《Cleaner Engineering and Technology》：Life cycle assessment and financial cost of PFOA and PFOS removal from water through electrocoagulation with a zinc anode
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电凝（EC）技术使用锌阳极可有效去除全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS），但其生命周期环境与经济效益尚不明确。本研究基于实验室实验数据集、文献值和生命周期数据库，构建了过程导向的生命周期模型，以评估其环境与经济效益。结果表明，锌电极消耗是主要贡献者，
电凝（EC）技术使用锌阳极可有效去除全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS），但其生命周期环境与经济效益尚不明确。本研究基于实验室实验数据集、文献值和生命周期数据库，构建了过程导向的生命周期模型，以评估其环境与经济效益。结果表明，锌电极消耗是主要贡献者，占生命周期总影响和成本的42%至97%。与基于颗粒活性炭（GAC）的PFAS去除技术相比，在处理PFAS浓度为2.3 mg/L的水时，EC可将生命周期化石燃料消耗降低高达99.6%。然而，当处理PFAS浓度≤50 μg/L的水时，EC的化石燃料消耗至少是GAC的两倍。EC的生命周期影响和成本在不同PFAS浓度下保持相对稳定，当PFAS浓度变化达5000倍时，生命周期化石燃料消耗和成本波动低于70%。对于高浓度PFAS水处理，EC比GAC更具可持续性。降低电极消耗可进一步提升EC的环境与经济性能，使其成为去除PFAS的竞争性水处理技术。
本研究发表于《Cleaner Engineering and Technology》，旨在评估使用锌阳极电凝技术去除水中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸的生命周期环境与财务影响。全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类人工合成的有机氟化合物，广泛应用于工业和消费品领域超过50年，其中PFOA和PFOS因其持久性、生物累积性和毒性，被列为持久性有机污染物，对环境和公共健康构成严重威胁。目前，颗粒活性炭吸附是去除PFAS最常用的技术，但其存在能耗高、吸附效率随使用时间下降、需频繁更换或热再生等问题，导致环境不可持续且成本较高。电凝技术作为一种新兴替代方案，通过原位生成金属氢氧化物絮体吸附污染物，无需能耗密集的再生过程，且产生的污泥可资源化利用于制砖，展现了潜在优势。然而，此前缺乏对电凝技术去除PFAS的生命周期全面评估，也未见其与GAC的经济性系统比较，因此本研究旨在填补这些知识空白，为可持续PFAS去除技术的开发提供量化依据。
研究人员主要采用了基于过程的生命周期评估方法，并整合财务成本分析。关键技术方法包括：1）依据ISO标准构建生命周期评估框架，涵盖目标与范围定义、清单分析、影响评估和结果解释四个阶段，系统边界包括背景过程（如电极生产、电网供电）和前景过程（如电凝操作、污泥干化及制砖处置）；2）利用来自三项现有研究的实验数据（涉及PFOA/PFOS初始浓度范围41 μg/L至250 mg/L）以及ecoinvent v3.10数据库，建立生命周期清单模型，量化材料与能源消耗；3）采用TRACI2.1影响评估方法，分析包括化石燃料消耗、全球变暖潜力、毒性等在内的十类环境影响指标；4）基于单位体积处理成本模型，估算电凝技术的财务成本，并进行敏感性分析以识别关键影响因素。
研究结果通过多个方面展示了电凝技术的性能。在生命周期环境影响贡献分析中，锌电极消耗在所有十类影响类别中均为主要贡献者，对PFOA去除的贡献率在48%至97%之间，对PFOS去除的贡献率在42%至96%之间；电解质消耗和污泥干化在不同类别中为第二或第三大贡献者；而干污泥在制砖中的最终处置贡献率均低于1%。在财务成本方面，去除PFOA和PFOS的成本分别为每立方米1.47美元和1.08美元，其中电极消耗占总成本的比例最高（PFOA去除为68%，PFOS去除为60%），维护和人工成本次之。在与GAC技术的比较中，电凝在低PFAS浓度（≤50 μg/L）下生命周期影响和成本高于GAC，但在高浓度（如2.3 mg/L）下，其化石燃料消耗可比GAC降低99.6%，且生命周期影响和成本随浓度变化的波动较小（<70%）。敏感性分析进一步确认，锌电极消耗是影响生命周期环境表现和财务成本的最敏感参数，其10%的波动可导致环境影响变化5.0%至9.8%，成本变化6.4%至7.3%。
在讨论部分，研究人员指出本研究的优势在于首次量化了电凝去除PFAS的生命周期影响，明确了关键贡献环节，并提供了与GAC的系统比较。局限性包括数据仅来源于三项研究、未考虑PFAS混合物间的竞争吸附、以及污泥制砖处置路径的监管与实操可行性尚未验证。环境与成本启示方面，优化电极消耗是提升电凝可持续性的关键；电凝更适合处理高浓度PFAS废水（如消防废水或某些地下水），而GAC在低浓度饮用水处理中可能仍具优势；技术选择需综合考虑浓度、处理效率、法规及场地条件。未来研究应聚焦于电极材料、工艺优化及与膜过滤等技术的联用，以推动电凝技术的进一步发展。
研究结论部分翻译如下：本研究为使用电凝去除水中PFOA和PFOS的生命周期环境与财务影响提供了重要见解。电凝对PFAS去除有效，尤其适用于高浓度场景。电凝的环境与财务成本主要由锌电极使用驱动。需进一步优化和技术进步以使电凝在环境上更可持续、经济上更具竞争力。本研究为量化电凝作为可行PFAS处理技术的生命周期影响奠定了关键基础。研究表明，当PFAS初始浓度超过2.3 mg/L时，电凝比GAC更环保，从而支持基于浓度的环境友好型PFAS去除技术选择方法。
