去除飲用水中全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的應(yīng)用研究
更新時(shí)間：2026-03-11 瀏覽次數(shù)：157
概述
全氟和多氟烷基化合物（PFAS）是碳?xì)滏溕系臍湓?span style="color:#ff0000">全部或部分被氟原子取代的一類(lèi)化合物，廣泛應(yīng)用于金屬電鍍、消防泡沫、皮革、潤(rùn)滑劑等工業(yè)生產(chǎn)及生活用品。 PFAS 具有高毒性、持久性、生物累積性和遠(yuǎn)距離遷移性等持久性有機(jī)污染物的特點(diǎn)。人類(lèi)若長(zhǎng)期暴露于PFAS環(huán)境下容易對(duì)肝功能、生殖及兒童發(fā)育功能造成影響，引發(fā)免疫系統(tǒng)功能下降、增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)等多種健康問(wèn)題。
近年來(lái)，地表水、地下水、自來(lái)水中均檢測(cè)到了 PFAS 的存在，水體中的PFAS 主要來(lái)源于生活污水和工業(yè)廢水，尤其是大型氟工業(yè)園區(qū)。其中，全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是使用時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境殘留量較高的兩種 PAFS 化合物。美國(guó)對(duì)該兩種污染物的最大污染物限值（MCLs）因州而異，要求2029年前水系統(tǒng)強(qiáng)制達(dá)標(biāo) (PFOA≤4ng/L,PFOS≤4ng/L) 。我國(guó)2022年發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2022）明確規(guī)定 PFOA 和 PFOS 的濃度限值分別為80 ng/L和40 ng/L，排放要求低于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)家或地區(qū) | 指標(biāo)類(lèi)型 | 標(biāo)準(zhǔn)值 | 實(shí)施年份 |
澳大利亞 | 推薦指標(biāo) | PFOA:200ng/L； PFOS:8ng/L | 2025年 |
歐盟 | 強(qiáng)制指標(biāo) | PFOA:100ng/L； PFOS:10ng/L； PFAS總量:500ng/L | 2026年 |
美國(guó) （聯(lián)邦級(jí)別） | 強(qiáng)制指標(biāo) | PFOS,PFOA:4ng/L； PFHxS,PFNA,GenX:10ng/L | 2029年 |
日本 | 推薦指標(biāo) | PFOA+PFOS:50ng/L | 2020年 |
中國(guó) | 推薦指標(biāo) | PFOA:80ng/L； PFOS:40ng/L | 2023年 |
表1 國(guó)內(nèi)外PFAS排放限值
目前，國(guó)內(nèi)檢測(cè)飲用水中 PFAS 的方法大多應(yīng)用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，如《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法第8 部分：有機(jī)物指標(biāo)》（GB/T 5750.8—2023）檢測(cè)方法84.1。得益于超高效液相色譜的高柱效，可極大地提高全氟化合物檢測(cè)的靈敏度和檢出率。
01國(guó)內(nèi)飲用水污染現(xiàn)狀
城市 | 水源地 | PFOA (ng/L) | PFOS (ng/L) | ||||
水廠 進(jìn)水 | 水廠 出水 | 末梢水 | 水廠 進(jìn)水 | 水廠 出水 | 末梢水 | ||
武漢[1] | 長(zhǎng)江水源 | 96.13 | 85.58 | 92.20 | NA | NA | NA |
漢江水源 | 20.58 | 19.59 | 22.48 | NA | NA | NA | |
蘇州[2] | 太湖水源 | NA | 22.00 | 25.60 | NA | 2.10 | 2.70 |
上海[3] | 長(zhǎng)江水源 | 15.40 | 12.34 | NA | 1.20 | 0.67 | NA |
黃浦江水源 | 35.34 | 34.79 | NA | 4.87 | 6.16 | NA | |
表2 不同城市不同類(lèi)型飲用水中PFOA與PFOS濃度水平
（NA表示數(shù)據(jù)缺項(xiàng)）
表2為不同城市不同水源地的飲用水進(jìn)水、出廠水和用戶(hù)末梢水，檢測(cè)其水中的 PFOA 和 PFOS 指標(biāo)，可知：除了長(zhǎng)江水源的武漢飲用水受 PFOA 污染外，其他各城市飲用水中的 PFOA 和 PFOS 均符合我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的限值；武漢長(zhǎng)江段超標(biāo)可能與當(dāng)?shù)氐幕@區(qū)多、含氟工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁有關(guān)；另外，飲用水常規(guī)工藝處理方法（混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒）對(duì)水源中的含氟污染物去除率不高，甚至在供水管網(wǎng)末端出現(xiàn)了濃度增高的風(fēng)險(xiǎn)。
隨著飲用水品質(zhì)要求的提高，對(duì) PFAS 排放限值越來(lái)越嚴(yán)苛。尋求經(jīng)濟(jì)而有效的控制新技術(shù)，勢(shì)必成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
02飲用水中PFAS處理工藝選擇
由于不同水源中的 PFAS 濃度和組成差異很大，為了選擇合適的處理工藝，需要結(jié)合項(xiàng)目所在區(qū)域的實(shí)際情況，通過(guò)小試和中試裝置確定最終的工藝路線。常規(guī)的工藝選用活性炭過(guò)濾（GAC）、離子交換（IX）、反滲透（RO），其技術(shù)特點(diǎn)比對(duì)見(jiàn)表3。
處理技術(shù) | 產(chǎn)生的廢物 | 關(guān)鍵問(wèn)題 | 成本 | 適用的污染物濃度 | 長(zhǎng)鏈PFAS去除效果 | 短鏈PFAS去除效果 |
離子交換 | 一次性樹(shù)脂被焚燒，可再生樹(shù)脂需要再生劑 | •運(yùn)輸 •再生 •補(bǔ)貨 •潛在的許可證 •填埋 | 與活性炭焚燒類(lèi)似 | 具有更高的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率，可更高效去除高濃度污染物 | 去除效果≥90%，特別是PFOS、PFOA、PFNA | 比活性炭更有效 |
活性炭 | 用過(guò)的活性炭在高溫下加熱再生，若耗盡，則需填埋 | •運(yùn)輸 •再生 •補(bǔ)貨 •填埋 | 焚燒成本 | 在較低污染物濃度，單位體積GAC比樹(shù)脂更有效 | 去除效果≥90%，特別是PFOS、PFOA、PFNA | 短鏈化合物去除率較低 |
反滲透 | 產(chǎn)生濃縮液 | •再生劑的運(yùn)輸、處理和密封，可能需要危險(xiǎn)廢物允許 | 因地而異 | 適用于各種污染物濃度 | 去除效果≥95%，特別是PFOS、PFOA、PFNA | 去除效果≥95% |
表3 不同處理技術(shù)的比對(duì)
活性炭（GAC）處理是迄今為止受歡迎的 PFAS 處理方法，因?yàn)樗且环N成熟的技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)， GAC 處理去除 PFAS 需要10分鐘的空床接觸時(shí)間（EBCT)，導(dǎo)致占地面積比樹(shù)脂大。如果 GAC 飽和，通?？梢栽偕?GAC 。一旦 GAC 不能被再生，可以選擇在廢物能源設(shè)施或垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行焚燒。
由于成本和性能的原因，離子交換（IX）方法也已被接受。樹(shù)脂處理的優(yōu)點(diǎn)是能夠去除比 GAC 更廣泛的 PFAS 。 IX 只需要2-5分鐘的空床接觸時(shí)間（EBCT），從而減少占地面積和所需資金。樹(shù)脂介質(zhì)通常比 GAC 介質(zhì)更昂貴，但它通常具有更長(zhǎng)的床層壽命。一旦樹(shù)脂用完，離子交換樹(shù)脂就會(huì)被送往廢物能源設(shè)施進(jìn)行銷(xiāo)毀處理。
圖1 選擇最合適的PFAS處理工藝
03Xylem整體解決方案
賽萊默潛心研究 PFAS 解決方案已有十多年，僅在美國(guó)就為市政和工業(yè)客戶(hù)部署了80多個(gè) PFAS 治理項(xiàng)目。采用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，可提供固定或移動(dòng)式過(guò)濾裝置，其吸附反應(yīng)罐規(guī)格如下表。
_ | GAC吸附罐 | IX反應(yīng)罐 | ||||||
型號(hào) | HP® 810 SYS | HP® 1020 SYS | HP® 1220 SYS | HP® 1230 SYS | HP® 1240 SYS | HP® 1220HF SYS | ||
處理量 （串/并聯(lián),m3/h） | 110/220 | 170/340 | 250/500 | 250/500 | 250/500 | 500/1000 | ||
設(shè)計(jì)壓力 bar@60℃ | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | ||
單個(gè)罐體 單罐直徑 (mm) | 2440 | 3048 | 3658 | 3658 | 3658 | 3658 | ||
罐體材質(zhì) | 碳鋼 防腐 | 碳鋼 防腐 | 碳鋼 防腐 | 碳鋼 防腐 | 碳鋼 防腐 | 碳鋼 防腐 | ||
撬裝尺寸 (LxWxH,m) | 6.9x3.0 x4.6 | 8.2x3.5 x5.6 | 8.8x4.0 x5.0 | 8.8x4.0 x6.2 | 8.8x4.0 x7.8 | 9.3x4.2 x5.2 | ||
系統(tǒng)進(jìn)出水直徑 (mm) | DN150 | DN200 | DN200 | DN200 | DN200 | DN300 | ||
表4 GAC/IX吸附反應(yīng)罐規(guī)格
圖2 GAC吸附反應(yīng)罐
系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)：
預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，單罐流量從110m3/h至500m3/h
集成緊湊的分配管閥組，可實(shí)現(xiàn)超越/過(guò)濾、并聯(lián)/串聯(lián)，運(yùn)行操作靈活
全部可從外部進(jìn)行維修，減少人工
撬塊化設(shè)計(jì)，極大簡(jiǎn)化了安裝流程
設(shè)計(jì)選型中，除了確認(rèn)處理水量和PFAS去除率外，還需要評(píng)估進(jìn)水其他水質(zhì)參數(shù)。比如無(wú)機(jī)參數(shù)（TDS、堿度），影響水的結(jié)垢潛力； GAC 床層壽命受水中 TOC 含量影響，高 TOC 會(huì)縮短床層壽命；較高的陰離子、有機(jī)物或鐵離子，會(huì)大大縮短 IX 床層的壽命。
在全球共同應(yīng)對(duì) PFAS 污染的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)中， Xylem 通過(guò)整合技術(shù)創(chuàng)新和大量工程經(jīng)驗(yàn)，打造覆蓋污染監(jiān)測(cè)、高效去除及長(zhǎng)效防控的全鏈條解決方案，從而實(shí)現(xiàn)無(wú) PFAS 污染的健康安全高品質(zhì)飲用水。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉俊玲, 等. 武漢市飲用水中全氟辛烷磺酸和全氟辛酸健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).
[2] 施靜, 等. 蘇州市飲用水中全氟辛酸與全氟辛烷磺酸濃度分析及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.
[3] 任洋洋, 等. 上海市飲用水中全氟化合物的污染現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.
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