A per- és polifluoralkil vegyületek (PFAS-ok) olyan fluorozott vegyületek, amelyek legalább egy teljesen fluorozott metil- (–CF₃) vagy metiléncsoportot (–CF₂–) tartalmaznak.i Tűzoltó habokban, vízrezisztens ruhákban, kozmetikumokban és gyorséttermi ételcsomagolóanyagokban is fellelhetőek az említett „örök vegyi anyagok”. Ezek nem csak a vízben és talajban való nagymértékű jelenlétük, hanem az egészségkárosító hatásuk miatt is égető problémát jelentenek. A bennük található rendkívül erős szén- fluor kötésnek köszönhetően a vegyületcsoportot a perzisztencia, az akkumuláció és rendkívül nehezen megoldható eltávolítás jellemzi.
Számos vízkezelési technológia a rövidebb láncú PFAS-okkal szemben alacsony hatásfokúnak és drágának bizonyul.
Nagynyomású membrán technológiák (nanofiltráció és a fordított ozmózis):
Működésük alapja, hogy a szennyezett vizet nagy nyomással egy féligáteresztő membránon préselik át, amely a vízmolekulákat nagyrészt átengedi, miközben a nagyobb méretű, illetve töltéssel rendelkező oldott anyagokat visszatartja. Hátrányuk, hogy a PFAS-ok nem semmisülnek meg, hanem egy koncentráltabb retentátum áramban dúsulnak fel, amelynek további kezeléséről gondoskodni kell.
Ioncserélő gyanták:
Főként az anioncserélő gyanták alkalmazhatók, amelyeken PFAS-anionok elektrosztatikusan kötődnek a gyanta pozitív töltésű funkciós csoportjaihoz, miközben más anionokkal ioncsere is történhet. A telítődött gyantát regenerálni vagy ártalmatlanítani kell, így itt is keletkezik egy PFAS-ban koncentrált hulladékáram.
Aktív szenes adszorpció:
A nagy fajlagos felületű, mikropórusos aktív szénen általánosságban a hosszabb szénláncú PFAS-ok adszorbeálódnak. Az egyszerű üzemeltetés előnye mellett hátrányként megemlítendő a telítődött szén regenerálási igénye, illetve az, hogy maga a PFAS ismét csak koncentrálódik az adszorbensen.
Az előbb felsorolt kezelési módszerek a PFAS-ok lánchosszfüggő szelektivitásával jellemezhetőek, vagyis elsősorban a hosszabb szénláncú vegyületeket távolítják el. Emellett ezek az eljárások többnyire nem semmisítik meg a szennyezőanyagokat, hanem csupán egy nagy koncentrációjú másodlagos hulladékáramba helyezik át azokat.
Általánosságban a plazma technológiáról:
A plazmát gyakran az anyag negyedik halmazállapotának nevezik. Olyan ionizált gáz (általában argon, nitrogén vagy levegő), amely szabad elektronokból, ionokból, gerjesztett és semleges részecskékből áll, és általában erős elektromos tér hatására jön létre. PFAS-kezelés esetén éppen ezek a nagy reakcióképességű részecskék teszik lehetővé a szennyezőanyagok átalakítását és a szén- fluor kötések bontását.
A plazmák két fő kategóriába sorolhatók: termikus plazmák és nem termikus plazmák. A termikus plazmákat nagy gáznyomáson állítják elő, amely során a nagy energiájú elektronok és a semleges részecskék között gyakori ütközések következnek be. A nem termikus plazmák légköri nyomáson, levegőben vagy különböző segédgázok alkalmazásával is előállíthatók és fenntartásukhoz mindössze néhány watt teljesítmény is elegendő.
Három különböző, váltakozó áramú, egyenáramú és önimpulzusos kisülést alkalmazó plazmareaktor összehasonlítása során az önimpulzusos rendszer bizonyult a leghatékonyabbnak a PFOA (perfluoroktánsav) mineralizációjában. A kutatás alapját a perfluoroktánsav képezte, mivel korábbi kutatások alapján az atmoszférikus plazma kezelés során magas reakciósebességi állandót mutatott. Ezt a folyadék–plazma határfelületen kialakuló intenzívebb kölcsönhatás, valamint a nagy felületen létrejövő magas reaktív részecske-koncentráció magyarázza.
Nem termikus/ hideg plazma technológia:
A hideg plazma technológia egyre hatékonyabb eszköz a környezeti kármentesítésben, különösen a vízben és a talajban jelen lévő perzisztens szerves anyagok ellen. A nem termikus plazmában a nagy energiájú elektronok a környezetben jelen lévő molekulákkal ütközve másodlagos elektronokat, fotonokat, ionokat és gyököket hozhatnak létre. Miközben az elektronok nagy energiával rendelkeznek, a gáz hőmérséklete a környezeti hőmérséklet közelében, mintegy 300 K-en marad. Ez az adottság vízkezelésnél előnyös, mivel csökkenti a másodlagos szennyezés kockázatát azáltal, hogy elkerüli a termikus plazmára jellemző magas hőmérsékleten keletkező káros melléktermékek képződését. További előnye a termikus plazmával szemben, hogy kisebb teljesítményigénnyel állítható elő, például egyenáramú kisüléssel vagy dielektromos gátkisüléssel.
A hideg plazma ígéretes technológiának bizonyul, mivel az oxidatív részecskék, valamint a plazma által létrehozott reduktív részecskék együttesen fejtik ki hatásukat párhuzamos lebontási útvonalak létrehozva, amely hozzájárul az erős C-F kötés felbontásához.
A nem termikus plazmával végzett vízkezelési eljárások három fő típusba sorolhatóak: közvetlen, közvetett és buborékoltatásos módszerek.
- Közvetlen módszer: az elektródákat közvetlenül a vízbe merítik, így az elektromos kisülések és plazmaképződés magában a kezelendő vízben történik.
- Közvetett módszer: az elektródák a vízfelszín felett helyezkednek el. A plazmában képződő reaktív részecskék a plazma–víz határfelületen keresztül jutnak a vízbe, ahol kifejtik hatásukat.
- Buborékoltatásos módszer: a plazma buborékokban alakul ki, amikor a reaktorban a szennyezett vízbe merített két elektróda között elektromos kisülést hoznak létre gáz jelenlétében. A buborékok alkalmazása növeli a gáz–folyadék határfelületet, ezáltal elősegíti a plazmában képződő reaktív részecskék vízbe jutását és a PFAS-vegyületekkel való reakcióját.
A vizes oldatokon túl: in situ talajkezelés:
A plazmatechnológia első lépését, azaz a reaktív részecskék képződését követően a második lépés a kezelendő közegbe való bejuttatás. A remediáció hatékonysága nagymértékben függ attól, hogy a részecskék milyen könnyen és milyen mértékben képesek átjutni a kezelendő közegbe, ami a talaj összetett szerkezete miatt nagyobb kihívást jelent, mint vízkezelés esetén.
Talajkezelésnél az egyik leggyakrabban vizsgált hideg plazma technológia dielektromos gátkisüléseken (Dielectric Barrier Discharge, DBD) alapszik. A gázkisülés során nagyszámú, egymástól független áramvezető csatorna, úgynevezett mikro- kisülés alakul ki. Az ex-situ DBD-plazmareaktorok jellemzően sík–rács és henger–sík elektródaelrendezésen alapulnak, illetve fejlesztés alatt áll a koaxiális elrendezés is, amely lehetővé teszik a talaj pórusaiban a plazma mikro- kisüléseinek közvetlen létrehozását.
A magas szervesanyag-tartalom csökkentheti a szennyezőanyagok lebontását, mivel a szervesanyag verseng a szennyezőanyagokkal a reaktív plazmarészecskékért. A talajban lévő víz ugyanakkor elősegítheti •OH-gyökök és H₂O₂ képződését, amelyek hozzájárulnak a lebontáshoz, túl magas nedvességtartalom esetén azonban a víz eltömítheti a pórusokat, akadályozva a reaktív részecskék terjedését.
A PFOA-val szennyezett talajon végzett vizsgálatban impulzusos koronakisüléses hideg plazmát alkalmaztak a PFAS lebontására. 120 perces kezelés mellett akár 77%-os PFOA-lebontást is elértek, és a 10 mm-es elektródatávolság bizonyult optimálisnak. A talajnedvesség 10%-ig javította a lebontást, magasabb nedvességnél azonban csökkent a hatékonyság. A plazmakezelés növelte a talaj ammónium-nitrogén-tartalmát és a nitrogénkötő baktériumok mennyiségét is, ami arra utal, hogy a kezelés a PFAS lebontása mellett a talaj tulajdonságaira is kedvező hatással lehet.
A jövőbeni kutatásoknak a méretnövelésre, az energiahatékonyság javítására, a teljes mineralizáció elérésére és a keletkező köztes termékek vizsgálatára is ki kell terjedniük. Mindezek ellenére a hideg plazma ígéretes alternatívát jelenthet a PFAS-szennyezés kezelésében, különösen olyan esetekben, amikor a szennyezőanyag egyszerű eltávolítása helyett annak tényleges megsemmisítése a cél.
A KSZGYSZ berkein belül az ilyen és hasonló technológiák is a Kármentesítés és Kárelhárítás Munkacsoport szakmai illetékességébe tartoznak. Itt is felhívnánk a figyelmet az ez év októberében (2026.10.09.), az Environtec nemzetközi szakkiállítás keretében megrendezésre kerülő III. Re-Brown kármentesítési konferenciánkra, ahol hasonló témákkal találkozhatnak az érdeklődők.