Hóa chất vĩnh cửu PFAS là nhóm vi ô nhiễm đang được quan tâm trong xử lý nước do rất khó phân hủy và có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường. Khi xuất hiện trong nước ngầm, nước mặt và nước cấp, PFAS làm tăng yêu cầu kiểm soát chất lượng nước đầu ra để đảm bảo an toàn. Mời Quý khách hàng theo dõi bài viết sau của ATS Water Technology để tìm hiểu chi tiết hơn.

1. Hóa chất vĩnh cửu (PFAS) là gì?

PFAS (viết tắt của Per- and Polyfluoroalkyl Substances) là nhóm hợp chất hữu cơ tổng hợp, trong đó các nguyên tử hydro trên mạch carbon được thay thế một phần hoặc hoàn toàn bằng fluor.

Liên kết carbon-fluor (C-F) có năng lượng liên kết rất cao, khiến PFAS có độ bền hóa học vượt trội, gần như không bị phân hủy trong điều kiện môi trường tự nhiên cũng như trong các quá trình xử lý nước thông thường.

Trong môi trường nước, do cấu trúc phân tử cực kỳ ổn định, PFAS tồn tại ở dạng hòa tan, có khả năng di chuyển xa theo dòng chảy và xâm nhập vào các nguồn nước ngầm. Một khi đã xâm nhập, việc loại bỏ chúng trở nên cực kỳ khó khăn vì các biện pháp xử lý thông thường thường như keo tụ, lắng, lọc cát hoặc khử trùng không mang lại hiệu quả triệt để. Ngoài ra, PFAS cũng không được giữ lại hiệu quả bởi các vật liệu lọc truyền thống. Đây là nguyên nhân khiến PFAS dễ lan rộng và trở thành nguồn ô nhiễm khó kiểm soát.

Trong thực tế ngành xử lý nước, PFAS thường phát sinh từ các nguồn sau:

  • Bọt chữa cháy (AFFF) tại sân bay, khu công nghiệp
  • Nước thải từ ngành xi mạ, điện tử, sản xuất vật liệu fluoropolymer
  • Bao bì thực phẩm, vật liệu chống dính và sản phẩm chống thấm
  • Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp

Từ các nguồn này, PFAS có thể xâm nhập vào:

  • Nước mặt
  • Nước ngầm
  • Hệ thống cấp nước nếu không được xử lý triệt để
Hóa chất vĩnh cửu (PFAS) là gì?

2. Tác hại của ô nhiễm PFAS trong nước

PFAS trong nước có thể xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường uống và gây ảnh hưởng lâu dài do khả năng tích lũy sinh học. Trong các khu vực chịu tác động từ hoạt động công nghiệp, nguy cơ phơi nhiễm PFAS thường kéo dài ngay cả khi nồng độ ở mức rất thấp.

Theo phân loại của IARC (International Agency for Research on Cancer):

  • PFOA được xếp vào Nhóm 1 – chất gây ung thư cho người, với bằng chứng liên quan đến ung thư thận và ung thư tinh hoàn.
  • PFOS được xếp vào Nhóm 2B – có thể gây ung thư cho người dựa trên các bằng chứng cơ chế hiện có.

Theo các đánh giá từ EPA (U.S. Environmental Protection Agency), PFAS gây ra nhiều tác động sức khỏe:

  • Hệ sinh sản và thai kỳ: giảm khả năng sinh sản, tăng nguy cơ cao huyết áp thai kỳ và tiền sản giật.
  • Sự phát triển của trẻ em: gây nhẹ cân khi sinh, dậy thì sớm, biến đổi xương và hành vi; trẻ từ 0-5 tuổi là nhóm nhạy cảm nhất.
  • Hệ miễn dịch: suy giảm khả năng chống nhiễm trùng và giảm đáp ứng với vaccine, đã ghi nhận giảm nồng độ kháng thể ở trẻ em.
  • Nguy cơ ung thư: tăng nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt, thận và tinh hoàn khi phơi nhiễm kéo dài.
  • Hệ nội tiết và chuyển hóa: gây rối loạn hormone, tăng cholesterol máu và nguy cơ béo phì.

Một số hợp chất PFAS thế hệ mới cũng cho thấy độc tính đáng chú ý:

  • GenX: gây tổn thương gan, ảnh hưởng thận và hệ miễn dịch, có dấu hiệu liên quan đến ung thư.
  • PFBS: ảnh hưởng tuyến giáp (giảm hormone T4), tác động đến hệ sinh sản và phát triển cơ thể.

Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào nồng độ và thời gian phơi nhiễm, trong đó nước uống bị nhiễm PFAS là một trong những con đường tiếp xúc chính và nguy hiểm nhất.

Tác hại của ô nhiễm PFAS trong nước

3. Cách kiểm tra PFAS trong nước

Việc kiểm tra PFAS trong nước yêu cầu các phương pháp phân tích có độ nhạy rất cao do các hợp chất này thường tồn tại ở nồng độ vết (ppt – ng/L). Đồng thời, quy trình lấy mẫu và phân tích phải được kiểm soát nghiêm ngặt để tránh nhiễm chéo từ vật liệu chứa fluor.

Các phương pháp phân tích PFAS hiện nay bao gồm:

  • Phân tích LC-MS/MS (Liquid Chromatography – Tandem Mass Spectrometry): Đây là phương pháp tiêu chuẩn trong phân tích PFAS, cho phép định danh và định lượng từng hợp chất cụ thể như PFOA, PFOS với độ chính xác cao. Giới hạn phát hiện có thể đạt mức ppt, phù hợp cho kiểm soát nước cấp và nước uống.
  • Phương pháp EPA 537.1: Được áp dụng cho nước uống, cho phép phân tích khoảng 18 hợp chất PFAS phổ biến. Phương pháp này thường được sử dụng trong giám sát chất lượng nước cấp sinh hoạt.
  • Phương pháp EPA 1633: Mở rộng phạm vi phân tích lên khoảng 40 hợp chất PFAS trong các nền mẫu phức tạp như nước thải, bùn thải và môi trường. Phù hợp cho đánh giá ô nhiễm trong hệ thống công nghiệp.
  • Phân tích tổng fluor hữu cơ (TOF/AOF): Được sử dụng để đánh giá tổng hàm lượng fluor hữu cơ trong mẫu nước, giúp xác định mức độ ô nhiễm PFAS tổng thể khi không phân tích riêng lẻ từng hợp chất.
  • Các phương pháp sàng lọc nhanh (screening methods): Một số công nghệ mới như cảm biến huỳnh quang hoặc polymer phát hiện nhanh cho phép đánh giá sơ bộ PFAS tại hiện trường. Tuy nhiên, các phương pháp này chủ yếu mang tính định tính hoặc bán định lượng.

Trong thực tế vận hành hệ thống xử lý nước công nghiệp, việc kiểm tra PFAS không chỉ dừng ở phân tích phòng thí nghiệm, mà còn liên quan đến cấu hình thiết bị và kiểm soát vật liệu trong toàn bộ hệ thống. Các thiết bị và vật liệu tiếp xúc với mẫu cần tránh sử dụng fluoropolymer (PTFE, Teflon) để hạn chế nhiễm chéo.

Ngoài ra, trong các nhà máy xử lý nước, hệ thống lấy mẫu tự động (auto-sampler) và thiết bị tiền xử lý mẫu (solid phase extraction – SPE) thường được tích hợp nhằm đảm bảo độ chính xác và tính lặp lại của kết quả phân tích PFAS ở nồng độ vết.

Cách kiểm tra PFAS trong nước

4. Các phương pháp xử lý PFAS trong nước

Để xử lý PFAS, chúng ta cần áp dụng những công nghệ chuyên biệt nhằm tách các hợp chất này ra khỏi nước hoặc phá vỡ cấu trúc phân tử của chúng. Các phương pháp dưới đây là những công nghệ đang được ứng dụng phổ biến trong xử lý nước cấp và nước thải có chứa PFAS.

4.1. Hấp phụ bằng than hoạt tính dạng hạt (GAC)

GAC (Granular Activated Carbon) là một trong những công nghệ phổ biến nhờ chi phí đầu tư hợp lý và khả năng xử lý hiệu quả các PFAS chuỗi dài như PFOA, PFOS. vận hành đơn giản và dễ tích hợp vào hệ thống hiện hữu

  • Cơ chế: Các phân tử PFAS bị giữ lại trong cấu trúc lỗ rỗng của than hoạt tính thông qua lực hấp phụ vật lý và tương tác kỵ nước.
  • Đặc điểm: Hiệu quả phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc (EBCT), kích thước hạt và loại than sử dụng. Khi vật liệu bão hòa, cần thay thế kịp thời để tránh hiện tượng giải hấp (desorption) làm PFAS quay trở lại nước.
Hấp phụ bằng than hoạt tính dạng hạt (GAC)

4.2. Trao đổi ion bằng hạt nhựa chuyên dụng (Ion Exchange – IX)

Phương pháp sử dụng hạt nhựa trao đổi anion để loại bỏ PFAS khỏi nước, thường áp dụng trong các hệ thống yêu cầu hiệu suất cao.

  • Cơ chế: Các phân tử PFAS mang điện tích âm bị giữ lại trên bề mặt nhựa mang điện tích dương thông qua tương tác tĩnh điện và hấp phụ chọn lọc.
  • Đặc điểm: Nhựa có dung lượng hấp phụ cao, thời gian tiếp xúc ngắn và hiệu quả với cả PFAS chuỗi ngắn. Tuy nhiên, chi phí vật liệu cao và phần lớn các loại hạt nhựa khử PFAS chuyên dụng thường không tái sinh tại chỗ mà phải thay thế hoặc xử lý ngoài hệ thống sau khi bão hòa.
Trao đổi ion bằng hạt nhựa chuyên dụng (Ion Exchange - IX)

4.3. Màng thẩm thấu ngược (RO) và màng lọc Nano (NF)

Đây là phương pháp tách vật lý sử dụng áp suất cao để loại bỏ PFAS khỏi nước thông qua màng bán thấm.

  • Cơ chế: PFAS bị giữ lại nhờ cơ chế sàng lọc kích thước phân tử và lực đẩy điện tích trên bề mặt màng. Hầu hết các hợp chất PFAS được giữ lại ở dòng cô đặc (concentrate/ reject).
  • Đặc điểm: Hiệu suất loại bỏ cao, nhiều hệ thống RO có thể đạt hiệu suất trên 90-99% đối với PFOA và PFOS. Tuy nhiên, hiệu suất có thể thấp hơn đối với một số PFAS chuỗi ngắn (như PFBS hoặc PFBA). Nhược điểm là phát sinh dòng thải cô đặc cần xử lý tiếp.
màng lọc Nano (NF)

4.4. Công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs) và phân hủy điện hóa

Nhóm công nghệ này hướng đến phá vỡ liên kết C-F bền vững để tiêu hủy PFAS thay vì chỉ tách ra khỏi nước.

  • Cơ chế:
    • Phân hủy điện hóa: sử dụng điện cực đặc biệt (ví dụ BDD) để bẻ gãy liên kết C-F
    • Plasma hoặc các dạng oxy hóa năng lượng cao: tạo ra các gốc oxy hóa mạnh để phân hủy PFAS thành các chất đơn giản như F⁻,  CO₂ và các hợp chất hữu cơ mạch ngắn hơn.
  • Đặc điểm: Có khả năng tiêu hủy PFAS triệt để, phù hợp xử lý dòng cô đặc hoặc nước thải có nồng độ cao. Tuy nhiên, chi phí đầu tư lớn, tiêu tốn nhiều năng lượng và vẫn đang được ứng dụng chủ yếu trong các hệ thống xử lý chuyên sâu hoặc pilot scale.
Công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs) và phân hủy điện hóa

Bảng tổng kết các phương pháp xử lý PFAS:

ĐẶC ĐIỂM GAC Ion Exchange RO / NF AOPs / Electro-chemical
Cơ chế Hấp phụ Trao đổi ion Màng lọc Phá hủy hóa học
Hiệu quả Trung bình – cao Cao Rất cao Rất cao
PFAS chuỗi ngắn Kém Tốt Tốt Tốt
Chi phí Thấp Trung bình Cao Rất cao
Ứng dụng Nước cấp Nước cấp / công nghiệp Nước tinh khiết Xử lý chuyên sâu

5. Các câu hỏi thường gặp về PFAS

PFAS là chất gì?

PFAS là nhóm hợp chất hữu cơ chứa fluor với liên kết C–F rất bền, khó phân hủy và tồn tại lâu dài trong môi trường nước.

Hóa chất vĩnh cửu PFAS có ở đâu?

PFAS có trong nước ngầm, nước mặt và phát sinh từ bọt chữa cháy, công nghiệp, vật liệu chống dính và bãi chôn lấp.

Tác hại của hóa chất vĩnh cửu PFAS là gì?

PFAS có thể gây ung thư, rối loạn nội tiết, suy giảm miễn dịch và ảnh hưởng đến sinh sản khi phơi nhiễm lâu dài.

Có quy định nào giới hạn nồng độ PFAS trong nước không?

Có, theo EPA quy định giới hạn PFOA và PFOS ở trong nước uống là 4 ppt (4 ng/L). Ngoài ra, EPA cũng đưa ra giới hạn cho một số PFAS khác như PFNA, PFHxS và GenX.

Màng RO có lọc được PFAS trong nước không?

Có, RO là công nghệ hiệu quả cao, có thể loại bỏ phần lớn PFAS nhờ cơ chế màng lọc áp lực.

Có thể loại bỏ PFAS trong nước bằng những phương pháp nào?

Các phương pháp chính gồm hấp phụ (GAC), hạt nhựa trao đổi ion, màng RO/NF và công nghệ phá hủy như điện hóa.

Làm sao để giảm nguy cơ tiếp xúc PFAS qua nguồn nước?

Sử dụng hệ thống lọc phù hợp (RO, GAC), kiểm tra nước định kỳ và kiểm soát nguồn nước đầu vào.

Như vậy, hóa chất vĩnh cửu PFAS là nhóm vi ô nhiễm khó xử lý và có nguy cơ ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người và thiết bị xử lý nước. Việc kiểm soát, phát hiện và lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo chất lượng nước. Quý khách hàng có nhu cầu được tư vấn về các phương pháp phù hợp thì hãy liên hệ với chúng tôi – ATS Water Technology – ngay hôm nay.

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ NƯỚC ATS