شواهد روزافزون از حضور ترکیبات PFAS در خون انسان، شیر مادر، آب آشامیدنی و منابع‌طبیعی، همراه با نتایج مطالعات اپیدمیولوژیک و آزمایش‌های حیوانی، نگرانی‌هایی درباره اثرات این ترکیبات بر سلامت عمومی و یکپارچگی اکولوژیک ایجاد کرده‌اند. با وجود ممنوعیت یا محدودسازی برخی انواع شناخته‌شده مانند PFOA و PFOS در بسیاری از کشورها، نسل‌های جدید PFAS هنوز به‌طور گسترده استفاده می‌شوند و در اغلب موارد داده‌های کافی برای ارزیابی ایمنی آنها در دست نیست.

PFAS مخفف Per- and Polyfluoroalkyl Substances است و به طیف گسترده‌ای از ترکیبات شیمیایی اشاره دارد که در ساختار خود حداقل یک گروه آلکیل فلوئوردار (CF₂) دارند. ویژگی کلیدی این ترکیبات، وجود پیوندهای کربن–فلوئور (C–F) است که از قوی‌ترین پیوندهای شیمیایی در شیمی آلی محسوب می‌شود؛ با انرژی پیوندی حدود ۴۸۵ kJ/mol. این پیوند باعث می‌شود PFAS در برابر حرارت، اسیدها، بازها، اکسایش، فوتولیز و تجزیه زیستی بسیار مقاوم باشد. به همین دلیل، آنها به‌سختی تجزیه می‌شوند و در طبیعت برای سال‌ها یا حتی قرن‌ها باقی می‌مانند.

ترکیبات PFAS به‌طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود. دسته نخست مواد پر‌فلوئوردار (Perfluoroalkyl Substances) است؛ در این ترکیبات، تمامی اتم‌های هیدروژن زنجیره کربنی با فلوئور جایگزین شده‌اند (مثلاً PFOA و PFOS) این گروه معمولاً پایدارتر و سمی‌تر هستند. دسته دوم مواد پلی‌فلوئوردار (Polyfluoroalkyl Substances) است. در این ترکیبات فقط بخشی از زنجیره فلوئوردار شده و بقیه اتم‌های هیدروژن باقی مانده‌اند. این گروه اغلب به‌عنوان پیش‌ماده‌های PFAS پایدار عمل می‌کنند و می‌توانند در محیط به ترکیبات پر‌فلوئوردار تبدیل شوند.

کاربردهای گسترده PFAS

دلیل گسترش استفاده از PFAS، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ممتاز آنهاست.

• مقاومت در برابر چربی و آب: ترکیبات PFAS با ایجاد سطحی بسیار آب‌گریز و چربی‌گریز، در تولید پارچه‌های ضدآب، روکش‌های محافظ و چرم مصنوعی استفاده می‌شوند.
• پایداری در برابر حرارت و واکنش شیمیایی: ترکیبات PFAS در صنعت هوافضا، خودرو، برق و الکترونیک، به‌عنوان عایق و پوشش مقاوم در برابر حرارت کاربرد دارند.
• کاهش اصطکاک: شرکت DuPont و برند Teflon در تولید ظروف نچسب تفلون از PFOA استفاده می‌کرد. این استفاده تا سال‌ها منبع اصلی آلودگی‌های محیطی بود.
• صنایع غذایی و آرایشی: از PFAS در بسته‌بندی غذاهای آماده، لوازم آرایشی ضدآب (ریمل، کرم پودر) و مواد ضدلکه استفاده می‌شود. مطالعات نشان داده‌اند برخی از این محصولات، منابع تماس مستقیم انسان با این آلاینده‌ها هستند.
• فوم آتش‌نشانی: یکی از مهم‌ترین منابع آلودگی محیطی PFAS، استفاده از فوم‌های حاوی PFOS و PFOA در خاموش‌کردن آتش‌های سوختی است. بسیاری از آلودگی‌های آب‌های زیرزمینی در اطراف پایگاه‌های نظامی و فرودگاه‌ها به این منبع بازمی‌گردد.

ویژگی‌های پایداری و چرخه محیط‌زیستی ترکیبات PFAS

ترکیبات PFAS به‌دلیل ساختار مولکولی منحصربه‌فرد خود، از پایدارترین مواد شیمیایی شناخته‌شده در محیط‌زیست هستند. پیوند کربن–فلوئور (C–F) با انرژی پیوندی بسیار بالا (~485 kJ/mol) باعث می‌شود PFAS در برابر اکثر عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تخریب‌ناپذیر باشد. این مقاومت بی‌نظیر منجر به تجمع آنها در محیط، منابع آبی، خاک، موجودات زنده و حتی بدن انسان شده است.

راه‌های ورود PFAS به محیط‌زیست

PFAS از طریق منابع مختلفی وارد محیط می‌شود. یکی از مهم‌ترین منابع اولیه ورود این ترکیبات به محیط‌زیست، تخلیه پساب صنایع نساجی، بسته‌بندی، پوشاک ضدآب و کارخانه‌های تولید مواد شیمیایی است. همچنین، استفاده از فوم‌های آتش‌نشانی در فرودگاه‌ها، پایگاه‌های نظامی و پالایشگاه‌ها استفاده گسترده دارد. در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری PFAS به‌صورت ناکامل حذف و همراه لجن (sludge) یا آب تصفیه‌شده به زمین‌های کشاورزی یا رودخانه‌ها منتقل می‌شود.

ترکیبات  PFAS به‌ویژه انواع زنجیره کوتاه آن (مثل PFBS) به‌دلیل حلالیت بالا در آب، به‌راحتی در لایه‌های آب زیرزمینی نفوذ می‌کند و حتی کیلومترها دورتر از منبع آلودگی پخش می‌شود. در خاک و رسوبات نیز به ذرات آلی و معدنی خاک جذب می‌شوند، به‌ویژه انواع زنجیره بلند آن. بااین‌حال، به‌دلیل تحرک نسبی بالای برخی PFASها، خاک نیز نمی‌تواند آنها را به‌طور دائم در خود نگه دارد. در هوا و گردوغبار گونه‌های فرّارتر (مثل FTOHها) می‌توانند وارد اتمسفر شوند، با ذرات معلق ترکیب شوند و از طریق باران و ته‌نشینی خشک در مناطق دورافتاده رسوب کنند.

حضور جهانی و تأثیر بر سلامتی و محیط‌زیست

وجود PFAS در محیط‌های بکر مانند قطب جنوب، کوه‌های آلپ و دریاهای دورافتاده، نشان‌دهنده قدرت انتقال جهانی این ترکیبات است. شواهد زیادی در نمونه‌های گرفته‌شده از پنگوئن‌ها، خرس‌های قطبی، آب دریا و هوا در مناطق قطبی وجود دارد. مطالعات زیادی نشان داده‌اند PFAS بعد از ورود به زنجیره غذایی در بافت‌های چربی، کبد و خون حیوانات، ماهی‌ها، پرندگان و انسان‌ها تجمع پیدا می‌کند و از طریق زنجیره غذایی منتقل می‌شود. این ویژگی به آنها خاصیت تجمع زیستی و زیست‌تکثیری می‌دهد. این مواد با تاثیر تأثیر بر موجودات آبی و خشکی موجب تغییر در تولیدمثل ماهیان و کاهش تنوع‌زیستی در محیط‌های آلوده می‌شود.

مقررات و اقدامات بین‌المللی

مقررات بین‌المللی به‌دنبال حذف یا محدودسازی استفاده از این ترکیبات آلاینده است.

کنوانسیون استکهلم کنوانسیون جهانی به‌دنبال حذف یا محدودسازی آلاینده‌های آلی پایدار (POPs) است. PFOS (یکی از اعضای خانواده PFAS) در سال ۲۰۰۹ به فهرست مواد ممنوعه اضافه شد. در سال‌های بعد، PFOA و برخی مشتقات دیگر نیز مشمول این ممنوعیت شدند. بسیاری از کشورها موظف شدند کاربرد صنعتی این مواد را تا حد امکان حذف یا جایگزین کنند.

همچنین، PFAS در اتحادیه اروپا تحت نظارت شدید قانون REACH (ثبت، ارزیابی، مجوزدهی و محدودسازی مواد شیمیایی) است. در سال ۲۰۲۳ اتحادیه اروپا پیشنهادی برای ممنوعیت تقریباً کامل بیش از ۱۰ هزار نوع PFAS  ارائه داد. این ممنوعیت، یک دوره گذار ۵ تا ۱۳ ساله برای صنایع مختلف در نظر گرفته است.

علاوه‌براین، آژانس حفاظت محیط‌زیست آمریکا (EPA) نیز نقشه راه PFAS برای سال‌های ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۴ را تدوین کرد که هدف آن کنترل استفاده، رصد محیطی و حذف PFAS است. این نهاد در سال ۲۰۲۳ استانداردهای جدیدی برای مقدار مجاز PFAS در آب آشامیدنی (حدود چهار نانوگرم در لیتر برای PFOS و PFOA ) تعیین کرد. سازمان بهداشت جهانی هنوز حد مجاز رسمی برای PFAS در آب اعلام نکرده، اما در سال ۲۰۲۲ پیش‌نویس ارزیابی‌هایی برای تأثیرات PFAS بر سلامت منتشر کرد.

اعمال ممنوعیت برای به‌کارگیری این ترکیبات نیز چالش‌هایی دارد. از جمله اینکه وجود بیش از ۹ هزار ترکیب PFAS باعث دشواری در مقررات‌گذاری فراگیر می‌شود. از سوی دیگر، برخی کشورها به‌دلیل وابستگی صنعتی و کمبود فناوری جایگزین، در برابر ممنوعیت کامل مقاومت می‌کنند.

روش‌های حذف و کاهش PFAS

حذف و کاهش PFAS از آب، خاک و زنجیره غذایی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. ابتدا به روش‌های تصفیه آب می‌پردازیم که شامل این موارد است:

۱. جذب سطحی با کربن فعال: این روش برای زنجیره‌های بلند مانند PFOA و PFOS که هزینه‌بر و نیازمند تعویض دوره‌ای فیلترهاست، مؤثر است.

۲. رزین‌های تبادل یونی: این روش مخصوص جذب یون‌های PFAS در آب آشامیدنی است که قدرت جذب بالا دارد، اما بازده این روش در حضور ترکیبات آلی دیگر کاهش می‌یابد.

۳.  اسمز معکوس: این روش در حذف PFAS بسیار مؤثر اما پرهزینه است و آب زائد زیادی تولید می‌کند. به فشار بالا هم نیاز دارد.

۴. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs): شامل فرایند اکسیداسیون پیشرفته با پرتو فرابنفش و پراکسید هیدروژن است که می‌تواند PFAS را بشکند و به ترکیبات غیرسمی تبدیل کند؛ اما هنوز در مراحل پژوهشی و گران‌قیمت است.

روش‌های حذف از خاک و زنجیره غذایی نیز به این ترتیب است:

۱. تثبیت خاک: PFAS به ساختار خاک متصل و جابه‌جایی آن محدود می‌شود.

۲. استخراج حرارتی: خاک به دمای بالا (۳۰۰–۱۰۰۰ درجه) رسانده می‌شود تا PFAS بخار و جدا شود، اما این روش پرهزینه است و مصرف انرژی بالایی دارد.

۳. روش‌های زیستی: استفاده از میکروارگانیسم‌ها (باکتری‌ها، قارچ‌ها و گاهی جلبک‌ها) برای تجزیه، تثبیت یا حذف آلاینده‌ها از خاک، آب یا هوا. اما چون ترکیبات PFAS دارای پیوندهای کربن-فلوئور (C–F) بسیار قوی و پایدار هستند، تجزیه آنها با روش‌های زیستی معمول بسیار چالش‌برانگیز است. بااین‌حال، تحقیقات جدید نشان داده‌اند برخی میکروارگانیسم‌های خاص و حتی آنزیم‌های مهندسی‌شده توانایی جزئی یا کامل در تجزیه PFAS دارند.

آینده PFAS، راهکارها و سیاستگذاری‌ها

پیشرفت در زمینه‌ PFAS مستلزم انجام تحقیقات گسترده‌ برای توسعه‌ مواد جایگزین ایمن و بدون اثرات زیان‌بار است؛ به‌ویژه در کاربردهایی مانند بسته‌بندی مواد غذایی، کف‌های آتش‌نشانی و منسوجات. همچنین، طراحی و بهینه‌سازی روش‌های پیشرفته‌ تخریب کامل PFAS مانند فناوری‌های حرارتی، الکتروشیمیایی و پلاسمایی، از جمله اقدامات ضروری به‌شمار می‌رود. در کنار این موارد، توسعه ابزارهای دقیق، سریع و مقرون‌به‌صرفه برای پایش این ترکیبات در محیط -مانند حسگرهای زیستی و کیت‌های آزمایش میدانی- می‌تواند نقشی کلیدی در مدیریت آلودگی ناشی از PFAS ایفا کند.

درنهایت باید گفت PFASها اگرچه در پیشرفت صنعتی نقش داشته‌اند، اما اثرات بلندمدت آنها بر سلامت انسان و محیط‌زیست غیرقابل‌انکار است. برای مدیریت مؤثر این مواد، نیاز به سیاستگذاری جهانی، تحقیق بیشتر و توسعه فناوری‌های پاک داریم.