欧洲环境科学：污水污泥中全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的研究综述

文摘 2024-12-29 17:18 浙江

污水污泥中全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的研究综述

作者Olga S. Arvaniti等人，于2024年发表于*Environmental Sciences Europe*期刊。PFAS在全球各类环境介质中广泛检出，污水处理厂被认为是PFAS进入环境的重要途径，传统污水处理工艺会使部分PFAS在污泥中累积，对污泥处置和再利用产生潜在环境威胁。本文综述了PFAS在污水污泥中的存在、去除及在污泥改良土壤中的情况，并介绍了ZeroPM项目相关研究。

1. PFAS在污水污泥中的赋存情况

- 研究进展与地域分布：2005年首次报道PFAS在污水污泥中的存在，此后相关研究不断增加，检测到的PFAS种类达182种。数据主要来自欧洲、亚洲和北美，非洲和南美数据有限。

- 常见类别与浓度范围：最常研究的PFAS类别为全氟烷基羧酸（PFCAs）、全氟烷基磺酸（PFSAs）和全氟烷基磺酰胺（FASA），监测物质中全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟辛酸（PFOA）等研究较多。PFAS浓度范围从低于定量限到约8000 ng/g干重不等，其中PFOS最高浓度达8.2 μg/g干重。

测得浓度最高的 20 种 PFAS 化合物（浓度以 ng/g 干重表示）。括号中报告了每种物质的研究数量

- 影响因素：不同国家污泥污染程度差异与人口密度、生活方式、工业和PFAS法规、废水处理技术等有关，污泥中PFAS浓度也受污泥化学性质和化合物特性影响，吸附和静电作用是PFAS在污泥中积累的主要机制。

2. 污水污泥处理过程中PFAS的去除情况

- 生物处理（厌氧消化）

- 监测研究：Lakshminarasimman等人对全规模厌氧消化池研究发现，部分消化池内∑PFAS - F有中度降低，但特定PFAS去除趋势不明显，污泥堆垛和碱性稳定化过程中∑PFAS - F增加，好氧消化未呈现明显去除趋势。

- 实验室实验：早期研究中PFOA在血清瓶实验中未被去除，但在共代谢条件下有减少；Huang和Jaffé报告在特定条件下PFOA和PFOS有高达60%的去除率；其他研究表明部分PFAS在厌氧条件下可发生转化，但相关研究有限，且受监测物质少、存在未知前体、采样代表性不足和微生物群落变化等因素影响，结论不明确。未来应增加监测物质、识别转化产物并进行质量平衡研究。

- 热处理（水热过程）

- 焚烧与热解：焚烧在高温下可有效分解PFAS，但需考虑能源消耗和污染物排放；热解在无氧条件下分解有机物，产物可再利用，但会产生短链PFAS和挥发性有机氟排放。

- 水热液化：温度和反应时间增加可促进PFAS转化，如Yu等人研究中，350°C和90min反应时间下目标PFCAs几乎完全降解，但PFSAs降解有限，且未降解PFAS存在于生物原油相中；Zhang和Liang实验中PFOA降解效果好，但PFBS和PFOS出现负去除现象，原因不明。

- 水热碳化：水热碳化可将生物质转化为碳材料，过程中PFOA、PFHpA和PFHxA在特定条件下可完全降解，但PFSAs降解不明显，温度和污泥与水比例影响去除效果，且添加Ca(OH)₂未增强PFAS去除效果，反而使部分PFAS浓度升高。未来需研究不同因素对PFAS去除和形成的影响，进行系统采样并关注水热炭的潜在植物毒性。

3. PFAS在污泥改良土壤中的情况

- 区域研究：长期施用污泥的地区土壤中检测到PFAS，如德国、美国等地，PFAS可从污泥转移到土壤，浓度与污泥施用量相关，部分地区土壤中PFOS和PFOA浓度较高，且在深层土壤中也有检出，表明其具有一定迁移性。

- 对土壤质量影响：研究发现PFAS从污泥到土壤的迁移较快，且采样时间影响检测浓度，施用污泥后短时间内浓度较高，之后可能降低。

- 对环境和健康威胁：PFAS在土壤中的存在引发对环境和健康的担忧，可能污染地下水、动物和植物，影响植物生长、生理生化过程和基因表达，还可能通过吸入灰尘暴露给人类，未来应研究PFAS在土壤中的浸出、在动植物中的积累和生态健康风险。

4. PFAS与污水污泥-ZeroPM项目研究：

ZeroPM项目关注改性厌氧消化和水热碳化两种技术对PFAS的去除，实验室实验表明特定条件下可有效去除部分PFAS，后续将通过中试系统评估其性能，以了解PFAS在这些过程中的命运，并获取成本、环境足迹和最终产品特性等信息。

Arvaniti, O.S., Fountoulakis, M.S., Gatidou, G. et al. Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances in sewage sludge: challenges of biological and thermal treatment processes and potential threats to the environment from land disposal. Environ Sci Eur 36, 207 (2024). https://doi.org/10.1186/s12302-024-01031-3

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