《Science of The Total Environment》：Optimizing foam fractionation for PFAS removal from landfill leachate: treatment performance and operational insights
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本研究针对垃圾渗滤液中持久性污染物全氟和多氟烷基物质（PFAS）的去除难题，系统评估了泡沫分馏（FF）技术的处理效能。结果表明，通过优化停留时间、添加阳离子表面活性剂（如CTAB）及使用臭氧作为载气，可显著提升长链和短链PFAS的去除率（分别达>97%和50–90%），并为下游销毁技术（如SCWO）提供高浓度浓缩液。该研究为PFAS治理提供了高效、低能耗的解决方案。
在当今城市化进程中，垃圾填埋场产生的渗滤液已成为水体中全氟和多氟烷基物质（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS）的重要来源。这类被称为“永久化学品”的污染物因难以降解、易在环境和生物体内累积，并对健康构成潜在威胁而备受关注。传统的处理技术如反渗透（RO）虽能有效去除PFAS，但存在能耗高、产生浓缩废液等局限性。因此，开发高效、低成本的替代技术迫在眉睫。泡沫分馏（Foam Fractionation, FF）技术利用PFAS的表面活性特性，通过气-液界面吸附实现选择性分离，近年来显示出巨大潜力。然而，该技术在实际应用中仍面临短链PFAS去除效率低、运行参数优化不足等挑战。为此，研究团队在《Science of The Total Environment》上发表了最新成果，系统探讨了如何通过优化操作参数提升FF对垃圾渗滤液中PFAS的去除效能。
研究团队通过五组系列实验（FF1-FF5），重点评估了停留时间、表面活性剂类型、工艺配置和载气选择对PFAS去除的影响。关键技术方法包括：采集实际垃圾渗滤液样本，采用EPA 1633等方法分析40种PFAS；设计不同停留时间（10-750分钟）、载气（空气或臭氧）及表面活性剂（如CTAB、CPC等）的FF实验；通过多级分馏和泡沫再浓缩工艺评估浓缩效果；并利用总氧化前体（TOP）和总有机氟（TOF）分析验证处理效率。
3.1. PFAS去除效率
研究显示，PFAS的去除效率与其氟碳链长度显著相关。长链PFAS（如PFOS、PFOA）在FF过程中易吸附于气泡表面，去除率高达97-99%，甚至可降至检测限以下；而短链化合物（如PFBA、PFBS）因疏水性较弱，基线去除率仅10-40%。这一结果印证了链长度是影响PFAS界面行为的主导因素。
3.2. 停留时间的影响
延长停留时间可提升短链PFAS的去除率。例如，FF2实验中PFBS和PFHxA的去除率在60分钟时达到最高。但过度延长停留时间（如FF4中750分钟）会导致泡沫稳定性下降，反而使长链PFAS（如PFOS）脱附返回液相。研究表明，10-45分钟的停留时间可实现长链PFAS的高效去除，而短链PFAS需更长时间，但需权衡运行成本。
3.3. 表面活性剂的作用
添加阳离子表面活性剂（如CTAB）可通过静电作用增强PFAS在界面的富集。FF3实验中，CTAB将短链PFBS的去除率提升至55%，而CTAB与专利配方S4联用后，PFBS去除率进一步升至88%。然而，表面活性剂可能干扰下游生物处理流程，需评估其残留毒性。
3.4. 工艺配置的优化
多级分馏设计（如FF2的两级串联）可显著提升短链PFAS的去除效果，PFHxA和PFBS的去除率分别从82%、32%提高至96%、68%。FF1采用的泡沫再浓缩工艺则将PFAS浓度提升93-143倍，体积缩减180倍，极大降低了下游销毁技术（如超临界水氧化SCWO）的负荷与成本。
3.5. 载气选择的影响
臭氧作为载气时，泡沫稳定性更高，PFOS的去除率（95%）显著优于空气（23-87%）。臭氧产生的羟基自由基可能增强PFAS在气泡界面的吸附，但需注意其可能氧化PFAS前体生成更难去除的短链副产物。此外，臭氧发生器增加了安全与成本要求。
研究结论强调，FF技术可通过定制化参数（如停留时间、表面活性剂类型和载气）实现垃圾渗滤液中PFAS的高效去除。长链PFAS易被彻底清除，而短链PFAS需结合阳离子表面活性剂或多级工艺增强去除。臭氧分馏虽提升效率，但需权衡成本与复杂性。该研究为PFAS治理提供了工艺优化方向，尤其为与销毁技术的集成奠定了基础。未来需重点关注表面活性剂对生态环境的潜在影响，以推动PFAS治理技术的可持续发展。
