综述：工业活动影响水体中全氟和多氟烷基物质（PFAS）的挑战与处理策略

本综述系统分析了工业废水及垃圾渗滤液中全氟和多氟烷基物质（PFAS）的污染特征、健康风险及处理技术。重点探讨了吸附、离子交换（IEX）、膜分离、高级氧化工艺（AOPs）及热破坏等方法的优劣，指出单一技术难以高效去除短链及新兴PFAS，并强调了组合工艺（如纳滤（NF）+电化学氧化（EO）、泡沫分选（FF）+臭氧）在提升去除效率及经济性方面的潜力。文章为开发可持续的PFAS治理策略提供了重要参考。

　　

1. 引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类具有极高稳定性的合成含氟脂肪族化合物，因其疏水、疏油和耐热特性被广泛应用于工业产品和消费品中，例如特氟龙（Teflon）和戈尔特斯（Gore-Tex）。然而，PFAS的碳-氟（C-F）键能高达441 kJ·mol^-1，使其难以被酸、碱、还原剂和氧化剂降解，从而在环境中持久存在。工业活动（如电镀、氟化工、半导体制造等）和垃圾填埋场是PFAS的重要来源，其浓度可达数千ng·L^-1，远高于生活污水。PFAS暴露与激素紊乱、免疫系统抑制、器官损伤以及慢性疾病（如哮喘、肥胖和心血管疾病）密切相关，因此，开发高效、经济的PFAS处理技术迫在眉睫。

2. PFAS的特性、环境影响与法规现状

2.1. PFAS的多样性与结构特性

PFAS种类繁多，超过9000种，可根据链长和官能团分为全氟羧酸（PFCAs）、全氟磺酸（PFSAs）、氟调聚物磺酸盐（FTSs）等。长链PFAS（如PFOA、PFOS）疏水性更强，易吸附于固体颗粒；而短链PFAS（如全氟丁酸（PFBA））水溶性更高，更难被传统方法去除。此外，醚类PFAS（如GenX、F-53B）作为替代品，其环境行为和毒性仍需深入研究。

2.2. 人体暴露与健康风险

人类主要通过饮食和饮用水暴露于PFAS。PFAS在人体内的半衰期长短不一，例如PFBA仅为72小时，而PFOS长达4.7–6.7年，8:2 Cl-PFESA更是高达15.3年。长期暴露可导致多种健康问题，包括内分泌干扰、免疫力下降及癌症风险增加。值得注意的是，短链和新兴PFAS的生物累积性和毒性数据尚不完善，需进一步评估。

2.3. 全球法规动态

多个国家和地区已对PFAS实施严格管制。美国环保署（USEPA）为PFOA和PFOS设定了4 ng·L^-1的饮用水最高污染物水平（MCL），欧盟则要求20种PFAS的总和不超过100 ng·L^-1。然而，现有法规多集中于长链PFAS，对短链及替代品的监管仍显不足，且全球范围内的监测数据存在空白。

3. PFAS处理技术评析

3.1. 生物处理法的局限性

传统生物处理（如活性污泥法、膜生物反应器（MBR））对PFAS的去除效率低，甚至可能将长链前体物转化为短链PFAS，导致出水浓度升高。尽管特定微生物（如假单胞菌）可降解部分PFAS，但C-F键的断裂仍是主要挑战，生物法目前难以单独应用于PFAS污染水体的治理。

3.2. 物理化学处理技术的进展

3.2.1. 吸附技术

活性炭（GAC/PAC）对长链PFAS吸附效果较好，但对短链PFAS（如PFBA）吸附能力有限。改性生物聚合物（如壳聚糖、聚苯胺）通过静电作用和疏水相互作用提升吸附容量，但机械强度和稳定性仍是应用瓶颈。离子交换树脂（AER）对短链PFAS表现出高选择性，但运行成本高且树脂再生困难。

3.2.2. 膜分离技术

纳滤（NF）和反渗透（RO）能有效截留多数PFAS（去除率>90%），但能耗高、膜污染问题突出。新型金属有机框架（MOF）膜通过尺寸排阻和静电排斥增强PFAS去除，但制造成本限制了其规模化应用。

3.2.3. 泡沫分选（FF）

FF利用PFAS的表面活性将其富集于气泡界面，尤其适用于长链PFAS的浓缩。添加阳离子表面活性剂（如CTAB）可提升短链PFAS的去除率，但残留表面活性剂可能造成二次污染。

3.2.4. 热破坏技术

高温焚烧、超临界水氧化（SCWO）和等离子体技术可实现PFAS的彻底降解，但能耗高且可能产生有毒副产物（如氟化氢）。水热碱性处理（HALT）在较低温度下（350°C）即可高效降解PFAS，是颇具潜力的替代方案。

3.2.5. 高级氧化工艺（AOPs）

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  电化学氧化（EO）：硼掺杂金刚石（BDD）电极能高效降解PFAS，但氯离子存在时易生成副产物（如高氯酸盐）。能量消耗是制约其大规模应用的关键因素。
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  光催化：紫外（UV）辐照结合催化剂（如TiO₂）可降解PFAS，但催化剂回收困难且短链PFAS降解效率低。
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  声解：超声波空化作用可裂解C-F键，对长短链PFAS均有效，但能量需求极高（可达11,345 kWh·m^-3），需通过添加过硫酸盐等氧化剂提升经济性。

3.2.6. 新兴技术：压电催化和微纳气泡

压电催化通过机械应力诱发化学反应降解PFAS，尚处于实验室研究阶段。微纳气泡技术通过增大气液界面面积强化传质，可与其他工艺（如AOPs）联用提升效率，但作用机制仍需深入探索。

3.3. 组合工艺：高效治理的未来方向

单一技术难以应对复杂PFAS混合物，组合工艺通过“浓缩+破坏”策略实现协同增效。例如：

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  NF/RO + EO：膜分离预浓缩PFAS，降低后续EO的处理负荷和能耗。
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  FF + 臭氧/UV-硫酸盐：FF富集长链PFAS，臭氧或UV/硫酸盐进一步降解短链物质。
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  AER + EO：树脂选择性吸附PFAS，电解再生树脂并降解脱附的PFAS。

研究表明，NF-UV/硫酸盐组合工艺对PFOA的去除能耗可低至3.7 kWh·m^-3，远低于单一高级氧化技术。

4. 工业规模处理建议

针对工业废水中PFAS的多样性，推荐采用模块化组合工艺：先通过IEX或FF浓缩PFAS，再采用EO或SCWO进行深度降解。短链PFAS需重点关注，可结合改性吸附剂或强化氧化工艺（如UV/臭氧）提升去除率。同时，需对处理过程中产生的副产物（如氯酸盐、氟离子）进行监测与控制。

5. 结论与展望

PFAS污染治理面临技术、经济及监管多重挑战。未来研究应聚焦于：

1. 1.
   开发低成本、高吸附容量的新型材料（如废物衍生吸附剂）。
2. 2.
   优化组合工艺参数，降低能耗与运行成本。
3. 3.
   加强短链及醚类PFAS的毒理学研究及其降解机制解析。
4. 4.
   推动全球监管协同与数据共享。

通过多技术联用与创新材料研发，有望实现PFAS的高效、可持续治理，保障水环境与公众健康安全。