全氟化合物处理技术的研究进展

全氟化合物(PFCs)具有生殖毒性、免疫毒性和神经毒性,是环境中新型难降解污染物。有效去除PFCs的工艺研究已成为目前环境友好处理处置技术领域的新热点。该文在概述PFCs特性与污染现状的基础上,较为全面地介绍了国内外学者对PFCs的处理技术,包括高级氧化法、物理法、光化学技术、电化学氧化法、生物法等处理处置方法,并就上述技术的降解率、动力学、降解机理、中间产物等方面进行论述。最后,对处理PFCs的未来研究方向与发展趋势提出了相应的建议。     

母乳中全氟化合物的污染水平与婴儿暴露评估

为探索北京市产妇母乳中典型全氟化合物的污染水平及婴儿经母乳的外暴露水平及风险.于2011~2012年通过征集母乳捐献志愿者方式采集95份母乳样本,并填写调查表,记录母乳捐献者的人口学特征及居住环境等信息.采用固相萃取结合超高效液相色谱-串联质谱法测定母乳中全氟辛酸及全氟辛烷磺酸的含量,估算婴儿经母乳的每日摄入量并与参考剂量进行比较.结果显示北京市产妇母乳中全氟辛酸含量均值和中位数分别为42和37.4pg/m L,范围在13.4~181.3pg/m L之间.全氟辛烷磺酸含量高于全氟辛酸,均值、中位数和范围分别为66.6、54.5和14~390.3pg/m L,统计分析发现全氟辛酸与体重指数呈正相关但与母乳产出时间呈负相关,而全氟辛烷磺酸则与产妇年龄呈正相关.婴儿经母乳全氟辛酸和全氟辛烷磺酸每日摄入量中值分别为4.67和6.81ng/(kg bw·d),最高值分别为22.66和48.79ng/(kg bw·d),显示部分婴儿经母乳摄入的全氟辛烷磺酸水平超过了参考剂量,健康风险值得关注.     

自来水处理工艺对溶解相中全氟化合物残留的影响

为探究自来水原水到出厂水各处理环节对自来水中全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)残留的影响,了解原水中PFCs的季节性变化规律,应用WAX固相萃取分离富集与高效液相色谱-质谱联用相结合的方法,分析了深圳市某自来水厂一年间原水、出厂水及絮凝池、沉降池、砂滤池、臭氧+活性炭池出水溶解相中13种PFCs的残留水平.结果表明,原水和出厂水中ΣPFCs残留呈春夏高而秋冬低的趋势,检出的PFCs呈中短链(C≤10)长链(C≥11)的分布,而全氟辛烷磺酸是PFCs最典型残留种态.在原水经过的5个处理环节中,臭氧+活性炭、沉降和砂滤具有PFCs去除效应,然而絮凝和液氯消毒却分别使短链(C≤6)和中链(10≥C≥7)PFCs显著上升,导致出厂水中ΣPFCs浓度较原水增加了10%～44%.但出厂水中PFCs残留远低于其限值,尚不足以影响人体健康.     

深圳市沿岸表层海水中全氟化合物的残留特征及其分布规律

为探究深圳市沿海岸表层海水中全氟化合物（perfluorinated chemicals,PFCs）的残留特征及其分布规律,应用固相萃取分离、富集与高效液相色谱-质谱联用相结合的方法,研究了深圳市沿海岸18处表层海水中15种PFCs的残留特征、分布规律及其成因.结果表明,深圳沿海岸表层海水中PFCs总的残留水平（ΣPFCs）受人类活动影响显著,位于珠江和东宝河入海口下方的西部沿岸表层海水中PFCs残留显著高于开发程度轻、人口稀疏的东部沿岸（P〈0.05）;而自然条件下,表层海水中ΣPFCs残留呈湾内高于湾外的规律.沿海岸表层海水中PFCs的主要残留种态为中、短链的全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonate,PFOS）、全氟辛酸、全氟己酸和全氟戊酸,其相似的环境行为（P〈0.05,P〈0.01）可能与PFCs相关产品的生产过程有关;聚类分析结果进一步显示,PFOS（R2=0.409 2）残留可作为评价深圳沿海岸表层海水中PFCs污染状况的典型参数.     

地表水中典型全氟化合物的污染特性及降解机理研究

全氟化合物(PFCs)因其在环境介质中的稳定性、持久性和生物累积性,引起全球的广泛研究.基于对地表水中全氟化合物污染分布特性相关资料的分析,得出地表水中全氟化合物主要以PFOS和PFOA的形式存在.文章阐述了紫外光催化降解地表水中典型全氟化合物过程中不同催化剂的降解机制.总结了光催化降解的一般过程以及不同研究方法的基础技术的优缺点,提出了作者对地表水中典型全氟化合物降解技术的发展方向的看法.     

典型全氟化合物(PFCs)的降解与控制研究进展

全氟化合物(PFCs)已成为全球普遍关注的一类新型有机污染物,全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)是这类物质最为典型的代表.由于较强的稳定性和潜在的生物蓄积性,PFCs对生态环境和人类健康皆构成了极大威胁.因此,降解与控制环境介质中的PFCs是当前的研究热点.综述了近年来国内外PFCs主要的降解与控制技术,以期为相关研究提供参考.     

全氟化合物对表层沉积物中细菌群落结构的影响

选择集中分布氟化工相关企业的山东省小清河水系,自上游至莱州湾入海口采集10个表层沉积物样点(XQ1~XQ10),采用高效液相色谱/质谱联用(HPLC/MS-MS)监测全氟化合物(perfluoroalkyl substances,PFASs),分析影响细菌群落结构的基础环境因子,提取细菌DNA并运用第二代Illumina Mi Seq测序技术分析其细菌群落结构.结果表明,在小清河流域沉积物中12种PFASs均有不同程度检出,并以全氟辛酸(PFOA)为主,生产企业集中区下游样点XQ5的PFOA浓度在4、7月分别高达456.2 ng·g-1和748.7 ng·g-1.PFOA是小清河4月影响微生物群落结构的关键因子,与群落丰富度和均匀度呈显著负相关;硫杆菌属(Thiobacillus)在低浓度PFOA条件下数量较少,但在高浓度PFOA下数量较高且成为优势菌种,初步证明硫杆菌属是PFOA污染响应的敏感物种,有作为指示微生物的潜质;PFOA在浓度较低时(100 ng·g-1)对微生物群落结构的影响不显著.     

不同功能区表层土中全氟化合物污染指纹及其来源解析

为探究区域功能对其表层土中全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)污染指纹与含量水平的影响,采用固相萃取分离富集、高效液相色谱-质谱联用与源解析相结合的方法,分析了深圳市公园、居民小区、十字路口、工厂周边4个功能区和城市背景共76份表层土中14种PFCs的含量.结果表明,深圳市表层土总PFCs(ΣPFCs)含量受区域功能影响显著,呈工厂周边(P<0.001)>>十字路口(P<0.01)>>居民小区(P<0.05)>>公园>城市背景的分布.其中工厂周边、居民小区、公园表层土中PFCs呈中链(P<0.05)>>长链>短链的分布,而十字路口则呈中链≈短链(P<0.05)>>长链的分布.同时,以全氟辛烷磺酸、全氟辛酸、全氟十三酸为主要标志物的3个主成分可以解释深圳表层土超过81%的ΣPFCs,十字路口以及电镀、油漆厂周边表层土呈现出较清晰的PFCs污染指纹.     

亚慢性全氟辛烷磺酸染毒对大鼠海马细胞钙稳态的影响

采用经口摄食染毒,探讨全氟辛烷磺酸(PFOS)对大鼠血清与脑组织中PFOS浓度及海马细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)的影响,观察大鼠大脑皮质、海马和小脑组织病理学变化.结果表明,染毒组大鼠血清与脑组织中PFOS浓度、海马细胞内[Ca2+]i均显著高于对照组,且随着染毒剂量的升高,海马细胞内[Ca2+]i升高.大鼠血清与脑组织中PFOS浓度、脑组织中PFOS浓度与海马细胞[Ca2+]i均呈现显著的正相关关系.染毒组大鼠大脑皮质、海马和小脑组织中未见尼氏体染色变浅等病理性改变.     

全氟辛烷磺酸对蚯蚓体内4种酶活性的影响

采用人工土壤法,研究了不同暴露浓度的全氟辛烷磺酸(PFOS)对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)体内过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性及蚯蚓细胞色素P450(CYP450)含量的影响。研究结果表明,各指标敏感性总体为CYP450>CAT>GSH-PX>SOD。人工土壤试验中PFOS诱导CYP450含量增加,同时又抑制CAT活性。试验第4天时,50mg/kg处理组CAT活性是对照组的2.83倍,SOD活性达到190.769 U/mg,是对照组的2.19倍;12.5 mg/kg处理组GSH-PX活性最高,CYP450含量是对照组的3.85倍。PFOS暴露浓度与蚯蚓CAT、SOD和CYP450活性存在剂量-效应关系,在PFOS环境污染诊断时,可将第4天时的CAT、GSH-PX活性和CYP450含量作为生物标志物。为赤子爱胜蚓体内抗氧化酶和CYP450作为PFOS污染的早期诊断和生态风险监测生物标志物的可行性提供科学依据。     

全氟辛烷磺酸(PFOS)对斑马鱼卵黄蛋白原mRNA水平的影响

为了研究环境低剂量全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate,PFOS）对水生生物的内分泌干扰效应和可能的作用机制,测定了PFOS对斑马鱼（Brachydanio rerio）肝脏中卵黄蛋白原（vitellogenin,VTG）mRNA水平的影响.将斑马鱼暴露于4个PFOS的环境低剂量浓度组（0.1、1、10、100μg.L-1）中进行21d毒性试验,收集肝脏样品,提取RNA,采用荧光定量PCR（qRT-PCR）分别检测VTG1和VTG3的mRNA水平.结果表明：①PFOS暴露引起雄性斑马鱼肝脏VTG1和VTG3 mRNA水平升高,VTG1 mRNA水平升高与剂量呈正相关,在100μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异;VTG3的mRNA水平变化与剂量呈倒U型曲线,呈现典型的毒物刺激荷尔蒙效应,在10和100μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异;②PFOS暴露引起雌性斑马鱼肝脏中VTG1 mRNA水平升高,在10μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异,但在高浓度（10和100μg.L-1）处试验结果误差较大;VTG3 mRNA水平只在10μg.L-1暴露浓度处升高,但相比于对照组均没有显著性差异.试验结果表明PFOS暴露对斑马鱼的内分泌干扰作用明显,其毒性作用机制可能是类雌激素效应,而肝脏中VTG1和VTG3mRNA水平可能作为PFOS内分泌干扰效应评价的敏感生物标志物,但VTG1和VTG3 mRNA水平的响应曲线呈现基因亚型和性别差异.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

VUV/Fe3+体系对水中全氟辛酸(PFOA)脱氟影响因素研究

采用VUV/Fe3+光催化体系对全氟辛酸(PFOA)进行脱氟处理,考察了PFOA初始浓度、Fe3+浓度、体系pH值对体系脱氟的影响,并运用响应面正交法(RSM)优化分析了最佳反应条件.结果表明,VUV/Fe3+体系对PFOA具有明显的脱氟作用.PFOA浓度与Fe3+浓度比为1.8∶1～1.2∶1和pH为3～4时,有利于体系的脱氟.基于Box-Behnken响应曲面法,各影响因子显著性排序为pH>Fe3+投加量>PFOA初始浓度,pH值和Fe3+投加量交互作用显著.模型回归性良好,最佳运行条件组合为:pH=3.41,Fe3+投加量为30μmol·L-1和PFOA初始浓度为38.6μmol·L-1(16mg·L-1)条件下,反应4h的脱氟率达到54.13%,与预测值相比偏差为0.36%.在VUV体系引入Fe3+提高了PFOA及中间产物对紫外光利用的效率.     

1985~2019年中国全氟辛烷磺酰基化合物的动态物质流分析

全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）是一类具有持久性、生物累积性和毒性的化学品.揭示PFOS在较大时空范围内的流动、储存和释放规律,可为PFOS管理提供科学依据.本研究构建了1985~2019年中国PFOS的动态物质流模型,量化了流量、存量及环境释放量,并对结果进行了灵敏度和不确定性分析.结果表明,国内生产是中国PFOS主要的源,生产的PFOS多以终端产品形态流向国内市场,少数以原料形式出口;土壤和水体是中国PFOS主要的汇,释放到两者中的PFOS主要来自产品使用阶段,2019年达103 t.2000年前PFOS的总输入量和总输出量均相对较小,后逐步增加;2009年,相关公约的颁布使两者明显下降.2005年起,在用存量和环境释放量逐年增加,土地填埋存量自1985年起始终保持增长状态.含PFOS的废弃物的末端处理目前仍以土地填埋和焚烧等传统方式为主,但有向绿色处理方式转型的趋势.本研究结果可为健全我国PFOS管理提供基础数据和理论支持.     

无机结垢对纳滤膜分离水中全氟化合物的影响

选取全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟丁烷磺酸(PFBS)两种链长不同的典型全氟化合物(PFASs)作为目标去除物,以硫酸钙为典型无机结垢,研究硫酸钙结垢不同阶段中纳滤膜去除PFASs的特征和相关机理,简称硫酸钙试验,同时以相同离子强度的非结垢无机盐溶液开展对比试验考察目标PFASs的截留规律.结果表明,当硫酸钙和目标PFASs共存时,PFOS稳定截留率为硫酸钙试验(97.1%)>对比试验(93.0%),而PFBS稳定截留率为对比试验(46.2%)>硫酸钙试验(38.2%).对于同一PFAS,同一过滤时刻,膜面带电量:硫酸钙试验<对比试验;联合截留率、膜通量和Zeta电位综合分析可知,硫酸钙结垢过程中,PFOS的截留主要由Ca²⁺与PFOS的络合及架桥作用控制,该作用影响PFOS分离过程中的空间位阻作用强度;PFBS过滤初期的截留中静电排斥起主要作用,结垢层生成后,滤饼层强化的浓差极化作用成为PFBS截留效果下降的主要原因.     

泽泻(Alisma orientale)对全氟化合物的吸收和传输特征-浓度的影响

为探究泽泻(Alisma orientale)对不同浓度全氟化合物(PFASs)的吸收、积累和传输特征,进行了为期3周的水培实验,全氟辛酸和全氟辛烷磺酸的暴露浓度分别为0、5、10、50、100、200、500和1 000μg·L~(-1).结果表明:随着PFASs浓度的增加,根系电导率、根茎中Cu含量、茎叶中Ca含量均降低,但泽泻生长状况良好;植物对PFASs的去除量不断增加(0. 87～116. 50μg),去除率却不断降低(20. 1%～2. 9%).根、茎和叶中PFASs的浓度随着PFASs浓度的增加呈线性增加,且符合Langmuir吸附等温式和Michaelis-menten方程,表明泽泻通过被动扩散的方式吸收PFASs.计算PFOA和PFOS的根、茎和蒸腾流富集系数(RCF、SCF、TSCF),并用限制分配模型对RCF和SCF值进行拟合,发现RCF、SCF、TSCF和限制分配模型准平衡分配系数αpt均随着PFASs浓度的增加而降低,这是由于随着PFASs浓度的增加,达到平衡所需要的水分量增加,达到平衡的时间也变长.     

上海市电镀企业周边地表水中全氟和多氟烷基物质(PFASs)的污染特征

电镀是全氟和多氟烷基物质(PFASs)污染的主要来源之一. 目前关于电镀企业周边地表水中的PFASs污染特征报道较为缺乏. 为了解上海市电镀企业周边地表水中PFASs的污染特征与生态风险水平,选取全氟烷基羧酸(PFCAs)、全氟烷基磺酸(PFSAs)、磺酸调聚物以及1-氯-全氟烷基醚磺酸钾(F-53B)等26种典型PFASs为对象,调查其在上海市电镀企业周边地表水中的污染特征,探讨其污染来源并开展初步的生态风险评估. 结果表明:上海市电镀企业周边地表水中∑PFASs浓度范围为93.3~1 334 ng/L,其中大部分地表水中∑PFASs浓度小于300 ng/L,污染最严重的地表水分布于金山区,∑PFASs浓度是背景值的14.8倍. 地表水中全氟辛酸(PFOA)为普遍的主要污染物,其次为短链PFCAs和PFSAs. 1H,1H,2H,2H-全氟辛烷磺酸钠(6∶2 FTS)和F-53B也普遍存在于地表水中,但只在少数地表水中具有较高浓度,尤其是F-53B,其中金山区采样点浓度高达968 ng/L,主要与镀铬业务有关. 这表明短链PFCAs和PFSAs、PFOA、6∶2 FTS及F-53B等均可能已应用于电镀领域. 据污染源特征分析,地表水中PFASs除了受电镀行业的污染外,同时还可能来源于表面处理工业、前体化合物生物降解等. 初步的生态风险评估结果表明,上海市大部分电镀企业周边地表水中生态风险较低,但个别镀铬企业周边地表水中F-53B污染可能产生高生态风险. 研究显示,上海市电镀企业周边地表水中存在一定程度的PFASs污染,污染水平与特征差异较大;其中PFOA是电镀企业周边地表水中普遍存在的主要污染物,但生态风险较低;而F-53B在个别采样点中具有高残留、高生态风险,需加强污染防控.      

人血清中全氟和多氟烷基化合物及典型异构体的暴露特征与健康风险评估

为探究全氟和多氟烷基化合物(PFASs)及典型异构体在人血清中的暴露特征,利用高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS/MS)分析检测了60个人类血清样本中包括全氟辛烷羧酸(PFOA)与全氟辛烷磺酸(PFOS)异构体在内的16种PFASs.结果表明,除PFOA的异构体4m-PFOA与5m-PFOA外,所有目标PFASs均被检出.ΣPFASs的血清浓度为2.15～77.22 ng·mL^-1,n-PFOS是血清中贡献率最高的PFASs,其次为3+5mPFOS、4m-PFOS、n-PFOA及全氟己烷磺酸(PFHxS),PFOS所有的异构体与PFHxS、PFNA之间均存在显著的正相关关系.探究不同性别和年龄段的人类血清的PFASs发现,男性血清中的PFASs浓度显著高于女性,高年龄段人群血清中的PFASs浓度高于低年龄段人群.健康风险表征显示,血清中所有的PFASs单体的风险熵值HQ均小于1,PFASs的总和危险指数HI也小于1,血清中的现有浓度的PFASs对造成人类肝毒性和生殖毒性的风险程度较低,肝毒性与生殖毒性HI的主要贡献者均为n-PFOS,其次为3+5m-PFOS与...     

全氟辛烷磺酸对赤子爱胜蚓的抗氧化酶、代谢酶和DNA损伤的影响

非致死浓度下全氟辛烷磺酸(PFOS)对土壤生物的毒性作用研究在国内外鲜见报道.因此,本文采用人工土壤培养法,通过亚急性试验,研究了PFOS对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)生长抑制、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、过氧化氢酶(CAT)及DNA损伤的影响.结果表明,PFOS暴露急性期和亚急性期,非致死浓度PFOS显著抑制蚯蚓生长(p=0.000),生长抑制率随着暴露浓度、暴露时间的增大而逐渐增大,42 d时250 mg·kg^-1处理组的生长抑制率最大(55.86%).PFOS暴露急性期和亚急性期,非致死浓度PFOS对GST和CAT活性没有显著性影响(GST:p=0.067;CAT:p=0.123),采用GST和CAT酶活性评价非致死浓度PFOS对蚯蚓的生态毒性时,需要参考其他指标进行综合分析.PFOS暴露急性期,非致死浓度PFOS可致体腔细胞DNA损伤;PFOS暴露亚急性期,体腔细胞DNA损伤随着暴露时间的增加而逐渐得到恢复.     

河流不同分子量溶解性有机质对全氟化合物赋存形态的影响

目前有关水体全氟化合物(PFASs)赋存特征的研究主要集中于总溶解态,对溶解性有机质(DOM)结合态PFASs的研究较为匮乏,尤其忽视了不同分子量DOM对PFASs赋存形态的影响. 为阐明河流上覆水体不同分子量DOM对PFASs赋存形态的影响,本文以长江干支流为例,分析了河流上覆水体11种典型PFASs (C4~C12)的浓度及组成,研究了不同分子量DOM结合态PFASs的赋存特征. 结果表明:①长江上覆水体中PFASs的平均浓度为52.6 ng/L,其中全氟戊酸(PFPeA)和全氟己酸(PFHxA)是最主要的单体污染物;由于受点源污染的影响,武汉段PFASs总溶解浓度及其单体浓度均显著高于其他采样点. ②长江上覆水体中DOM的浓度范围为0.08~3.84 mg/L (以C计),将水体DOM按分子量分离为<1 kDa、1~3 kDa、3~5 kDa、5~10 kDa和>10 kDa五种组分,各采样点中<1 kDa的溶解性有机碳(DOC)浓度(1.56~3.84 mg/L)显著高于其他分子量的DOC浓度. ③对于所检出的PFASs,<1 kDa DOM结合态PFASs (含自由溶解态)的浓度亦显著高于其他分子量DOM结合态PFASs的浓度,且其占水体总溶解态PFASs的比例均在85%以上,说明水体DOM结合态PFASs具有较高的生物有效性. 研究显示,水体不同分子量DOM结合态PFASs的赋存特征存在差异,因此对水体PFASs进行生态风险评价时需综合考虑不同分子量DOM结合态的含量及其生物有效性.