活性炭改性土工合成粘土衬垫对PFAS污染渗滤液的长期水力与阻隔响应研究

本文针对传统垃圾填埋场衬垫系统难以有效阻隔全氟和多氟烷基物质（PFAS）迁移的问题，研究了活性炭改性土工合成粘土衬垫（ACA-GCL）对两种澳大利亚垃圾填埋场渗滤液中20种PFAS的长期吸附性能与水力特性。研究发现ACA-GCL对长链PFAS（如PFOS、PFOA）具有显著吸附效果（吸附率>50%），水力渗透系数保持在7.6×10?11 m/s量级，但对短链PFAS（如PFBA、PFBS）阻隔效果有限。该研究为优化垃圾填埋场防污屏障设计提供了关键数据支撑，对新兴污染物管控具有重要意义。

　　

随着全氟和多氟烷基物质（Per- and Polyfluoroalkyl Substances, PFAS）在各类工业产品和消费品的广泛应用，这类具有持久性、生物累积性和毒性的新兴污染物已成为全球环境治理的重大挑战。垃圾填埋场作为PFAS的重要汇集场所，其渗滤液中PFAS浓度可达微克每升级别，传统衬垫系统最初并非为阻隔此类污染物设计，导致PFAS可能穿透防渗层进入地下环境。尤其短链PFAS（碳链长度＜6）因高水溶性和弱吸附性，更易在环境中迁移扩散。如何有效遏制PFAS从填埋场向周边环境的迁移，成为环境岩土工程和污染控制领域亟待解决的难题。

在此背景下，由Elissar Mikhael、Abdelmalek Bouazza等学者在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表的研究，系统探讨了活性炭改性土工合成粘土衬垫（Activated Carbon-Amended Geosynthetic Clay Liner, ACA-GCL）对PFAS污染渗滤液的长期响应特性。研究人员通过批式吸附试验和长达1111天的水力传导度测试，评估了ACA-GCL及其组分（膨润土、聚丙烯纤维）对20种PFAS的吸附效能及水力性能变化。

研究采用的主要技术方法包括：①基于ASTM D6766标准的柔性壁渗透仪长期水力传导试验，模拟填埋场第一暴露场景（最不利工况）；②批式吸附实验（96小时平衡时间）测定各组分吸附容量；③液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）分析28种PFAS化合物浓度；④使用两种澳大利亚真实垃圾填埋场渗滤液（Leachate A和B）作为渗透介质，其PFAS谱系及理化特性存在显著差异；⑤X射线荧光光谱（XRF）分析材料元素组成及阳离子交换容量（CEC）。

批式试验结果表明：活性炭改性膨润土对长链PFAS（如PFOS、PFOA）吸附率超50%，吸附量随碳链长度增加而提升，主要依靠疏水相互作用和孔隙物理滞留；但对短链PFAS（如PFBA、PFBS）吸附效果微弱（＜20%）。聚丙烯纤维与未改性膨润土对PFAS整体吸附能力有限，印证了有机碳含量是控制PFAS吸附的关键因素。

水力传导特性方面：ACA-GCL在两种渗滤液中最终渗透系数分别为6.2×10^?11 m/s（Leachate A）和7.6×10^?11 m/s（Leachate B），虽略高于传统GCL（约3×10^?11 m/s），但仍符合工程规范要求（＜1×10^?10 m/s）。表明活性炭掺入虽轻微影响膨润土膨胀性，但未显著损害衬垫水力屏障功能。

污染物迁移阻滞性能：长期渗透试验显示ACA-GCL显著延迟了PFAS突破时间，但存在明显链长选择性——长链PFAS（如PFOS、PFDoDA）在456天内未检出突破，而短链PFBA在456天后出现浓度脉冲式释放（峰值达100 μg/L），推测因吸附位点饱和后发生解吸或前体物降解所致。Leachate B因测试周期较短（660天），短链PFAS突破现象尚不显著，但趋势与Leachate A一致。

研究结论与讨论指出：ACA-GCL能有效阻滞长链PFAS迁移直至吸附容量饱和，但对短链PFAS的长期 containment 效果有限。PFAS突破行为受终端功能基团（磺酸基优于羧酸基）、碳链长度、渗滤液化学组成（离子强度、有机物含量）共同影响。尽管活性炭改性提升了GCL对PFAS的整体吸附能力，仍需开发更稳健的衬垫设计（如双复合衬垫系统或集成离子交换树脂）以应对短链PFAS迁移挑战。该研究为填埋场PFAS阻控技术提供了实验依据，同时强调需结合现场尺度验证及前体物转化机制深化研究。