تعریف PFAS و اهمیت زیست‌محیطی

PFAS (مخفف Per- and Polyfluoroalkyl Substances) به خانواده‌ای از ترکیبات آلی فلوئوردار گفته می‌شود که به دلیل پایداری بسیار زیادشان به «مواد شیمیایی ابدی» شهرت یافته‌اند. این مواد آلاینده‌های نوظهور پایداری هستند که تجزیه طبیعی آن‌ها در محیط تقریباً غیرممکن است. پیوند کربن-فلوئور در ساختار PFAS یکی از قوی‌ترین پیوندهای شیمی آلی است و همین امر باعث می‌شود در برابر فرایندهای زیست‌پالایی و تجزیه شیمیایی مقاوم باشند. به بیان دیگر، PFAS پس از رهاسازی می‌توانند ده‌ها سال در محیط باقی بمانند و انباشته شوند. برخی از انواع PFAS خاصیت پایداری، تجمع‌پذیری زیستی و سمی بودن (ویژگی‌های PBT) دارند که موجب نگرانی‌های جدی زیست‌محیطی شده است.

کاربرد گسترده PFAS در صنایع مختلف از دهه ۱۹۴۰ میلادی آغاز شد و به مرور این ترکیبات در محصولات متنوعی به کار رفتند. از جمله موارد مصرف شاخص می‌توان به تولید منسوجات ضدآب، ظروف نچسب (مثل تفلون)، بسته‌بندی مواد غذایی و فوم‌های اطفاء حریق اشاره کرد. متأسفانه پایداری و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاص PFAS باعث شده این ترکیبات به راحتی وارد محیط‌زیست شوند (مثلاً از طریق پساب صنعتی یا نفوذ به خاک) و در آن باقی بمانند. تحقیقات نشان داده حضور PFAS اکنون تقریباً در همه جای کره زمین قابل ردیابی است – از آب‌های زیرزمینی و خاک گرفته تا بافت جانوران قطبی. تجمع زیستی این مواد در زنجیره غذایی موجب نگرانی‌های بهداشتی شده است؛ مطالعات متعددی مواجهه با PFAS را با اختلالات غدد درون‌ریز، تضعیف سیستم ایمنی، مشکلات باروری، افزایش کلسترول و حتی برخی سرطان‌ها مرتبط دانسته‌اند. به دلیل همین خطرات بالقوه، بسیاری از کشورها استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای برای غلظت مجاز PFAS در آب آشامیدنی وضع کرده‌اند – به طور مثال حد مجاز برخی ترکیبات اصلی این گروه در آب شرب ایالات متحده تنها ۴ نانوگرم بر لیتر (ppt) تعیین شده است که دستیابی به آن مستلزم به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته تصفیه است.

فوم‌های حاوی PFAS و موارد مصرف

یکی از مهم‌ترین کاربردهای PFAS در گذشته، تولید فوم‌های اطفاء حریق مخصوص آتش‌های سوخت‌های مایع (معروف به کلاس B) بوده است. این فوم‌ها – از جمله AFFF (کف تشکیل‌دهنده لایه آبی) – حاوی ترکیبات فلوئورهستند که به کاهش کشش سطحی آب و ایجاد لایه‌ای نفوذناپذیر روی مایعات اشتعال‌زا کمک می‌کنند و بدین ترتیب آتش را سریع‌تر خفه می‌نمایند. در فرمولاسیون بسیاری از فوم‌های آتش‌نشانی کلاس B بین ۱ تا ۵ درصد ترکیبات PFAS به‌کار می‌رود. از دهه ۱۹۷۰ به بعد، این فوم‌های مقاوم در برابر آتش به طور گسترده در پایگاه‌های نظامی و هوایی، فرودگاه‌های غیرنظامی، پالایشگاه‌ها و تأسیسات نفتی برای اطفاء آتش سوانح سوخت و همچنین در تمرین‌های آموزشی استفاده شده‌اند. به عنوان نمونه، گزارش‌ها نشان می‌دهد حدود ۶۰٪ از فوم‌های آتش‌نشانی فعلی حاوی PFAS هستند که استفاده گسترده آن‌ها طی سالیان، آلودگی خاک و آب‌های زیرزمینی بسیاری از فرودگاه‌ها و مناطق نظامی را در پی داشته است. فوم‌های حاوی PFAS به ویژه فوم‌های حاوی پرفلوئورواکتان‌سولفونات (PFOS) و پرفلوئورواکتانوآت (PFOA) مقصر اصلی آلودگی‌های گسترده در اطراف محل‌های آموزش آتش‌نشانی و محل‌های ذخیره سوخت شناخته شده‌اند. رهاسازی این فوم‌ها در طی عملیات اطفاء یا آزمون تجهیزات، باعث نفوذ PFAS به خاک و آب‌های زیرزمینی شده و لکه‌های آلایندگی پایدار ایجاد کرده است. این آلودگی‌ها به‌دلیل پایداری PFAS به‌سختی به‌طور طبیعی پاکسازی می‌شوند و سال‌ها در محیط باقی می‌مانند. از این رو، بسیاری از کشورها اخیراً اقدام به محدود کردن یا ممنوعیت استفاده از فوم‌های حاوی PFAS کرده‌اند (مثلاً اتحادیه اروپا در سال ۲۰۲۵ مقرراتی برای حذف تدریجی فوم‌های آتش‌نشانی حاوی PFAS طی ۱۰ سال آینده وضع کرده است). صنایع نظامی نیز در جستجوی جایگزین‌های فاقد فلوئور برای فوم‌های اطفاء حریق هستند تا هم مخاطرات زیست‌محیطی را کاهش دهند و هم هزینه‌های پاکسازی آتی را کم کنند.

چالش‌های اصلی در حذف و پاکسازی PFAS

ویژگی منحصربفرد PFAS پایداری شیمیایی و حرارتی بسیار بالای آن است که چالش‌های زیادی در پاکسازی این ترکیبات ایجاد می‌کند. همان‌طور که اشاره شد، پیوندهای کربن-فلوئور در مولکول PFAS بسیار قوی بوده و در برابر بیشتر فرآیندهای تجزیه‌ای مقاوم‌اند. در نتیجه روش‌های معمول تصفیه آب و خاک که برای آلاینده‌های متداول به‌کار می‌روند، در مورد PFAS کارایی چندانی ندارند. برای مثال، تکنیک‌هایی نظیر هوادهی و استخراج بخارات (برای آلاینده‌های فرّار) در مورد PFAS مؤثر نیستند، زیرا اغلب ترکیبات این گروه غیر فرّار و محلول در آب هستند. همچنین تجزیه زیستی (Bioremediation) تحت شرایط طبیعی تقریباً رخ نمی‌دهد چون میکروارگانیسم‌ها توان شکستن پیوندهای فلوئوردار را ندارند. حتی فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند اکسیداسیون شیمیایی یا حرارت‌دهی خاک در برخی موارد به تخریب کامل PFAS منجر نشده و ممکن است تنها به جابجایی یا تغلیظ آلودگی بیانجامند. به علاوه، حضور سایر آلاینده‌ها یا مواد آلی طبیعی در محیط می‌تواند کارایی روش‌های پاکسازی را کاهش دهد، زیرا PFAS در مخلوطی از ترکیبات رقابت‌پذیر قرار می‌گیرد و جداسازی یا تخریب آن دشوارتر می‌شود.

یکی دیگر از چالش‌های اساسی، غلظت‌های بسیار ناچیز هدف‌گذاری‌شده برای پاکسازی است. همان‌طور که ذکر شد استانداردهای جدید، سطوح مجاز چند ppt (بخش در تریلیون) را برای آب آشامیدنی تعیین کرده‌اند. رساندن غلظت آلاینده به چنین سطوح پایینی، حتی پس از اعمال روش‌های تصفیه، بسیار دشوار است و نیاز به فرایندهای چندمرحله‌ای و ترکیبی دارد. به بیان دیگر، در بسیاری موارد باید ابتدا PFAS را از محیط جدا یا متمرکز کرده و سپس در مرحله‌ای جداگانه آن را به طور کامل تخریب نمود تا از عدم بازگشت آن به محیط اطمینان حاصل شود. تمامی این مراحل پرهزینه و زمان‌بر بوده و نیازمند فناوری‌های نوینی است که هنوز در حال توسعه‌اند. با این حال، با توجه به خطرات روزافزون PFAS برای اکوسیستم و سلامت انسان، توسعه روش‌های مؤثر پاکسازی و مدیریت پسماند این مواد به یک اولویت جهانی تبدیل شده است.

روش‌های پاک‌سازی ترکیبات PFAS

برای مواجهه با معضل آلودگی PFAS، روش‌های گوناگونی در دست بررسی و اجرا هستند. رویکردهای پاکسازی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: الف) روش‌هایی که PFAS را از محیط جدا کرده و تغلیظ می‌کنند (بدون تخریب شیمیایی فوری) و ب) روش‌هایی که ساختار مولکولی PFAS را تخریب کرده و به ترکیبات بی‌ضرر تبدیل می‌کنند. در ادامه، مهم‌ترین فناوری‌های موجود یا در حال توسعه در این زمینه را بررسی می‌کنیم.

اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation)

روش‌های اکسیداسیون پیشرفته شامل طیفی از فرآیندهای شیمیایی هستند که در آن‌ها رادیکال‌های بسیار واکنش‌پذیر (مانند رادیکال هیدروکسیل •OH یا سولفات •SO₄⁻) جهت تخریب آلاینده‌های مقاوم تولید می‌شود. از جمله این روش‌ها می‌توان به اوزون‌زنی، پرتو فرابنفش همراه پراکسید هیدروژن، فرآیندهای فتوکاتالیستی، پلاسمای الکتریکی، سونولیز (امواج فراصوت) و اکسیداسیون شیمیایی با عوامل قوی (مانند پرسولفات) اشاره کرد. هدف نهایی در همه این فرآیندها، شکستن پیوندهای کربن-فلوئور و تبدیل کامل PFAS به دی‌اکسید کربن، آب و یون فلوئور است. برای مثال، در یک فرآیند اکسیداسیون پیشرفته ممکن است محلول آلوده را تحت تابش UV در حضور پراکسید قرار دهند تا رادیکال‌های آزاد ایجادشده به مولکول PFAS حمله کرده و آن‌را تجزیه کنند.

هرچند این روش‌ها در مقیاس آزمایشگاهی نتایج امیدبخشی در کاهش غلظت PFAS نشان داده‌اند، اما در عمل با محدودیت‌هایی مواجهند. مصرف انرژی بالا و نیاز به تجهیزات ویژه از مشکلات اصلی این فناوری‌هاست. به‌عنوان نمونه، تجزیه کامل مولکول‌های پایدار PFAS از طریق پلاسمای سرد یا پرتودهی الکترونی تنها با صرف انرژی قابل توجه امکان‌پذیر است. افزون بر این، حضور مواد آلی دیگر در آب یا خاک می‌تواند موجب مصرف رادیکال‌ها در واکنش‌های جانبی شود و کارایی اکسیداسیون را کاهش دهد. نکته مهم دیگر تولید محصولات میانی است؛ اگر فرآیند اکسیداسیون نتواند PFAS را کاملاً معدنی کند، ممکن است ترکیبات فلوئوردار کوچکتری (مثلاً اسیدهای پرفلوئوکربوکسیلیک با زنجیره کوتاه‌تر) تولید شوند که خود همچنان آلاینده‌های پایداری هستند. بنابراین طراحی این فرآیندها باید به‌گونه‌ای باشد که یا تخریب نهایی تا یون فلوئور و CO₂ پیش برود یا مرحله تکمیلی برای xử lý محصولات میانی درنظر گرفته شود. در مجموع، اکسیداسیون پیشرفته به عنوان یک روش تخریبی مهم در حذف PFAS مطرح است، اما عموماً به صورت ترکیبی با سایر روش‌ها به کار می‌رود تا هزینه و پیچیدگی عملیات توجیه‌پذیرتر شود.

جذب سطحی (Adsorption)

جذب سطحی متداول‌ترین روش برای حذف PFAS از فاز آبی (آب‌های آلوده، پساب‌ها) در مقیاس عملیاتی است. در این روش، آلاینده‌های PFAS بر روی مواد جامدی با سطح فعال بالا جذب می‌شوند و بدین ترتیب از آب جدا می‌گردند. کربن فعال رایج‌ترین جاذب مورد استفاده است که به اشکال مختلف مانند کربن فعال دانه‌ای (GAC) در فیلترها یا کربن پودری (PAC) در واحدهای اختلاط به کار می‌رود. کربن فعال به دلیل ساختار متخلخل و ماهیت آلی-غیرقطبی خود، توانایی بالایی در جذب ترکیبات آبگریز و آلی مانند PFAS دارد. پژوهش‌ها نشان داده‌اند فیلترهای بسترکربن فعال می‌توانند بیش از ۹۰٪ بار آلودگی PFAS را از آب حذف کنند. به طور خاص، PFASهای زنجیره‌بلند (مانند PFOS و PFOA) تمایل زیادی به سطح کربن داشته و تا اشباع شدن ظرفیت جذب، به‌خوبی توسط GAC حذف می‌شوند. اما در مورد ترکیبات کوتاه‌زنجیر PFAS کارایی کربن فعال کمتر است؛ این مواد به علت محلولیت بیشتر و برهم‌کنش ضعیف‌تر با سطح جاذب، سریع‌تر از بستر کربن عبور می‌کنند و موجب کاهش زمان ماند موثر فیلتر می‌شوند. از این رو اخیراً برای بهبود عملکرد، از رزین‌های تبادل یونی ویژه PFAS استفاده می‌شود. رزین‌های تبادل آنیونی با گروه‌های عاملی آبدوست می‌توانند یون‌های آنیونی PFAS (سر قطبی مولکول) را تبادل کرده و همچنین از طریق برهم‌کنش آبگریز، دم فلوئوردار مولکول را به دام اندازند. برخی رزین‌های نسل جدید به طور اختصاصی برای PFAS طراحی شده‌اند و قابلیت بازیابی (احیا) نیز دارند؛ بدین معنی که پس از اشباع شدن می‌توان PFAS جذب‌شده را با محلول نمکی از رزین جدا کرده و رزین را مجدداً به کار برد. این ویژگی از نظر مدیریت پسماند بسیار مهم است، زیرا به جای دورریز حجم بالای کربن آلوده، می‌توان محلول غلیظ کوچکتری (محلول آب‌شور احیا) حاوی PFAS را به عنوان پسماند نهایی در نظر گرفت.

به‌طور کلی، جذب سطحی به عنوان یک روش غیرتخریبی (جدا سازی) نقش چشمگیری در کاهش غلظت PFAS دارد و در تصفیه‌خانه‌های آب شهری آلوده به PFAS به کار گرفته شده است. مزیت آن سادگی عملکرد و هزینه نسبتاً کمتر در مقایسه با بسیاری از روش‌های پیشرفته است. با این حال، عیب اصلی این روش انتقال آلودگی از یک فاز به فازی دیگر است؛ یعنی PFAS از آب خارج می‌شود اما در جاذب انباشته می‌گردد. در نهایت این جاذب یا باید در شرایط ایمن دفن شود یا تحت عملیات تخریبی (مثلاً سوزاندن در دمای بالا) قرار گیرد تا PFAS تجمع‌یافته نابود شود. بنابراین جذب معمولاً به عنوان مرحله مقدماتی جهت پاکسازی آب به کار می‌رود و پس از饱和 شدن جاذب، مرحله دفع/تخریب پسماند آغاز می‌شود.

تخریب حرارتی

روش‌های حرارتی از معدود گزینه‌های موجود برای تخریب کامل ساختار PFAS محسوب می‌شوند. قوی‌ترین پیوندهای کربن-فلوئور در دمای بسیار بالا می‌شکنند؛ از این رو سوزاندن (Incineration) پسماندهای حاوی PFAS تحت شرایط کنترل‌شده، راهکاری برای نابودی این ترکیبات است. تحقیقات نشان داده سوزاندن در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و بالاتر می‌تواند PFAS را به طور کامل تا دی‌اکسید کربن، HF (اسید هیدروفلوئوریک) و سایر ترکیبات بی‌ضرر معدنی تجزیه کند. کوره‌های زباله‌سوز صنعتی با دمای بالا و زمان ماند کافی (مثلاً بیش از ۲ ثانیه در دمای >۱۱۰۰°C) قادرند نابودی ۱۰۰٪ PFAS را تضمین کنند و از این نظر یک راه‌حل نهایی برای پسماندهای غلیظ به شمار می‌روند. این روش هم‌اکنون برای امحاء کنسانتره‌های به‌دست‌آمده از دیگر روش‌های تصفیه (مثل کنسانتره اسمزمعکوس یا کربن فعال مصرف‌شده) به کار گرفته می‌شود.

با وجود اثربخشی بالقوه، تخریب حرارتی PFAS با چالش‌های مهمی همراه است. اول اینکه اگر دما یا زمان اقامت به قدر کافی بالا نباشد، امکان صددرصدی نبودن تخریب و انتشار ترکیبات فلوئوردار فرار یا محصولات جانبی خطرناک وجود دارد. برای مثال، سوزاندن ناقص می‌تواند منجر به تولید ترکیبات واسطه پایدار شده یا حتی خود PFAS را به شکل گاز به اتمسفر منتقل کند که باعث آلودگی ثانویه هوا می‌شود. دوم اینکه گازهای دودکش حاصل از سوزاندن PFAS حاوی HF و سایر اسیدهای معدنی است که باید توسط اسکرابرها و فیلترهای خاص مهار و بی‌ضرر شوند تا از آسیب به محیط زیست جلوگیری گردد. علاوه بر این، سوزاندن پسماندهای PFAS هزینه‌بر بوده و تنها در تأسیسات مجهز دفع پسماند خطرناک امکان‌پذیر است. همین ملاحظات موجب شده در برخی کشورها سوزاندن فوم‌های حاوی PFAS تا تدوین دستورالعمل‌های ایمنی به حالت تعلیق درآید. برای نمونه، وزارت دفاع آمریکا مدتی سوزاندن کربن و فوم‌های اشباع از PFAS را ممنوع اعلام کرد تا اثرات زیست‌محیطی آن بررسی شود. در اروپا نیز قوانین جدید دفع پسماند، شرایط سخت‌گیرانه‌ای برای سوزاندن این مواد وضع کرده است.

علاوه بر سوزاندن سنتی، فناوری‌های اکسیداسیون حرارتی پیشرفته نیز توسعه یافته‌اند که از شرایط دما و فشار بالا در محیط‌های بسته استفاده می‌کنند. یکی از مهم‌ترین آن‌ها اکسیداسیون آب فوق‌بحرانی (SCWO) است که در آن محلول آلوده به PFAS تحت دمایی حدود ۶۰۰-۴۰۰°C و فشار فوق‌بحرانی آب قرار گرفته و با حضور یک اکسنده (مانند هوا یا پراکسید) به سرعت اکسید می‌شود. در این شرایط فوق‌بحرانی، آب خواص حلالیتی خاصی پیدا می‌کند و واکنش‌های تخریب آلی به طور چشمگیری تسریع می‌شود. گزارش شده است که سامانه‌های SCWO می‌توانند بیش از ۹۹٫۹۹٪ آلاینده‌های PFAS را در محلول نابود کنند. برای مثال، در سال ۲۰۲5 در یک پایگاه هوایی ایالات متحده از سامانه سیار SCWO جهت امحای کامل فوم‌های AFFF استفاده شد و نتایج نشان‌دهنده تخریب قطعی ترکیبات PFAS در پسماند بود. مزیت SCWO و روش‌های مشابه این است که محصولات خروجی عمدتاً دی‌اکسیدکربن، آب و املاح معدنی (مانند فلوراید) هستند که با خنک‌سازی و تصفیه گاز می‌توان آن‌ها را بدون خطر دفع کرد. البته این فناوری نیز بسیار پرهزینه و انرژی‌بر بوده و فعلاً برای حجم‌های نسبتاً کم یا پسماندهای بسیار پرخطر به کار می‌رود. انتظار می‌رود با توسعه بیشتر، روش‌های تخریب حرارتی پیشرفته نقش مهمی در مدیریت نهایی پسماندهای PFAS ایفا کنند.

فیلترهای غشایی (جداسازی غشایی)

فناوری غشایی نظیر اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون از موثرترین روش‌ها برای جداسازی PFAS از آب به شمار می‌روند. در فرایند اسمز معکوس، آب تحت فشار از میان غشایی نیمه‌تراوا عبور داده می‌شود که فقط به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و اغلب یون‌ها و مولکول‌های بزرگ‌تر را رد می‌کند. PFAS به‌خصوص انواع بلندزنجیر که جرم مولکولی و طول زنجیره بیشتری دارند، توسط غشاها به طور موثری دفع می‌شوند. بررسی‌ها نشان داده که سامانه‌های RO قادرند عملاً تمامی انواع PFAS را با راندمان بسیار بالا از آب حذف کنند. حتی ترکیبات کوتاه‌زنجیرتر مانند PFBA و PFBS نیز به میزان زیادی توسط غشاهای نسل جدید دفع می‌شوند، هرچند درصد دفع ممکن است اندکی کمتر از PFASهای بلندزنجیر باشد. معمولاً برای دستیابی به آب خروجی عاری از PFAS، از ترکیب چند مرحله نانوفیلتراسیون/اسمزمعکوس به همراه پیش‌تصفیه‌های لازم (مثلاً فیلتر شنی برای کدورت‌گیری و حذف مواد آلی درشت) استفاده می‌شود.

مزیت بزرگ روش غشایی این است که غلظت PFAS در آب تصفیه‌شده نهایی را به مقادیر بسیار ناچیز (زیر حد استاندارد) می‌رساند و آب خروجی قابل استفاده مجدد خواهد بود. این روش در تصفیه آب شرب آلوده به PFAS (مثلاً در برخی شهرهای آمریکا و استرالیا) به کار رفته و توانسته الزامات سخت‌گیرانه کیفی را برآورده کند. اما نقطه ضعف اصلی آن تولید محلول پساب غلیظ (concentrate) است. حدود ۱۰٪ تا ۲۰٪ جریان ورودی RO به عنوان پساب غلیظ دفع می‌شود که حاوی تمامی PFAS جداسازی‌شده است. این کنسانتره خود یک پسماند خطرناک است و باید مورد مدیریت قرار گیرد. معمولاً کنسانتره اسمزمعکوس را جمع‌آوری کرده و به روش‌های حرارتی (سوزاندن) یا اکسیداسیون پیشرفته تحت xửویت قرار می‌دهند. راه‌حل دیگر، استفاده از ترکیب فناوری‌هاست؛ برای مثال می‌توان پساب غلیظ را مجدداً با رزین‌های تبادل یونی تصفیه کرد تا حجم آن باز هم کاهش یابد. به هر ترتیب، فرآیندهای غشایی از نظر مصرف انرژی نیز پرهزینه هستند زیرا نیاز به فشار بالا برای غلبه بر فشار اسمزی دارند. با این حال، به دلیل قابل اعتماد بودن در حذف کامل آلاینده، یکی از گزینه‌های اصلی در طرح‌های پالایش آب آلوده به PFAS محسوب می‌شوند و به ویژه در ترکیب با روش‌های تخریبی برای مدیریت کنسانتره، راه‌حلی موثر ارائه می‌دهند.

فناوری‌های نوین (بیوتکنولوژی و الکترواکسیداسیون)

علاوه بر روش‌های متداول بالا، پژوهش‌های زیادی روی فناوری‌های نوظهور جهت حل معضل PFAS در جریان است. دو نمونه برجسته در این زمینه بیوتکنولوژی و الکترواکسیداسیون هستند که در ادامه بررسی می‌شوند.

۱. روش‌های بیولوژیکی (بیورتکنولوژی): با توجه به پایداری زیاد PFAS، سرعت تجزیه زیستی طبیعی آن‌ها بسیار کند است. تا کنون هیچ میکروارگانیسم یا آنزیم طبیعی شناخته نشده که بتواند به طور موثر پیوندهای کربن-فلوئور را بشکند. با این حال، تلاش‌هایی برای ارتقای تجزیه زیستی در حال انجام است. یکی از رویکردها استفاده از آنزیم‌های مهندسی‌شده یا میکروب‌های اصلاح‌شده ژنتیکی است که توانایی شکستن بخشی از ساختار PFAS را داشته باشند. برای مثال، محققان روی آنزیم‌هایی مانند لاکاز یا اکسیژنازهای اختصاصی کار می‌کنند تا آن‌ها را نسبت به پیوندهای فلوئوردار فعال‌تر کنند. برخی نتایج اولیه نشان داده‌اند که آنزیم‌های استخراج‌شده از باکتری‌ها و قارچ‌ها قادرند در شرایط آزمایشگاهی تا حدود ۲۵-۳۰٪ بعضی PFASها را طی مدت معینی تجزیه کنند. هرچند این میزان تخریب کامل نیست، ولی نشان‌دهنده پتانسیل بیوکاتالیست‌ها در شکستن تدریجی این مواد است. علاوه بر آنزیم‌ها، روش‌های گیاه‌پالایی نیز مطالعه شده‌اند؛ برخی گیاهان (مثلاً گونه‌هایی از علف‌ها) می‌توانند PFAS موجود در خاک را از طریق ریشه جذب کرده و در بافت‌های خود انباشت کنند. اگرچه گیاه‌پالایی مستقیماً مولکول را تخریب نمی‌کند، اما با برداشت گیاه آلوده می‌توان خاک را از آلاینده پاکسازی فیزیکی نمود. این روش سازگار با محیط‌زیست بوده و برای آلودگی‌های وسیع اما کم‌غلظت مناسب است. با این حال، زمان لازم برای کاهش معنادار غلظت آلاینده ممکن است طولانی باشد و سپس خود گیاه آلوده نیز به عنوان پسماند خطرناک نیازمند دفع مناسب است. به طور کلی، فناوری‌های زیستی در مرحله تحقیقاتی قرار دارند و هنوز به عنوان راهکار اصلی صنعتی مطرح نیستند، اما در چارچوب یک استراتژی ترکیبی (مثلاً پیش‌تیمار زیستی و سپس اکسیداسیون شیمیایی) می‌توانند در آینده نقش‌آفرین باشند.

۲. الکترواکسیداسیون (اکسیداسیون الکتروشیمیایی): در این فناوری که یک روش تخریبی شیمیایی محسوب می‌شود، از جریان الکتریکی و واکنش‌های الکتروشیمیایی برای شکستن ساختار PFAS استفاده می‌گردد. به طور معمول، فرآیند در یک سلول الکتروشیمیایی با آندهای فعال و مقاوم (مانند الکترود الماس آلاییده بور یا اکسیدهای فلزی خاص) انجام می‌شود. هنگامی که جریان برقرار می‌شود، دو مکانیسم اصلی رخ می‌دهد: (الف) اکسیداسیون مستقیم آندی که طی آن مولکول‌های PFAS بر سطح آند جذب شده و با انتقال الکترون مستقیم تخریب می‌شوند، و (ب) اکسیداسیون غیرمستقیم که در آن در مجاورت آند، رادیکال‌های اکسنده قوی (مانند •OH، O₂• و رادیکال‌های سولفات یا کربنات) از الکترولیت تولید شده و در حجم محلول به مولکول‌های PFAS حمله می‌کنند. ترکیب این دو مکانسیم باعث می‌شود پیوندهای مقاوم مولکول گسسته شده و در نهایت به مواد ساده‌تری تبدیل شوند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند الکترواکسیداسیون توان تخریب بسیار بالایی دارد؛ در شرایط بهینه آزمایشگاهی ۹۰ تا ۹۹٫۹۹۹٪ کاهش غلظت PFAS گزارش شده است. این روش قادر است PFASهای زنجیره بلند نظیر PFOA و PFOS را کاملاً معدنی کرده و به ${\mathrm{CO}}{2}$، آب و یون فلوئور تبدیل کند. یون‌های فلوئور آزادشده را می‌توان با افزودن کلسیم به صورت ${\mathrm{CaF}}$ رسوب داد که ماده‌ای کم‌خطر است و حتی به عنوان محصول جانبی قابل استفاده صنعتی (مثلاً در تولید فولاد یا سیمان) می‌باشد. مزیت بزرگ الکترواکسیداسیون عدم نیاز به مواد شیمیایی افزوده (تنها برق و الکترودها) و قابلیت راه‌اندازی به صورت درجا (مثلاً تصفیه آب آلوده در چاه) است. با این حال، چالش اصلی آن مصرف انرژی قابل ملاحظه و افت کارایی در محلول‌های با رسانایی پایین یا آلایندگی مختلط است. به علاوه، پوشش‌دهی آندهای ویژه (مانند الماس) بسیار هزینه‌بر بوده و دوام آن‌ها محدود است. با این وجود، الکتروکسیداسیون یکی از امیدبخش‌ترین فناوری‌های مخرب به شمار می‌رود که هم‌اکنون از مرحله آزمایشگاهی به پایلوت نزدیک شده است. انتظار می‌رود با بهبود بازده انرژی (مثلاً از طریق ترکیب با فناوری‌های غشایی برای تغلیظ اولیه آلاینده) و توسعه الکترودهای ارزان‌تر، در سال‌های آتی شاهد کاربردهای صنعتی این روش برای نابودی قطعی PFAS باشیم.

مدیریت پسماندهای آلوده به PFAS

مدیریت نهایی پسماندهای حاوی PFAS به اندازه پاکسازی خود محیط اهمیت دارد. پس از جمع‌آوری فوم‌های استفاده‌شده، خاک آلوده یا جاذب‌های اشباع‌شده از PFAS، باید تصمیم‌گیری شود که با این مواد چه فرآیندی صورت گیرد تا از بازگشت مجدد آلاینده به محیط جلوگیری شود. راهبردهای مدیریت پسماند PFAS شامل ترکیبی از اقدامات قانونی، روش‌های دفع ایمن و در موارد ممکن بازیافت یا استفاده مجدد است که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:

• اقدامات قانونی و سیاست‌گذاری: کاهش مخاطرات PFAS در درجه اول نیازمند کاهش تولید و مصرف این مواد در منابع اولیه است. بسیاری کشورها برنامه‌هایی برای ممنوعیت تدریجی PFAS در کاربردهای غیرضروری به خصوص فوم‌های آتش‌نشانی دارند. اتحادیه اروپا در سال ۲۰۲۵ محدودیت سختی برای استفاده از PFAS در فوم‌های اطفاء حریق وضع کرد و هدف‌گذاری نمود طی یک دهه تمام فوم‌های حاوی PFAS حتی در صنایع پرخطر جایگزین شوند. در ایالات متحده نیز چندین ایالت استفاده آموزشی از فوم‌های حاوی PFAS را ممنوع کرده و نگهداری آن‌ها را تحت نظارت قرار داده‌اند. برای مثال، ایالت نیوهمپشایر پس از ممنوعیت AFFF در آتش‌نشانی‌های خود، یک برنامه جمع‌آوری سراسری فوم‌های قدیمی اجرا کرد تا این فوم‌ها تحویل گرفته شده و به شکلی ایمن امحاء شوند. چنین سیاست‌هایی از یک سو جلوی افزوده‌شدن آلایندگی جدید را می‌گیرد و از سوی دیگر بودجه و توجه لازم برای دفع صحیح پسماندهای موجود را فراهم می‌کند. علاوه بر این، در سطح بین‌المللی PFASهای معینی (مانند PFOS) در کنوانسیون استکهلم به عنوان آلاینده‌های آلی پایدار ثبت شده‌اند که کشورهای عضو را ملزم به حذف تدریجی ذخایر این مواد می‌کند. مجموعه این اقدامات قانونی مسیر را برای مدیریت بهتر پسماندهای PFAS هموار می‌سازد.
• دفن مهندسی‌شده و ایمن‌سازی: یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای پسماندهای جامد آلوده، دفن در محل‌های مهندسی‌شده (لندفیل‌های ویژه) است. البته دفع عادی PFAS در خاکچال‌های شهری به دلیل خطر انتشار به آب‌های زیرزمینی ممنوع یا محدود شده است. لندفیل‌های مخصوص، لایه‌های نفوذناپذیر و سیستم جمع‌آوری شیرابه دارند تا از نشت PFAS به محیط جلوگیری شود. با این حال، باید در نظر داشت که PFAS در محیط لندفیل نیز تجزیه نمی‌شوند و صرفاً محبوس می‌مانند. شیرابه زباله (leachate) این محل‌ها معمولاً حاوی غلظت بالایی PFAS است (در مطالعات غلظت‌هایی تا ۱۲۵,۰۰۰ ng/L گزارش شده است) که حتماً باید جمع‌آوری و تصفیه شود. از این رو دفن را می‌توان یک راه‌حل موقتی یا تکمیلی دانست که حتماً نیازمند ترکیب با روش‌های تصفیه شیرابه (مانند اسمزمعکوس، جاذب‌ها یا اکسیداسیون) خواهد بود.
• سوزاندن کنترل‌شده: همانطور که در بخش روش‌های حرارتی اشاره شد، سوزاندن یکی از موثرترین راه‌ها برای حذف دائم PFAS است مشروط بر آن‌که تحت شرایط کنترل‌شده انجام شود. بسیاری از پسماندهای PFAS (نظیر کربن فعال اشباع یا لجن‌های آلوده) اکنون برای امحاء نهایی به کوره‌های زباله‌سوز دارای پروتکل PFAS سپرده می‌شوند. در این تأسیسات، دمای بالا (معمولاً بالای ۱۱۰۰°C) و تجهیزات پسابی مناسب (اسکرابر اسید و فیلترهای غبار) وجود دارد تا اطمینان حاصل شود PFAS کاملاً تخریب و گازهای خروجی بی‌خطر هستند. البته مقررات سخت‌گیرانه‌ای بر این فرآیند حاکم است؛ برای مثال در اروپا اپراتورها ملزم به پایش خروجی فلوراید و سایر آلاینده‌ها بوده و باید کارایی تخریب را اثبات کنند. در آمریکا نیز EPA دستورالعمل‌های موقتی برای سوزاندن ایمن PFAS منتشر کرده است که استفاده از تکنیک‌هایی چون احتراق دو مرحله‌ای (برای افزایش زمان اقامت) و تزریق کمک‌سوز را توصیه می‌کند. به طور کلی، سوزاندن کنترل‌شده گزینه مناسبی برای پسماندهای با غلظت بالاست (مانند خود فوم تغلیظ‌شده یا رزین‌های اشباع) اما برای حجم‌های عظیم کم‌غلظت (مثل خاک آلوده) عملی و مقرون‌به‌صرفه نیست. در چنین مواردی ابتدا باید با روش‌های دیگر حجم و غلظت را کاهش داد و سپس ماده تغلیظ‌شده نهایی را سوزاند.
• بازیافت و استفاده مجدد: واژه «بازیافت» شاید در مورد PFAS به طور سنتی صدق نکند، زیرا هدف اصلی نابودی این مواد است نه استفاده چرخه‌ای مجدد از خود آن‌ها. با این حال در مفهوم مدیریت سبز، اقداماتی برای بازیافت یا استفاده مجدد از محصولات جانبی فرآیندهای پاکسازی مطرح شده است. برای example، همان‌طور که در بحث الکترواکسیداسیون اشاره شد، یون فلوئور آزادشده از تجزیه PFAS را می‌توان به صورت ${\mathrm{CaF}}_{2}$ رسوب داد که ماده‌ای کم‌خطر و قابل استفاده در صنایع است. به بیان دیگر، بخشی از عنصر فلوئور می‌تواند پس از تخریب ترکیبات آلی، بازیابی شود و به چرخه صنعت (مثلاً در تولید شیشه، سیمان یا فولاد) بازگردد. نمونه دیگر، احیای کربن فعال یا رزین‌های جذب‌شده است؛ شرکت‌های تصفیه آب معمولاً کربن فعال اشباع‌شده با PFAS را به مراکز بازفعال‌سازی حرارتی می‌فرستند تا با حرارت‌دهی در کوره، آلاینده‌ها سوزانده و کربن مجدداً قابل استفاده شود. این فرایند نوعی بازیافت ماده جاذب محسوب می‌شود که نیاز به تولید کربن جدید را کاهش می‌دهد. هرچند خود PFAS در این میان نابود می‌شود و بازیافت نمی‌شود، ولی چرخه مصرف مواد تصفیه‌ای پایدارتر می‌گردد. همچنین اخیراً برخی شرکت‌ها رویکرد «تصفیه در مبدأ و استفاده مجدد» را پیش گرفته‌اند؛ بدین صورت که آب آلوده پس از تصفیه (مثلاً توسط RO) دوباره در فرآیند صنعتی استفاده می‌شود و فقط کنسانتره نهایی به عنوان پسماند مدیریت می‌شود. این کار هم نوعی بازیافت آب محسوب می‌شود که از رهاسازی PFAS به محیط می‌کاهد.

در جمع‌بندی این بخش باید تأکید کرد که بهترین راهبرد مدیریتی آن است که از تولید و انتشار PFAS جلوگیری شود تا نیاز به دفع و پاکسازی گسترده پیش نیاید. به عبارتی رویکرد پیشگیری بر درمان مقدم است. جایگزینی فوم‌های آتش‌نشانی حاوی PFAS با فوم‌های عاری از فلوئور، کنترل دفع پساب‌های صنعتی حاوی PFAS و اعمال مقررات بازدارنده از ورود این مواد به زباله‌های عادی، همگی اقداماتی هستند که حجم پسماندهای آلوده را در آینده کاهش می‌دهند. برای پسماندهای موجود نیز ترکیبی از روش‌های فوق باید به کار گرفته شود تا در نهایت PFAS به شکلی ایمن و دائمی از چرخه محیط‌زیست حذف گردد.

مطالعات موردی و نتایج موفق در جهان

در سال‌های اخیر پروژه‌های متعددی در نقاط مختلف دنیا برای پاکسازی آلودگی‌های PFAS اجرا شده که نتایج آن‌ها می‌تواند راهنمای اقدامات آینده باشد. در اینجا به چند نمونه مطالعه موردی موفق اشاره می‌کنیم:

• تصفیه آب شرب شهر اوکدیل (آمریکا) با کربن فعال: در اوکدیل ایالت مینه‌سوتا، دفع غیرمهندسی فاضلاب صنعتی یک کارخانه تولید PFAS طی دهه‌های گذشته منجر به آلودگی آب‌های زیرزمینی و شبکه آب شرب شهری شده بود. پس از شناسایی آلاینده، سیستم تصفیه‌ای شامل فیلترهای دوجداره کربن فعال دانه‌ای (GAC) در سال ۲۰۰۶ نصب گردید. این سیستم به طور مستمر PFOS، PFOA و سایر ترکیبات را از آب ورودی حذف می‌کرد و پایش‌ها نشان دادند غلظت PFAS در آب خروجی به کمتر از حد تشخیص (ND) رسیده است. عمر هر بستر کربن تا نقطه رخنه حدود یک سال بود و پس از آن کربن‌های اشباع‌شده تعویض و احیا می‌شدند. این تجربه نشان داد که فناوری نسبتاً ساده GAC می‌تواند تا زمان اعمال راهکارهای نهایی‌تر (مانند تخریب حرارتی) آبرسانی ایمن به شهروندان را تضمین کند.
• حذف تلفیقی PFAS از آب‌های زیرزمینی با رزین تبادل یونی: در پایگاه نظامی پیزبرگ (ایالت پنسیلوانیا)، آب زیرزمینی آلوده به PFAS ناشی از تمرینات آتش‌نشانی مورد تصفیه آزمایشی قرار گرفت. در این طرح، یک پایلوت رزینی با رزین‌های آنیونی نسل جدید پس از یک بستر GAC قرار داده شد تا کارایی حذف کوتاه‌زنجیرها افزایش یابد. نتایج نشان دادند ترکیب GAC+Resin می‌تواند برای مدت طولانی PFAS را به زیر حد تشخیص برساند، به طوری که رزین تعویض‌شونده تا ۶۳۹ روز بدون مشاهده PFOA در خروجی کار کرد. این موفقیت منجر به صدور مجوز دائمی بهره‌برداری از رزین‌های تبادل یونی در تصفیه‌خانه آب منطقه شد. چنین مطالعاتی مؤید آن است که رزین‌های قابل احیا می‌توانند در مقایسه با کربن فعال طول عمر و راندمان بالاتری در حذف PFAS داشته باشند و از نظر هزینه‌ای نیز در بلندمدت به‌صرفه‌تر باشند.
• پاکسازی خاک آلوده فرودگاه با فناوری حرارتی: در فرودگاه بین‌المللی استکهلم (سوئد)، سال‌ها استفاده از فوم‌های حاوی PFAS جهت اطفای حریق هواپیما منجر به آلودگی شدید خاک و آب زیرزمینی اطراف باند شده بود. یک پروژه پایلوت در سال ۲۰۱۸ از روش گرمایش مقاومتی درجا (Electrical Resistance Heating) برای پاکسازی خاک استفاده کرد. در این روش با القای جریان برق در اعماق خاک، دما به حدود ۳۰۰°C رسید و PFAS از خاک بیرون کشیده شده و توسط سیستم استخراج بخار جمع‌آوری گردید. نتایج نشان دادند پس از ۶ ماه عملیات، غلظت PFOS و PFOA در خاک بیش از ۹۵٪ کاهش یافته و بخارات خروجی نیز به یک واحد کربن فعال سپرده شد تا PFAS تبخیرشده را جذب کند (سپس آن کربن در کوره سوزانده شد). این پروژه نشان داد حرارت‌دهی درجا می‌تواند به عنوان روشی برای خاک‌های آلوده مفید باشد، هرچند هزینه انرژی آن بالا و کاربردش محدود به مناطق نسبتاً کوچک است.
• تخریب کامل فوم‌های مازاد با اکسیداسیون فوق‌بحرانی: ایالت نیوهمپشایر آمریکا در سال ۲۰۲۱ برنامه‌ای را برای جمع‌آوری فوم‌های AFFF مازاد از ایستگاه‌های آتش‌نشانی اجرا کرد (پس از ممنوعیت آموزشی این فوم‌ها). ده‌ها هزار گالن فوم حاوی PFAS گردآوری و به یک تأسیسات ویژه جهت امحاء تحویل شد. در آنجا از سامانه SCWO سیار شرکت Revive Environmental استفاده گردید که فوم‌ها را در محلول آب در دمای حدود ۶۵۰°C و فشار ۲۵۰ اتمسفر اکسید می‌کرد. بنا بر گزارش‌ها، این سامانه توانست طی عملیات، بیش از ۹۹٪ از کل بار PFAS موجود در فوم‌ها را تخریب کرده و ضوابط زیست‌محیطی را کاملاً رعایت کند. موفقیت این برنامه به عنوان یکی از نخستین نمونه‌های حذف کامل PFAS در مقیاس عملیاتی، توجه سایر ایالت‌ها را نیز جلب کرد و اکنون برنامه‌های مشابهی در حال تدوین است.
• تعویض فوم‌های آلوده در خودروهای آتش‌نشانی فرودگاه: فرودگاه فورت‌وین در ایندیانا (آمریکا) در سال ۲۰۲5 تصمیم به جایگزینی فوم‌های AFFF موجود در خودروهای آتش‌نشانی خود با فوم‌های جدید بدون PFAS گرفت. چالش اصلی، پاکسازی مخازن و لوله‌های خودروها از باقی‌مانده فوم‌های قدیمی بود که طی سال‌ها به جداره‌ها چسبیده بودند. برای این منظور یک تیم تخصصی با بهره‌گیری از شوینده‌های مخصوص و فرآیند کف‌دهی معکوس، تانکرها و سیستم پمپ هر خودرو را چندین بار شست‌وشو دادند. پساب شست‌وشو که حاوی غلظت بالای PFAS بود جمع‌آوری و برای امحاء نهایی ارسال شد. پس از انجام فرآیند پاکسازی، آزمون‌های کنترل کیفیت نشان داد که بیش از ۹۹٪ از PFAS موجود در سامانه‌های خودروها حذف شده و بدین ترتیب استفاده ایمن از فوم جدید میسر گردید. این پروژه به عنوان یک معیار جدید ایمنی و انطباق در صنعت هوایی مطرح شد و نشان داد که گذار به فوم‌های بدون PFAS با روش‌های پاکسازی مناسب کاملاً امکان‌پذیر است.

مطالعات و موارد فوق تنها گوشه‌ای از تلاش‌های جهانی برای مقابله با آلایندگی PFAS را نشان می‌دهد. خوشبختانه نتایج بسیاری از این پروژه‌ها امیدبخش بوده و حاکی از آن است که ترکیب هوشمندانه فناوری‌ها می‌تواند معضل به ظاهر لاینحل PFAS را مهار کند. به عنوان جمع‌بندی، رویکردی تلفیقی شامل جلوگیری از مصرف غیرضروری PFAS، جداسازی آلاینده از محیط به کمک فناوری‌های جداسازی (جذب، غشاء، …) و در نهایت تخریب کامل آن توسط فناوری‌های پیشرفته (حرارتی یا شیمیایی) بهترین راه‌حل برای حفاظت از محیط‌زیست در برابر این «مواد شیمیایی ابدی» محسوب می‌شود. همان‌طور که تحقیقات روز نشان می‌دهد، با سرمایه‌گذاری در توسعه فناوری‌های نوین و تبادل دانش میان کشورها، می‌توان امیدوار بود که در آینده‌ای نه چندان دور حتی مقاوم‌ترین آلاینده‌های ساخته دست بشر نیز به طور پایدار پاکسازی شوند.