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污泥中的PFAs:澳大利亚水协的调研综述

发布日期:2022-03-21 来源:IWA国际水协会

PFAs,全称全氟和多氟烷烃化合物,有着难以破坏的碳-氟键(C-F键)。根据官能团的不同,PFAs主要包括全氟烷基羧酸、全氟烷基磺酸、全氟烷基磷酸、多氟聚醚、氟调聚醇和全氟磺酰类等。因具有疏水疏油、耐高温、可降低水表面张力等特点,广泛应用于皮革、纺织、造纸、农药、防火材料、润滑剂、涂料、洗护用品等多种工农业和民用领域。有报道认为,工业生产或者使用的PFAS多达4700多种。其中,以全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)为代表的全氟烷基酸是最受关注的一类PFAS

1990 年代以来许多国家就开始关注对 PFAS 及其对环境和人类健康的影响。研究多通过分析体内PFAS暴露水平与健康效应指标关联性来探究PFAS的危害,大部分研究结果能够得出PFAS与健康效应改变的关联性,但尚未形成统一的结论,仍需进一步研究。但在此之前,阻止或减少这类物质进入环境是人类能做的最好的防范措施。因此2009年,联合国环境规划署将PFOS及其盐类作为新增的永久性有机污染物(POPs)列入《斯德哥尔摩公约》。2019年,PFOA及其盐类也作为POPs被列入《斯德哥尔摩公约》。尽管如此,还是不少PFAs获得豁免,主要原因是目前没有现成的化学替代品,使用 这些PFAs的好处超过了其慢性长期风险。例如,PFAS 表面活性剂被添加到金属电镀液中,可以保护工人免受六价铬蒸气的伤害。

有研究显示,遵守斯德哥尔摩公约的国家,其污水中的PFOSPFOA浓度已经显著降低了。这当然是个好消息,但随着研究的深入,研究人员开始意识到,对于污水中的PFAs,我们其实不仅要关心出水中的PFAs,污泥中的PFAs也值得关注。


PFAs在人类活动圈的循环路径

缅因州的警钟
  
在美国,不少污水厂通过污泥回用实现资源回收。2015ES&T的一篇文章就呼吁要提高污泥回用的程度。

  最近几年,开始有研究和报道指出在一些牛奶中测出了高浓度PFAs,原因是奶牛食用了被含有PFAs的污泥污染的干草和水。事后缅因州要求州环保部对农用的污泥设定PFAs限值,但由于大部分污泥都超过了限制,导致该州的污水厂污泥的积滞。最近,缅因州甚至颁布法令,成为全世界第一个禁止使用含有PFAs产品的地区(2030年起生效)。


. 美国EPA给各种食物制定的PFAs限制

除了美国,其他国家有何应对PFAs污染的举措呢?今年3月,澳大利亚水协的三位专家发表了一篇题为《PFAS in Biosolids: A Review of International Regulations》,对目前世界多个国家对PFAs的管理进行了综述。下面我们来看看他们的统计概况。

  被忽略的角落?


随着各国政府和研究人员对PFAs认识的加深,越来越多国家都注意到污水厂是许多PFAs的最终去向。如果不对污水处理厂的 PFAS 进行针对性处理,这些化学物质随后会进入回用水和污泥中,而目前没有现成的技术可以去除生物固体中的PFAs

了解PFAs的来源是解决污泥PFAs问题的第一步。澳大利亚水协会的这篇文章首先对公布数据进行整理,总结了目前多种材料的PFAs含量概况,包括了化妆品、清洁剂、防晒霜和灰尘等含有PFAs。这些物质通过下水道进入污水厂,最终成为污泥的一部分。


1. 部分材料中的 PFAS 浓度 (ng/g)

除此之外,这篇文章对目前全球关于污泥种的PFAs浓度的研究进行了统计,显示,数据显示,截至 2020 9 月,这方面的研究数量仅为40个。这说明我们全球水圈对污泥PFAS 污染的理解还处于起步阶段。


2. 40项相关研究测出的PFAs浓度概况。研究论文中的PFAS 浓度通常以 ng/g 为单位,相当于十亿分之一 (ppb)

其中,除了德国的几个地方州外,欧洲还没有一个国家专门针对农用污泥的PFAS 浓度制定具体规则或限制(截至 2020 9 月)。丹麦、德国、荷兰和瑞典等国在这方面的工作比较靠前,他们都有相关的土壤PFAs限值规定,但各国限值有较大差异。


在美加地区,这份报告也提到了缅因州的案例,这也是目前有对污水厂污泥的浓度有明确规定的州,他们根据地下水渗漏路径制定了一下限值:

·全氟丁烷磺酸 (PFBS) 1.9 mg/kg,干重 (1,900 ng/g)

·全氟辛烷磺酸 (PFOS) 0.0052 mg/kg,干重 (5.2 ng/g)

·全氟辛酸 (PFOA) 0.0025 mg/kg,干重 (2.5 ng/g)
  
报告也提到了中国的情况。根据相关文献报道,中国大陆和香港的污水厂污泥的PFAs平均浓度在5.383 ng/g7.304ng/g。他们指出虽然中国生态环境部已经将PFOA纳入“高污染高环境风险产品名录”,但还没有专门针对污水厂污泥PFAs的处理指南。

在这篇综述里,作者们发现了PFAs的浓度和一个城市或国家的经济水平存在正相关。对此,作者认为这并不意味着发展中国家不存在PFAs问题,只是这些国家还没有足够的污水处理厂来统一收集污水来处理,毕竟好多发展中国家连公共卫生设施的问题都来没有解决。那么这些留在污泥中的PFAs会对社会造成什么影响呢?澳洲水协会的这篇报告也没有给出具体的好办法。但他们指出,焚烧或热解工艺虽然能够对污泥进行热破坏,但实际操作存在各种困难,例如反应过程可能释放一些挥发性氟,或者不能完全破坏PFAs,还限制了对有机物质或营养物的回收。另一方面,如果对污泥进行热裂,还要为此投资建设大量的基建设施,反应后的残留物管理也是一个未知数。
目前源头减量还是解决PFAs问题的最有效措施。显然,在污泥中检出PFAs,真不能怪污水厂,毕竟只要工业界继续使用含有PFAs原料一天,污泥中的PFAs就会继续存在下去。