《ACS ES&T Water》：Statewide Assessment of TFA, PFAS, and AOF in Alabama Surface Waters: Influence of Precipitation and Wastewater Effluent
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全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类多样的合成有机化学品，在污水处理厂（WWTP）出水和受纳地表水中被广泛检出。本研究评估了美国阿拉巴马州WWTP上游和下游地表水以及湖泊中40种PFAS（包括三氟乙酸（TFA））和可吸附有机氟（AOF）。上游和下游样品之间未观
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类多样的合成有机化学品，在污水处理厂（WWTP）出水和受纳地表水中被广泛检出。本研究评估了美国阿拉巴马州WWTP上游和下游地表水以及湖泊中40种PFAS（包括三氟乙酸（TFA））和可吸附有机氟（AOF）。上游和下游样品之间未观察到显著差异，表明相对于总体径流，WWTP出水中的PFAS对受纳水体的影响有限。在降水≥2.5 mm后采集的样品中，PFOA、PFOS和Σ39 PFAS浓度显著降低，这是由于污染物稀释作用。相比之下，在降水≥2.5 mm后采集的样品中，TFA和AOF浓度显著升高，突显了降水驱动输入这一来源途径。研究人员进行了Spearman相关分析，以关联PFAS浓度与人为数据。TFA频繁以高浓度被检出（平均值：773.0 ng/L）。地表水中的大部分有机氟（96.4%）未被使用EPA方法1633测得的PFAS所捕获。这些发现证明了阿拉巴马州地表水中PFAS（包括TFA）和未识别有机氟的广泛存在，并强调了整合靶向和整体有机氟测量以更好地表征污染物负荷和来源途径的重要性。
论文解读：阿拉巴马州地表水中TFA、PFAS和AOF的全州评估
**1. 研究背景与意义**
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类包含数千种氟化有机化学品的庞大类别，因其稳定性和表面活性剂特性而被广泛应用于各种工业和消费产品中。这种广泛使用导致了环境水体的普遍污染，对饮用水安全构成了重大威胁。污水处理厂（WWTP）出水是PFAS进入环境的一个常见点源，因此监测WWTP排放口下游的PFAS有助于识别来源并评估其对地表水浓度的影响。然而，靶向PFAS监测通常仅限于30至50种分析物，这可能严重低估样品中的总PFAS含量。可吸附有机氟（AOF）等总有机氟（TOF）方法可作为总PFAS及其他氟化有机物的整体指示指标，将靶向PFAS分析与整体有机氟分析相结合，能提供更全面的样品分析。三氟乙酸（TFA）作为许多含C–CF3结构（包括部分PFAS、药物、农药和制冷剂）氟化有机物的终端降解产物，在地表水中频繁以数百至数千ng/L的浓度被检出，且缺乏降解途径。然而，多数监测研究因TFA不属于常用测试方法（如EPA方法533、537.1和1633A）而将其排除在外。在美国东南部多个地区已开展PFAS监测，但阿拉巴马州尚缺乏全州范围内的系统性评估。因此，本研究旨在通过对阿拉巴马州全部67个县的地表水进行全州采样，结合靶向PFAS与AOF分析，评估WWTP出水和降水对PFAS浓度的影响，填补该地区PFAS污染状况的数据空白。
**2. 研究主要技术方法**
研究人员于三个月内在阿拉巴马州全部67个县的169个地点采集了地表水样品，重点覆盖WWTP排放口上游和下游位置。样品分析了40种靶向PFAS（遵循EPA方法1633A进行固相萃取和液相色谱-串联质谱分析，其中TFA采用HILIC色谱柱进行补充分析）、AOF（采用燃烧离子色谱法测定）、以及pH、碱度、浊度、溶解性有机碳和紫外吸收等水质参数。同时，收集了美国地质调查局（USGS）的流量数据、EPA的WWTP信息以及采样前24小时的历史降水数据。空间分析利用ArcGIS Pro处理了土地利用、土地覆盖、人口密度和WWTP排放口位置等数据，并计算了采样点周边不同半径缓冲区内的相关指标。统计分析包括成对t检验和非等方差双样本t检验，以及Spearman相关分析。
**3. 研究结果**
**3.1 水质参数**
WWTP出水并未显著影响受纳水体的水质。上游、下游和湖泊样品的平均pH、碱度、浊度、溶解性有机碳（DOC）、UV254和比紫外吸光度（SUVA）等指标仅有轻微波动，且未表现出系统性差异，表明WWTP出水在采样期间对河流整体水质参数的贡献有限。
**3.2 PFAS分析**
在40种靶向PFAS中，有10种（如PFBA、PFBS、PFHpA、PFOA、PFOS等）在至少20%的样品中被检出。PFOA和PFOS的检出率分别达到71.0%和76.3%，检出时的平均浓度分别为5.9 ng/L和6.7 ng/L。通过与监管基准对比，29.0%的样品PFOA浓度超过美国环保署（US EPA）饮用水最大污染物水平（MCL）4.0 ng/L，39.6%的样品PFOS浓度超标。不同样本类型（上游、下游、湖泊）之间的PFAS浓度无显著差异，表明WWTP出水的影响有限。然而，降水事件的影响显著：在采样前24小时内降水≥2.5 mm的条件下，PFOA、PFOS、PFBA和Σ39 PFAS的浓度显著低于降水<2.5 mm时的浓度，这归因于降雨稀释效应。
**3.3 空间分析**
空间分布图显示，PFAS浓度升高通常与已知或疑似的点源相关，包括Decatur的氟化学品制造厂、Auburn/Opelika的汽车和制造设施、Enterprise的军事基地等。城市区域（如Birmingham、Montgomery和Mobile）也呈现较高PFAS浓度。Spearman相关分析显示，PFAS浓度与人口密度、已开发土地（低、中、高强度）比例和城市-农业混合用地面积等人类活动指标存在显著正相关。沿河流方向，从上游采样点到WWTP排放口的平均距离为4.3 km，而从排放口到下游采样点的平均距离为7.9 km。值得注意的是，在72对上下游站点（n=144）之间，PFOA、PFOS和Σ39 PFAS浓度均无显著差异（所有p>0.37），进一步证实WWTP出水对河流PFAS负荷影响甚微，这归因于排放口水流量占总径流量的比例极小（平均贡献率仅3.0%）。
**3.4 TFA分析**
TFA在超过90%的样品中被检出，浓度范围从低于检出限（ND）到5404.0 ng/L，平均浓度为773.0 ng/L，中位数为721.0 ng/L。空间分布显示TFA在全州范围内广泛存在。与PFOA和PFOS等长链PFAS不同，降水后TFA浓度显著升高（p=0.05），表明大气湿沉降和含C–CF3农药的农业径流是TFA的重要来源途径。TFA浓度与WWTP数量呈现中度至弱负相关，进一步排除了WWTP作为其主要来源的可能性。与欧盟的“总PFAS”指导值（500 ng/L）相比，仅在考虑TFA时就有62.1%的样品超标，表明TFA是地表水中PFAS总量的重要贡献者。
**3.5 AOF分析**
AOF的检出率为89.3%（检出限为52 ng/L F），平均浓度为2006 ± 3886 ng/L F。最高AOF浓度（32,408 ng/L F）在Enterprise的一个采样点检出，该点靠近使用水系成膜泡沫（AFFF）的陆军作战航空中心。高AOF浓度区域与靶向PFAS热点区域并不完全重合，且大多数高值点与已知或疑似的点源或特定水文条件相关。与降水<2.5 mm的样品相比，降水≥2.5 mm后的AOF浓度显著更高（p=0.01），表明暴雨径流和悬浮固体会携带额外的有机氟进入水体。本研究的AOF浓度范围与美国南卡罗来纳州、德国河流和匈牙利多瑙河的报道值相当。
**3.6 PFAS和AOF比较**
通过将PFAS浓度转换为氟质量当量后发现，Σ39 PFAS平均仅占AOF的3.6 ± 7.4%，且两者之间无显著相关性。高PFAS和高AOF浓度通常出现在不同地点。这些结果表明，靶向分析的39种PFAS仅代表了地表水中有机氟总量的很小一部分，绝大多数氟化有机化合物（可能包括未测量的PFAS、转化产物、含氟药物和含氟农药）仍是未知的。这也揭示了靶向PFAS监测方法在表征总氟化污染物负担方面的局限性。
**3.7 与以往阿拉巴马州地表水PFAS数据比较**
将本研究中12个与既往研究（Viticoski et al.）重合采样点的PFAS浓度进行比较，两次研究约相隔五年（2020年夏季和2025年夏季）。大多数位点的PFOA、PFOS和总PFAS浓度相当，配对样本t检验显示无显著差异（n=78，p=0.94），表明PFAS浓度随时间变化有限，持续存在的点源（如工业排放）对地表水PFAS污染具有长期控制作用。
**4. 讨论与结论**
本研究通过对阿拉巴马州全州67个县的地表水进行全面采样分析，提供了关于PFAS污染状况的基线数据。研究发现，WWTP出水对受纳河流中PFAS浓度的影响有限，而降水事件对PFAS（稀释作用）和TFA/AOF（输入作用）呈现出相反的调控效果。空间分析结合Spearman相关分析揭示了PFAS浓度与人类活动强度（如已开发土地比例和人口密度）的正相关性。靶向PFAS仅占AOF的极小比例（3.6 ± 7.4%），表明地表水中存在大量未识别的有机氟化合物，凸显了仅依赖靶向分析的局限性。将整体有机氟测量（AOF）与靶向PFAS分析相结合，能够更全面地表征污染物负担。这些发现对于阿拉巴马州及其他多雨、低人口密度地区的水资源管理具有重要意义，表明相比调控WWTP出水，工业源控制可能对保护地表水水质更为有效。研究结果为未来的时间趋势评估、未知有机氟化合物（如含氟药物和农药）的识别以及通过连续采样和沉积物表征进行的更深入调查提供了基础。
