新污染物 | 五種去除水中PFAS方法

導言：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，已成為水行業(yè)嚴峻的挑戰(zhàn)。水技術在線（Aquatech Online）通過不斷了解新方法與技術，為去除這些對環(huán)境和人體有害的化學物質(zhì)總結(jié)出五種處理方法。

PFAS是什么？

根據(jù)美國環(huán)境保護局給出的定義，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等化學物質(zhì)組成的人造化學品。盡管這類化學品被稱為“持久性化學品”（一旦進入人體內(nèi)便會長期存在而且很難去除），但自20世紀40年代以來，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50個州中有2200多個場景受到PFAS污染，覆蓋到食品包裝、家用商品、工作場所、飲用水等各個領域，甚至在生物活體（魚）中也發(fā)現(xiàn)了PFAS。可見，PFAS是無處不在且難以去除和降解的。萬幸的是，目前已有一些行之有效的解決辦法。

1 碳過濾

（Carbon Filtration）

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

雖然現(xiàn)在GAC技術有著較高效能，但隨著技術不斷創(chuàng)新以及受到規(guī)模經(jīng)濟的影響，GAC可能在未來會被更好的技術所替代

由于替換濾芯操作十分簡單，碳過濾技術在其適用領域中已經(jīng)得到應用。Bluefield Research副總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人Keith Hays曾為水技術在線撰稿，他表示：“目前GAC技術有著很高的效能，但隨著技術不斷創(chuàng)新以及受到規(guī)模經(jīng)濟的影響，未來很可能有更好的技術替代GAC。”

2 離子交換樹脂

（Ion-Exchange Resins）

離子交換（IX）樹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，構成樹脂微珠。IX樹脂包括兩大類：分別是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。通過對特定PFAS進行樹脂介質(zhì)選擇，讓IX樹脂成為一種具有吸附能力的技術。雖然IX樹脂單位體積樹脂成本較高，但是它具有較長的使用壽命、且不需要很大的反應空間，因此，其操作成本并不是很高?？梢姡斆鎸^小反應空間或是移動修復技術這類小規(guī)模工藝時，使用IX樹脂是一種高效、經(jīng)濟的選擇。對于PFAS，使用IX樹脂能夠更加有效地去除那些活性炭無法吸附的短鏈PFAS。離子交換樹脂就像一塊強力的小型磁鐵，樹脂中的陽離子與PFAS中的陰離子互相吸引，進而從水中吸附并且容納那些受到污染的材料，以達到去除PFAS的效果。

3 等離子體裝置

（Plasmatron）

美國的一項研究表明，處理化學污染物，與其使用活性炭或反滲透技術過濾，不如將其直接分解。來自賓夕法尼亞州德雷克塞爾大學研究人員已經(jīng)研究出了一種稱作“等離子體裝置（Plasmatron）”技術，這項技術并沒有過濾PFAS，而是直接將其分解。他們認為目前使用如碳過濾這樣的過濾方法，僅僅能夠收集PFAS，并不能將其破壞分解。換言之，除非把過濾器置于高溫下焚燒，否則使用過的過濾器將成為PFAS的新來源。這項研究著眼于一個名為“滑動弧等離子體裝置”研發(fā)，此裝置產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)的電磁場，能夠?qū)⑺谢瘜W物質(zhì)分開，這一過程很像“使用冰沙攪拌機來做冰沙”。研究人員稱，這個過程需要1 h時間，可去除水中90%以上的PFAS，而它所消耗的能量還沒有人們煮一壺開水多。該研究團隊表示，以往關于PFAS等離子體處理方法很難在大型處理設施中推廣使用，尼海姆等離子體研究所（Nyheim Plasma Institute）所長Alexander Fridman博士表示，可以通過調(diào)整該技術來處理土壤污染，以實現(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自20世紀80年代以來一直用于處理難降解化合物的技術。超臨界水氧化技術最早由麻省理工大學（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物的一種先進氧化技術。通過提高超臨界水的溫度和壓強，使之成為特殊狀態(tài)，該狀態(tài)能夠斷開PFAS分子骨架中的碳-氟鍵，從而破壞PFAS。

通過在閉環(huán)現(xiàn)場破壞PFAS實驗，證明了該技術具有收集并且破壞水中PFAS的能力。

Battelle是一個獨立的非營利性技術研發(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對PFAS進行處理。通過在閉環(huán)現(xiàn)場破壞PFAS實驗，證明了該技術具有收集并且破壞水中PFAS的能力。具體方法是：首先，將受污染廢水通過液泵提至本系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，廢水與混合燃料過氧化氫、異丙醇以及作為中和劑的氫氧化鈉相混合；接著，水進入熱交換器并進行除鹽操作后，在特定的溫度和壓力下，與氧化劑一同進入反應器，進行超臨界水氧化反應以打破PFAS的碳-氟鍵，最終能夠達到破壞PFAS的效果。

5 反滲透（RO）

反滲透（RO）技術以一張能夠去除離子、化學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)美國環(huán)保局提供的數(shù)據(jù)，RO對包括短鏈PFAS在內(nèi)的各種PFAS去除率通常能夠超過90%。在該技術中，進水中約有80%能夠穿過高壓膜后流出，達到凈水目的。反滲透技術適合城鎮(zhèn)居民使用，因為居民需要處理的水體積較小，而且生活污水很容易進行處理，因此，不用過多擔心其處理效率等問題。