《Journal of Hazardous Materials Letters》:Evaluating RemBind Amendments for Reducing the Leachability and Extractability of PFAS in Municipal Sludge-derived Pellets
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全氟和多氟烷基物质(per- and polyfluoroalkyl substances,PFAS)在市政污水污泥与生物固体中累积,在土地利用过程中存在向环境释放的潜在风险。研究人员评估了两种吸附剂RemBind100与RemBind100X对限制污泥衍生颗
全氟和多氟烷基物质(per- and polyfluoroalkyl substances,PFAS)在市政污水污泥与生物固体中累积,在土地利用过程中存在向环境释放的潜在风险。研究人员评估了两种吸附剂RemBind100与RemBind100X对限制污泥衍生颗粒中PFAS释放的效果。在污泥处理流程不同节点采集样本,加标10种PFAS混合物,于台式尺度开展实验。以美国环保署合成降水浸出程序(Synthetic Precipitation Leaching Procedure,SPLP)评价PFAS浸出性,以美国环保署方法1633A提取评价PFAS-吸附剂结合强度。RemBind100X优于RemBind100,在0.3%与0.6%(w/w)添加量下分别降低Σ10PFAS浸出性78.81±1.32%与91.48±2.64%。随改良剂投加量增加,可提取Σ10PFAS最高降低约50%,表明PFAS保留增强。在原始污泥阶段添加改良剂较处理后期固定化效率最高。短期老化与序批浸出试验显示PFAS保留具有持续性。两种改良剂亦降低污泥中背景超短链PFAS浸出性,表明其对高迁移性PFAS适用。上述结果证明吸附剂改良剂降低市政污泥衍生颗粒中PFAS迁移力的潜力,并凸显改良剂剂量与添加时机对PFAS固定化的影响。
研究背景方面,全氟和多氟烷基物质(PFAS)因热化学稳定性广泛用于工业与消费品,经市政污水处理厂(WWTPs)富集于出水与污水污泥间,常规处理无法高效去除或销毁。生物固体(biosolids)土地利用虽具肥效,但PFAS可淋溶至孔隙水与地下水或被作物吸收,形成长期暴露通路。现有稳定化工艺如厌氧消化、碱稳定或造粒并未设计用于销毁PFAS,甚至可能因前体转化或质量浓缩升高特定PFAS浓度。以碳质吸附剂为基底的改良固定化策略被视为降低PFAS迁移力的可行路径,其中RemBind?(主要含活性炭与铝硅酸盐矿物)在污染土壤与污泥中已展现前景,但将其嵌入市政污泥制粒流程、并考察改良剂类型、剂量与添加节点的影响仍不充分。该研究据此在市政污泥处理框架内评价RemBind系列改良剂对最终颗粒化生物固体的PFAS固定化效果。
研究人员以美国费城某市政污泥脱水厂的原始污泥、污泥饼与混合固体为对象,在原始污泥经聚合物调理与倾析后取半固态组分(5.3% solids)加标10种PFAS各10 ng/g干重(Σ10PFAS=100 ng/g干重),分别在原始污泥、污泥饼与混合固体阶段投加RemBind100与RemBind100X(0.3%与0.6% w/w),经24–48 h孵育、150°C烘干、混匀制粒以复现设施流程;以SPLP(EPA 1312,pH 4.2±0.05)测颗粒PFAS浸出性,以EPA Method 1633A(0.3%氨甲醇)测可提取性以反映吸附剂结合导致的分析回收降低,并开展30天室温老化与序批浸出、超短链PFAS背景评估,LC-MS/MS同位素稀释定量。
主要关键技术方法概括如下:样本取自费城市政污泥脱水厂三个处理节点(原始污泥、污泥饼、混合固体),加标10种PFAS混合物至100 ng/g干重;改良剂RemBind100与RemBind100X按0.3%与0.6% w/w在差异节点投加并制粒;浸出性采用SPLP(EPA 1312)模拟降水淋溶,可提取性采用EPA 1633A氨甲醇提取以判别溶剂可提性与环境迁移性差异;保留性经30天老化与序批浸出验证;PFAS定量由UPLC-Xevo TQ-S micro负电喷雾LC-MS/MS同位素稀释完成,八点校准0.05–10 ng/ml。
研究结果部分,引言指出PFAS在污泥处置链条中的归趋缺口与RemBind既往基础。材料与方法确立样本队列(费城脱水厂三阶段物料)、加标方案、SPLP与1633A双指标框架及公式(1)(2)量化浸出/提取浓度与固定化效率。数据显示RemBind100X在0.3%与0.6%剂量下将Σ10PFAS浸出性降至对照的21.19±1.32%与8.52±2.64%,即降低78.81±1.32%与91.48±2.64%;可提取Σ10PFAS随剂量增至0.6%最大降约50%,证明结合态比例上升。添加节点实验中原始污泥期投加固定化效率高于污泥饼与混合固体期,说明早投加利于吸附位点预占据与后续热处理锁固。短期老化(30天)与序批浸出后浸出量未反弹,证实保留非短暂物理截留。背景超短链PFAS(如PFBA、PFBS)浸出同步下降,表明该改良对高水溶性物种亦有效。
讨论与结论翻译总结:研究人员指出,RemBind100X相较RemBind100具备更高比表面与微孔贡献,在污泥制粒前序嵌入可显著降低PFAS淋溶风险,且剂量-响应明确、早投加优于晚投加、老化与重复淋溶下性能不衰减,对超短链PFAS亦具阻滞能力。结论认为,吸附剂改良策略可整合入市政污泥处理至颗粒生物固体产出链条以降低PFAS迁移力,改良剂选型、投加量(0.3%–0.6% w/w)与投加节点(优先原始污泥段)是决定固定化成效的关键操作变量,该发现为生物固体土地利用前的PFAS管控提供了可工程化的前处理思路。