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(cè)試了活性炭吸附劑的原位修正。對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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?duì)處理部位進(jìn)行無(wú)間隙覆蓋。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)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(guò)開發(fā)一種新型修復(fù)材料對(duì)沉積物的修復(fù)，該修復(fù)材料將顆�；钚蕴康牡铜h(huán)境影響與粉末活性炭的高修復(fù)潛力相結(jié)合。對(duì)新型材料的另一個(gè)概念要求是它在現(xiàn)場(chǎng)易于應(yīng)用而無(wú)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(wèn)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�；钚蕴�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(guò)程的效率相對(duì)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�；钚蕴亢谋M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(cè)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(guò)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�；钚蕴空惩恋乃疂B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(cè)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(cè)試，因?yàn)榇蟛糠诸w粒粘附在水面上并且沒(méi)有穿過(guò)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(wú)意識(shí)地?cái)U(kuò)散到非目標(biāo)區(qū)域。

　　測(cè)試過(guò)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(guò)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(cè)量的氨濃度為1.4mg/L，盡管在大多數(shù)容器中沒(méi)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(cè)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(duì)照沉積物相比，活性炭的使用量在3.4%時(shí)大多無(wú)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(píng)估兩種活性炭材料的穩(wěn)定性，即它們?cè)诒┞秾?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(wú)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(duì)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(guò)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(wú)法清除由活性炭引起的不良反應(yīng)，但它們顯示出對(duì)有效吸附劑量的較低副作用的趨勢(shì)。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(chǎng)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�；钚蕴亢头勰┗钚蕴康奶娲�品。然而，由于材料的早期開發(fā)階段，在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)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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