Lọc “forever chemicals” khỏi nước chỉ chuyển chúng sang chỗ khác: HALT muốn phá hủy PFAS ngay tại nhà máy

Một nhà máy nước có thể đưa nồng độ PFAS xuống rất thấp bằng than hoạt tính, resin trao đổi ion hoặc reverse osmosis. Nhưng về mặt hóa học, phần lớn “forever chemicals” chưa biến mất. Chúng chỉ rời khỏi nước sạch để đi vào một cartridge đã bão hòa, một resin cần xử lý hoặc một dòng brine có nồng độ PFAS cao hơn ban đầu.

Đây là nghịch lý trung tâm của công nghệ PFAS hiện nay: separation không đồng nghĩa destruction. EPA cũng nói rõ rằng các công nghệ xử lý nước uống đang dùng tạo ra những residual chứa PFAS cần tiếp tục quản lý; GAC và resin đã dùng có thể phải chôn lấp, đốt hoặc tái sinh, còn reverse osmosis tạo ra brine khó xử lý.

Một paper trên Chemical Engineering Journal năm 2026 thử giải chính bước thứ hai đó ở quy mô gần công nghiệp hơn. Nhóm từ Aquagga, 3M và University of Washington dùng hydrothermal alkaline treatment — HALT — để xử lý một dòng nước thải công nghiệp đậm đặc PFAS sinh ra khi tái sinh ion-exchange resin. Thay vì cố lọc PFAS thêm một lần nữa, hệ thống đưa dòng cô đặc vào nước nóng áp suất cao với sodium hydroxide để bẻ gãy liên kết carbon–fluorine.

Trong pilot nhiều tuần tại một cơ sở sản xuất của 3M, nhóm báo cáo fluorine mass-balance closure trên 99%, tức họ theo dõi được gần như toàn bộ fluorine trước và sau phản ứng bằng nhiều phương pháp phân tích. Aquagga cho biết ở các điều kiện thử nghiệm phù hợp, tổng PFAS destruction vượt 99% và measured defluorination vượt 95%. Đây là khác biệt quan trọng: không chỉ “mất tín hiệu PFAS mục tiêu” trên LC-MS/MS, mà phần fluorine hữu cơ phải xuất hiện lại chủ yếu dưới dạng fluoride vô cơ.

Lọc PFAS thực chất là tạo ra một dòng thải nhỏ hơn nhưng đậm đặc hơn

PFAS là một họ rất lớn các hợp chất fluorinated. Nhiều phân tử trong nhóm này có phần đuôi giàu liên kết C–F, một trong những liên kết bền nhất trong hóa học hữu cơ. Chính độ bền đó giúp PFAS chịu nhiệt, dầu, nước và hóa chất — lý do chúng từng được dùng rộng rãi trong foam chữa cháy, coating, semiconductor, textile và nhiều quy trình công nghiệp.

Nó cũng khiến các wastewater plant thông thường gần như không “tiêu hóa” được PFAS. Granular activated carbon (GAC) giữ phân tử trên bề mặt; anion-exchange resin hút các PFAS mang điện tích; membrane RO hoặc nanofiltration giữ chúng lại ở phía concentrate. Nước đầu ra sạch hơn, nhưng khối lượng fluorine hữu cơ vẫn còn đó.

EPA mô tả rất thẳng vấn đề này trong tài liệu hướng dẫn treatment: các hệ hiện có tách PFAS khỏi drinking water và tạo ra PFAS-containing materials cần tiếp tục xử lý. Với RO, bài toán chuyển thành brine disposal. Với GAC hoặc resin, bài toán chuyển thành spent media.

Điều đó không có nghĩa separation là sai. Ngược lại, nó có thể là bước đầu rất hợp lý vì PFAS trong groundwater hoặc drinking water thường ở nồng độ quá thấp để đưa toàn bộ lưu lượng qua một reactor phá hủy năng lượng cao. Ý tưởng đang được nhiều nhóm theo đuổi là concentrate first, destroy second: dùng GAC, resin, membrane hoặc foam fractionation để gom PFAS vào một thể tích nhỏ, rồi chỉ dùng công nghệ phá hủy cho dòng concentrate đó.

HALT dùng nước nóng áp suất cao và kiềm để bẻ liên kết C–F

HALT hoạt động ở điều kiện nước dưới điểm tới hạn nhưng rất nóng và nén mạnh: paper mô tả nhiệt độ trên 300°C, áp suất trên 20 MPa và môi trường kiềm nhờ sodium hydroxide.

Ở các điều kiện này, nước không còn cư xử giống nước ở nhiệt độ phòng. Tính chất dung môi, khả năng vận chuyển ion và tốc độ phản ứng thay đổi mạnh. Kiềm thúc đẩy các cơ chế như thermal decarboxylation và nucleophilic substitution, giúp tháo dần cấu trúc fluorocarbon.

Mục tiêu cuối không chỉ là biến PFOA hay PFOS thành một PFAS ngắn hơn — điều có thể khiến phân tích mục tiêu trông đẹp nhưng không giải quyết fluorine hữu cơ. Một hệ destruction tốt phải tiến tới defluorination: tách fluorine khỏi carbon và chuyển nó thành fluoride vô cơ ổn định hơn.

Đó là lý do paper năm 2026 dành nhiều công sức cho fluorine mass balance. Nhóm dùng targeted LC-MS/MS, total organic fluorine bằng combustion ion chromatography, ¹⁹F-NMR, fluoride ion-selective electrode, FTIR và GC-MS. Việc kết hợp nhiều phương pháp giúp kiểm tra không chỉ PFAS ban đầu đã giảm bao nhiêu mà fluorine đã đi đâu.

Đo “PFAS giảm 99%” vẫn chưa đủ để gọi là phá hủy

Đây là một trong những chỗ dễ gây nhầm nhất khi đọc kết quả PFAS treatment.

Nếu một phân tử PFOA bị cắt thành hai sản phẩm fluorinated nhỏ hơn nhưng phòng lab chỉ định lượng PFOA, báo cáo có thể cho thấy 99% PFOA “biến mất”. Nhưng xét về tổng fluorine hữu cơ, vấn đề có thể chỉ bị chuyển sang những phân tử khó đo hơn.

Nghiên cứu HALT vì vậy đặc biệt theo dõi cả volatile organic fluorine. Khi nhóm cố tình “de-tune” reactor — giảm nhiệt độ, giảm nồng độ hydroxide và tăng flow rate — họ phát hiện một lượng nhỏ các hợp chất fluorinated dễ bay hơi kiểu 1H-perfluoroalkane. Kết quả này rất hữu ích vì nó cho thấy một destruction reactor vận hành sai điều kiện có thể tạo byproduct thay vì mineralize hoàn toàn PFAS.

Brian Pinkard của Aquagga cho biết vận hành ở khoảng 350°C trong pilot giúp suppress sự hình thành VOF, còn một phần rất nhỏ PFSA bền hơn có thể được giữ lại bằng bước ion-exchange polishing thay vì đẩy reactor sang điều kiện khắc nghiệt hơn.

Nói cách khác, “destruction” ở quy mô công nghiệp nhiều khả năng vẫn là một treatment train, không phải một chiếc hộp duy nhất.

Điểm mới là dòng thải thật, nhiều muối và hệ chạy liên tục

Nhiều công nghệ PFAS destruction cho kết quả ấn tượng trên dung dịch chuẩn trong phòng lab nhưng gặp vấn đề khi đi vào wastewater thực tế. Dòng công nghiệp có thể chứa muối, organic, metal và hàng loạt chất cạnh tranh phản ứng.

Pilot Aquagga–3M xử lý một dòng concentrate có tổng chất rắn hòa tan (TDS) khoảng 3–10%, sinh ra từ quá trình tái sinh ion-exchange resin. Đây là môi trường khó hơn rất nhiều so với nước DI có một PFAS duy nhất.

Aquagga cho biết hệ commercial-scale chạy liên tục tại site và không yêu cầu pretreatment riêng cho mức salinity đó. Theo case study của công ty, operating cost ở các điều kiện tối ưu thử nghiệm được ước tính dưới khoảng 0,10 USD mỗi gallon, đồng thời heat recovery thu lại khoảng 80% nhiệt quá trình.

Những con số chi phí này đến từ nhà phát triển công nghệ và techno-economic analysis của case cụ thể, không nên đọc như một mức giá phổ quát cho mọi wastewater. Nồng độ PFAS, salt, flow rate, điện, NaOH và yêu cầu polishing đều có thể thay đổi economics mạnh.

Điểm quan trọng hơn là paper đã đi qua một rào cản mà nhiều destruction technology chưa vượt: từ batch reactor nhỏ sang continuous system xử lý một industrial matrix thật.

HALT không phải công nghệ duy nhất muốn đi từ “capture” sang “destroy”

Supercritical water oxidation (SCWO) đang đi theo một con đường tương tự nhưng dùng điều kiện vượt điểm tới hạn của nước. Ở đây, organic compound được oxy hóa trong một môi trường mà phản ứng diễn ra rất nhanh. Các demonstration do chương trình SERDP/ESTCP của Bộ Quốc phòng Mỹ tổng hợp trong năm 2026 báo cáo destruction and removal efficiency khoảng 99,93% tới 99,9999% trên các dòng PFAS concentrate khác nhau, gồm foam fractionate, AFFF cũ, distillate từ media regeneration, spent ion-exchange resin và spent GAC.

Một project khác kết hợp foam fractionation với SCWO thành vòng kín: foam fractionation trước tiên gom PFAS từ groundwater vào một thể tích nhỏ, SCWO phá hủy concentrate trong thời gian residence dưới 10 giây, rồi nước được đưa trở lại hệ separation.

Thermal plasma cũng đang tiến về field scale. Tháng 9/2026, U.S. Army Engineer Research and Development Center thông báo đã cải tạo testbed TREAT để hỗ trợ demonstration full-scale của Free Radical Gasification, một hệ thermal-plasma nhằm phá hủy legacy AFFF và PFAS. Đây vẫn là demonstration cần validation, chưa phải bằng chứng rằng plasma đã trở thành lựa chọn thương mại chuẩn.

Electrochemical oxidation, plasma, sonolysis, UV/sulfite và ball milling cũng đang được nghiên cứu. Review năm 2026 về industrial PFAS wastewater kết luận rằng chưa có một công nghệ phá hủy nào thắng trên mọi tiêu chí; energy demand, reactor scale, byproduct và độ đa dạng của PFAS vẫn khiến hybrid treatment train thực tế hơn một “universal destroyer”.

EPA vẫn coi phần lớn destruction technology mới là lĩnh vực cần thêm validation

Hướng dẫn tạm thời 2026 của EPA là một lời nhắc hữu ích về mức trưởng thành của thị trường này. Agency tập trung vào ba nhóm đang có năng lực quy mô lớn và được sử dụng rộng hơn: underground injection, landfill và thermal treatment trong một số điều kiện. Với các emerging destruction technology, EPA đưa ra framework đánh giá và khuyến khích developer công bố dữ liệu có thể review, nhưng không endorse một công nghệ cụ thể.

Điều đó phản ánh một vấn đề đo lường lớn: muốn gọi một hệ là “PFAS destroyer”, không thể chỉ đo vài chục analyte trước và sau. Cần mass balance fluorine, kiểm tra khí thải, non-targeted product, corrosion product, energy use và hiệu suất trong matrix thật.

Đặc biệt với PFAS, câu hỏi “có phá hủy không?” phải đi kèm “fluorine cuối cùng nằm ở đâu?”. Nếu nó chuyển từ nước sang khí fluorinated hoặc một PFAS ultrashort-chain khó phát hiện, công nghệ chỉ tạo một phiên bản tinh vi hơn của bài toán ban đầu.

Tương lai có thể là nhà máy xử lý PFAS theo hai tầng

Ở nồng độ rất thấp, cố đưa hàng triệu gallon groundwater qua reactor 300°C là một cách sử dụng năng lượng không hợp lý. Nhưng nếu GAC, ion exchange hoặc foam fractionation có thể nén lượng PFAS đó vào một dòng nhỏ hơn hàng trăm hay hàng nghìn lần, bài toán destruction thay đổi hoàn toàn.

Đây là lý do các review mới ngày càng xem concentrate-then-destroy như kiến trúc thực tế hơn: separation làm phần việc mà nó giỏi — kéo PFAS khỏi một lưu lượng nước rất lớn — còn destruction chỉ xử lý phần concentrate có khối lượng nhỏ nhưng nồng độ cao.

HALT năm 2026 là một ví dụ đáng chú ý vì feed của nó chính là concentrate sinh ra từ ion-exchange regeneration. Trong một treatment train như vậy, resin không còn là “ngõ cụt” phải chôn hoặc đốt; nó trở thành bước gom PFAS trước reactor hóa học.

Bài toán tiếp theo là chứng minh economics và reliability qua nhiều năm, không chỉ vài tuần pilot: reactor có chịu được scale, corrosion và fouling lâu dài không; hiệu suất có giữ được khi composition thay đổi; lượng NaOH và điện trên mỗi kilogram fluorine bị phá là bao nhiêu; và polishing residual cuối cùng sẽ được xử lý như thế nào.

Nếu các hệ này vượt được những câu hỏi đó, bước tiến lớn của PFAS remediation có thể không nằm ở một filter bắt được thêm 1% contaminant. Nó nằm ở việc khép vòng sau filter: không chỉ lấy “forever chemicals” khỏi nước chúng ta uống, mà làm cho phân tử fluorinated đó thực sự không còn tồn tại.

Nguồn: Chemical Engineering Journal — Demonstration of hydrothermal alkaline treatment for PFAS destruction in industrial wastewater; Aquagga — Real-World Industrial PFAS Destruction; US EPA — PFAS Treatment Fact Sheet; US EPA — 2026 Interim Guidance on PFAS Destruction and Disposal; SERDP/ESTCP — Demonstration and Validation of PFAS Treatment Approaches; U.S. Army ERDC — Full-scale PFAS destruction demonstration testbed; Journal of Water Process Engineering — Breaking the PFAS treatment barrier.