1是新型活性炭粘土顆粒，由嵌入穩(wěn)定粘土基質(zhì)中的粉末狀活性炭顆粒和常規(guī)顆粒活性炭組成。用宏觀鏡拍攝的照片，該圖的擴(kuò)展版本顯示了在生物測定中使用后吸附劑材料以及隨后從沉積物中回收的吸附劑材料。

　　吸附材料的持水量相比，新型活性炭的水滲透性顯著增加。雖然通過預(yù)先加熱活性炭可以略微提高持水量，但這種差異在統(tǒng)計(jì)上并不顯著。活性炭粘土的水滲透性較大是其砂巖狀基質(zhì)的結(jié)果。它增加了顆粒內(nèi)部活性炭表面與周圍介質(zhì)相互作用的可能性，并促進(jìn)污染物的擴(kuò)散。

　　吸附劑材料的浮力測試表明，新型活性炭在水中的沉降速度明顯快于普通活性炭。不能用未經(jīng)處理的干燥活性炭進(jìn)行測試，因?yàn)榇蟛糠诸w粒粘附在水面上并且沒有穿過整個(gè)柱而是漂移回到表面。在生物體暴露試驗(yàn)之前的沉積物制備​​階段也進(jìn)行了這種觀察，活性炭顆粒由于其浮力而難以應(yīng)用于沉積物。這表明活性炭需要在實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行預(yù)處理，以避免由于漂移而無意識地?cái)U(kuò)散到非目標(biāo)區(qū)域。

　　測試過程中沉積物的表征和水質(zhì)

　　受PCB污染的天然沉積物的dw含量為53.5±0.1%，TOC含量為52.5±0.6g/kg，人工沉積物的dw含量為67.7±0.1%，TOC含量為42.9±0.9g/kg。在任何實(shí)驗(yàn)中，水質(zhì)參數(shù)均未超過可接受的值。氧飽和度通常高于60%。天然沉積物中的pH值保持在6.4和8.4之間，最高測量的氨濃度為1.4mg/L，盡管在大多數(shù)容器中沒有發(fā)生顯著的氨生成。填充人工沉積物的微觀世界中的水顯示出8.0至8.8的較高pH值和較高的氨水平(高達(dá)3.3mg/L)。

　　修復(fù)效率

　　與具有兩種測試的常規(guī)活性炭相比，新型活性炭的性能明顯更高。與未修飾的對照沉積物相比，活性炭的使用量在3.4%時(shí)大多無效。只有最高使用劑量(7.5%)的活性炭能夠顯著降低多氯聯(lián)苯的生物累積43.44±3.03%(圖2)。另一方面，新型活性炭在2.0%，4.0%和7.5%的劑量下有效。當(dāng)新型活性炭使用到4.0%時(shí)已達(dá)到它材料的最高吸附效率，而不是7.5%的活性炭。使用新型活性炭材料幾乎可以完全防止污染物積累。這些研究結(jié)果表明新型材料能更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的修復(fù)污染的沉積物。

　　活性炭材料穩(wěn)定性

　　評估兩種活性炭材料的穩(wěn)定性，即它們在暴露實(shí)驗(yàn)后從沉積物中回收。根據(jù)使用的劑量，可以回收大約56-90%的最初施用的活性炭和66-72%的新型活性炭。雖然新型活性炭的最大回收率往往較低，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。盡管不顯著，但不能排除活性炭顆粒與新型活性炭顆粒的分離。鑒于活性炭在本研究中顯示的小劑量的高影響，不能排除這對結(jié)果有影響。特別是，如果可以優(yōu)化新型活性炭的生產(chǎn)過程以進(jìn)一步減少活性炭的損失，則可以進(jìn)一步降低不利影響。

　　雖然新型活性炭粘土材料可能無法清除由活性炭引起的不良反應(yīng)，但它們顯示出對有效吸附劑量的較低副作用的趨勢。與活性炭相比，新型活性炭顯示出更高的修復(fù)效率。由于顆粒的密度較高，這些優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步與更容易的應(yīng)用和可能更好的現(xiàn)場保留吸附劑材料相結(jié)合。總而言之，新型活性炭可以成為傳統(tǒng)顆粒活性炭和粉末活性炭的替代品。然而，由于材料的早期開發(fā)階段，在實(shí)施現(xiàn)場規(guī)模應(yīng)用之前需要進(jìn)一步改進(jìn)制造工藝。

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