美国垃圾填埋场通过填埋气排放的挥发性全氟和多氟烷基物质（PFAS）的全国估算

《Environmental Science & Technology》：Nationwide Estimate of Volatile Per- and Polyfluoroalkyl Substance (PFAS) Emissions from U.S. Landfills via Landfill Gas

美国30个垃圾填埋场挥发性PFAS排放研究显示，年排放量估计为836公斤（置信区间15-5590公斤），主要成分为6:2和8:2氟托醇（占总PFAS的95%以上）。气候、填埋场年龄及气体处理效率显著影响排放浓度。研究结果为评估垃圾填埋场PFAS大气暴露及全球排放评估提供了依据。

　　本研究首次全面评估了美国垃圾填埋场中挥发性全氟和多氟烷基物质（PFAS）的年排放量，基于全国范围内的采样调查数据。PFAS是一类广泛用于工业和消费品中的化学物质，其独特的化学和物理特性，如防水、防油和抗污性，使其在许多应用中具有不可替代性。然而，这些物质的持久性和生物累积性也引发了对人类健康和生态环境的担忧。随着对PFAS环境影响的深入研究，越来越多的证据表明，垃圾填埋场不仅是PFAS进入环境的重要途径之一，同时也是空气暴露的一个重要来源。

### PFAS的来源与特性

PFAS主要来源于废弃物的分解过程，包括工业废料、消费品如食品包装、耐污织物和地毯等。这些物质在垃圾填埋场中随时间推移逐渐释放到渗滤液（leachate）和填埋气体（landfill gas, LFG）中。填埋气体是由有机废物在厌氧条件下分解产生的，主要成分包括甲烷（CH?）和二氧化碳（CO?），而PFAS则因其挥发性特性被检测到其中。研究发现，6:2和8:2氟烷基醇（FTOH）是填埋气体中最主要的PFAS，占总浓度的95%以上，而在某些填埋场中，12:2氟烷基烯烃（FTO）也显示出一定的存在。

PFAS的释放受到多种因素的影响，包括垃圾填埋场的气候条件、垃圾种类、垃圾年龄以及填埋场的运行方式。例如，降水较多的地区由于更多的水分渗透进入垃圾堆，可能导致PFAS在渗滤液中的浓度更高，而在填埋气体中的浓度则可能相对较低。相反，在降水较少的干旱地区，由于气体生成量较低，PFAS可能在填埋气体中更为集中。此外，填埋场的垃圾分解过程也会影响PFAS的释放，尤其是垃圾中含有较多PFAS的类型，如消防坑土壤、水处理残留物和自动分拣残留物等，可能会显著增加填埋气体中的PFAS浓度。

### 填埋气体中PFAS的浓度与排放量

本研究选取了美国17个州的30个垃圾填埋场，涵盖了干旱、中等和湿润三种降水区域。通过在填埋场主气管上游和下游采集填埋气体样本，并使用热脱附-气相色谱-质谱联用技术（TD-GC-MS）进行分析，研究团队确定了填埋气体中PFAS的平均浓度为19,000 ng/m3。这一浓度范围与之前研究中的结果相比，表现出较大的差异，部分样本的PFAS浓度甚至高达280,000 ng/m3。这种差异可能是由于不同填埋场所接受的废弃物类型、垃圾年龄以及填埋场的运行方式不同所致。

研究团队还通过统计分析方法，探讨了不同因素对PFAS浓度的影响。结果显示，填埋气体中PFAS的浓度与降水、垃圾年龄以及填埋气体成分之间存在一定的关联性。例如，填埋气体中甲烷含量较高时，PFAS的浓度也往往更高，这可能是因为垃圾的分解过程促进了PFAS的释放。此外，填埋场的运行方式，如是否设有气体收集系统，也会影响PFAS的排放路径。对于未被收集的填埋气体，PFAS的排放量估计为每年836 kg，其95%置信区间为15–5,590 kg。这一数据与每年约600 kg的渗滤液中PFAS的排放量相当，显示出填埋场在PFAS释放中的双重作用。

### PFAS在填埋气体中的行为与影响

研究还发现，填埋气体中的PFAS主要来源于废弃物的“脱气”过程，即未完全反应的PFAS或其前体物质通过挥发性方式释放到气体中。此外，生物和非生物转化过程，如氟烯烃聚合物（SCFP）的水解反应，也可能导致PFAS的释放。这些转化过程可能在填埋场中持续发生，使得PFAS的排放具有长期性。

值得注意的是，填埋气体中的PFAS浓度在不同季节和时间点存在显著波动。这表明PFAS的释放并非稳定，而是受到多种动态因素的影响，如垃圾的分解速率、气体收集系统的运行效率以及外部环境条件的变化。这种波动性为准确估算全国范围内的PFAS排放量带来了挑战，同时也强调了在不同填埋场之间进行个体化评估的重要性。

### 环境与健康风险

PFAS在填埋气体中的存在不仅对环境造成影响，还可能对人类健康构成潜在威胁。由于填埋气体未被完全收集，部分PFAS可能直接释放到大气中，进而通过空气传播影响周边地区。此外，填埋气体在燃烧过程中，如通过火炬（flare）或内燃机（ICE）处理，其去除效率对最终排放量有显著影响。研究假设在火炬和内燃机中PFAS的去除效率为100%，但在实际运行中，去除效率可能较低，导致更多的PFAS进入大气。

因此，填埋气体中的PFAS排放可能对环境和人体健康产生长期影响。尤其是PFAS的持久性和生物累积性，使其在环境中难以降解，并可能通过食物链积累。例如，研究提到，滑雪蜡技术人员的毒动学模型显示，6:2 FTOH在吸入浓度高达2,400 ng/m3时，其主要代谢产物包括全氟己烷酸（PFHxA）、全氟庚烷酸（PFHpA）和5:3 FTCA。这提示我们，PFAS的暴露可能不仅限于职业人群，还可能影响居住在填埋场附近的社区居民。

### 研究的意义与未来方向

本研究的结果对于理解PFAS在环境中的迁移路径具有重要意义。它不仅填补了填埋气体中PFAS排放量的空白，还提供了对填埋场中PFAS排放机制的深入分析。研究指出，由于填埋场的多样性和复杂性，不同填埋场的PFAS排放量可能存在显著差异。因此，建立一个全国范围内的PFAS排放模型，需要综合考虑多个变量，如气候条件、垃圾类型、填埋场运行方式以及气体收集和处理系统的效率。

此外，研究还强调了对PFAS在填埋气体控制系统中行为的进一步研究需求。如果传统的火炬和内燃机无法有效去除PFAS，那么可能需要开发更先进的处理技术，以减少这些有害物质对环境和人体健康的潜在影响。同时，针对PFAS在填埋场中的长期释放特性，研究建议在未来的政策制定和环境管理中，应更加关注填埋气体这一潜在的PFAS暴露途径。

### 研究的局限性与建议

尽管本研究提供了有价值的PFAS排放数据，但其结论仍存在一定的局限性。首先，样本数量和分布可能不足以代表所有美国填埋场的情况。例如，本研究主要集中在湿润地区，而干旱和中等降水地区的样本数量相对较少。其次，研究假设填埋气体在土壤覆盖层中没有被吸附或降解，但这一假设可能并不完全符合实际情况，尤其是在某些特殊垃圾处理条件下。

为了进一步完善PFAS排放评估，研究建议未来应扩大样本范围，涵盖更多类型的填埋场，并考虑不同垃圾类型对PFAS释放的影响。此外，还需要对填埋气体中的PFAS进行长期监测，以评估其对环境和人体健康的潜在风险。同时，开发更高效的气体处理技术，以减少PFAS的排放，是未来环境治理的重要方向。

总之，本研究揭示了美国垃圾填埋场在PFAS排放中的重要性，并提供了初步的估算数据。这不仅有助于科学界更全面地理解PFAS的环境行为，也为政策制定者提供了重要的参考依据，以采取有效措施减少PFAS的环境暴露和健康风险。