市售有机改良剂和与食品接触的纸制品中的全氟和多氟烷基物质（PFAS）

《Science of The Total Environment》：PFAS in commercially available organic amendments and food-contact paper products

PFAS污染在堆肥及衍生产品中的分布及风险分析。研究检测13种PFAS在5类商业堆肥、3类土壤改良剂、2类生物固体肥料及5种食品接触纸中的含量，发现生物固体肥料PFAS总浓度最高（25.41±12.98 μg/kg），其次为堆肥（9.07±12.22 μg/kg），土壤改良剂最低（1.99±0.23 μg/kg）。短链PFHxA、PFBA等与长链PFOS在各类产品中均有检出，食品接触纸中PFHxA含量显著。揭示传统涂层材料如食品包装纸是PFAS污染新途径，需加强全生命周期监管。

　　

玛丽亚姆·萨法里·阿曼（Maryam Saffari Aman）| 道格拉斯·J·戴利（Douglas J. Daley）| 姚亚奇（Yaqi You）| 迪帕克·库马尔（Deepak Kumar）| 余昌根（Chang Geun Yoo）

纽约州立大学环境科学与林业学院环境资源工程系，美国纽约州锡拉丘兹市林业大道1号

摘要

将固体废物进行堆肥处理可以生成富含养分的土壤改良剂，并减轻垃圾填埋场和焚烧设施的负担。然而，作为土壤改良剂使用的各种废物衍生产品中存在全氟和多氟烷基物质（PFAS），这些物质可能对人类健康和环境构成重大风险。本研究旨在了解五种商业堆肥、三种土壤改良剂、两种生物固体衍生肥料以及五种常见食品接触纸制品中13种PFAS化合物的存在情况和含量。各类产品中13种PFAS化合物的总浓度如下：生物固体衍生肥料（25.41 ± 12.98 μg/干千克，n = 2）> 堆肥（9.07 ± 12.22 μg/干千克，n = 5）> 土壤改良剂（1.99 ± 0.23 μg/干千克，n = 3）。全氟羧酸（ΣPFCAs）的总浓度高于全氟烷基磺酸（ΣPFSAs）和全氟辛烷磺酰胺（FOSA）。短链PFAS（如全氟己酸PFHxA）和长链PFAS（如全氟辛酸PFOA）在庭院废弃物堆肥中较为普遍，而长链PFAS（全氟辛烷磺酸盐PFOS）在生物固体衍生肥料中最为常见。在食品接触纸制品中，PFHxA、全氟丁酸PFBA和全氟己烷磺酸盐PFHxS的浓度最高。研究表明，除了废物产品外，未经检测就被广泛使用的传统涂层材料（如食品接触纸制品）也是PFAS的重要来源。这些发现有助于识别潜在的污染源，并为制定旨在提高堆肥质量和保障公共安全的科学规范提供依据。希望进一步的大规模调查能在不同地理区域验证我们的研究结果。这项工作强调了迫切需要更严格的法规和创新解决方案，以减轻PFAS污染，同时推进可持续农业和循环废物管理实践。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类包含4700多种合成氟化化学品的庞大群体（Boston等人，2019年）。这些化学品具有共同的结构，即疏水的氟化碳骨架（F(CF?)x）和不同的亲水头部基团（R），因此同时具备两亲性和表面活性剂特性（Kumar等人，2023年）。强C-F键使得某些PFAS化合物具有极高的热稳定性、抗生物降解性和抗光降解性（Milinovic等人，2015年）。美国环保署（EPA）将“长链PFAS”定义为碳原子数超过8的PFAS，将“短链PFAS”定义为碳原子数不超过8的PFAS（PFCAs ≤C7和PFSAs ≤C5）（Reinhart等人，2023年）。短链PFAS比长链PFAS更具水溶性和亲水性，表现为更高的溶解度（Log S?）值和更低的分配系数（Log Kow）值。短链PFAS在人体内的半衰期较短（T?，即血清浓度下降50%所需的时间），因此生物累积潜力较低，通常被认为比长链PFAS毒性更低。然而，短链PFAS的持久性同样显著，长期存在（数十年至数百年）仍会带来风险（Brendel等人，2018年）。随着市场上用于土壤改良的生物固体衍生产品的销售增加，人们对PFAS在生物固体中的存在越来越关注。这些产品中PFAS浓度的差异可能是由于污水处理厂（WWTPs）的输入物质不同以及污泥和生物固体处理工艺的不同所致，这些因素会显著影响PFAS的含量。施用于土壤的生物固体中的PFAS可能通过土壤层迁移（Sepulvado等人，2011a），进入植物体内（Blaine等人，2013年），并通过食物链进一步在人体内积累（Alexander等人，2008年）。在标榜可堆肥和/或可生物降解的食品接触纸材料中也检测到了PFAS（Timshina等人，2024年）。一些纸制食品包装采用了符合堆肥标准并可获得生物降解产品研究所（BPI）认证的可再生纤维袋（Semple等人，2022年）。然而，即使包装本身经过堆肥认证，其中的PFAS添加剂仍可能残留并污染最终堆肥产品。研究表明，含有食品接触纸制品的废物流制成的堆肥中PFAS含量可能远高于普通堆肥（Choi等人，2019年）。

本研究旨在检测废物衍生产品和食品接触纸材料中的PFAS含量，以支持对这些产品的合理使用和处置决策，同时保护公众健康。我们重点关注了13种最常见且危害较大的PFAS化合物，基于它们的监管重要性和毒理学特性。随着生物固体衍生产品在家庭花园、农业用地等大规模应用中的使用增加，全面了解这些产品中的PFAS分布和浓度变得至关重要，这对于评估其潜在的环境影响和相关健康风险至关重要。食品接触纸材料是另一种可能导致人类接触PFAS的途径。尽管之前的研究已经量化了多种环境介质中的PFAS含量，但仍存在关键知识空白。特别是，食品接触纸制品中使用的PFAS与其在食物废弃物堆肥中的出现之间的潜在联系是一个研究不足的污染途径。此外，这些化合物在不同颗粒尺寸中的分布情况也了解不足。因此，本研究还探讨了食品接触纸制品中的PFAS分布与食物废弃物堆肥之间的潜在关系，并确定了不同筛分粒度（<0.5毫米和>6.35毫米）之间的PFAS含量差异。总体而言，这项研究有助于加深对固体废物流中PFAS存在和归趋的理解。

目标PFAS化合物、化学物质及检测标准

我们最初使用EPA方法533（Wendelken，2018年）来检测13种PFAS化合物。2022年12月发布的EPA方法1633第三稿（涵盖40种PFAS化合物）发布后，我们更新了检测方法，纳入了这一扩展的化合物列表。根据初步结果中的检测频率和浓度水平，我们选择了特定的化合物进行最终定量分析，优先考虑那些含量较高的化合物。

在废物衍生产品和食品接触纸产品中检测到13种PFAS化合物

所有13种PFAS化合物均被检测到，其检出率和浓度因PFAS类别和样品类型而异（表S3）。大多数产品中均发现了PFOS、PFHxA、PFHxS和PFOA等传统PFAS，其浓度范围不一。

结论与环境影响

以往关于PFAS分布的研究主要集中在水环境中（Teymoorian等人，2025年；Bai和Son，2021年）。我们的研究扩展了人们对固体介质中PFAS存在的认识。虽然已有研究报道了类似介质中的PFAS含量（Kim Lazcano等人，2020年；Choi等人，2019年；Marchuk等人，2023年），但PFAS在这些固体介质中的污染问题仍是一个不断发展的研究领域，我们的研究提供了额外的具体背景信息。

缩写说明

FOSA
全氟辛烷磺酰胺
PFHpA
全氟庚酸
PFBS
全氟丁烷磺酸
PFBA
全氟丁酸
PFDA
全氟癸酸
PFDoA
全氟十二烷酸
PFHxA
全氟己酸
PFHxS
全氟己烷磺酸盐
PFNA
全氟壬酸
PFOA
全氟辛酸
PFOS
全氟和多氟烷基物质
PFPeA
全氟戊酸
PFUdA
全氟十一烷酸

CRediT作者贡献声明

玛丽亚姆·萨法里·阿曼（Maryam Saffari Aman）： 负责撰写初稿、方法学设计、数据分析、概念构建。 道格拉斯·J·戴利（Douglas J. Daley）： 指导工作。 姚亚奇（Yaqi You）： 文稿审阅与编辑。 迪帕克·库马尔（Deepak Kumar）： 文稿审阅与编辑。 余昌根（Chang Geun Yoo）： 文稿审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了纽约州环境保护部的环境保护基金和玛丽亚姆·萨法里·阿曼获得的堆肥研究与教育基金会大学奖学金的支持。此外，新兴污染物研究中心（CCEC）也提供了额外支持。感谢ESF分析和技术服务公司的Mike Satchwell在样品分析方面的协助。