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如何解决PFAS这样的问题?

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西蒙400 x 426

西蒙·贾德

Simon Judd教授在水和废水处理技术方面有超过30年的博士后研究经验,包括学术和工业研发。在水和废水处理领域,他合著了6本书,发表了200多篇同行评议论文。西蒙是SludgeProcessing.com网站的共同所有人

星球毁灭微污染物

大约20年前,大多数关于破坏地球的微污染物的讨论集中在壬基酚(NPs)上。一旦人们充分认识到这些物质对环境的潜在影响,就会采取措施限制它们的影响。欧盟在2004年禁止在纺织品或服装生产中使用NPs,随后在2015年投票禁止进口含有NPs的此类产品。因此,一个可能躲过的难题,尽管还有许多其他内分泌干扰物值得关注——包括许多所谓的TrOCS(见我们的特征MBR去除痕量有机污染物的研究).

关于这些微污染物的一个关键点是,大多数都有某种与之相关的物理化学和/或生物化学。一些基本上是生物降解的,还有一些可以通过高级氧化进行化学氧化。此外,许多与污泥固体有关,部分与它们的疏水性有关。

然而,虽然与污泥的关联意味着从水中去除,但这并不等于它们的破坏。淤泥中这些物种的命运成为首要关注的问题。而且,对于一些这样的物种,实质性的迁移可能是由乐动时时彩.然而,对于最近引起关注的一类微污染物PFAS来说,情况似乎并非如此。

pfa分子资料来源:jinto, https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Jynto
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pfa分子 资料来源:jinto, https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Jynto

PFAS(全氟烷基和多氟烷基物质)是由含氟聚合物的分解产生的。因为它们是全氟化的,所以它们的分解的激活势垒是巨大的。目前,唯一完全商业化和实施的工艺似乎有可能摧毁PFAS,即将其完全转化为矿物含量热化学的

聚四氟乙烯焚烧试验成功

与大多数研究一样,PFAS的热破坏研究主要是在台架规模上进行的,尽管在Karlsruhe的BRENDA试点燃烧设施已经报道了基于聚四氟乙烯焚烧的成功试验结果(Aleksandrov等人,2019)。PFAS物质——或一般的含氟有机物——似乎遵循与有机化合物相同的热稳定性一般规律:分子尺寸越小,稳定性越高。这似乎是尺寸重要的又一个证明,并意味着最稳定的氟有机是四氟甲烷(CF)4).

这就引出了一个问题:完全破坏碳纤维需要多高的温度4? 一些基于键能的早期理论研究(Tsang et al,1998)确定温度超过1400°C,这肯定有点暖。然而,最新的关于这个问题的实验室规模的实际研究,列在由顾问Brown和Caldwell(Winchell等人,2020年)发表的评论中,表明温度为1000℃−1100°C足以将烟气中的全氟辛烷磺酸降至无法检测的浓度。虽然这个温度范围肯定比理论值更容易达到,但仍然是200−比常规船舶干舷高出300°C流化砂床焚烧炉

那么,还有别的选择吗?当然,还有其他的热化学过程。这些过程包括氧化过程(如湿式氧化和超临界水氧化)和非氧化过程(如热解和氧化)水热碳化、液化、气化(HTC / HTL /高温凝胶).非氧化过程温度相对较低,提供名义上有用的产品,具有显著的热量含量。

一些研究(Yu等人,2020年)表明,HTL对一些全氟物种,例如全氟辛酸(PFOA)进行了显著的脱氟。然而,对于其他物种,例如全氟辛烷磺酸(PFOS),降解就有限得多。似乎很大一部分全氟辛烷磺酸最终进入了生物原油产品。虽然这意味着在进一步升级和最终使用过程中,可能会有PFAS释放到水相流中。

这就是挑战所在。全氟化合物是多种多样的,它们各自的热反应活性差异显著。仅仅因为有可能矿化或脱氟一种物质,特别是那些以羧酸为特征的物质,并不意味着那些具有磺酸官能团的物质也会效仿。然而,几乎可以肯定的是,热化学过程在摧毁这些高度难降解和可能对环境有害的物质方面,比将它们扩散到陆地上要有效得多。

工具书类

Aleksandrov, K., Gehrmann, H., Hauser, M., Mätzing, H., Pigeon, D., Stapf, D., and Wexler, M.(2019)聚四氟乙烯(PTFE)垃圾焚烧评价烟道气中每个和多氟烷基物质(PFAS)的潜在形成。化学层、226、898−906。

曾,W., Burgess, D.R.和Babushok, V.(1998)。高氟有机化合物的焚烧性。燃烧科学与技术139(1), 385 - 402。

Winchell, L.J., Ross, J.J., Wells, M.J.M., Fonoll, X., Norton, J.W. and Bell, K.Y.(2020)水资源回收设施中每个和多氟烷基物质的热破坏:科学综述。水环境研究在出版社。

于,J.,尼克森,A.,李,Y.,方,Y。Strathmann,T.J.(2020)《城市污水处理污泥水热液化过程中全氟和多氟烷基物质(PFA)的归宿》。环境科学:水研究与技术, 6(5), 1388−1399。

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“如何解决PFAS这样的问题?”是由西蒙·贾德

此页上次更新于2021年4月19日

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