水务热点黄河流域地表水中全氟多氟烷基化合物的分布及饮用水潜在安全风险分析

【目的】全氟/多氟烷基化合物(PFASs)在黄河流域分布广泛，评估其对饮用水的潜在安全风险，对于加强黄河流域饮用水安全保障工作具备极其重大意义。【方法】文章调研了2016年—2024年黄河流域水体中PFASs浓度情况，分析了上中下游主要PFASs种类及来源，探讨了现行饮用水工艺对PFASs可处理性，结合流域内179家地表水水厂所采用的工艺情况，阐明了当前水源水中PFASs对饮用水的潜在安全风险。【结果】根据结果得出，黄河流域地表水中PFASs质量浓度为ng/L～μg/L级别，全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)等化合物为主要污染种类，主要来自于工业排放、农业活动和生活垃圾污水，氟化工、纺织、造纸、电镀、消防、皮革、冶金等行业是主要工业排放源。黄河流域地表水源水中PFOA和PFOS最高检出浓度均低于我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)限值规定，采用美国饮用水标准判定时，上游地表水水厂处理后的饮用水均能满足标准限值要求，中、下游分别有95.2%、67.4%的地表水水厂处理后的饮用水尚不能够满足标准要求，表明黄河流域中、下游的PFASs具有潜在的饮用水安全风险。【结论】为防范上述风险，一方面应促进企业清洁生产实现源头控制，另一方面加强对水源水中PFASs浓度的监测，并根据需求升级水厂处理工艺。

郭风巧, 邬晶晶, 郝天, 等.黄河流域地表水中全氟/多氟烷基化合物的分布及饮用水潜在安全风险分析[J].净水技术, 2025, 44(6): 62-70.

主要从事饮用水安全保障、水质检测技术及标准化、污染物筛查等方面的工作。深度参与“十二五”和“十三五”国家水体污染控制与治理科技重大专项、国家重点研发计划“十三五”重点专项课题共8项，曾担任“水专项”饮用水主题组秘书。参与编制行业和地方标准2项，发表学术论文10篇，参编饮用水相关著作3部。

全氟/多氟烷基化合物(perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances，PFASs)是一类由碳链组成，烷基中的氢原子被氟原子完全或部分取代，并链接一系列侧链基团(如磺酸基、羧酸基、膦酸基、氨基和醚键等官能团)的新有机化合物，除了被广泛用于纺织品、消防泡沫、电镀等外，用途几乎涉及所有行业分支和消费品。PFASs在环境中具有持久性、生物累积性和潜在的毒性，长期暴露于PFASs中可能对人类健康产生影响，包括损伤肝脏、形成肿瘤、损伤神经系统、女性的生殖系统造成毒性等。

2023年3月1日，《重点管控新污染物清单(2023版)》正式发布，明确全氟辛基磺酸及其盐类和全氟辛基磺酰氟(PFOS类)、全氟辛酸及其盐类和相关化合物(PFOA类)等列入清单的新污染物，应当按照国家有关规定采取禁止、限制、限排等环境风险管控措施。 2023年4月1日，《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)正式实施，标准规定2项PFASs[全氟辛酸(PFOA) 和全氟辛烷磺酸(PFOS)]作为饮用水参考指标,限值分别为80ng/L和40ng/L。2024年4月10日，美国国家环境保护局(EPA)发布首个具有法律效力的国家饮用水标准，以应对饮用水中的“永久性化学物质”污染问题。新标准对5种PFASs 做出限制，包括PFOA、PFOS、全氟壬酸(PFNA)、全氟烷磺酸(PFHxS)和六氟环氧丙烷二聚酸(HFPO-DA)，PFOS 和PFOA：非强制性最高污染物水平建议目标(MLCG)设定为0，强制性最高污染水平(MCL)设定为4.0ng/L。基于3种PFASs的危害标准：PFNA、PFHxS 和HFPODA，限值均为10ng/L，表明国内外水质管理部门越来越重视对于水中PFASs的管控。

目前，PFASs在国内外流域水环境中的检出情况较为普遍，也有研究关注了黄河流域上中下游水环境中PFASs分布情况及环境风险，为从源头到水厂探明黄河流域饮用水的PFASs安全风险，总结近20年已有的文献，结合对黄河流域上中下游地表水中PFASs污染水平、主要污染差异性和来源的全面分析，以及PFASs在黄河流域水厂的可处理性统计结果，评估黄河流域PFASs对饮用水的潜在安全风险，提出相应风险管控建议。

通过对2016年—2024年黄河流域相关文献报道数据进行梳理分析，得到PFASs在黄河流域地表水和水源水中的浓度分布情况，如表1所示。黄河流域从上游到下游水体中普遍有PFASs检出，质量浓度为ng/L～μg/L级别。但从现有文献的调研结果看，黄河流域上游地表水中检出了较高浓度的PFASs总量，质量浓度高达3207ng/L，湟水河处于兰州市饮用水水源地上游，需要进一步关注；黄河中游地表水中PFASs总量的质量浓度为18.0～56.9ng/L，黄河下游地表水中PFASs总量的质量浓度为1.00～107ng/L。从PFOA的浓度水平看，其在黄河流域下游的重要饮用水源地引黄水库检出浓度较高，质量浓度为0.900～37.6ng/L。从PFOS的浓度水平看，上游湟水河流域出现了较高的检出质量浓度(3016ng/L)，与流域附近地毯厂排放废水有关。从黄河流域水源水浓度看，黄河下游水源受PFOA和PFOS污染情况比上游和中游严重。此外，黄河下游地表水源水出现比支流断面水或水库水中总PFASs浓度更高的情况，应考虑排查污染来源。

根据黄河流域PFASs文献调研，整理得到黄河流域PFASs的主要污染特征及来源，如表2所示。黄河流域支流断面水体中PFASs的分布受附近相关生产企业排放废水影响较大，黄河流域主要污染物为PFOA、PFOS 和全氟己酸(PFHxA)，其中上游主要污染物为PFOA和PFOS，主要工业源为地毯厂、氟化工产业园区、污水处理厂等的废水排放；中游主要污染物为PFOA、PFOS和PFHxA，主要工业源为造纸、纺织、皮革、冶金等行业的废水排放；下游主要污染物为PFOA和PFOS，大部分来源于工业、农业、生活及大气沉降等，其主要工业源包括造纸、纺织、皮革、冶金等行业的废水排放。黄河流域地表水样品与上海附近和南黄海等流域水样中的主要PFASs种类有所不同，后者的主要污染物还包括PFPeA和全氟丁烷磺酸(PFBS)，但PFHxA不是主要污染物。

分析水厂常用处理工艺对PFASs处理效果，以水厂或水厂中试装置为研究对象，选取常规工艺、强化常规处理工艺、深度处理工艺(吸附工艺、臭氧-生物活性炭工艺、高级氧化工艺和膜处理工艺)等6种工艺进行处理效果评估，PFASs在不同水厂工艺下的去除率如表3所示。

常规处理工艺(含混凝-沉淀-过滤-消毒等工艺)通常仅能去除11.0%～21.6%的PFASs，各种PFASs的去除率为29.5%～100%，表明常规处理工艺对PFASs的去除效果有限，不同物质的去除率波动较大，各工艺段对PFASs的去除作用也差异较大，混凝沉淀对PFASs的去除率大于砂滤过程，消毒工艺对PFASs去除率不稳定，部分使用常规处理的水厂用氯消毒后总PFASs浓度反而增加，可能将长链PFASs氧化为短链PFASs或将前体物氧化为PFASs。

强化常规处理主要包括强化混凝和强化过滤，通过增加可吸附的活性点位，增强对PFASs的吸附效果，实验室小试对PFOS和PFOA的去除率可达到50%左右，但实际水厂中的去除率达不到该水平。目前强化常规工艺提高PFASs吸附效果的主要方式有增加助凝剂、调节溶液pH、使用新型混凝剂[如聚合氯化铝铁(PAFC)]、聚合硫酸铁(PFS)等。

活性炭和离子交换树脂等吸附工艺在水厂中具有较为成熟的应用，中试试验对于PFASs的去除率可达40%，也有研究的去除率在90.0%以上。研究表明，活性炭和离子交换树脂受吸附容量限制，其改性材料的研究也主要集中在改变材料表面电荷、表面官能团和孔径等途径，且改性材料表现出更佳的吸附效果。采用吸附法过程中，需要根据PFASs 中长链和短链物质情况，选择相应的吸附材料，通常颗粒活性炭材料更倾于向去除长链物质，离子交换材料可通过调节溶液pH等条件选择性地去除长链或短链PFASs。

实验室研究中臭氧-生物活性炭工艺对短链PFASs的去除率可以达到70.0%～90.0%,在太湖为水源的2个水厂和上海某水厂的实际运行过程中，PFASs去除率仅为20.7%～37.3%。对比得到，臭氧水厂工艺运行效果很难稳定达到实验室效果，臭氧阶段受臭氧剂量、接触时间、臭氧投加点位、其他有机质竞争的影响，生物活性炭的吸附性能和微生物活性也会受到水质、水温等因素的影响，考虑臭氧氧化会将长链物质或前体物氧化为短链物质，活性炭也更易吸附长链物质，对于短链物质的去除，主要还是靠生物降解作用，因此要保持臭氧-生物活性炭对短链PFASs的持续去除效果，应注意活性炭对短链PFASs的及时解吸以及水质和水温的稳定。

高级氧化技术主要是由于自由基对PFASs氧化，以解离“—CF2”单元的方式分级实现对PFASs的去除，根据小试试验结果，高级氧化技术对PFASs的去除率和脱氟率不稳定，去除率为5.0%～100%，脱氟率为10.0%～82.0%，实际水厂中高级氧化工艺对于PFASs的去除率情况暂未查明。近年来基于紫外的高级氧化工艺是PFASs去除的研究热点，大多数高级氧化工艺在酸性条件下表现出更优的PFASs去除效率，主要是由于酸性条件下自由基的生成量最大，当水源水中的前体物含量较高时，工艺容易造成消毒副产物的产生和PFASs去除率的不稳定。

膜工艺目前已被大量用于PFASs的去除，常见的膜处理技术有超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。据文献报道，超滤膜对PFASs的去除效果较差，纳滤膜和反渗透膜对PFASs的去除能力较强，去除率可达到90.0%以上，美国某水厂采用常规工艺+反渗透膜，对PFASs的去除率可达到47.0%～99.0%。膜污染是膜工艺中常见的问题，会导致PFASs的去除效果明显降低，工艺运行中需定期对膜清洗，不断优化运行参数。

结果表明，常规处理工艺对PFASs的去除效果有限，且不同物质的去除率波动较大；对于深度处理工艺，颗粒活性炭对PFASs具有较好的处理效果，但需要注意PFASs解吸易产生二次污染，离子交换工艺吸附效率较高，可针对性地去除长链或短链PFASs；臭氧-生物活性炭对短链PFASs具有较好的处理效果；基于紫外的高级氧化工艺对PFASs具有较好的处理效果，实际使用过程中应同时关注脱氟率；膜处理工艺对PFASs的去除存在选择性，不同的膜处理效果差异很大。在研究工艺对水源水的处理效果时，应考虑模拟水源中其他有机质产生的竞争作用，以及实际水样中PFASs的浓度，并防止二次污染对饮用水的影响。为达到理想处理效果，有些水厂开始采用超滤+纳滤“双膜”工艺、臭氧-生物活性炭+沉浸式超滤膜、粉末活性炭工艺+常规处理+沉浸式膜处理等不同组合的深度处理工艺，建议进一步考察组合工艺对PFASs 的可处理性。

对黄河流域水厂水源、处理工艺情况进行调研，收集了8个省、59个城市、427家水厂信息数据，信息为水质抽样调查时各地水司提供。统计得到地下水水厂为230家，地表地下混合水水厂为20家，地表水水厂为177家，其中18家地表水水厂的水源未分布于黄河流域，主要为南水北调水，对黄河流域采用地表水和地表地下混合水源的179家水厂进行工艺情况分析。

黄河流域上中下游水厂处理工艺统计如图1所示。黄河流域上游青海、甘肃、宁夏、内蒙古4省(自治区)21市(自治州)的70家水厂中，采用常规处理工艺的占比最大，为62.9%，其次为简易处理工艺，占比为28.6%，深度处理(含膜处理)工艺和强化常规处理工艺占比较低，分别为5.7%和2.8%；黄河流域中游陕西、山西、河南3省14市的63家水厂中，使用常规处理工艺的占比最大，为85.6%，简易处理、强化常规处理和深度处理(含膜处理)工艺占比均为4.8%；黄河流域下游河南和山东2省13市的46家水厂中，使用常规处理工艺的占比最大，为34.8%，其次是深度处理工艺，占比为32.6%，强化常规处理工艺占比为28.3%，简易处理工艺占比最低，为4.3%。总体看来，黄河流域水厂采用常规处理工艺居多，占比为63.7%，简易处理工艺、深度处理工艺、强化常规处理工艺占比依次减小，分别占比为14.0%、12.3%、10.0%；相比上游和中游的水厂，下游使用深度处理工艺和强化常规处理工艺的水厂较多。

从水源水浓度水平看，经黄河流域水厂工艺处理后饮用水中PFOA和PFOS均可满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)的限值要求。参考美国饮用水标准中PFOA和PFOS的限值，对黄河流域地表水水厂的PFOA和PFOS的理论去除率以及可处理达标地表水水厂占比情况进行分析，可知黄河流域上中下游面临着不同程度的饮用水安全风险。

黄河流域水源水中PFOA、PFOS 的浓度水平及饮用水达到美国饮用水标准的理论去除率如图2所示。黄河上游水源水中未检出PFOA和PFOS，上游水体污染未涉及饮用水源地；黄河中游水源水中PFOA质量浓度平均值为16.3ng/L，若要处理后饮用水中PFOA浓度低于美国饮用水标准限值4.0ng/L，水厂工艺对其去除率应至少达到75.5%；黄河下游水源水中PFOA和PFOS最高质量浓度分别为32.1ng/L和11.8ng/L，若要达到美国饮用水标准限值，水厂工艺对其去除率应至少达到87.5%和66.0%。

图2 黄河流域水源水中PFOA、PFOS的浓度水平及饮用水达到美国饮用水标准的理论去除率

黄河流域地表水水厂可将PFASs处理至满足美国饮用水规定要求的占比如图3所示。简易处理、常规处理、强化常规、臭氧-生物活性炭等工艺均无法满足去除要求，因深度处理工艺中各工艺类型占比情况未明确，经计算，黄河中游至少95.2%的地表水水厂无法有效去除PFOA，黄河下游至少67.4%的地表水水厂无法有效去除PFOA和PFOS。由此，饮用水标准要求提升后，黄河中游的饮用水安全风险最大，下游的饮用水安全风险次之，上游水源水中未检出PFOA和PFOS，饮用水安全风险较低。黄河流域水厂处理工艺整体较为落后，水源水一旦受到PFASs污染，末端治理PFASs难度大，宜优先采用促进企业清洁生产、加强源头控制的策略。

(1)黄河流域上中下游水体中PFASs广泛检出，其质量浓度水平在ng/L～μg/L级别。上游支流出现较高的总PFASs检出浓度，下游地表水源水出现比支流断面水或水库水总PFASs浓度更高的情况。黄河流域PFASs主要污染种类为PFOA和PFOS等长链化合物，主要来源为工业排放、农业活动和生活污水，氟化工、纺织、造纸、电镀、消防、皮革、冶金等行业是主要工业排放源。

(2)传统水处理工艺对PFASs的处理效果较差，黄河流域饮用水中PFASs存在潜在安全风险。PFASs属于净水工艺难处理的一类污染物，研究表明，常规处理工艺对PFASs的去除效果有限，深度处理工艺(含膜处理)对PFASs有一定的去除效果，需工艺精确调控。黄河流域地表水源水中的PFOA和PFOS均满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)中相应限值规定，但中游和下游分别有至少95.2%和67.4%的地表水水厂无法将水源水处理到满足美国饮用水标准限值要求，其居民面临着潜在的饮用水安全风险。

(3)加强源头控制是降低饮用水中PFASs安全风险的主要方式。PFASs应用广泛且难以降解，水中PFASs持续存在，末端治理成本高、难度大，建议以加强源头控制、促进清洁生产为主要手段控制黄河流域水体的PFASs污染问题，通过跨部门、跨地区的合作，共同推动黄河流域的生态保护和可持续发展。此外，相关部门应加强对水源水中PFASs浓度的监测，并依据需求升级水厂处理工艺。

本文来源于《净水技术》2025年第6期“水源与饮用水保障”，内容略有删减，原标题为《黄河流域地表水中全氟/多氟烷基化合物的分布及饮用水潜在安全风险分析》，作者郭风巧1,2,邬晶晶1,2,郝天1,2,*,孙雪梓1,2(1.中国城市规划设计研究院，北京 100037;2.住房城乡建设部饮用水安全保障工程技术创新中心，北京 100044)。

《净水技术》创刊于 1982年，由上海市科学技术协会主管，上海市净水技术学会和上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司联合主办，上海市政工程设计研究总院(集团) 有限公司和同济大学环境科学与工程学院提供学术支持的中国科技核心期刊，华东地区优秀期刊。《净水技术》2023年复合影响因子为1.348，综合影响因子为0.875。