后工业化城市流域全氟及多氟烷基物质（PFAS）污染的空间源解析与负荷监测框架研究

本研究针对后工业化河流流域中PFAS污染源解析的难题，通过同步采样与负荷分析技术，在英国默西河 catchment 开展了空间尺度上的污染源识别与贡献评估。研究发现高浓度区域未必对应高负荷输出，并识别出工业源（如废物处理设施与垃圾填埋场）对PFAS输入的显著贡献。该研究为流域尺度PFAS管控提供了以负荷为核心的监测框架，对污染治理优先级判定具有重要实践意义。

　　

全氟及多氟烷基物质（PFAS）是一类具有极高持久性和生物累积性的合成化学品，广泛应用于工业生产和消费品中。近年来，全球地表水体中普遍检出PFAS，其浓度水平已对生态系统和人类健康构成潜在威胁。尽管现有研究多集中于水体浓度监测，但仅凭浓度数据难以准确评估污染负荷和地理来源，尤其在后工业化流域中，多种污染源（如工业排放、污水处理厂和垃圾填埋场）交织共存，使得源解析工作尤为复杂。

为系统识别PFAS的地理来源并评估工业源的相对贡献，研究团队选择英国默西河流域作为研究对象。该流域面积达2030平方公里，是英国第二大城市曼彻斯特所在地，具有高度城市化、工业化背景和复杂的水文特征。研究于2023年8月在63个采样点开展同步水质采样，分析了包括全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟辛酸（PFOA）等17种PFAS化合物的浓度，并在23个水文站同步测量河流流量以计算污染物负荷。此外，团队通过钆（Gd）异常分析识别污水处理厂排放的影响，并利用质量平衡方法解析不同河段和子流域的污染贡献。

关键技术方法包括：（1）基于稳态水流条件的同步采样设计，覆盖全流域主要干支流；（2）使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）检测17种PFAS；（3）利用钆异常（Gd/Gd* > 3 或 Gd% > 15%）作为污水处理厂排放的示踪指标；（4）通过负荷计算和产量（单位面积负荷）分析识别关键源区；（5）结合历史排放数据和地理信息系统（GIS）进行空间源解析。

研究结果显示，11种PFAS在流域内广泛检出，其中PFOS、PFOA、6:2FTS和PFHxS的负荷主要来自上默西子流域（贡献率分别为64%、49%、46%和56%），而非浓度最高的北部子流域。这一发现凸显了负荷监测在源解析中的重要性。通过桑基图可视化负荷变化，团队识别出若干关键输入河段，包括下厄韦尔（博尔顿至曼彻斯特市中心）、泰姆河（马普尔桥至斯托克波特）和上默西（斯托克波特至厄姆顿）。值得注意的是，一些小流域如罗奇河上游和 glaze brook 表现出极高的单位面积负荷，表明存在集中工业源或填埋场渗漏。

钆异常分析进一步揭示，仅38%的采样点受到污水处理厂排放的显著影响，而62%的位点PFAS可能源自工业或遗留污染。例如，罗奇河上游的高PFOA负荷（0.564 g/km2/天）与一处废物管理设施相关，而glaze brook的PFBS高峰则与上游填埋场吻合。这一发现挑战了传统认知，表明工业源在后工业化流域中的贡献可能被低估。

研究结论强调，基于负荷（而非浓度）的空间分析是识别PFAS关键源区的有效手段。该方法不仅能量化不同地理单元的污染输出，还可结合Gd异常等示踪技术区分污水处理厂与工业来源。该框架为环境管理者提供了可推广的工具，有助于优先治理高风险区域，减少PFAS向海洋环境的输送。论文发表于《Science of The Total Environment》，为复杂流域的污染治理提供了科学依据和实践路径。