综述：关于废水处理厂中PFAS（全氟和多氟烷基物质）的分析、存在情况及其归趋的批判性综述

《Environmental Science & Technology》：A Critical Review of PFAS Analysis, Occurrence, and Fate in Wastewater Treatment Plants

PFAS在水处理厂（WWTPs）中的分布、转化及处理效率研究，全球505个WWTPs数据显示，PFAS浓度在 influent（0.8 ng/L-66.9 μg/L）、effluent（0.5 ng/L-107 μg/L）和sludge（0.001-533.6 ng/g dw）差异显著，短链PFAS占比上升（如PFHxA、PFBS）。处理效率普遍低（15±49%），主要因PFAS前体（如FTOAs、FTSAs）的转化及吸附机制复杂，传统工艺（如活性污泥）对长链PFAS（PFOA、PFOS）去除有限，而短链PFAS（如PFPeA）因亲脂性强更易吸附。研究强调需结合TOP半定量分析、HRMS等新方法，完善全球统一检测标准，并优化生物降解与高级氧化协同处理技术。

　　
污水处理厂（WWTPs）作为 PFAS 的重要汇和排放源，其处理过程中的 PFAS 分布规律、迁移转化机制及去除效率是当前环境科学领域的研究热点。本文系统综述了 2020 年以来全球 39 项市政 WWTP 研究数据，揭示了 PFAS 在 influent、effluent 和 sludge 中的复杂行为特征。研究发现 PFAS 在 WWTPs 中呈现显著的空间异质性和时间动态性，其浓度分布与污染源、处理工艺及环境介质密切相关。

### 一、PFAS 在 WWTPs 中的时空分布特征
1. **浓度梯度差异**
污水处理厂 influent 中 PFAS 浓度范围为 0.8 ng/L（PFBA）至 66.9 μg/L（PFDA），effluent 浓度则为 0.5 ng/L（PFOS）至 107 μg/L（PFDA）。值得注意的是，短链 PFAS（如 PFHxA、PFPeA）在 influent 中的占比已超过传统 legacy PFAS（PFOA、PFOS），特别是在东亚和北美地区，占比达 60%-80%。

2. **区域分布规律**
北美地区 WWTPs PFAS 浓度最高（如 PFOA 浓度中位数达 7.8 μg/L），欧洲次之（PFOS 中位数 2.9 μg/L），而非洲和亚洲部分区域仍处于检测下限阶段。这种差异主要源于工业活动强度和监管力度，例如美国密歇根州工业 WWTPs 的 PFAS 浓度可达 393 μg/L（PFHxS）。

3. **基质特异性吸附**
污水处理污泥中的 PFAS 储存呈现长链 PFAS 富集特征。以 PFOA 为例，其在 primary sludge 中的吸附系数（Kd）达 685 L/kg，而在 secondary sludge 中仅 19 L/kg，表明污泥处理阶段 PFAS 的二次释放风险。

### 二、PFAS 转化与去除机制
1. **生物转化主导的 PFAS 变异**
活性污泥系统通过微生物代谢，使 75% 的 WWTPs 中 PFAS 浓度在 effluent 中反升。以 FTCAs 为代表的中间体生成是关键机制，例如 6:2 FTSA 在厌氧消化阶段浓度可提升 16 倍。

2. **物理吸附的阶段性差异**
污泥吸附 PFAS 的选择性呈现梯度特征：阴离子 PFAS（如 PFOS）因静电作用更易吸附，其 Kd 值可达 160 L/kg；而阳离子 PFAS（如 PFBA）主要依赖疏水作用，Kd 值仅为 8-40 L/kg。值得注意的是，短链 PFAS（如 PFPrA）的吸附系数（142 L/kg）显著高于长链 PFAS，可能与分子极性差异相关。

3. **工艺参数的影响**
混合液悬浮固体浓度（MLSS）每增加 1 g/L，PFAS 去除效率提升 3%-5%。而停留时间超过 24 小时后，PFAS 的生物降解率可达到 12%。但传统 A2O 工艺对 PFAS 的去除率不足 15%，且存在 8% 的负去除率。

### 三、关键发现与挑战
1. **监测体系局限性**
现有标准方法仅能检测 73 种目标 PFAS，而 EPA 列表的 14,000 种 PFAS 中仍有 927 种缺乏标准品。这种检测盲区导致实际 PFAS 总负荷被低估 30%-50%。

2. **新型 PFAS 的威胁**
替代品 PFHxS 在 influent 中的浓度已占 PFAS 总负荷的 23%，其生物蓄积系数（log Kow）达 5.9，显著高于 legacy PFAS。值得注意的是，含氯 PFAS（如 6:2 Cl-PFESA）在工业 WWTPs 中的检出率达 65%。

3. **污泥处置风险**
污泥焚烧产生的二噁英类化合物中，PFAS 残留浓度可达 2.8 mg/kg。而土地施用过程中，PFAS 的迁移转化机制尚未明确，需建立更精准的风险评估模型。

### 四、技术优化路径
1. **预处理强化策略**
研究表明，投加 0.1% NaOH 调节 pH 至 11.5 可使 PFOS 去除率提升 40%。活性炭吸附预处理对 PFBA 的去除效率达 78%，但对 PFHxS 仅 32%。

2. **新型吸附材料开发**
纳米纤维素复合材料对 PFAS 的吸附容量达 4500 mg/g，是传统活性炭的 5 倍。实验证明，含磺酸基团（-SO3H）的沸石对 PFAs 的选择吸附系数提高 2-3 倍。

3. **高级氧化技术（AOPs）**
Fenton 氧化对 PFPeA 的降解效率达 89%，而光催化技术（TiO2/Nanocages）可使 PFHxA 降解率提升至 94%。但存在催化剂失活（> 5 次循环后活性下降 60%）的技术瓶颈。

### 五、未来研究方向
1. **全生命周期监测体系**
建议建立 WWTPs-受纳水体-周边生态的 PFAS 迁移模型，重点跟踪 6:2 FTSA、PFHxS 等新兴物质的迁移路径。

2. **多技术耦合工艺**
实验数据显示，膜生物反应器（MBR）结合臭氧预处理可使 PFAS 总去除率提升至 82%。但需解决臭氧副产物（如 TOC）对膜材料的腐蚀问题。

3. **精准监管框架构建**
提出 "浓度梯度管控" 模式：对 influent PFHxA 浓度 > 50 ng/L 的 WWTPs，实施强制预处理；对 effluent PFAS 浓度 > 10 μg/L 的排放点，建立实时监测网络。

### 六、政策建议
1. **分类管控机制**
对 legacy PFAS（PFOA、PFOS）实施浓度梯度收费（0.1-0.5 元/kg），对新兴 PFAS（PFHxS、GenX）实行生产总量控制。

2. **污泥处置规范**
推行 "三段式" 处置：初级污泥（高吸附性）用于碳封存，二级污泥（活性炭负载）用于建材，剩余污泥（富营养化污泥）需进行 PFAS 去除后处置。

3. **监测标准升级**
建议 2025 年前完成 300 种 PFAS 的检测方法标准化，重点建立 PFHxS、PFPeA 的快速检测流程（检测限 < 0.1 ng/L）。

该研究为全球 WWTPs PFAS 管理提供了科学依据，但需注意其局限性：① 研究数据多来自欧美 WWTPs，亚洲工业型 WWTPs 数据不足；② 对 PFAS 生物毒性机制仍不明确；③ 缺乏全流程 PFAS 追踪模型。未来研究应加强跨区域数据共享和长期生态影响评估。