一、前言

全氟/多氟烷基化合物(per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)為持久性有機污染物，有疏油疏水、熱穩定和化學穩定等特性，難以自然衰減且長期存在於環境中，對人類健康具有危害。聯合國自2009年起通過斯德哥爾摩公約，逐步禁止與限制多種PFAS的使用。表1為美國環保署於2024年訂定包括保障地下水水源的6種PFAS飲用水最大污染物容許濃度(maximum contaminant levels, MCL)。然台灣環境部目前於列管毒性化學物質及其運作管理事項中納管數種PFAS，如PFOA、PFOS及PFHxS （113年04月新增）等，已在113年9月26日預告修正「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」部分條文草案，於「附表六、事業或污水下水道系統應檢測申報新興關注項目及頻率」公告，自民國115年起，多種行業別的原廢水及放流水須每年檢測一次水中PFOS、PFOA及PFHxS，正持續關注此類新興污染物，致力於蒐集國內外PFAS管制動態、掌握國內PFAS物質流向及評估管制範疇等事項，接軌國際管制趨勢（環管署土基會，2023年），因此迫切需要研發適當的處理技術。

表1、美國環保署飲用水PFAS標準(USEPA, 2024)

二、關鍵技術介紹與研究方法

國外地下水PFAS改善技術，在考量全氟/多氟烷基化合物具有長鏈疏水性全氟化碳鏈和親水性官能基，處理法多以(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，為解決削減PFAS主流技術產生的廢棄耗材棄置，衍生二次污染之疑慮，本研究採用兩種不同的處理技術，分別為可再生型吸附顆粒（regenerative adsorption particles，簡稱RAP）及中空纖維納濾膜（hollow fiber nano filtration, 簡稱hi-NF）。

RAP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%，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。而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，顯示其相比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1b），可在短時間催化氧化有機污染物，具(1)優異的氧化還原特性、(2)適用於各種具生物抑制特性廢水（包括地下水）、(3)易回收再利用及(4)佔地面積小及(5)可原位活化等優勢，為一綠色低碳的新穎處理技術。另外考量地下水中PFAS濃度極低，可透過預濃縮技術再搭配RAP進行處理，即能更有效提升處理效能。hi-NF由聚醚碸(polyethersulfone, PES)改性中空纖維所組成，較傳統卷式納濾膜具備進水水質預處理要求低且可反洗等特性；國外研究學者亦證實NF對PFAS污染物皆有極佳的截留率，其主要原因為NF膜截留分子量範圍為200~1000 Da，故中空纖維納濾截留率隨PFAS碳鏈分子量多寡呈正相關，實驗室模組示意如圖2所示。

圖1、(a)RAP外觀及(b)RAP覆蓋Ru與傳統高級氧化法之氧化電位比較

圖2、實驗室級hi-NF膜示意圖

三、結果與討論

3.1 RAP表面性質分析

由於RAP係以獨特的奈米薄層製備技術，使貴金屬氧化物（Ru－A－B金屬氧化物）活性成分均勻覆蓋於椰殼活性碳上，其中Ru披覆量為0.01%，因此在RAP製備完成後，使用高解析比表面積分析儀，比較全新RAP和AC兩者的比表面積與孔洞差異，表2整理為RAP和AC之孔洞特性，RAP之BET比表面積、孔洞容積分別為938 m²/g、0.45 cm³/g、略低於AC之961 m²/g、0.45 cm³/g，顯示雖所負載於表面之金屬氧化物沉積於部分孔洞間，但仍保有相當的吸附能力。而兩者之孔洞直徑皆落在1.9 nm之間，屬於微孔材料(＜ 2 nm)。

表2、RAP和AC之比表面積與孔洞特性

3.2 RAP及AC對PFHxA吸附容量

本實驗配置PFHxA實際濃度約為2.59 mg/L，測試體積為1.5 L，精秤1 g的RAP與活性碳，探討兩種吸附材料對PFHxA吸附效果的差異。結果整理如圖3所示，經吸附2880 min後，吸附容量曲線變化已趨近平緩，表示兩種吸附材料幾近達飽和吸附容量，計算其吸附容量分別為活性碳3.86 mg PFHxA/g AC與RAP吸附容量3.88 mg PFHxA/g RAP。總結上述，兩種吸附材料（RAP及AC）對PFHxA吸附容量相當，與表2孔洞特性相互應證。

圖3、兩種吸附材料（RAP及AC）對PFHxA的吸附容量

3.3 hi-NF對不同PFAS的預濃縮試驗

依據目前的實驗結果得知，對低分子量的PFBA亦可達到一定的截留率。以操作壓力4 kg/cm²、回收率90%、PFAS進水濃度約200 ppb為操作條件，另外進行較高分子量的PFHpA (C7)及PFOA(C8)的濃縮截留效率評估，並以兩段式NF串聯方式測試，希望能進一步提升PFAS的截留率與濃縮率。實驗方式為第一次NF過濾實驗在水樣循環15分鐘後，收集出水及濃水，再將濃水做為第二次實驗之進水（串聯濃水），以提升濃縮倍數。實驗結果如表3，發現NF分離PFHpA (C7)及PFOA (C8)的產水濃度均為ND，濃縮倍數大幅提升至11.7及45.9，此結果與其他文獻的研究成果相當，顯見未來在場址中以NF來濃縮PFOA及PFOS的可行性極高。

表3、兩段串聯hi-NF操作對不同PFAS的濃縮結果

3.4 全氟己酸PFHxA (perfluorohexanesulfonic acid)-RAP吸附/催化氧化程序

依3.2節所述，RAP對PFHxA吸附容量約為3.88 mg PFHxA/g RAP，因此本實驗在前兩批次主要為吸附作用，選擇第3~5批次的結果進行討論。表4為其實驗結果，本實驗配製的PFHxA濃度為2.45 mg/L，分別使用不同氧化促進劑進行試驗。結果得知臭氧曝氣反應最快（0.5小時），其次是雙氧水輔以空氣曝氣（4小時），而空氣曝氣則需48小時，且分別生成1.39~1.51 mg/L、1.19~1.27 mg/L及1.11~1.18 mg/L氟離子。

表4、五循環批次（吸附/催化氧化程序）RAP削減PFHxA數據

四、結論與建議

4.1 結論

經hi-NF的預濃縮試驗，藉由兩段式NF串聯方式，可將PFBA濃縮4.17倍，高分子量的PFHpA (C7)及PFOA (C8)濃縮倍數可大幅提升至11.7及45.9倍。預濃縮後的PFAS再以RAP技術搭配不同氧化促進劑削減PFAS有不錯的氧化斷鍵能力，後續可參照該實驗參數應用於其他PFAS物種，以釐清RAP技術對短鏈及長鏈PFAS的最適化操作參數及中間產物生成情形。另促進劑的氧化能力對降解效果有顯著影響，氧化能力的強弱順序為臭氧曝氣>雙氧水（輔以空氣曝氣）>空氣曝氣。

4.2 建議

目前實驗室已證實RAP搭配不同氧化促進劑，以吸附/催化氧化法能削減PFAS，且能同步進行再生程序，使RAP得以重複使用。因此未來會持續探討RAP技術處理PFAS之相關應用，以找出既經濟且能有效削減PFAS最適化條件。另為使RAP能夠重複使用，建議可利用RAP經多循環批次吸附後再生程序，比較再生前後的吸附量，得出再生效率差異，建立RAP削減水中PFAS最適化再生程序參數，以確認RAP活化週期，完成RAP技術削減PFAS的成效評估。

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