PFAS 热点议题（四）：相关治理技术
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近年来，PFAS已经在国外引发了环保界的关注。然而在国内，人们对于PFAS的认知还处于比较初级的阶段。
不同的PFAS物质具有很大的化学和物理性质差异。它们被广泛应用于工业生产，消防泡沫，以及消费产品中。尽管毒物学研究发现PFAS的生物累积特性和对人体健康的潜在风险引发了一定的担忧，但直到近十年前对低浓度的PFAS检测方法在经济上和技术上变得可行之前它们都未能引起足够的关注度。PFAS的物理和化学性质使得它们能在环境中游走且长期存在，因此无论是分析监测还是治理都十分地棘手。
在之前的文章中，我们详细地介绍了PFAS的种类、环境影响、排放途径、在环境中的迁移与变化。今天的文章将详细剖析现今可行的PFAS治理技术与未来发展的一些趋势。
尽管现如今的治理污染手段已经可以通过固化、移除、或是直接分解等手段处理多种污染物，但是关于PFAS的治理技术目前仍旧停留在初级阶段。介于PFAS物质的稳定性和表面活性特征（参考上一篇文章里的介绍），传统的治理手段并不能有效地处理PFAS污染。这里说的传统方法包括了挥发法（剥离法，提取法等等）和生物修复（生物喷涂，生物刺激等等）。迄今为止，主要的PFAS治理方法集中在土壤与水中PFAS的异地固化或移除。这篇文章会列举和探讨一些已被证实可靠的处理方法。需要注意的是，这些方法多用于PFAS的异地（ex situ）治理，即把受污染的土壤/水等从原先的环境中转移至特定设施或地点进行处理。与此相对的则是原地（in situ）治理，即直接在原环境中进行的治理工作。
物理处理手段
吸附和逆渗透（RO）是目前两种主要的液态水去PFAS的方法。吸附法是纯物理的过程，其中没有任何化学反应的参与。它利用了范德华力或离子间的引力去抓获介质中特定的分子。粒状活性碳（GAC）和离子交换树脂（IX resin）是两个吸附法的典型应用，一般用于异地去除PFAS。对比于粉末活性炭（PAC），GAC有着更大的颗粒尺寸，更小的表面积，所以更加适合应用于清除长链结构的PFAS物质。为了最有效地清除不同的PFAS分子，往往需要使用拥有不同承载能力和失效时长的GAC。一般的经验告诉我们短链的PFAS需要较小承载力和较短失效时长的GAC来处理。在吸附法的另一个应用里，IX树脂里带正电的官能团会和带负电的PFAS化合物形成离子键，同时置换出树脂中的负电荷。这个过程能有效地把PFOS和PFOA等化合物从水溶液中去除，因为这两种化合物的化学键头段都带有负电荷。IX树脂会在大部分的正电位都被带负电的PFAS化合物填满时失效。取决于实际使用的IX树脂种类，失效的树脂以及其中的PFAS会被焚烧降解或是填埋处理，也有的树脂能在经过溶液浸泡处理后被重新赋能从而能够实现再利用。
逆渗透（RO）是一种利用压力梯度强行让溶液通过半渗透膜的方式，同时也是另一种去除水中PFAS的物理手段。由于渗透压的作用，溶质通常会从低浓度的一侧流向高浓度的一侧直到相对浓度平衡。但是实施压差可使这一过程逆转，使得溶质（纯水）从高浓度的PFAS污染液一侧回流至低浓度的输出水一侧。除了使用逆渗透，纳米过滤同样也能有效去除水中的PFAS。纳米过滤膜上的孔位会阻止PFAS分子的通过，但不会影响水中钠钾离子的移动，这一点与逆渗透的半透膜不同。
物理手段在土壤环境中的应用
泥土里的PFAS（如沉积物和淤泥）的处理手段则相对更加复杂，往往需要同时使用物理和化学的处理技术来进行治理。其中最直观的一种物理手段就是对污染泥土进行直接的提取移除处理。通过去除被PFAS污染的泥土和沉渣，可以有效地减少渗出液和PFAS物质的释出。移除的这些污泥一般会经填埋和焚烧处理。和处理水中污染类似，吸附法同样是一种有效的固化和稳定泥土里PFAS化合物的方法。经过吸附法处理的泥土能有效地减少PFAS的释放。例如通过异地混合活性炭和拌土混合物，能大大降低PFAS的渗透能力。在原地处理的案例中，也有使用胶体活性炭（CAC）的应用案例。相比起上文提到的PAC和GAC，CAC在土壤PFAS污染中有着更好的表现：以胶体形式存在的活性炭能渗入土壤深处甚至抵达地下水层，被动地吸附包括PFAS在内的多种有机污染物，并实现这些污染物的固化，以防止它们进一步的迁移。另一种应用则是使用对有机物有高亲和力的材料制成沙子（如环糊精的一些络合物等）并覆盖在受污染土壤的表面，从而防止PFAS向空气中的迁移。在实际的泥土污染处理中，通常要用到两种或以上的处理方法。
化学处理手段
除了以上提到的物理处理手段，一些化学处理手段也被证明能有效处理流体（包括液体，浓浆以及气体）中的PFAS污染。根据PFAS分子的化学性质，一般只有PFAS分子中的羧酸或磺酸官能团能参与多种的氧化还原反应，而分子中的氟化碳链则十分稳定，几乎无法被氧化还原反应去氟化。总体而言，PFAS化学反应的具体机理以及参与其中的许多自由基现阶段依然不明确，使得对PFAS的化学处理技术不够完善，实际应用中有一定的风险。目前一些比较主流的PFAS化学反应研究与应用方向包括了臭氧氧化法，过氧化氢催化法，活性过硫酸盐反应法，碱金属反应法，声波/超声波氧化法，光化学氧化法以及电化学法等。这些方法往往只能对某些特定种类的PFAS进行处理，所以实际应用中往往需要结合多种技术综合处理PFAS污染。
臭氧氧化法，过氧化氢催化法与活性过硫酸盐反应法原理相似，主要使用臭氧，过氧化氢或活性过硫酸盐作为强氧化剂，使得流体中的PFAS分子发生氧化反应从而变性。这些方法在国外都有在污水中实际实验的经验，被证实了能有效降低污水中PFAS的浓度。其中，臭氧氧化法的反应机理与路径尚不明确；过氧化氢的OH自由基可以攻击PFCAs和PFSAs的羟基官能团，但不能与全氟羟基链产生反应；活化过硫酸反应中硫酸根自由基则会使得PFCAs等类型的PFAS分子发生脱羧反应。
除了上述这些反应以外，声波催化的化学反应能在液体中引起微小泡沫的产生和破裂循环，一方面能够使得声波的机械能转化为分子的内能从而急剧提高局部温度（可达5000k），另一方面能够在非常小的空间内局部产生巨大的压强（2000倍大气压），使得PFAS分子发生分解并产生如氟离子，硫酸根离子和二氧化碳等。这种处理方法能有效降低PFOA和PFOS在水中的浓度。除开声波处理外，某些PFAS还会在特定的电磁波长（小于220纳米）下发生光解。PFAS的化学结构决定了它们对220纳米以上波长的电磁波吸收效果很差。因此，实际研究与应用中一般使用高频紫外线来对PFAS分子进行处理和分解。
总结与下期预告
总体而言，目前阶段对PFAS分子的处理技术和手段依旧比较单一和不成熟。在国外，PFAS处理工业规模上的应用主要依赖于物理手段的处理技术，而对于基于化学反应的处理技术大部分仍处于实验室范畴中，应用范围非常有限且不成熟，难以保证更大规模推广的安全性和可靠性。不过，随着人们对PFAS认识的加深和重视，相关技术也在稳步推进。国外相关的项目，尤其是基于化学反应的处理技术的研究也成为了近年来环保界的热点。PFAS系列热点话题的下一篇文章，小编将会给大家带来PFAS对人体的危害以及毒性的研究。喜欢本系列热点话题或者感兴趣的读者可以不妨关注一下环知网的微信公众号以第一时间获取最新的更新。