去除飲用水中全氟和多氟烷基物質（PFAS）的應用研究
更新時間：2026-03-11 瀏覽次數：178
概述
全氟和多氟烷基化合物（PFAS）是碳氫鏈上的氫原子全部或部分被氟原子取代的一類化合物，廣泛應用于金屬電鍍、消防泡沫、皮革、潤滑劑等工業生產及生活用品。 PFAS 具有高毒性、持久性、生物累積性和遠距離遷移性等持久性有機污染物的特點。人類若長期暴露于PFAS環境下容易對肝功能、生殖及兒童發育功能造成影響，引發免疫系統功能下降、增加癌癥風險等多種健康問題。
近年來，地表水、地下水、自來水中均檢測到了 PFAS 的存在，水體中的PFAS 主要來源于生活污水和工業廢水，尤其是大型氟工業園區。其中，全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是使用時間長、環境殘留量較高的兩種 PAFS 化合物。美國對該兩種污染物的最大污染物限值（MCLs）因州而異，要求2029年前水系統強制達標 (PFOA≤4ng/L,PFOS≤4ng/L) 。我國2022年發布的《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2022）明確規定 PFOA 和 PFOS 的濃度限值分別為80 ng/L和40 ng/L，排放要求低于美國標準。
國家或地區 | 指標類型 | 標準值 | 實施年份 |
澳大利亞 | 推薦指標 | PFOA:200ng/L； PFOS:8ng/L | 2025年 |
歐盟 | 強制指標 | PFOA:100ng/L； PFOS:10ng/L； PFAS總量:500ng/L | 2026年 |
美國 （聯邦級別） | 強制指標 | PFOS,PFOA:4ng/L； PFHxS,PFNA,GenX:10ng/L | 2029年 |
日本 | 推薦指標 | PFOA+PFOS:50ng/L | 2020年 |
中國 | 推薦指標 | PFOA:80ng/L； PFOS:40ng/L | 2023年 |
表1 國內外PFAS排放限值
目前，國內檢測飲用水中 PFAS 的方法大多應用超高效液相色譜-串聯質譜法，如《生活飲用水標準檢驗方法第8 部分：有機物指標》（GB/T 5750.8—2023）檢測方法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的靈敏度和檢出率。
01國內飲用水污染現狀
城市 | 水源地 | PFOA (ng/L) | PFOS (ng/L) | ||||
水廠 進水 | 水廠 出水 | 末梢水 | 水廠 進水 | 水廠 出水 | 末梢水 | ||
武漢[1] | 長江水源 | 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 不同城市不同類型飲用水中PFOA與PFOS濃度水平
（NA表示數據缺項）
表2為不同城市不同水源地的飲用水進水、出廠水和用戶末梢水，檢測其水中的 PFOA 和 PFOS 指標，可知：除了長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 均符合我國生活飲用水衛生標準中的限值；武漢長江段超標可能與當地的化工園區多、含氟工業生產活動頻繁有關；另外，飲用水常規工藝處理方法（混凝、沉淀、過濾、消毒）對水源中的含氟污染物去除率不高，甚至在供水管網末端出現了濃度增高的風險。
隨著飲用水品質要求的提高，對 PFAS 排放限值越來越嚴苛。尋求經濟而有效的控制新技術，勢必成為新的增長點。
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，需要結合項目所在區域的實際情況，通過小試和中試裝置確定最終的工藝路線。常規的工藝選用活性炭過濾（GAC）、離子交換（IX）、反滲透（RO），其技術特點比對見表3。
處理技術 | 產生的廢物 | 關鍵問題 | 成本 | 適用的污染物濃度 | 長鏈PFAS去除效果 | 短鏈PFAS去除效果 |
離子交換 | 一次性樹脂被焚燒，可再生樹脂需要再生劑 | •運輸 •再生 •補貨 •潛在的許可證 •填埋 | 與活性炭焚燒類似 | 具有更高的動力學反應速率，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 | 用過的活性炭在高溫下加熱再生，若耗盡，則需填埋 | •運輸 •再生 •補貨 •填埋 | 焚燒成本 | 在較低污染物濃度，單位體積GAC比樹脂更有效 | 去除效果≥90%，特別是PFOS、PFOA、PFNA | 短鏈化合物去除率較低 |
反滲透 | 產生濃縮液 | •再生劑的運輸、處理和密封，可能需要危險廢物允許 | 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 不同處理技術的比對
活性炭（GAC）處理是迄今為止受歡迎的 PFAS 處理方法，因為它是一種成熟的技術。一般來說， GAC 處理去除 PFAS 需要10分鐘的空床接觸時間（EBCT)，導致占地面積比樹脂大。如果 GAC 飽和，通常可以再生 GAC 。一旦 GAC 不能被再生，可以選擇在廢物能源設施或垃圾填埋場進行焚燒。
由于成本和性能的原因，離子交換（IX）方法也已被接受。樹脂處理的優點是能夠去除比 GAC 更廣泛的 PFAS 。 IX 只需要2-5分鐘的空床接觸時間（EBCT），從而減少占地面積和所需資金。樹脂介質通常比 GAC 介質更昂貴，但它通常具有更長的床層壽命。一旦樹脂用完，離子交換樹脂就會被送往廢物能源設施進行銷毀處理。
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，僅在美國就為市政和工業客戶部署了80多個 PFAS 治理項目。采用系統標準化的設計，可提供固定或移動式過濾裝置，其吸附反應罐規格如下表。
_ | GAC吸附罐 | IX反應罐 | ||||||
型號 | HP® 810 SYS | HP® 1020 SYS | HP® 1220 SYS | HP® 1230 SYS | HP® 1240 SYS | HP® 1220HF SYS | ||
處理量 （串/并聯,m3/h） | 110/220 | 170/340 | 250/500 | 250/500 | 250/500 | 500/1000 | ||
設計壓力 bar@60℃ | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | ||
單個罐體 單罐直徑 (mm) | 2440 | 3048 | 3658 | 3658 | 3658 | 3658 | ||
罐體材質 | 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 | ||
系統進出水直徑 (mm) | DN150 | DN200 | DN200 | DN200 | DN200 | DN300 | ||
表4 GAC/IX吸附反應罐規格
圖2 GAC吸附反應罐
系統標準化設計優勢：
預制標準化系統，單罐流量從110m3/h至500m3/h
集成緊湊的分配管閥組，可實現超越/過濾、并聯/串聯，運行操作靈活
全部可從外部進行維修，減少人工
撬塊化設計，極大簡化了安裝流程
設計選型中，除了確認處理水量和PFAS去除率外，還需要評估進水其他水質參數。比如無機參數（TDS、堿度），影響水的結垢潛力； GAC 床層壽命受水中 TOC 含量影響，高 TOC 會縮短床層壽命；較高的陰離子、有機物或鐵離子，會大大縮短 IX 床層的壽命。
在全球共同應對 PFAS 污染的嚴峻挑戰中， Xylem 通過整合技術創新和大量工程經驗，打造覆蓋污染監測、高效去除及長效防控的全鏈條解決方案，從而實現無 PFAS 污染的健康安全高品質飲用水。
參考文獻：
[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險評價.
[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險評估.
[3] 任洋洋, 等. 上海市飲用水中全氟化合物的污染現狀及風險評估.
- (上一篇)：如何通過PONSEL電極實現水質參數的精準測量？
- (下一篇)：德國WTW氨氮電極NH500/TC產品介紹
