PFAS (perfluórované a polyfluórované alkylové látky) predstavujú skupinu syntetických organických zlúčenín, ktoré sa vďaka svojim jedinečným chemickým a fyzikálnym vlastnostiam používajú v mnohých priemyselných a komerčných aplikáciách. Zároveň však predstavujú veľkú výzvu pre priemyselné čistenie vody a odpadových vôd kvôli svojej perzistencii, mobilite a toxikologickým účinkom.

PFAS sú tiež známe ako „večné chemikálie“, pretože sa v životnom prostredí takmer nerozkladajú a môžu sa hromadiť v organizmoch, ako aj vo vodných a pôdnych zdrojoch. Ich odstránenie si vyžaduje špecializované postupy a technológie.

Chemické a fyzikálne vlastnosti PFAS

PFAS sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami:

1. Chemická štruktúra:

   • Skladajú sa z reťazca atómov uhlíka, ktoré sú úplne alebo čiastočne nahradené atómami fluóru.
   • C-F väzba je jednou z najsilnejších väzieb v chémii a dodáva PFAS ich tepelnú stabilitu, odolnosť voči chemikáliám a hydrofóbnosť.

2. Trvalosť:

   • PFAS sú extrémne odolné voči biologickému a chemickému rozkladu.
   • Ich polčas rozpadu v životnom prostredí a živých organizmoch trvá niekoľko rokov až desaťročí.

3. Hydrofilné a lipofilné vlastnosti:

   • PFAS sú amfifilné, t. j. majú vodoodpudivé (hydrofóbne) aj mastnotu odpudzujúce (lipofóbne) vlastnosti.

4. Mobilita:

   • Dlhé reťazce ako PFOA (perfluóroctová kyselina) alebo PFOS (perfluóroctový sulfónat) sú veľmi mobilné a môžu kontaminovať podzemné a povrchové vody na veľké vzdialenosti.

Zdroje PFAS

PFAS sa používajú v mnohých výrobkoch a procesoch, medzi ktoré patria:

1. Priemyselné procesy

PFAS sa používajú v priemyselných procesoch na využitie špecifických funkčných vlastností, ako je chemická stabilita, hydrofóbnosť a teplotná odolnosť. Tu je niekoľko hlavných použití:

a) Výroba hasiacich pien (AFFF)

• Penové prostriedky na báze PFAS (AFFF) sa používajú na rýchle hasenie horľavých kvapalín, ako je benzín alebo olej.
• Vytvárajú chemicky stabilnú penovú vrstvu, ktorá oddeľuje kyslík od ohniska požiaru a umožňuje efektívne hasenie.
• Oblasti použitia: letiská, petrochemické závody, vojenské zariadenia.
• Problém: Zvyšky týchto pien sa často dostávajú priamo do pôdy alebo podzemnej vody a odtiaľ sa šíria na veľké plochy.

b) Galvanotechnika a povrchová úprava

• PFAS sa používajú ako zmáčadlá v galvanizácii, aby sa minimalizovali rozstreky počas procesu nanášania povlaku a aby sa vytvorili rovnomerné vrstvy na kovových povrchoch.
• Typické použitie: Výroba antikoróznych náterov a trvanlivých kovových výrobkov.
• Nebezpečenstvo: Odpadové vody z výroby často obsahujú vysoké koncentrácie PFAS, ktoré sa bez úpravy môžu dostať do životného prostredia.

c) Textilný a kožiarsky priemysel

• PFAS sa používajú ako vodoodpudivé, nečistoty a mastnotu odpudzujúce povlaky v textilných výrobkoch, kožených výrobkoch a kobercoch.
• Príklady: impregnované outdoorové oblečenie, vodu odpudzujúca obuv, poťahy na pohovky odolné voči škvrnám.
• Problém životného prostredia: Odpady a zvyšky z výroby, ako aj vyplavovanie PFAS počas používania a čistenia.

2. Spotrebné výrobky

Mnohé bežné výrobky obsahujú PFAS, pretože ich robia odolnejšími, odolnejšími a funkčnejšími. Niektoré hlavné použitia sú:

a) Antipripaľovacie povlaky v kuchynskom riade

• PFAS, najmä PTFE (polytetrafluóretylén), sa používa na výrobu nepriľnavých povrchov hrncov a panvíc.
• Výhody: Zvýšená odolnosť voči teplu a jednoduché čistenie.
• Problém: Opotrebenie povlaku počas používania môže spôsobiť uvoľňovanie malých množstiev PFAS, ktoré sa dostávajú do životného prostredia alebo do potravín.

b) Impregnácia papiera, lepenky a obalov

• PFAS dodávajú papierovým výrobkom vodoodpudivé a mastnotu odpudzujúce vlastnosti.
• Príklady: Obaly na rýchle občerstvenie, kartóny na pizzu, vrecká na mikrovlnný popcorn.
• Nebezpečenstvo: Po použití sa tieto obaly dostávajú do odpadu a pri rozklade uvoľňujú PFAS, napr. do skládkovej vody.

c) Čistiace prostriedky a leštidlá

• Výrobky obsahujúce PFAS sa používajú na výrobu vodoodpudivých a nečistôt odpudzujúcich povlakov na povrchy ako sklo, kov a keramika.
• Príklad: leštidlá na vozidlá, čističe okien, ochranné prostriedky na nábytok.
• Problém: Používaním a následným oplachovaním sa PFAS dostávajú do odpadových vôd.

3. Odpadové vody a skládky

PFAS z priemyselných procesov a spotrebných výrobkov sa nakoniec dostávajú do životného prostredia prostredníctvom:

a) Odpadové vody z výroby

• Odpadové vody z priemyselných zariadení často obsahujú vysoké koncentrácie PFAS, najmä ak sú vypúšťané do vôd bez dostatočného čistenia.
• Odvetvia s mimoriadne vysokými emisiami: chemická výroba, textilné továrne, spracovanie kovov a výroba plastov.

b) Voda z odkalísk

• Materiály kontaminované PFAS, ako sú impregnované obaly, textílie alebo zvyšky hasiacej peny, sa často skladujú na skládkach.
• Pri rozklade tohto odpadu sa PFAS dostávajú do vsakovacej vody, ktorá môže v nezpracovanej forme preniknúť do podzemnej alebo povrchovej vody.
• Výzva: Mobilita PFAS sťažuje ich spätné získavanie z infiltračnej vody.

c) Difúzne zdroje

• PFAS sa uvoľňujú aj z difúznych zdrojov, napríklad prostredníctvom atmosférických vplyvov alebo poľnohospodárskych plôch, ktoré boli hnojené PFAS kontaminovaným čistiarenským kalom.
• Tieto záznamy sa ťažko kontrolujú a prispievajú k rozsiahlej kontaminácii.

Výzvy spojené s PFAS pri úprave vody a čistení odpadových vôd

1. Vplyv na zdravie:

   • PFAS sú bioakumulatívne a existuje podozrenie, že sú karcinogénne, majú vplyv na hormóny a sú imunotoxické.
   • Ovplyvňujú reprodukciu, hormonálny systém a imunitný systém.

2. Regulačné požiadavky:

   • Prísne zákonné limity pre PFAS v pitnej vode a odpadových vodách už platia alebo sa zavádzajú po celom svete.
   • Napríklad v EÚ platí pre PFOA a PFOS maximálna hodnota 0,1 µg/l v pitnej vode.

3. Technologické výzvy:

   • PFAS sú ťažko rozložiteľné a nie je možné ich odstrániť bežnými postupmi úpravy vody alebo odpadových vôd, ako je biologické čistenie alebo jednoduchá filtrácia.

Technológie na odstraňovanie PFAS

Odstránenie PFAS z vody si vyžaduje špecializované a inovatívne postupy. Medzi najdôležitejšie technológie patria:

1. Adsorpcia pomocou aktívneho uhlia

• Mechanizmus: Molekuly PFAS sa adsorbujú na poréznom povrchu aktívneho uhlíka.
• Výhody: Vysoká účinnosť pri odstraňovaní dlhých reťazcov PFAS (napr. PFOS, PFOA).
• Obmedzenia: Nižšia účinnosť pri krátkych reťazcoch PFAS, ktoré sú menej hydrofóbne. Je potrebná pravidelná regenerácia alebo výmena aktívneho uhlia.

2. Iónové výmenné zariadenia

• Mechanizmus: PFAS sa viažu na povrchy živice prostredníctvom iontových interakcií.
• Výhody: Veľmi účinný pri krátkych reťazcoch PFAS.
• Obmedzenia: Vysoké prevádzkové náklady a pravidelná regenerácia.

3. Oxidačný proces

• UV/ozón, Fenton alebo UV/H2O2:
  • Čiastočný rozklad PFAS vysoko reaktívnymi hydroxylovými radikálmi.
  • Účinný pri určitých PFAS, ako je PFOS, ale nie pri všetkých.
• obmedzenia:
  • Vysoké energetické nároky.
  • Riziko tvorby toxických medziproduktov