专刊巡礼 | 供排水系统中PFAS检测与去除研究进展

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本期摘要

全氟和多氟烷基化合物(PFAS)污染物有良好的水溶性，对水环境的影响呈加剧趋势。本文在系统性总结水环境中PFAS的来源、浓度和转化过程的基础上，对比了色谱法、总可氧化前体(TOP)法和传感器等检测方法以及传统物化生方法、高级氧化技术以及焚烧工艺等去除技术，旨在为PFAS的监测与控制提供理论支持。

结果表明，饮用水中PFAS质量浓度普遍超过0.1ng/L，且PFAS在供排水处理过程中的去除存在两大局限：一是检测技术仅能覆盖少数PFAS类型；二是目前的去除方法无法彻底消除PFAS风险，或导致去除率差，或转化为短链氟化物，引发更多潜在环境风险。

【引文格式】

蒋晓倩，郭俊敏，田川，等.供排水系统中全氟和多氟烷基化合物(PFAS)的检测与去除研究进展[J].净水技术，2024，43(8):31-39，134.

JIANG X Q, GUO J M, TIAN C, et al. Research progress on determination and removal of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in water supply and drainage systems[J]. Water Purification Technology, 2024, 43(8): 31-39,134.

PFAS的现状检测技术

※色谱法

色谱法可以有效地分离不同种类的PFAS，为后续的定量分析奠定基础，目前被广泛应用于PFAS的分离。该技术基于化合物在多孔介质上的选择性吸附，并通过沸点和离子淌度差异实现物理性质不同的物质分离。根据被分析物质性质的不同，分为液相色谱（LC）和气相色谱（GC）两类。在《生活饮用水标准检验方法 第8部分：有机物指标》(GB/T 5750.8—2023)中，超高效液相色谱串联质谱法(UPLC-MS)被确立为检测水样中11种全氟化合物(包括PFOA和PFOS等）的标准方法。此外，部分地方标准也颁布了PFAS的标准法，例如江苏省地标《水质 17种全氟化合检测方物的测定 高效液相色谱串联质谱法》(DB32/T 4004—2021)规定了高效液相色谱串联质谱法检测水样中17种PFAS的标准方法。然而，与欧美等国家相比，我国PFAS的标准化检测技术尚待成熟，可检测的PFAS种类有待进一步拓展。

EPA在测试方法8327中详细规定了使用多反应监测(MRM)液相色谱串联质谱法检测包括PFOS和PFOA在内的24种化合物的标准方法。在饮用水检测中，EPA方法537.1被用于检测18种PFAS，方法533被用于检测另外11种较短链PFAS。此外，研究人员正致力于研发各种非标准化方法，以优化PFAS的检测效果。

尽管色谱技术具有在单次分析中检测多种PFAS的优势，但在处理不同样品基质和进行样品预处理时难度较大。在整个取样和样品制备过程中，必须严格遵循质量保证/质量控制(QA/QC)程序，以尽可能地减少背景污染对测定结果的潜在影响，防止PFAS检测结果出现假阳性或假阴性。例如，在取样和预处理过程中不得接触聚四氟乙烯(PTFE)或其他含氟聚合物材料，以避免测定值偏高。

※总可氧化前体(TOP)测定法

由于目前PFAS种类持续增多，传统色谱法在PFAS检测中的局限性日益凸显。因此，科研人员正在使用TOP测定法与其他技术相结合，以识别环境中的新PFAS。TOP通常是将PFAS前体氧化转化为可测量的PFAAs来研究PFAS前体，TOP方法可以检测已知和未知的前体物质，取代或补充传统的分析工具。例如，Liu等利用高分辨率精确质谱法(HRMS)和改良TOP分析法，检测地表、地下土壤样本以及地下水样本中的PFAS。但目前TOP方法相关的研究较少，且其在分离难度、检出限等均存在一些不足，因此，尚未大规模投入应用。

※基于传感器的检测技术

PFAS传感器的检测技术通常基于光学、电化学和其他新型传感原理，将PFAS浓度快速地转化为可被检测到的光电信号，实现原位、高效、连续的检测效果。但相较于色谱和其他仪器分析技术，基于传感器的技术具有专一性，即仅适用于特定PFAS的检测。因此，每出现一种新型的PFAS污染物，都必须针对性地开发新型传感器以应对其检测需求。

例如，随着PFOA和PFOS替代品的广泛应用，六氟环氧丙烷二聚酸(HFPO-DA，又称GenX)，作为全氟铵(2甲基-3-草己酸酯)的氢化产物，已被证实其毒性高于PFOA。为了精确检测此污染物，研究者使用分子印迹聚合物(MIP)电极，通过从聚合物中提取HFPO-DA并将其固定在电极表面实现选择性检测。

与传统检测方法相同，基于传感器的PFAS检测技术也需要进行预处理，以消除背景电平干扰。多种水污染物会导致背景电平异常，例如乙二胺四乙酸(EDTA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂阴离子，以及Ca2+、Mg2+等金属阳离子，均可通过阻断检测位点干扰信号或降低传感器选择性，导致结果模糊或假阴性。在使用传感器定量检测PFAS前，通过固相、液-液和固-液萃取等预处理技术，可有效减少这些干扰因素的影响。

经过样品预处理以消除背景干扰后，仪器的灵敏度可以提高到所需的检测极限。例如，固相萃取(SPE)能将水中PFOA和PFOS的检出限从0.01mg/L降低到0.0005mg/L。此外，电化学气溶胶形成(LEAF)过程可在10min内将10种常见的PFAS浓缩1000倍。

初创公司Grapheal(CNR与法国科学研究中心S)与萨瓦勃朗峰大学联合机构EDYEM实验室共同推出了一款专门用于现场检测验PFAS的传感器设备，该装置基于石墨烯传感器，主要用于检测水中的PFOA。该装置体积小，仅有信用卡大小，可随身携带，且检测结果可随时上传至手机或电脑中，可对PFAS进行快速地原位检测。但目前该设备检出限较高，约为100ng/L，且检测对象较为单一，仅能检测PFOA，但这已经是一个很好的开始。

PFAS高级氧化处理技术

高级氧化工艺 (AOPs) 作为一种有效手段，在去除不可生物降解有机污染物方面有显著优势。 AOPs 通过产生活性自由基 ( 如 H 2 O 2 、 · OH 和超氧离子 ) 作用于目标污染物，实现其高效氧化分解，转化为无害的 H 2 O 、 CO 2 和无机化合物，作用机制如式 (1) 。· OH 氧化剂因其氧化能力强、环境友好 ( 无毒、无腐蚀性、半衰期短 ) 、操作简便等优点而备受关注。

·OH+污染物→CO2+H2O+降解产物 (1)

尽管·OH氧化剂在处理多种难降解有机污染物中展现出巨大潜力，但AOPs在实际应用中也面临高药耗、高能耗及较高处理成本等局限性。AOPs通常分为化学AOPs(如臭氧、H2O2、Fenton和催化法等)和非常规AOPs(如超声波、微波、电化学氧化法等)两大类。在处理PFAS时，AOPs的主要作用机理为脱氟，即断裂C—F键去除F原子，从而将PFAS转化为短链氟化物，从而增强去除效果。此过程中，长链PFAS(如PFOA等)逐步降解，较短链PFAS则被有效去除或分解，短链中间体(如PFHxA等)的不断生成进一步证实了逐步脱氟的过程。

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总结与展望

目前气相色谱法仍是应用最广泛的PFAS检测方法，尽管其可以有效分离不同种类PFAS，但复杂的预处理过程、较长的检测周期限制着其在PFAS原位检测中的应用，其他分离检测方法也普遍存在检出限高、专一性强的缺点。因此，在对检测效率与精准度要求越来越高的背景下，基于传感器的检测方法更加值得投入时间与资源。PFAS的去除依然是一大难题，常规的物理化学和生物处理方法均无法有效去除水中PFAS，而AOPs尽管对PFAS去除效果较好，但其成本和能耗普遍较高。同时，在处理PFAS 过程中可能会出现毒性更强、污染更大的中间产物，这要求研究者们不能仅单纯地观察目标PFAS的变化，更要关注中间产物的生成及归宿。

以上内容节选自《净水技术》2024年第八期“供排水监测技术前沿与热点综述”专栏文章《供排水系统中全氟和多氟烷基化合物（PFAS）的检测与去除研究进展》，微信对原文有所修改，欢迎广大作者引用此文。

本文作者：蒋晓倩，郭俊敏，田川，魏锦程。

作者单位：住房城乡建设部饮用水安全保障工程技术创新中心，中国城市规划设计研究院。

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专刊介绍

2024年是国家城市供水水质监测网和国家城市排水监测网（以下简称“国家网”）成立30周年。为了深入总结国家网三十年的辉煌成就，展示城市供排水监测技术的最新科研进展与创新成果，推动行业的技术交流与学术研讨，住房城乡建设部饮用水安全保障工程技术创新中心联合中国科技核心期刊《净水技术》，开展了国家城市供排水监测网成立三十周年科技创新论文征稿活动，以专刊形式集中展示我国供排水水质监测工作的标准创新、科技创新、方法创新、管理创新等方面的探索和进展。目前专刊共收录了8篇监测网资深前辈和专家寄语、24篇原创论文，已于8月25日《净水技术》第八期正式刊出，本专刊详细内容也将陆续在“净水技术”微信订阅号进行报道，欢迎关注，也欢迎各相关单位征订、收藏。最后，感谢所有为本次专刊付出的审稿专家、供稿单位、投稿作者、编辑和工作人员。

来源：中国科技核心期刊《净水技术》2024年第八期，本篇内容在原文基础上有删减，仅供分享交流不作商业用途，版权归原作者和原作者出处。

排版：《净水技术》编辑 李滨妤

审核：《净水技术》社长/执行主编 阮辰旼

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