溶解有机碳对活性炭改良土壤中全氟烷基和多氟烷基化合物迁移性的影响

本研究通过动态柱实验模拟环境条件，探究溶解有机碳（DOC）对十四种PFAS在CAC处理土壤和非处理土壤中的吸附-解吸行为及迁移影响。结果表明，DOC显著降低CAC处理土壤中PFAS的吸附系数（Kd值），最高降幅达40倍，并增加PFAS洗脱量达10倍，同时促进长链PFAS和FTSAs的迁移。研究揭示了DOC通过竞争吸附位点或形成可溶性复合物削弱CAC净化效能的关键机制，为含有机质环境的PFAS修复策略优化提供依据。

　　
本研究聚焦全氟和多氟烷基物质（PFAS）在土壤-地下水系统中的迁移与固定机制，重点探讨溶解有机碳（DOC）对PFAS吸附-解吸行为及修复效能的影响。研究通过动态柱试验模拟真实环境条件，发现DOC能显著削弱活性炭（CAC）对PFAS的吸附能力，并改变其迁移规律，这一发现对PFAS污染治理具有重要指导意义。

### PFAS污染治理的挑战与背景
PFAS作为一类人工合成的长链有机氟化合物，因其强化学稳定性、环境持久性和生物累积性，已成为全球性污染问题。尽管现有技术如生物降解和高级氧化处理有一定效果，但土壤中PFAS的深度固定仍是难点。活性炭因其高比表面积和吸附容量，被广泛应用于PFAS污染治理，但实际应用中常面临环境干扰因素的作用。本研究针对有机质丰富的地下水环境，系统分析了DOC对CAC处理效能的影响机制。

### 实验设计与核心发现
研究团队构建了8组动态柱试验系统，通过控制DOC浓度（0-10 mg/L）和CAC添加量（0.1%干重），模拟不同环境条件下的PFAS迁移规律。关键发现包括：
1. **DOC显著削弱CAC吸附能力**：在CAC处理土壤中，DOC使PFAS吸附系数（Kd）降低1-2个数量级，长链化合物如6:2氟otelomersulfonic酸（FTSA）吸附能力下降达40倍。这种现象源于DOC与PFAS的竞争吸附，以及DOC与CAC表面官能团的相互作用，导致PFAS更易进入水相。
2. **PFAS解吸动态改变**：在DOC存在的条件下，PFAS解吸速率显著提升。例如，PFHxA在水相中的浓度在DOC存在时达到初始浓度的81%，而对照组仅为33%。这种"二次释放"现象揭示了DOC可能通过改变土壤表面电荷（如增强负电荷）和形成可溶性复合物，促进PFAS从固定相的释放。
3. **长链PFAS更敏感**：研究特别关注C8-C10长链PFAS和含磺酸基团化合物（如FOSA、FTSA），发现其Kd值受DOC影响最为显著。这类化合物在环境中具有更强的持久性和生物毒性，因此其解吸问题的发现对风险评估具有关键意义。

### 环境机制解析
1. **竞争吸附机制**：DOC作为大分子有机物质，与PFAS竞争土壤及CAC表面的吸附位点。研究显示，DOC浓度每增加10 mg/L，CAC对PFAS的吸附容量平均下降0.15 log单位。
2. **可溶性复合物形成**：PFAS与DOC中的羧酸、酚羟基等官能团可能形成稳定的可溶性复合物。实验中PFOS在DOC存在时的水相浓度达到其理论溶解度的3倍，表明存在非平衡态的复合过程。
3. **微生物介导作用**：DOC的输入可能刺激土壤微生物活动，形成生物膜促进PFAS解吸。尽管未直接检测微生物，但后续研究建议需结合微生物指标进行更全面分析。

### 实际应用启示
1. **修复策略优化**：在DOC浓度高的区域（如森林区地下水、有机质丰富的冲积平原），CAC修复效能可能降低30%-50%。建议采用预处理步骤（如预酸化）去除DOC，或开发新型复合型吸附材料。
2. **长期稳定性评估**：现有PFAS修复技术多基于静态吸附模型，但研究显示DOC可导致修复后土壤中PFAS的持续解吸。例如，PFUnDA在DOC存在的系统中，其解吸峰值出现在注入水中的24小时后，持续影响可达3个月。
3. **环境监测预警**：当地下水DOC浓度超过5 mg/L时，PFAS的迁移风险显著增加。建议在CAC修复场建立实时DOC监测系统，动态调整修复方案。

### 研究局限与未来方向
当前研究存在以下局限：① 实验采用的DOC模拟液（SRFA）与天然DOC组成存在差异；② 未考虑DOC的动态变化（如雨季浓度升高）；③ 未评估不同DOC形态（如溶解有机氮、糖类）的差异化影响。未来研究应着重：
1. 开发基于DOC动态响应的智能修复系统
2. 探索DOC-微生物-PFAS的三元相互作用机制
3. 建立不同pH、离子强度条件下的综合预测模型

### 结论
本研究首次系统揭示了DOC对CAC-PFAS协同作用机制：在CAC处理土壤中，DOC通过物理竞争、化学复合和生物活化三重路径削弱PFAS固定效果。这一发现颠覆了传统认为"有机碳丰富环境有利于PFAS固定"的认知，为污染场地修复提供了重要理论支撑。建议工程实践中采用"动态监测-精准调控"模式，结合DOC去除预处理和长期稳定性监测，以提高修复效果。