2022/11/14 13:32:20
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(shù)在線(Aquatech Online)通過不斷了解新方法與技術(shù),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(lǐng)域,甚至在生物活體(魚)中也發(fā)現(xiàn)了PFAS??梢姡琍FAS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(shù)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(shù)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?;钚蕴?、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(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)濟的影響,GAC可能在未來會被更好的技術(shù)所替代
由于替換濾芯操作十分簡單,碳過濾技術(shù)在其適用領(lǐng)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(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)濟的影響,未來很可能有更好的技術(shù)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(gòu)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(shù)。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。可見,當面對較小反應空間或是移動修復技術(shù)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(shù)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(shù),這項技術(shù)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(guān)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(shù)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(shù)。超臨界水氧化技術(shù)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(shù)。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(shù)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(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(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(shù)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(shù)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(shù)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。
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