《Frontiers in Environmental Chemistry》：Identifying sources of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in an arid environment with de facto reuse
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本文系统研究了干旱地区重要饮用水源米德湖中全氟和多氟烷基物质（PFAS）的污染来源与迁移规律。通过多维采样分析（包括湖水、降水、污水厂进出水等），揭示科罗拉多河输入（贡献65%负荷）和拉斯维加斯灌渠（贡献27%负荷）是主要污染途径，并首次证实洗衣废水（贡献11%）和含PFAS化妆品（贡献9.3%）等生活源对污水厂负荷的重要影响。研究创新性运用总可氧化前体（TOP） assay和非靶向质谱技术，为干旱区水资源管理中PFAS控制提供了关键科学依据。
1 引言
米德湖作为科罗拉多河下游流域2500万人的核心饮用水源，其PFAS污染防控至关重要。近年来干旱导致水位持续下降，拉斯维加斯灌渠（LVW）对湖体水质的潜在影响加剧。尽管历史监测显示湖水中PFAS浓度较低，但美国环保署（US EPA）2024年新颁布的6种PFAS最大污染物浓度标准（MCLs）（如PFOS和PFOA均为4 ng/L）使污染源解析迫在眉睫。本研究通过多矩阵采样与先进分析技术，旨在厘清米德湖PFAS的输入途径与贡献权重。
2 材料与方法
研究于2024-2025年采集三类样本：①米德湖本体、降水（雨水/雪融水）样本；②LVW的污水、地下水和暴雨径流；③拉斯维加斯谷两家污水厂（WWTP 1和3）汇水区的污水样本。采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）定量19种PFAS，辅以非靶向高分辨质谱和TOP assay分析前体物质。TOP实验通过高温碱性氧化将前体物质转化为终端全氟烷基酸（PFAAs），并以13C8-FOSA转化率（45%–97%）验证氧化效率。
3 结果与讨论
3.1 科罗拉多河主导米德湖PFAS输入负荷
质量平衡模型显示，占湖体流量97%的科罗拉多河贡献65%的PFAS总负荷，其PFAS指纹（以短链全氟羧酸（PFCAs）如PFPeA（1.1 ng/L）和PFHxA（0.59 ng/L）为主）与湖心Boulder Basin（LM-BB）高度相似。LVW虽仅占流量2.2%，但因浓度较高（如PFPeA达20 ng/L）贡献27%负荷，尤其对PFHxS（42%）、PFHxA（37%）等组分影响显著。降水样本中PFAS浓度普遍低于1.5 ng/L，对湖体负荷贡献微弱。
3.2 污水厂出水是LVW的PFAS主要来源
干旱期四座污水厂 effluent 贡献LVW的56% PFAS负荷，其中WWTP 3因流量占比60%成为最大贡献源。机场周边AFFF污染地下水通过Rawhide渠道（RC-1）间歇性输入，虽浓度高达4768 ng/L（以长链PFSAs为主），但因流量有限（0.53 ML/天），整体贡献受限。暴雨期间，机场区域径流中检出6:2-FTS（1.88–125 ng/L）等前体物质，但首场降雨的PFAS瞬时通量（67 g/3小时）仍远低于干旱期日均通量（33 g/天）。
3.3 干湿期样本呈现差异化PFAS指纹
非靶向分析揭示，干旱期地下水样本（机场井、PVP井）中疑似源自AFFF的全氟磺酸盐（如PFPrS、PFPeS）和磺酰胺类物质（如FBSA）峰值显著，且支链PFOS占比（0.46–0.53）暗示电化学氟化工艺来源。湿期样本则以C2–C4短链含氟物质（如4-H-全氟-1-丁烯）为主，可能与大气传输的氟调聚醇氧化产物有关。
3.4 生活污水是污水厂PFAS主要来源
WWTP 3汇水区采样表明，居民污水（占流量63%）贡献59%的进水PFAS负荷（以摩尔计）。商业源（如卡车清洗、洗衣厂）虽局部浓度高（如某洗衣厂PFBA达460 ng/L），但因流量占比不足1%，整体贡献微弱。TOP assay显示生活污水样本中前体物质占比高达50%–94%，而污水厂出水前体占比降至18%，证实处理过程中前体向PFAAs的转化。
3.5 洗衣与个护产品是生活污水PFAS潜在热点
家庭洗衣实验表明，合成织物洗涤废水含PFBA（115 ng/L）和PFOS（4.83 ng/L），若按每户每周6次洗衣频次估算，可贡献污水厂11%负荷。个护产品中，含PFAS洗发水（贡献9.3%）和粉底液（贡献2.2%）是重要点源，而卫生纸和人体排泄贡献不足1%。
4 结论
科罗拉多河是米德湖PFAS主要输入源，LVW作为次要源对特定短链PFAS贡献突出。污水厂负荷主要来自生活源，其中洗衣及个护产品需引起关注。研究通过多技术联用揭示了干旱区PFAS的迁移规律，为《全氟辛酸（PFOA）4 ng/L》等新标达标提供了管理抓手。
