新污染物 | 五種去除水中PFAS方法

導(dǎo)言：全氟與多氟烷基物質(zhì)俗稱PFAS，因其具有難去除、更難降解的特點(diǎn)，已成為水行業(yè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。水技術(shù)在線（Aquatech Online）通過(guò)不斷了解新方法與技術(shù)，為去除這些對(duì)環(huán)境和人體有害的化學(xué)物質(zhì)總結(jié)出五種處理方法。

PFAS是什么？

根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局給出的定義，全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）是一種由全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸鹽（PFOS）和GenX等化學(xué)物質(zhì)組成的人造化學(xué)品。盡管這類化學(xué)品被稱為“持久性化學(xué)品”（一旦進(jìn)入人體內(nèi)便會(huì)長(zhǎng)期存在而且很難去除），但自20世紀(jì)40年代以來(lái)，世界各地的工廠卻一直在制造和使用它們。截止到2020年7月，美國(guó)50個(gè)州中有2200多個(gè)場(chǎng)景受到PFAS污染，覆蓋到食品包裝、家用商品、工作場(chǎng)所、飲用水等各個(gè)領(lǐng)域，甚至在生物活體（魚(yú)）中也發(fā)現(xiàn)了PFAS?？梢?jiàn)，PFAS是無(wú)處不在且難以去除和降解的。萬(wàn)幸的是，目前已有一些行之有效的解決辦法。

1 碳過(guò)濾

（Carbon Filtration）

從效能水平上看，迄今為止飲用水修復(fù)技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是顆粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）。眾所周知，GAC是一種能夠有效用于水處理技術(shù)的材料，具有廣泛性和高效性。因此，對(duì)于已投資建成的污水處理廠來(lái)說(shuō)，GAC材料不需要頻繁地更換反應(yīng)床。至于GAC對(duì)PFAS的去除效果，美國(guó)橘縣水區(qū)（OCWD）也已分別測(cè)試了顆?；钚蕴?、離子交換劑以及新型吸附劑對(duì)PFAS的處理性能。

雖然現(xiàn)在GAC技術(shù)有著較高效能，但隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新以及受到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的影響，GAC可能在未來(lái)會(huì)被更好的技術(shù)所替代

由于替換濾芯操作十分簡(jiǎn)單，碳過(guò)濾技術(shù)在其適用領(lǐng)域中已經(jīng)得到應(yīng)用。Bluefield Research副總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人Keith Hays曾為水技術(shù)在線撰稿，他表示：“目前GAC技術(shù)有著很高的效能，但隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新以及受到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的影響，未來(lái)很可能有更好的技術(shù)替代GAC?！?/p>

2 離子交換樹(shù)脂

（Ion-Exchange Resins）

離子交換（IX）樹(shù)脂由高孔隙率聚合材料組成，主要包括酸、堿和水不溶性物質(zhì)組成，構(gòu)成樹(shù)脂微珠。IX樹(shù)脂包括兩大類：分別是陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。通過(guò)對(duì)特定PFAS進(jìn)行樹(shù)脂介質(zhì)選擇，讓IX樹(shù)脂成為一種具有吸附能力的技術(shù)。雖然IX樹(shù)脂單位體積樹(shù)脂成本較高，但是它具有較長(zhǎng)的使用壽命、且不需要很大的反應(yīng)空間，因此，其操作成本并不是很高?？梢?jiàn)，當(dāng)面對(duì)較小反應(yīng)空間或是移動(dòng)修復(fù)技術(shù)這類小規(guī)模工藝時(shí)，使用IX樹(shù)脂是一種高效、經(jīng)濟(jì)的選擇。對(duì)于PFAS，使用IX樹(shù)脂能夠更加有效地去除那些活性炭無(wú)法吸附的短鏈PFAS。離子交換樹(shù)脂就像一塊強(qiáng)力的小型磁鐵，樹(shù)脂中的陽(yáng)離子與PFAS中的陰離子互相吸引，進(jìn)而從水中吸附并且容納那些受到污染的材料，以達(dá)到去除PFAS的效果。

3 等離子體裝置

（Plasmatron）

美國(guó)的一項(xiàng)研究表明，處理化學(xué)污染物，與其使用活性炭或反滲透技術(shù)過(guò)濾，不如將其直接分解。來(lái)自賓夕法尼亞州德雷克塞爾大學(xué)研究人員已經(jīng)研究出了一種稱作“等離子體裝置（Plasmatron）”技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)并沒(méi)有過(guò)濾PFAS，而是直接將其分解。他們認(rèn)為目前使用如碳過(guò)濾這樣的過(guò)濾方法，僅僅能夠收集PFAS，并不能將其破壞分解。換言之，除非把過(guò)濾器置于高溫下焚燒，否則使用過(guò)的過(guò)濾器將成為PFAS的新來(lái)源。這項(xiàng)研究著眼于一個(gè)名為“滑動(dòng)弧等離子體裝置”研發(fā)，此裝置產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)，能夠?qū)⑺谢瘜W(xué)物質(zhì)分開(kāi)，這一過(guò)程很像“使用冰沙攪拌機(jī)來(lái)做冰沙”。研究人員稱，這個(gè)過(guò)程需要1 h時(shí)間，可去除水中90%以上的PFAS，而它所消耗的能量還沒(méi)有人們煮一壺開(kāi)水多。該研究團(tuán)隊(duì)表示，以往關(guān)于PFAS等離子體處理方法很難在大型處理設(shè)施中推廣使用，尼海姆等離子體研究所（Nyheim Plasma Institute）所長(zhǎng)Alexander Fridman博士表示，可以通過(guò)調(diào)整該技術(shù)來(lái)處理土壤污染，以實(shí)現(xiàn)“PFAS化合物幾乎能夠完全脫氟”。

4 超臨界水氧化

(Supercritical water oxidation)

超臨界水氧化是一項(xiàng)自20世紀(jì)80年代以來(lái)一直用于處理難降解化合物的技術(shù)。超臨界水氧化技術(shù)最早由麻省理工大學(xué)（MIT）提出，本質(zhì)上是在450~600℃的操作條件下，利用超臨界水自身特性破壞有機(jī)物的一種先進(jìn)氧化技術(shù)。通過(guò)提高超臨界水的溫度和壓強(qiáng)，使之成為特殊狀態(tài)，該狀態(tài)能夠斷開(kāi)PFAS分子骨架中的碳-氟鍵，從而破壞PFAS。

通過(guò)在閉環(huán)現(xiàn)場(chǎng)破壞PFAS實(shí)驗(yàn)，證明了該技術(shù)具有收集并且破壞水中PFAS的能力。

Battelle是一個(gè)獨(dú)立的非營(yíng)利性技術(shù)研發(fā)組織，該組織最近在密歇根州一座污水處理廠使用超臨界水氧化技術(shù)對(duì)PFAS進(jìn)行處理。通過(guò)在閉環(huán)現(xiàn)場(chǎng)破壞PFAS實(shí)驗(yàn)，證明了該技術(shù)具有收集并且破壞水中PFAS的能力。具體方法是：首先，將受污染廢水通過(guò)液泵提至本系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，廢水與混合燃料過(guò)氧化氫、異丙醇以及作為中和劑的氫氧化鈉相混合；接著，水進(jìn)入熱交換器并進(jìn)行除鹽操作后，在特定的溫度和壓力下，與氧化劑一同進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)以打破PFAS的碳-氟鍵，最終能夠達(dá)到破壞PFAS的效果。

5 反滲透（RO）

反滲透（RO）技術(shù)以一張能夠去除離子、化學(xué)品和微沉積物的半透膜而聞名。其中，像納濾膜和反滲透膜等高壓膜可以有效地去除PFAS，根據(jù)美國(guó)環(huán)保局提供的數(shù)據(jù)，RO對(duì)包括短鏈PFAS在內(nèi)的各種PFAS去除率通常能夠超過(guò)90%。在該技術(shù)中，進(jìn)水中約有80%能夠穿過(guò)高壓膜后流出，達(dá)到凈水目的。反滲透技術(shù)適合城鎮(zhèn)居民使用，因?yàn)榫用裥枰幚淼乃w積較小，而且生活污水很容易進(jìn)行處理，因此，不用過(guò)多擔(dān)心其處理效率等問(wèn)題。