יעילותו של פחמן בהסרת כלורוינד סולורס מקרקע

קונסולת מים על ידי Chlorinated Solvents: Scope of the Problem

(הופנה מהדף trichloroethylene (TCE), perchloroethylene (PCE), ו- tetrachloride פחמן שימש נרחב מאז המאה ה -20 המוקדמת לפירוק, ניקוי יבש, וייצור תעשייתי זיהה את היציבות הכימית שלהם ואת הצפיפות שלהם להפוך אותם בעייתיים במיוחד: כי הם צפופים יותר מים, הם שוקעים דרך aquifersfers וצורה של אזורי סיכון טבעי כי הוא לעתים קרובות נגד שפעת כבד (Cligence) ו-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to

תרכובות אלה אינן מתקלקלות בקלות בתנאים תת-קרקעיים טיפוסיים.מבנהם הכלוכלואלי מתנגד להפחתה ביו-דיבית, והמשילות הנמוכות שלהן הן יכולות לחדור לאט לתוך אספקת מים במשך עשרות שנים לאחר שחרור.עבור מהנדסים סביבתיים ומנהלי מערכת מים, בחירת טכנולוגיית טיפול שמפחיתה באופן אמין את ריכוזים לסטנדרטים רגולטוריים כמו רמת זיהום האוויר המקסימלית של ארה"ב (MC) ל-T.

מדוע פחמן פעיל הוא בחירה טיפולית ראשונית

פחמן מופעל בולט בין טכנולוגיות הפעלה זמינות כי זה פיזית מסירים מפלטים כלור במים ולא מנסה להפוך אותם מבחינה כימית.הבחנה זו חשובה לאתרים שבהם השפלה בלתי שלמה עלולה לייצר מוצרי בתיה רעילים באותה מידה - לדוגמה, כאשר TCE destras anaerobly כדי vinyl chloride, חומר נפץ אנושי ידוע.

הגמישות של מערכות פחמן מופעל גם מסבירה את האימוץ הנרחב שלהם. Granular פחמן מופעל (GAC) מסנן כלי שיט מסנן ניתן לפרוס על שערי זרימה החל ממספר גלונים לדקה עבור בארות קהילתיות קטנות לאלפים של גלונים לדקה עבור צמחי טיפול עירוניים גדולים.מערכות דורשות תשומת לב מינימלית מעבר להחלפת פחמן תקופתית, וביצועים ניתן לאמת עם sampling שגרתית בשלב זה, בשילוב עם יעילות גבוהה עבור תרופות גסות בארה"ב.

כיצד מופעל פחמן פיזית מסירים כלורוינטים

אדמירציה Mechanism ברמה המולקולרית

מודעות על פחמן מופעל מתרחשת בעיקר באמצעות כוחות ואן דר וואלס - אטרקציות חלשות לטווח קצר כי להיות משמעותי כאשר חומר פחמן יש שטח גבוה מאוד יחסית להמסה שלה. גרם אחד של פחמן מופעל באיכות גבוהה יכול להיות שטח פני השטח מעל 1,200 מטרים רבועים, בערך שווה לאזור של מגרש כדורגל. משטח עצום זה שוכן בתוך רשת של pres של קוטרים שונים: מיקרופו (nbres) 2 מ"מ"מ"מ"ר) ו- 50 מ"מ"ר (nops) יותר מ"מ"ר) מאקרו גדול) מאשר 50- NVnopres) מאקרו (nbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnb) מאקרו (nbnbnbnbnbnb) , 000) , 000 גדול (nbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnb

מולקולות מרוצות כלור הן לא קוטביות או חלשות, כלומר יש להן זיקה מוגבלת למים, אך זיקה חזקה עבור פני השטח פחמן לא קוטביים.כאשר מים המכילים TCE או PCE זורמים בעבר דגנים פחמן מופעלים, המולקולות המפתורות מתפוגגות דרך שלב המים, נכנסים למבנה הנקבובי, וקשורים אל פני השטח פחמן.

התפלגות גודל Pore Size ו- Solvent נגישות

יעילות פחמן מופעל עבור מפלט ספציפי chlorinated תלוי חלקית על התאמת גודל המפונק לממדי המולקולרי של ה contaminant.Tloroethylene יש קוטר מולקולרי של בערך 0.7 nm, כלומר זה יכול לגשת pores בטווח המיקרופור. Perchloroethylene הוא מעט גדול יותר על 0.8 nm, הצבת פרמיה על פחמן עם רמות מיקרוסקופיות מתקדמות יותר של פחמן בגודל של פחמן רגיל מנפח פחמן רגיל יותר מאשר פחם.

חשוב באותה מידה הוא השיעור שבו מולקולות סלנט יכולות לעבור למבנה הפודר. במערכות טיפול מעשיות, המהירות הליניארית של מים דרך מיטת פחמן נקבעת בדרך כלל בין 2 ל 10 מטרים לשעה.אם הזרם מהיר מדי, מולקולות מפתורות אין מספיק זמן מגע כדי לטבול עמוק לתוך המיקרו-אפואט שבו הרבה של הקיבולת החייבת שוכנים.

גורמים שמשפיעים על ביצועי שדה

זמן מגע ו Bed Depth

זמן מגע המיטה הריק (EBCT) - מחושב כנפח של מיטת פחמן המחולקים על ידי קצב זרימת נפח של מים - הוא אחד המשתנה העיצוב החשוב ביותר עבור חיזוי כלור להסרת מעצורים. עבור יישומים טיפוסיים מי קרקעיים מיקוד TCE או PCE, ערכי EBCT של 10 עד 20 דקות הם נפוצים, אם כי ערכים נמוכים כמו 5 דקות עשוי להיות מספיק עבור ריכוזים נמוכים יותר.

כימיה מים רקע

חומר אורגני טבעי (NOM) נוכח במים קרקעיים מתחרים ישירות עם כלורנטים עבור אתרי מודעות על פני השטח פחמן. חומצות הומוריות ו fulvic, שהם מולקולות אורגניות גדולות, יכול לקלקל את הפחמן ולהקטין את היכולת הזמינה עבור contaminants מטרה.במקורות מים עם ריכוזי פחמן אורגניים גבוהים (TOC), יכולת המודעות לעבודה עבור TCE עשויה להיות מופחתת על ידי 30-5 צעדים לפני קיבולת ניקוי או חמצן.

ה- pH של מי הקרקע משפיע גם על מודעות, אם כי ההשפעה פחות בולטת עבור כלורנים מאשר תרכובות אורגניות ionizable. ברמות pH גבוהות מאוד (מעל 10), כמה מפתיקים יכול לעבור הידרוליזה, שינוי הצורה הכימית שלהם וייתכן להפחית את המודעות שלהם.

המונחים: co-Contaminant Loading

אתרים רבים עם זיהום כלורנטי כולל גם חומרים אורגניים אחרים: פחמן נפט, פותרים כמו 1,1,1-trichoethane, או מוצרים השפלה כגון cis-1,2-dichloroethylenelenelenelenelene ו vinyl chloride. אלה להתחרות באתרי תצוגה, ונוכחותם יכולה להאיץ את השיעור שבו המיטה הופכת להיות מורכבת עבור 2 תרכובות פחמן או פחמן מורכבות (a) עם תרכובות פחמן (a) עם 2 רכיבים מכניים) עם מערכת פחמן (ampicial של פחמן (acreli) או פחמן (acreli) עם 2) עם תרכובות מורכבות) עם 2 של פחמן (acrotracrelicreli) הוא צורך תרכובות).

השפעות טמפרטורה

טמפרטורות מים קרקעיות הן יחסית יציבות שנתית, בדרך כלל נע בין 8 ל 15 מעלות צלזיוס באקלים ממוזג. בתוך טווח זה, מודעות של פותרים כלור על פחמן מופעל הוא רק מעט רגיש טמפרטורה, עם טמפרטורה נמוכה יותר מעדיף מעט גבוה יותר יכולת מודעות.אפקט הוא קטן מספיק כי התאמות טמפרטורה משולבים לעתים רחוקות חישובים עיצוב, אבל יש לדעת כי מערכות טיפול עונתית ביצועים מעוקלים פחות מאוחר יותר עשוי להראות משטחים.

גישה ל- Groundwater Remediation

מערכות של משאבה ו-Treat

היישום הנפוץ ביותר של פחמן מופעל עבור כלור להסרת ממס הוא במערכות משאבה וטיפול לשעבר. Extraction טובs משאבה מזוהמת מים קרקעיים על פני השטח, שבו הוא עובר דרך כלי לחץ המכילים מים נגועים GAC. הוא או rejected כדי לקדם יישומים צנרת פיזור, משוחרר למים על פני השטח תחת מערכת מטען זיהום זיהום זיהום זיהום לאומי (DES) או מכוונת לפורצת דרך פחמן (מערכת פחמן גבוהה) יכול להיות מאולתר עבור כלי שיט מקבילה (או פחם).

תצורה של מוביל-polish היא סטנדרטית עבור אתרי כלור כי זה מרחיב את חיי השירות של מלאי פחמן. כאשר הכלי המוביל מגיע פריצת דרך, זה נלקח לא מקוון והוחלף עם פחמן טרי.כלי הלטש לשעבר הופך כלי שיט המוביל חדש, ואת כלי הפחמן המתוק ממוקם במצב הלטוש.זה ממקסימה את השימוש של יכולת המודעות פחמן מצמצם וממזער את המסה של נפח פחמן מופחת של מים.

In-Situated Carbon Approaches

בשנים האחרונות, טכנולוגיות פחמן מופעלות כבר צברו אמצעי טיפול ב- Microscale או קולונואיד מופעל חלקיקים פחמן מושעה במים מוזרקים ישירות לתוך האקפר המזוהם. חלקיקי הפחמן מייחסים ל-Aquifer מוצקות, יצירת אזור תגובתי חד-משמעי אשר מיירט מתפזרים כלורוינטים מתפזרים.

הגישה הזו כוללת מספר יתרונות על מערכות החלפת: היא מבטלת תשתיות מעל הקרקע, מפחיתה את דרישות האנרגיה התפעולית, ויכולה לטפל בתחומים שבהם מיצוי בארות הן לא מעשיות בשל אי-יכולת נמוכה או מגבלות גישה לאתר.מחקרי שדה הוכיחו הסרת מתמשכת של TCE ו- PCE באזורי הזריקה לאורך שנים, אם כי הדרישות ניטור לטווח ארוך וגורלם של contaminants sorbrated בתוך אתרי בדיקה פעילה של פחמן-Fernbn-Fern-R.

יכולת עבודה והחלפת פחמן

יכולת המודעות של פחמן מופעל עבור כלורנים מחוסנים נמדדת בדרך כלל במילימטרים של contaminant לגרם של פחמן. בתנאים מעבדה אידיאליים, בתולה GAC עשויה להראות יכולות של 100-300 מ"ג TCE לגרם של פחמן. בתנאים שדה פחמן.ב, עם זאת, יכולת העבודה נמוכה יותר בשל מודעות תחרותיות, NO מרע, ומגבלות העברת המונים עבור יכולות עבודה בטווח של 80 מ"ג"מ"מ עבור פחמן / קיבולת פחמן / קיבולת פחמן בדרך כלל נמוך מ קיבולת העבודה של 30 גרם ל קיבולת פחמן / קיבולת פחמן.

יכולות העבודה הללו מתרגמות ישירות לתדירות החלפת פחמן, שמניעה את עלויות התפעול והתחזוקה.עבור אתר אינטרנט שמתייחס ל-100 גלונים לדקה של מי הקרקע המכיל 500 מיקרוגרם / L TCE עם יכולת עבודה פחמן של 50 מ"ג /g, כל 20,000 כלי פחמן מפוענח יתייחס בערך 4.8 מיליון גלונים לפני פריצת דרך - כלומר 33 ימים של פעולה רציפה או יכולת נמוכה יותר, להחלפה נמוכה יותר, עלולים להיות נוח עבור פחמן, במקרה כלכלי נוח על פני פחמן, על פני פחמן, על פני פחמן, על פני פחמן, על פני פריצת דרך נמוכה יותר.

חידוש ו- Spent Carbon Management

לאחר הפעלת פחמן רווי עם כלור פותרים, למפעילים יש שתי אפשרויות עיקריות: החלפת עם פחמן בתולה או על ניוון תרמי באתר. Virgin Carbon חלופי היא פעולה פשוטה: פחמן מופסק ונשלח מחוץ לאתר עבור סילוק או חידוש במתקן מסחרי, ופחמן טרי טעון לתוך הכלי.הפחמן המבזבז, מסווג כבזבוז מסוכן אם הוא מכיל פותרים מעל לסף רגולטורי, חייב להיות מנוהל תחת דרישות RC החל.

חידושים ארומאליים ב-800-900 מעלות צלזיוס באווירה מבוקרת יכולים לשחזר 90-95% מהיכולת של מודעות מקוריות על ידי תנודתיות ושילוב של תרכובות אורגניות מחוסמות.פחמן המחודש יכול להיות חוזר לשירות, צמצום הביקוש לחומרי בתולות והורדת עלויות מחזור חיים הכוללות עבור מערכות גדולות.

יתרונות על פני טכנולוגיות טיפול חלופיות

כמה טכנולוגיות אחרות יכולות להסיר כלור מפלטים ממי קרקעי, כל אחת עם נקודות חוזק ומגבלות ספציפיות. Air פסילת העברות אורגניות נדחות מים לאוויר באמצעות מגדלי ארוזים או aeration מטבולית.זה מאוד יעיל עבור תרכובות עם קבועות עורכי הדין של הנרי גבוה כמו TCE ו- PCE, אבל זה דורש בקרת פליטה אווירית כדי למנוע שחרור אטמוספרי של פחמן מפלט.

חמצון כימי באמצעות מימן peroxide, אוזון, או persulfate יכול להרוס כלור פותרים יושב או ex situ. תהליכי חמצון מתקדמים יכולים להשיג מינרליזציה מלאה, אבל הם רגישים לכימיה מים, דורשים בקרת pH זהירה, ועשויים לייצר חומרים לא רצויים אם לא אופטימיזציה.

מודעות פחמן מופעלות אינן הורסות את הממלכות, אך היא מונעת אותן באופן אמין לריכוזים נמוכים, פועלת עם בקרת תהליכים מינימלית, ומתמודדת עם תנודות באיכות בלתי-השפעה ללא אובדן יעילות.עבור אתרים שבהם נדרשת ניקוי מהיר, שבו כימיה מים משתנה, או היכן מומחיות המפעילה מוגבלת, מודעות פחמן נשאר האפשרות החזקה ביותר וצפויה.

מחקר מתפתח וחומרים הבאים לפחמן

המונחים: Carbon Composites

החוקרים מפתחים בדים סיבי פחמן מופעלים וחושים המציעים קינטיקה מהירה יותר מאשר חומרים גרפיים.סיבים, בדרך כלל 10-20 מיקרומטר בקוטר, יש נתיבי דיפוזיה קצרים המאפשרים עלייה מהירה של פותרים כלור. במחקרים מעבדה, חומרי סיבים פחמן הראו פעמים פורצת דרך פי שניים עד שלוש יותר מאשר המוניות שוות ערך של GAC להסרת חומרים אלה אינם עולים על ידי טיפול מהיר, אך הם עלולים למצוא טיפול מהיר של מים, אך ורק טיפול תרופתי, אך ורק עבור רמות טיפול איטיות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך הם עלולים למצוא טיפול איטיות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורק טיפול איטיות, אך ורק עבור רמות טיפול איטיות יותר, אך ורקמות, אך ורקמות, הן עלולות יותר, הן עלולות יותר, הן עלולות יותר, הן עלולות, אך הן עלולות יותר, הן עלולות טיפול איטיות לטיפול במים, אך הן עלולות למצוא טיפול איטיות להורדת מים, אך הן עלולות להורדת טיפול, הן עלולות להיות בעלות טיפול מופחתות להפחתה של טיפול, אך הן יכולות למצוא טיפול מופחתות להפחתה של טיפול, אך הן יכולות למצוא טיפול איטיות להיות, אך הן יכולות למצוא טיפול מופחתות להיות זמינות, אך ורק

פחמן ממומש

שינויים כימיים של משטחי פחמן מופעלים יכולים לשפר אתסלקטיביות עבור כלורנטים.טיפול עם קבוצות המכילות חנקן או מוטציות מתכת יכול ליצור אתרים מחייבים ספציפיים אשר משפרים את אנרגיית המודעות לתרכובות כלור. Iron-expated פחמן מופעלים כבר נחקר על יכולתם לשלב מודעות עם צמצום של dechloration, מה שעשוי להפוך מודעות Torbedd ל-tocerated פחות מזיק בשלב זה, בעוד שעדיין יכול להפחית את החומרים הכפולים על ידי פחמן בשלב זה יכול להפחית את זה.

Biochar - אלטרנטיבה נמוכה

ביושר המיוצר מפסולת חקלאית או מגורשים בטמפרטורות של 400-700 מעלות צלזיוס יש יכולות לסינון עבור כלורווונים מטווחים שנעים בין 20% ל- 60% מאלה של פחמן פעיל מסחרי, בהתאם לתנאי הזנה והפירוזיות.עבור צנרת ריכוז נמוכה או נפח טיפול גדול שבו העלות היא העיקרית של עצירות, ביושר עשוי להציע ביצועים מקובלים בין עלויות ניתוח תרמי להתמקד על גבי יכולת הפעלה סטנדרטית.

דרישות עיצוב עבור מערכות טיפול חדשות

מהנדסים המעצבים מערכות פחמן מופעלות להסרת כלור, חייבים לשקול כמה פרמטרים הקשורים מעבר EBCT ורמת קצב זרימה. Vessel ועומק מיטה משפיעים על הירידה בלחץ על המערכת, אשר משפיע על משאבת דרישות אנרגיה. עומק מיטה של 3 עד 6 מטרים אופייני עבור מערכות זרימת הכבידה, בעוד כלי לחץ יכולים להכיל מיטות של 10 מטרים או יותר.

גודל חלקיקים פחמן גם משפיע על ביצועים. חלקיקים קטנים יותר (למשל, 8x30 mesh) מציעים יותר פרסומות מזרקות כי בשל נתיבי דיפוזיה קצרים יותר, אך לייצר אובדן ראש גבוה יותר ודורשים יותר תכופים כדי למנוע clogging חלקיקים מצטברים. חלקיקים גדולים יותר (למשל, 12x40 mesh) יש לחץ נמוך יותר, אך קצב העברת המונים איטי יותר, הדורשים יותר EBCT כדי להשיג את אותה יעילות לשימוש פחמן עבור רמת טיפול יעילה עבור פחמן 12x יעיל.

מעקב ומבצע הטוב ביותר

ניתוח יעיל של מערכת GAC עבור כלור להסרת פתרון דורש ניטור קבוע של ריכוזים effluent לזהות פריצת דרך לפני תקני הטיפול הם עלו. תדירות הספלינג צריך להיות מבוסס על חיי שירות פחמן צפוי, עם בדיקות תכופות יותר כמו כלי שיט מתקרבת exhaustion. Online VOC מנתחים יכול לספק ניטור רציף עבור מערכות גדולות, בעוד שבועי או ניתוח דו-שבועי הוא סטנדרטי עבור מתקנים קטנים יותר.

המפעילים צריכים לשמור על רשומות של ריכוזים בלתי-השפעה ויעילים, נפח זרימה מצטבר, pH, טמפרטורה וכל שינוי בכימיה במים.הנתונים ההיסטוריים האלה מאפשרים למנהלי האתר לחדד את לוח הזמנים של החלפת הפחמן ולזהות סימנים מוקדמים של ההידרדרות בביצועים הנגרמת על ידי עבירה או שינויים באיכות בלתי-השפעה.

מסקנה

מודעות פחמן מופעלות נשאר הטכנולוגיה הנפוצה ביותר עבור הסרת כלור מפלטים ממים קרקעיים כי זה למעשה מתייחס לטבע מתמשך, רעיל של תרכובות אלה.מנגנון המודעות הפיזי ללכוד TCE, PCE, ו פותרים הקשורים ללא הסתמכות על טרנספורמציה כימית, מתן איכות יעילה אמינה על פני מגוון רחב של מצבים שדה.

המשך התקדמות בחומרי פחמן - כולל סיבים פחמן מופעלים, מדיה ממותנת משטח, ו ביושר - הבטחה להרחיב את המעטפה הביצוע ולצמצם את עלויות מחזור החיים.עבור אנשי מקצוע סביבתיים המתמודדים עם זרמים כל כך מחוסנים שעלולים להימשך לדורות, פחמן מופעל מציע פתרון מוכח, מדרגי שניתן ליישם עם ביטחון היום תוך שמירה על שיפורים ממחקר מתמשך.