基于国家级和源头层面数据的多尺度评估，对地下水中PFAS（全氟和多氟烷基物质）的全球优先级排序

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Global Prioritization of PFAS in Groundwater Based on Multi-Scale Evaluation of National and Source-Level Data

　　摘要
由于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的持久性、迁移性和毒性，全球地下水污染正在加剧。在许多国家，传统的PFAS（如PFOA和PFOS）的浓度经常超过监管限制。同时，几种新兴的PFAS的浓度与之相当甚至更高，但尚未被大多数国家的监管框架所涵盖。然而，现有的优先排序方法通常仅关注少数几种化合物，或在多个评估维度上采用相同的权重分配，这可能降低优先排序结果的可靠性和稳健性。因此，确定不同国家和污染源中的优先PFAS对于有效的地下水管理和风险降低至关重要。本研究汇总了过去15年来从13个国家收集的约487,000条地下水PFAS记录。开发了一个系统的多维度框架，从五个方面全面评估PFAS：普遍性、存在性、持久性和迁移性、生物累积性和毒性以及风险评估。本研究系统地应用了三种方法：层次分析法（AHP）-熵权重法（Entropy）-相似度排序法（TOPSIS）、AHP-基于准则重要性及准则间相关性法（CRITIC）-TOPSIS以及等权重法。不同方法之间排名的一致性表明，PFAS的优先排序对评分方法的选择具有鲁棒性。根据统计分析，在澳大利亚、美国、加拿大、中国、法国和芬兰等经济和工业发达的国家中，识别出了39种高风险的PFAS（最高四分位数，0.46–0.71）。来源归因进一步显示，AFFF是高风险PFAS的主要来源。必须在全国层面和源头上优先控制MeFOSA、PFOSA、EtFOSA、PFOA、PFOS和FHxSA。总体而言，这一定量框架为识别不同国家和污染源中的优先PFAS提供了实用工具，并支持国家监管决策和未来监测计划的发展。

引言
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类常被称为“永久性化学物质”的合成氟化化学品[1]。其卓越的化学和热稳定性主要归因于强碳-氟键[2]。它们的两亲分子结构还赋予了优异的表面活性特性，使PFAS能够有效降低表面和界面张力[3]。此外，完全氟化的碳骨架使其具有明显的疏水性和疏油性（Ismail & Tizaoui, 2025）。这些特性导致PFAS在工业和消费品中的广泛应用。典型应用包括防水和防污纺织品、不粘锅具、消防泡沫、食品包装和化妆品[4]、[5]。由于大规模生产和多样化的应用，PFAS不断释放到环境中[6]。主要来源包括工业活动、涉及水性AFFF的消防操作、污水处理厂排放以及消费品的排放[7]、[8]、[9]。PFAS可以通过多种途径进入地下水。直接排放，例如历史上的机场、军事基地和石化设施中的AFFF应用，可能会通过非饱和带渗入含水层。在没有有效土壤或工程屏障的情况下，这一过程尤为显著[10]、[11]、[12]。工业排放和意外泄漏可能通过铺设不规范的池塘、输送系统或受污染的地表水渗入[13]。此外，传统污水处理过程中未能完全去除PFAS，使得通过再生水灌溉、管理含水层回灌和污水污泥的土地施用使PFAS进入地下[14]、[15]、[16]。其他途径还包括富含PFAS的垃圾填埋场渗滤液的渗透、挥发性前体的大气沉降，以及通过水力连接的河流和湖泊的二次传输[6]、[17]、[18]。与地表水相比，由于缺乏明显的视觉或感官指标，地下水中的PFAS污染往往未被检测到，而PFAS在含水层中的缓慢移动和长时间停留使得修复和自然恢复变得漫长且技术上具有挑战性[19]。

地下水中的PFAS污染普遍存在，但分布不均。在美国，军事基地和工业设施受AFFF影响的地点，PFOA和PFOS的浓度通常在几百到几千ng/L之间。局部热点地区的浓度可能超过10,000 ng/L，远高于美国规定的最大污染物水平4 ng/L [17]、[20]、[21]。在欧洲，地下水中的PFAS浓度通常在10到10,000 ng/L之间。相比之下，德国和法国的工业污染地点的浓度往往超过1,000 ng/L。这些水平超过了欧盟饮用水指令规定的20种PFAS总和限值100 ng/L [22]。在亚洲，中国工业园区和机场附近的地下水显示ΣPFAS浓度从几十到几百ng/L不等。热点地区的浓度可能超过1,000 ng/L [23]、[24]。这些值远高于中国饮用水质量标准规定的限值，包括PFOA的80 ng/L和PFOS的40 ng/L [25]。在澳大利亚，受AFFF影响的地点的PFOS浓度在10到2,000 ng/L之间，超过了国家指导值[26]。2025年更新的澳大利亚饮用水指南规定了PFOS的健康基准值分别为8 ng/L、PFOA为200 ng/L、PFHxS为30 ng/L和PFBS为1,000 ng/L（NHMRC, 2025）。总体而言，各国地下水中的PFAS存在性和浓度差异很大，经常超过当地饮用水标准。这些区域性的超标和明显的空间异质性凸显了系统化优先排序和控制框架的迫切需求。

目前的PFAS优先排序工作主要基于多标准决策框架，这些框架使用加权评分整合了多个指标[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]。大多数现有研究侧重于内在危害相关属性，包括持久性、生物累积性、毒性和迁移性。相比之下，环境中的存在性很少被纳入优先排序指标。然而，这些框架很少反映PFAS在环境中的广泛分布情况，也无法真实反映实际暴露水平。因此，它们区分化合物间风险差异的能力有限。此外，基于风险的定量指标也尚未得到充分整合。这些指标包括从预测无效应浓度（PNECs）衍生的环境风险指标。指标整合通常依赖于多种方法，包括等权重分配、基于专家的权重方法（如层次分析法AHP）[27]、[28]、[30]、[31]，以及客观统计方法（如熵权重法）。这些方法通常与聚合模型结合使用，包括相似度排序法（TOPSIS）[29]、[32]、[33]。然而，每种方法都有其固有的局限性。基于专家的权重方法容易受到主观性影响[34]。客观方法反映的是统计变异性而非风险相关性[35]。等权重方案缺乏明确的科学依据。因此，这些局限性突显了需要更全面的指标系统、采用多种权重方案以及通过排名一致性分析进行稳健性评估的必要性。

国家层面是评估与PFAS相关的环境风险和规范其生产和使用的关键决策单位。先前的研究表明，各国在PFAS生产和使用模式、监管能力、政策框架及实际应用方面存在显著差异。这些因素共同塑造了各国PFAS污染的主要来源特征[17]、[20]、[23]、[24]、[26]。来自不同污染源的PFAS表现出不同的化合物特征和浓度，导致污染的空间异质性明显。在中国，工业PFAS排放主要集中在氟化学制造密集的地区[28]、[36]。相比之下，消费品和中间产品在使用和处置过程中会释放短链PFAS，这种污染通常集中在人口密集和高度城市化的区域[37]。AFFF通常含有长链PFAS，如PFOS和PFOA，主要与军事基地和机场等地点相关[38]。因此，应从源头角度优先控制PFAS。然而，现有研究大多局限于个别国家或地区，并依赖于局部数据集，这限制了PFAS来源特征和相关风险特征的系统性跨国比较[39]、[40]。这些局限性凸显了需要一个透明的评估框架，该框架结合国家背景条件和特定来源特征，以支持有效的PFAS优先排序和管理策略。

本研究旨在实现以下目标：（1）建立了一个包含五个维度的综合评估框架：普遍性（Pv）、存在性（O）、持久性和迁移性（PM）、生物累积性和毒性（BT）以及风险评估（RA）。选择这些维度是为了整合PFAS的环境暴露、物理化学行为、生物效应和潜在环境风险。（2）使用三种多标准决策方法计算了各PFAS的全面评分：AHP-Entropy-TOPSIS、AHP-CRITIC-TOPSIS和等权重法。然后比较结果以生成多个国家之间的稳健优先列表。（3）在国家层面评估PFAS风险，以揭示国家间的差异并支持监管优先排序。（4）按来源评估风险，包括AFFF、非AFFF和未知来源，以制定有针对性的控制策略。通过整合多国数据集和多标准决策方法，本研究提供了一个系统且科学稳健的框架，用于识别优先PFAS并提供监管干预的依据。

**地下水中的PFAS数据集编制**
进行了系统的文献搜索，以收集有关地下水PFAS污染的数据。使用Web of Science Core Collection识别了2010年至2024年间发表的研究，初步获得了246篇论文。经过严格的手动筛选后，保留了46篇研究。将这些研究与多个国家政府环境监测平台的公开地下水监测数据结合，构建了PFAS地下水数据集。

**基于已建立的PFAS数据库，按国家对PFAS进行了分组。随后对每个国家的所有PFAS进行了系统计算。使用AHP-Entropy-TOPSIS、AHP-CRITIC-TOPSIS和等权重法对PFAS进行了评分，得到了三组独立的评分结果。总共生成了328条PFAS评分记录，涵盖了13个国家的64种PFAS（见图S1；表S15）。较高的评分表示更大的潜在危害。对于每种评分方法，PFAS按降序排列。