全氟/多氟烷基化合物(Per- and Polyfluoroalkyl Substances, PFAS)為持久性有機污染物，易長期存在於各環境介質(空氣、土壤、地表水及地下水等)中且難以自然衰減，流行病學研究亦顯示對於人類健康將造成負面影響。聯合國於2009年訂定斯德哥爾摩公約，陸續禁/限用全氟辛酸(Perfluorooctanoic Acid, PFOA)與全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate, PFOS)等多種PFAS；同時美國、歐盟等多國也開始針對環境介質中的PFAS進行源頭管制及評估管理程序(Brunn et al., 2023； Cotruvo et al., 2023)。然環境部重視國際接軌及環境安全，持續關注此類新興污染物，於列管毒性化學物質及其運作管理事項中納管(如PFOA和PFOS等)，並於環境中進行辦理調查。國外地下水PFAS改善技術，在考量此類物種具有長鏈疏水性全氟化碳鏈(C_nH_2n+1)和親水性官能基(-SO₃⁻和-COO⁻)，其化學穩定性高且具水溶性的特性後，多以抽出處理法(Pump & Treat)進行，在後端的處理法以(1)顆粒活性碳、(2)離子交換樹脂及(3)薄膜法較為常見(Lu et al., 2020)，但多有建置及營運成本高、處理過後的廢棄耗材仍需去化及能源使用高等缺點。因此，為解決廢棄耗材衍生二次污染之疑慮，本團隊構想為運用地下水抽出處理系統將地下水中PFAS抽出離地後，選用綠色材料之可再生活性碳吸附顆粒搭配中空纖維納濾預濃縮技術削減地下水中PFAS，期望能找出經濟且有效的綠色處理工法。

活性碳是一種典型用於去除水體中PFAS的吸附劑，吸附法係利用介面傳輸將污染物累積於吸附劑表面進而從廢水中分離。常用的吸附劑除了活性碳，還有離子交換樹脂及礦質材料等。活性碳可由多種不同材料製成，如椰子殼、木材或煙煤等，因具有非極性表面，使其適合吸附疏水性質的污染物(Du et al., 2014)。研究報告結果顯示，活性碳在去除水中的PFAS方面有其限制，除了對於短碳鏈之全氟化合物之去除效果較差之外(Eschauzier et al., 2012)，若處理水體中含有機化合物也會影響其吸附效率。總體而言，雖然活性碳廣泛用於去除PFAS，但其效果可能會因特定的PFAS化合物和水體性質而異，且需考慮廢活性碳或用過的吸附劑後續處置和處理方式。

可再生型吸附顆粒(regenerative adsorption particles，簡稱RAP)粒徑大小約20~40 mesh，係以椰殼活性碳為基底(圖1a)覆蓋有效成分(Ru-A-B金屬氧化物)，其中Ru披覆量僅0.01%，對比市場上一般的貴金屬觸媒，其獨特的奈米薄層製備技術使活性成分均勻覆蓋，較一般活性碳更具催化臭氧產生氫氧自由基(·OH)的效果，為一具有吸附、催化氧化特性的貴金屬覆蓋多孔活性碳催化劑，可能的氧化還原機制詳見圖1b, c。Ru(III)~Ru(VII)的氧化電位高達3.65 V，明顯較氫氧自由基(2.80 V)及臭氧(2.07 V)高，顯示其具有較傳統產生氫氧自由基的高級氧化程序有更佳的氧化能力(圖2)，可在短時間催化氧化有機污染物，且活性更強、成本更低並可重複活化使用(Povar et al., 2016)。RAP於地下水整治的應用將以取代顆粒活性碳為主，定位為可再生型的活性碳，即能處理同時加入氧化劑，進行同步吸附和催化氧化再生。再生過程會利用活性碳表面披覆奈米薄層的多金屬氧化物，並透過加入適量的氧化促進劑(如臭氧、次氯酸鈉、雙氧水或氧氣等)，促進Ru金屬的氧化態以有效處理難分解有機物。故RAP經再生活化可重複使用，無廢棄活性碳處置疑慮，可大幅降低營運成本，為一綠色材料。

圖1、(a)RAP外觀及(b)(c)為可能的氧化還原機制

圖2、 RAP覆蓋Ru與傳統高級氧化之氧化電位比較

中空纖維納濾膜(hollow fiber nano filtration, 簡稱hi-NF)較傳統納濾膜具高填充密度、耐氯性、耐酸鹼性、通量大、可反洗、預處理要求及低裝置占地面積小等特點，有良好的環境效益、經濟效益和展望性。另國外有使用中空纖維納濾膜對PFAS地表水受影響區域進行現地試驗，其對多種PFAS皆有極佳的截流率。有相關研究之數據顯示(圖3)，在短鏈PFAS(如PFBA或PFBS)較於長鏈PFAS(如PFOA或PFOS等)有較差的截流率，其主要原因為NF膜截流分子量範圍為200~1000 Da，故中空纖維納濾截流率隨PFAS碳鏈分子量多寡呈正相關，因此使用此法作為PFAS預濃縮串接RAP技術將其削減構想可行性甚高。

將來應用於PFAS受影響區域構想如圖4所示，即運用地下水抽出處理系統將地下水中PFAS抽出離地後再處理，在地下水抽出後使用中空纖維納濾膜以預濃縮的方式試驗評估在地下水PFAS濃度相對較低條件下的應用成效，後再搭配團隊開發之RAP進行高級氧化處理，對PFAS化學鍵結產生破壞，並經水力控制將改善水體回注，以達到削減地下水PFAS的目標。

圖3、中空纖維納濾在各種PFAS上的截流率(資料來源：NX Filtration)

圖4、中空纖維納濾預濃縮搭配RAP及P&T系統示意

RAP技術較於傳統高級氧化法具低碳、低污泥及低成本等優勢，且於土壤地下水領域中輕質非水相液體油品處理有整治模場實績(周等人，2023)。期望透過本技術能於有效、低建置、操作成本情形下削減水中PFAS，開創復育地下水環境友善的新工法，同時藉由RAP技術可再生之特性，能減少廢棄物產生達到綠色永續目的，讓水治理朝4L+C (低污染、低耗能、低成本、低空間及循環經濟)發展。

參考文獻

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2. Cotruvo, J. A., Goldhaber, S. B., & Cohen, A. J. (2023). EPA's Unprecedented Interim Drinking Water Health Advisories for PFOA and PFOS. Groundwater, 61(3), 301-303.
3. Du, Z., Deng, S., Bei, Y., Huang, Q., Wang, B., Huang, J., & Yu, G. (2014). Adsorption behavior and mechanism of perfluorinated compounds on various adsorbents—A review. Hazardous materials, 274, 443-454.
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6. NX Filtration, PFAS process retention rates from real world validation by KWR. <網址: https://nxfiltration.com/solutions/pfas-retentions-of-direct-nanofiltration-validated-by-kwr/ >
7. Povar, I., & Spinu, O. (2016). Ruthenium redox equilibria 3. Pourbaix diagrams for the systems Ru-H2O and Ru-Cl--H2O. Journal of Electrochemical Science & Engineering, 6(1), 145–153.
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9. 周珊珊、簡偉倫、陳國源、陳銘健、吳芳鈴、郭宥妍(2023)，應用可再生型吸附顆粒(RAP)搭配多介質水力沖洗循環系統(HFS)去除受LNAPL污染之土壤及地下水案例介紹。環保署環訓所環境教育及訓練電子報，第189期，<網址: https://record.moenv.gov.tw/Epaper/112189/index.html >。