Mục lục bài viết

Xử lý nước thải chứa PFAS (chất ô nhiễm vĩnh cửu)

PFAS (Per- and Polyfluoroalkyl Substances) là nhóm hóa chất nhân tạo chứa liên kết carbon-fluor mạnh, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chống dính, chống thấm, và chữa cháy. Với khả năng không phân hủy trong tự nhiên, PFAS tích tụ trong nước, đất, và cơ thể sinh vật, gây ung thư, suy giảm miễn dịch, và rối loạn nội tiết. Theo EPA, 98% dân số Mỹ có PFAS trong máu, và nồng độ an toàn trong nước uống chỉ là 0.004 ppt (phần nghìn tỷ) đối với PFOA và PFOS.

PFAS là gì?

PFAS là nhóm các hợp chất hữu cơ fluor, bao gồm hàng ngàn thành phần khác nhau như PFOA, PFOS, GenX,… Chúng được sử dụng rộng rãi do đặc tính chống thấm, chống bám bẩn và khả năng chịu nhiệt cao. Tuy nhiên, liên kết C–F trong PFAS rất bền, khiến chúng tồn tại trong môi trường, tích lũy trong cơ thể sống và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người cũng như hệ sinh thái. Chính vì vậy, PFAS được xem là “chất ô nhiễm vĩnh cửu” và cần phải được xử lý triệt để trước khi xả thải ra môi trường.

PFAS gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe

Tác động của PFAS đến môi trường và sức khỏe

Các nghiên cứu cho thấy PFAS có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như rối loạn nội tiết, ảnh hưởng đến chức năng miễn dịch, tăng nguy cơ ung thư và các bệnh về gan – thận. Ngoài ra, PFAS còn gây ra ô nhiễm nguồn nước, đất và không khí do khả năng di chuyển dễ dàng trong hệ thống môi trường. Vì những lý do này, việc kiểm soát và loại bỏ PFAS trong nước thải là cực kỳ quan trọng đối với an toàn sức khỏe cộng đồng cũng như bảo vệ hệ sinh thái.

Nguồn gốc PFAS trong nước thải

PFAS có thể xuất hiện trong nước thải từ nhiều nguồn khác nhau:

Hoạt động công nghiệp: Sản xuất và chế biến các sản phẩm chứa PFAS như đồ dùng chống thấm, sản phẩm điện tử, bọt chữa cháy.
Tiêu dùng dân dụng: Sự rửa trôi từ các sản phẩm tiêu dùng chứa PFAS như đồ gia dụng, bao bì thực phẩm.
Xả thải từ các cơ sở xử lý rác thải: Các hệ thống xử lý nước thải truyền thống không được thiết kế để loại bỏ PFAS một cách hiệu quả.

Thách Thức Khi Xử Lý PFAS

Tính ổn định hóa học: Liên kết C-F có năng lượng cao (486 kJ/mol), khó bị phá vỡ.
Nồng độ cực thấp: PFAS tồn tại ở dạng vi lượng (ng/L đến µg/L), đòi hỏi công nghệ nhạy.
Đa dạng cấu trúc: Hơn 4,700 hợp chất PFAS với đặc tính khác nhau.

Công Nghệ Xử Lý PFAS Hiện Nay

1. Hấp Phụ Bằng Vật Liệu Xốp

Than hoạt tính (GAC):
- Cơ chế: PFAS bám vào bề mặt than qua lực Van der Waals.
- Hiệu suất: Loại bỏ 50–70% PFAS, nhưng không hiệu quả với PFAS chuỗi ngắn (GenX).
- Chi phí: 0.5–1 USD/m³, cần thay thế định kỳ.
Nhựa Trao Đổi Ion (IX):
- Cơ chế: Thay thế ion Cl⁻ trong nhựa bằng ion PFAS⁻.
- Hiệu suất: Đạt >90% với PFAS có nhóm sulfonate (PFOS).
- Hạn chế: Tạo chất thải nguy hại cần xử lý nhiệt.

2. Màng Lọc Áp Lực Cao

Màng RO (Thẩm thấu ngược):
- Hiệu suất: Loại bỏ 95–99% PFAS, kể cả hợp chất chuỗi ngắn.
- Chi phí: 2–3 USD/m³, tiêu thụ nhiều năng lượng.
- Ứng dụng: Nhà máy nước sạch ở Orange County (Mỹ).

PFAS xuất hiện xunh quanh chúng ta hàng ngày

4.3. Phương Pháp Nhiệt

Thủy nhiệt siêu tới hạn (SCWO):
- Điều kiện: Nhiệt độ >374°C, áp suất >22.1 MPa.
- Hiệu suất: Phân hủy 99.9% PFAS trong 30 giây.
- Hạn chế: Chi phí cao (~500 USD/m³), chỉ phù hợp xử lý bùn đặc.

4. Oxy Hóa Tiên Tiến (AOPs)

UV + Persulfate:
- Cơ chế: UV kích hoạt persulfate (S₂O₈²⁻) tạo gốc SO₄•⁻ phá vỡ PFAS.
- Hiệu suất: Giảm 80–90% PFAS trong 2 giờ.
- Thử nghiệm: Thành công tại căn cứ quân sự Williamtown (Úc).
Plasma lạnh:
- Cơ chế: Tia plasma tạo electron năng lượng cao phân cắt liên kết C-F.
- Ưu điểm: Không cần hóa chất, phù hợp nồng độ PFAS thấp.

5. Công Nghệ Sinh Học

Vi khuẩn đột biến: Pseudomonas aeruginosa biến đổi gene để sản xuất enzyme defluorase.
- Hiệu suất: Giảm 60% PFAS sau 7 ngày (thí nghiệm phòng lab).
- Thách thức: Chưa ổn định trong môi trường tự nhiên.

So Sánh Hiệu Quả và Chi Phí

Công nghệ	Hiệu suất	Chi phí (USD/m³)	Ưu điểm	Nhược điểm
Than hoạt tính	50–70%	0.5–1	Đơn giản, chi phí thấp	Kém hiệu quả với PFAS ngắn
Màng RO	95–99%	2–3	Xử lý đa dạng PFAS	Tiêu tốn năng lượng
SCWO	>99%	~500	Phân hủy hoàn toàn	Chi phí cực cao
UV + Persulfate	80–90%	10–15	Không tạo chất thải rắn	Cần hóa chất bổ sung

Kết Luận

Xử lý nước thải chứa PFAS đòi hỏi sự kết hợp đa công nghệ và nghiên cứu liên ngành. Trong khi các phương pháp truyền thống như hấp phụ và màng lọc đóng vai trò trung tâm, công nghệ tiên tiến như AOPs và plasma lạnh hứa hẹn phân hủy triệt để PFAS. Để đạt hiệu quả bền vững, cần xây dựng chính sách hỗ trợ, đầu tư vào R&D, và nâng cao nhận thức về giảm thiểu PFAS tại nguồn.

Tài Liệu Tham Khảo: