清华大学环境学院ES&T：电镀园区全氟和多氟烷基物质（PFAS）的赋存、迁移及规模化吸附去除研究

文摘 2024-12-12 21:43 浙江

摘要

电镀行业是全氟和多氟烷基物质（PFAS）污染的重要来源，但目前缺乏对电镀园区中PFAS的赋存、迁移和去除的全面研究。本研究调查了典型的电镀园区，并首次使用扩孔颗粒活性炭（GAC）和疏水阴离子交换树脂（AER）对镀铬废水进行全规模的PFAS去除。结果表明，在电镀行业中，6:2氟调聚物磺酸盐（6:2 FTS）逐渐取代了全氟辛烷磺酸（PFOS）。传统的还原沉淀工艺几乎不能去除镀铬废水中的6:2 FTS，而特殊的气浮工艺导致超过60%的PFOS进入铬污泥饼。基于全规模评估，GAC和AER吸附是去除镀铬废水中PFAS的可行技术，其中AER对PFAS的吸附容量和去除效率更高，但对6:2 FTS的选择性比对PFOS差。据估计，GAC和AER吸附有潜力每年减少5030 - 8000千克的PFAS排放。本研究揭示了电镀行业PFAS污染的现状，并为PFAS控制提供了可行的技术。

研究背景

PFAS是备受关注的新兴污染物，在多个行业广泛应用，其中电镀行业使用PFAS作为镀铬工艺中的抑雾剂，镀铬废水是PFAS污染的重要来源。PFOS曾是主要的抑雾剂，后被6:2 FTS等替代，但目前缺乏对电镀园区PFAS污染现状及处理情况的全面研究。同时，现有电镀废水处理厂（E-WWTP）的处理工艺对PFAS的去除效果不佳，且PFAS的替代物仍具有毒性，因此开发有效的PFAS去除技术至关重要。

研究方法

化学品和材料

使用包含19种PFAS的混合标准品，采购PFOS、PFHpS、PFHxS、PFOA等纯物质，采用自行研发的扩孔颗粒活性炭（GAC）和疏水阴离子交换树脂（AER）进行全规模运行，对比其与常用商业吸附剂的性能。

样品采集

2021 - 2024年期间，采集广东和江苏10个电镀园区E-WWTP的镀铬废水进水样，在园区A和园区B进行多次采样以评估PFAS种类和浓度趋势，采集电镀企业的各类废水样以评估PFAS在不同废水中的存在情况，采集E-WWTP镀铬废水处理单元的样品以了解PFAS的迁移情况。

吸附系统

在园区A镀铬废水处理工艺末端添加全规模GAC系统，在园区B添加全规模AER吸附系统，吸附系统包括过滤、调节、吸附、监测等单元，通过阀门切换实现吸附剂的更换，吸附出水与其他废水混合进行生物处理，每日用监测池出水对吸附罐进行反冲洗。

图 1.GAC/AER 吸附系统的工艺流程。

分析方法

含有 PFAS 的废水样品首先通过 0.8 μm 膜过滤，然后通过固相萃取（SPE）进行纯化。使用弱阴离子交换（WAX）小柱对不含 Cr（VI）的样品（包括除镀铬废水进水外的所有 E-WWTP 废水样品以及与 GAC/AER 吸附相关的所有样品）进行纯化。对于高浓度 Cr（VI）的样品（包括电镀企业的废水样品和 E-WWTP 的镀铬废水进水样品），发现 WAX 小柱无法分离 Cr（VI）和 PFAS，因此使用亲水亲油平衡（HLB）小柱对样品进行纯化。HLB 和 WAX 小柱都可以有效回收镀铬废水中常见的 PFAS，包括 PFOS、6：2 FTS 和 6：2 Cl-PFESA。固相萃取的详细步骤见文本 S1。将含有 PFAS 的污泥样品干燥并研磨成粉末。然后，将 1 g 干污泥与 20 mL 甲醇混合并超声处理 2 h 以提取 PFAS，上清液通过 0.22 μm 膜过滤用于 PFAS 分析。使用 UltiMate 3000 超高效液相色谱法（Thermo Fisher Scientific）结合 API 3200 三重四极杆质谱法（AB SCIEX）测定 PFAS 的浓度。详细的参数可以在文本 S2 中找到，表 S6 和 S7。

研究结果

电镀废水中PFAS的赋存情况

1. 主要PFAS种类：园区A和B的52家电镀企业镀铬废水中，PFAS主要为6:2 FTS和PFOS，还有少量PFHpS和PFHxS，除一家企业外，6:2 Cl - PFESA浓度均低于1μg/L，其他类型废水PFAS浓度比镀铬废水低1 - 2个数量级。

图 2.园区 A （a）和园区 B （b）电镀企业各类废水中 PFAS 的总浓度。

2. PFOS被替代趋势：2022 - 2024年，电镀企业逐渐用6:2 FTS替代PFOS，如园区A和B在2022年4月、2023年6月和2024年1月的采样中，PFOS为主逐渐变为6:2 FTS为主，其他园区也有类似趋势。

3. PFAS排放总量估算：加权计算10个园区镀铬废水进水PFAS浓度，每年约5840 - 8760kg PFAS进入E-WWTP，未来6:2 FTS使用量增加可能导致PFAS排放增加。

PFAS在E-WWTP中的迁移情况

1. 常规处理工艺效果：E-WWTP镀铬废水处理工艺以还原沉淀为主，常规工艺对PFAS去除效果差，如园区A从进水到二次沉淀池出水PFAS浓度变化不大，铬泥滤饼中PFOS有一定富集但质量流量低于出水，PFAS主要随出水排放。

2. 气浮工艺的影响：园区B采用气浮分离污泥时，大部分处理单元对PFAS去除效果差，但气浮使废水中PFOS浓度降低86%进入铬泥，导致铬泥滤饼中PFOS浓度高，PFOS质量流量占进水60%以上，而6:2 FTS在气浮工艺中基本不被富集。

3. 对铬泥处置的讨论：铬泥饼主要通过烧结或焙烧处置，理论上可实现PFAS无害化矿化，但实际效果有待评估，同时大部分PFAS随出水排放，有效去除镀铬废水中PFAS是重要问题，且废水的高TOC和无机盐浓度对PFAS选择性去除技术有挑战。

GAC或AER对PFAS的全规模去除效果

1. GAC吸附系统：园区A使用GAC吸附系统，进水PFAS浓度有波动，GAC运行周期约1100 BV，更换5次，吸附系统对PFAS去除率从开始的>99%降至60 - 80%，平均去除率92.7%，不同PFAS去除无显著差异，出水PFAS平均浓度7.7μg/L。

2. AER吸附系统：园区B采用AER吸附系统，进水PFAS浓度范围14.4 - 98.1μg/L，AER在7200 BV时更换一次，平均运行周期约3600 BV，对PFAS去除率始终>90%，平均去除率98.2%，6:2 FTS突破比PFOS快，出水几乎全为6:2 FTS，平均浓度0.5μg/L。

3. 运行经验与反思：全规模运行前应确保废水分类，避免PFAS稀释；进水高钙高硫酸盐易导致吸附罐结垢堵塞，可前端用NaOH调pH减少钙浓度；GAC和AER吸附是有效可行技术，有潜力减少PFAS排放，但目前缺乏电镀废水PFAS排放标准，吸附剂饱和后作为危废焚烧，需开发再生技术降低成本。

环境意义

电镀行业6:2 FTS逐渐替代PFOS，但常规工艺难除6:2 FTS，吸附技术可行，未来需评估PFOS替代物毒性、建立排放标准、研究气浮工艺和开发高效吸附剂及再生技术，以加强PFAS污染源头控制和提供更优处理技术。

关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多最新文献推送与科研资讯

声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。

欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！

添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流

新污染物监测与分析

“新污染物监测与分析”致力于探索和分享新污染物研究动态、前沿热点以及最新发表的学术论文。为科研人员、学者、管理者搭建一个专业的信息交流平台，共同关注和应对新污染物带来的环境和健康挑战。

超高效液相色谱-串联质谱法测定运动营养食品中60种类固醇激素

新污染物处理技术：快速、简便、廉价、高效、耐用且安全的（QuEChERS）样品前处理方法的发展及应用综述

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

欧洲环境科学：捷克饮用水中的塑料微粒污染：综合监测的见解

深化科技体制改革为中国式现代化提供强大科技支撑

珠江三角洲水和沉积物中 PFAS 的分布、分区、来源分配和生态风险评估

斯坦福大学EST Letters：甲型流感病毒在生牛奶中的感染性和持久性

2024年度科技突破-《科学》杂志

香港大学太古研究院EST：海洋酸化下的性别秘密-低 pH 如何影响贝类后代性别比例？

水果脱酸剂/退酸剂

广西医科大学Environ Int：血清代谢组与全氟及多氟烷基物质暴露及甲状腺癌风险的关联：基于机器学习的多模块整合分析

|科研动态| PNAS：iRhizo-Chip——植物根际过程研究微流控芯片新平台

Environ Int：近海沉积物中的新型有机磷酸酯及其转化产物：赋存、时间趋势和风险评估

同济大学ESPR：乡镇污水处理厂中抗生素和抗生素抗性基因（ARGs）的赋存、去除及生态风险

中科院城环所ES&T：细胞外囊泡是室内灰尘中环境过敏原的普遍且有效的载体

|中国药科大学|新污染物分析技术：直接进样 UPLC-MSMS 方法分析废水中的 77 种化合物

北京师范大学环境学院EST：叶面施用氧化锌纳米颗粒减轻菲和镉对生菜的植物毒性-植物 - 根际 - 微生物长距离调控

哈尔滨商业大学：基于绿色溶剂的液相微萃取技术在中药活性成分色谱分析中的研究进展

2023 年Environmental Science & Technology最佳论文奖

科研动态：同济大学环境学院毛舜教授团队——氧还原反应耦合电氧化系统实现高效和可持续的水处理

自然：干细胞迈向临床-癌症、糖尿病和帕金森病的治疗方法或将很快问世

北京大学公共卫生学院E&H新兴全氟化学品GenX-环境和生物归宿与风险

科研动态：城市环境研究所在高通量荧光法解析环境活性耐药微生物研究中取得进展

EST Letters：警惕！氟橡胶表带中的 PFHxA：潜在风险不容忽视

科研动态：王亚韡研究员团队关于环境污染物的暴露与健康影响研究取得新进展

加州大学EST综述：微塑料暴露对人类消化、生殖和呼吸系统健康的影响

ES&T综述丨EDA融合高通量筛查、大数据与人工智能，构建强大的新污染物检测识别体系!

浙江中医药大学生命学院EHP：有机磷阻燃剂与代谢紊乱：一项针对脂联素受体的计算机模拟、体外和体内研究

《Chemosphere》被移出SCI名录，引发学术圈震动

2024年度环境保护科学技术奖（自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖）拟授奖项目公示

STOTEN | 华南师范大学应光国：纺织废水和受纳河流中全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的非靶向和靶向筛查及风险评估

厦门大学环境学院最新EST：从盐湖提锂到离子分离-异质电荷纳滤膜的卓越之路

自然：2024年度最激动人心的科学图像！

昆士兰大学：澳大利亚环境水样中超短链全氟和多氟烷基物质

圣雄甘地大学：室内灰尘中的双酚类物质-全球分布、暴露风险、转化和生物监测的全面综述

美国威斯康星大学新污染物分析技术：拉曼光谱测定全氟化合物

广州地化所最新EST：共代谢高效去除双酚A替代物！

清华大学环境学院ES&T：电镀园区全氟和多氟烷基物质（PFAS）的赋存、迁移及规模化吸附去除研究

华中科技大学同济医学院EP：高氯酸盐暴露和心血管疾病：一项基于社区的横断面研究和基准剂量估计

Environment International最新综述：PFAS的质谱分析与人群暴露模式

Nature公布2024年度十大杰出人物！中国地质学家与医生上榜！

同济医学院E&H：成年人金属暴露与炎症标志物之间的独立和联合关联

专注抗生素抗性基因检测服务——元哉生物

在泥土中玩耍对孩子的免疫系统有好处吗？

诺奖级EST！最新成果公布全球，新污染物监测迎来史上最强突破！

华南理工大学EST Letters：地球上的微塑料-当前知识和挑战

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉