五种去除水中PFAS方法

图片来自aquatech。

全氟与多氟烷基物质俗称PFAS，因其具有难去除、更难降解的特点，已成为水行业严峻的挑战。水技术在线（Aquatech Online）通过不断了解新方法与技术，为去除这些对环境和人体有害的化学物质总结出五种处理方法。

撰文 | 吴昀峰

责编 | 郝晓地

根据美国环境保护局给出的定义，全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一种由全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸盐（PFOS）和GenX等化学物质组成的人造化学品。尽管这类化学品被称为“持久性化学品”（一旦进入人体内便会长期存在而且很难去除），但自20世纪40年代以来，世界各地的工厂却一直在制造和使用它们。截止到2020年7月，美国50个州中有2200多个场景受到PFAS污染，覆盖到食品包装、家用商品、工作场所、饮用水等各个领域，甚至在生物活体（鱼）中也发现了PFAS。可见，PFAS是无处不在且难以去除和降解的。万幸的是，目前已有一些行之有效的解决办法。

从效能水平上看，迄今为止饮用水修复技术中应用最广泛的是颗粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）。众所周知，GAC是一种能够有效用于水处理技术的材料，具有广泛性和高效性。因此，对于已投资建成的污水处理厂来说，GAC材料不需要频繁地更换反应床。至于GAC对PFAS的去除效果，美国橘县水区（OCWD）也已分别测试了颗粒活性炭、离子交换剂以及新型吸附剂对PFAS的处理性能。

虽然现在GAC技术有着较高效能，但随着技术不断创新以及受到规模经济的影响，GAC可能在未来会被更好的技术所替代。

由于替换滤芯操作十分简单，碳过滤技术在其适用领域中已经得到应用。Bluefield Research副总裁兼联合创始人Keith Hays曾为水技术在线撰稿，他表示：“目前GAC技术有着很高的效能，但随着技术不断创新以及受到规模经济的影响，未来很可能有更好的技术替代GAC。”

图1 颗粒活性炭（图片来自网络）

离子交换（IX）树脂由高孔隙率聚合材料组成，主要包括酸、碱和水不溶性物质组成，构成树脂微珠。IX树脂包括两大类：分别是阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。通过对特定PFAS进行树脂介质选择，让IX树脂成为一种具有吸附能力的技术。虽然IX树脂单位体积树脂成本较高，但是它具有较长的使用寿命、且不需要很大的反应空间，因此，其操作成本并不是很高。可见，当面对较小反应空间或是移动修复技术这类小规模工艺时，使用IX树脂是一种高效、经济的选择。对于PFAS，使用IX树脂能够更加有效地去除那些活性炭无法吸附的短链PFAS。离子交换树脂就像一块强力的小型磁铁，树脂中的阳离子与PFAS中的阴离子互相吸引，进而从水中吸附并且容纳那些受到污染的材料，以达到去除PFAS的效果。

图2 阳离子树脂（图片来自网络）

美国的一项研究表明，处理化学污染物，与其使用活性炭或反渗透技术过滤，不如将其直接分解。来自宾夕法尼亚州德雷克塞尔大学研究人员已经研究出了一种称作“等离子体装置（Plasmatron）”技术，这项技术并没有过滤PFAS，而是直接将其分解。他们认为目前使用如碳过滤这样的过滤方法，仅仅能够收集PFAS，并不能将其破坏分解。换言之，除非把过滤器置于高温下焚烧，否则使用过的过滤器将成为PFAS的新来源。这项研究着眼于一个名为“滑动弧等离子体装置”研发，此装置产生了一个旋转的电磁场，能够将水中化学物质分开，这一过程很像“使用冰沙搅拌机来做冰沙”。研究人员称，这个过程需要1 h时间，可去除水中90%以上的PFAS，而它所消耗的能量还没有人们煮一壶开水多。该研究团队表示，以往关于PFAS等离子体处理方法很难在大型处理设施中推广使用，尼海姆等离子体研究所（Nyheim Plasma Institute）所长Alexander Fridman博士表示，可以通过调整该技术来处理土壤污染，以实现“PFAS化合物几乎能够完全脱氟”。

超临界水氧化是一项自20世纪80年代以来一直用于处理难降解化合物的技术。超临界水氧化技术最早由麻省理工大学（MIT）提出，本质上是在450~600℃的操作条件下，利用超临界水自身特性破坏有机物的一种先进氧化技术。通过提高超临界水的温度和压强，使之成为特殊状态，该状态能够断开PFAS分子骨架中的碳-氟键，从而破坏PFAS。

通过在闭环现场破坏PFAS实验，证明了该技术具有收集并且破坏水中PFAS的能力。

Battelle是一个独立的非营利性技术研发组织，该组织最近在密歇根州一座污水处理厂使用超临界水氧化技术对PFAS进行处理。通过在闭环现场破坏PFAS实验，证明了该技术具有收集并且破坏水中PFAS的能力。具体方法是：首先，将受污染废水通过液泵提至本系统，在系统中，废水与混合燃料过氧化氢、异丙醇以及作为中和剂的氢氧化钠相混合；接着，水进入热交换器并进行除盐操作后，在特定的温度和压力下，与氧化剂一同进入反应器，进行超临界水氧化反应以打破PFAS的碳-氟键，最终能够达到破坏PFAS的效果。

反渗透（RO）技术以一张能够去除离子、化学品和微沉积物的半透膜而闻名。其中，像纳滤膜和反渗透膜等高压膜可以有效地去除PFAS，根据美国环保局提供的数据，RO对包括短链PFAS在内的各种PFAS去除率通常能够超过90%。在该技术中，进水中约有80%能够穿过高压膜后流出，达到净水目的。反渗透技术适合城镇居民使用，因为居民需要处理的水体积较小，而且生活污水很容易进行处理，因此，不用过多担心其处理效率等问题。

图3 RO反渗透工作原理（图片来自网络）