《Environmental Impact Assessment Review》：Biochar-assisted remediation of contaminated soils: Does reduced toxicity from PFOA immobilization outweigh impacts from metal and PAH contaminants in biochar?
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米科拉伊·奥夫西亚尼亚克（Miko?aj Owsianiak）|伊奥安娜·潘特利（Ioanna Panteli）|埃尔伦德·索尔莫（Erlend S?rmo）|彼得·范特克（Peter Fantke）|古德尼·弗拉塔博（Gudny Flatab?）|杰拉德·科内利森（Gerard
米科拉伊·奥夫西亚尼亚克（Miko?aj Owsianiak）|伊奥安娜·潘特利（Ioanna Panteli）|埃尔伦德·索尔莫（Erlend S?rmo）|彼得·范特克（Peter Fantke）|古德尼·弗拉塔博（Gudny Flatab?）|杰拉德·科内利森（Gerard Cornelissen）
丹麦技术大学环境与资源工程系定量可持续性评估部门，丹麦林比（Kgs. Lyngby）2800
摘要
评估生物炭辅助的污染物固定化作为土壤修复技术时，必须考虑通过土壤净化减少毒性影响与通过碳储存缓解气候变化之间的权衡，以及随生物炭引入土壤的污染物所带来的负面影响。解决这一权衡具有挑战性，因为现有的生命周期影响评估（LCIA）模型和特征化因素通常不能代表受污染现场的条件，特别是在存在生物炭等吸附剂的情况下。此外，大多数全氟和多氟烷基物质（PFAS）化合物的比较毒性潜力（CTP）数据在土壤中尚不可用。为应对这些挑战，我们应用USEtox框架来量化全氟辛酸（PFOA）作为修复目标，以及通过生物炭改良引入的几种金属和多环芳烃（PAHs）的环境归趋、生态系统暴露和生态毒性效应。所得到的CTP被用于基于LC-Impact方法的土壤修复生命周期评估（LCA）的LCIA阶段。生物炭对PAHs的CTP有显著影响，对PFOA的影响中等，对金属的影响有限。PFOA的固定化与PAHs和金属的引入之间的权衡被碳储存的好处以及避免现有废物管理所带来的好处所抵消。这些结果表明，实施生物炭辅助修复应主要依据生物炭的碳储存潜力以及现有原料处理途径的特性来指导，而生物炭对PFOA固定化的影响则相对较小。
引言
由于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的持久性和潜在健康影响，它们已成为土壤修复的重要目标（Ross等人，2018；Hou等人，2023；Bui等人，2024）。吸附修复技术，如使用活性炭和生物炭的技术，被认为是PFAS固定化的有希望的候选方法，从而降低其生物可利用性和生态系统毒性（Zhu等人，2023；Padhye等人，2025）。生物炭是一种富含碳的多孔材料，通过生物质热解产生，其高表面积使其能够有效吸附PFAS，特别是当使用废弃物原料生产时，这支持了污染物去除和循环经济的目标（Skjennum等人，2024）。除了开发修复技术外，从生命周期的角度评估其环境性能同样重要（Lahlou和Canter，1993；Li等人，2024；Morales等人，2024；Xu等人，2024）。然而，目前进行涉及PFAS和生物炭的生命周期评估面临几个挑战。
第一个挑战是量化修复活动可能带来的环境效益（Owsianiak等人，2013）。对于PFAS来说，这特别具有挑战性，因为它需要量化环境归趋、生态系统暴露和生态毒性效应，同时考虑其独特的物理化学性质，如疏水性和憎水性（Holmquist等人，2020）。全氟辛酸（PFOA）是土壤中最常见的PFAS污染物之一（Zareitalabad等人，2013；Alazaiza等人，2025）。它是非聚合和聚合氟调聚物基物质的最终降解产物（Holmquist等人，2020）。PFOA的比较毒性潜力（CTP，即衡量环境归趋、摄入量和人类健康效应的指标）在大约3010种具有非癌症人类健康影响潜力的化学物质中排名高于第95百分位（Holmquist等人，2020）。同样，其在海洋生态毒性方面的CTP在大约2500种有数据的化学物质中超过了第75百分位。这一较高的排名强调了在陆地系统中表征PFOA影响的重要性，以便充分评估土壤修复策略的环境性能。然而，当前方法中尚无PFOA在陆地环境中的CTP数据。
第二个主要挑战是生物炭对土壤中污染物环境归趋和生态系统暴露的影响，包括那些需要修复的污染物以及通过生物炭改良引入的污染物。计算PFOA作为修复目标的CTP时必须考虑其潜在的固定化作用，这可以减少生态系统暴露，同时影响环境归趋。生物炭对多环芳烃（PAHs）和金属成分的毒性影响也进行了研究，通常表明在其存在下毒性压力有所降低（Gomez-Eyles等人，2011）。现有的生命周期影响评估（LCIA）模型用于评估（生态）毒性，例如UNEP/SETAC全球参考模型USEtox（Rosenbaum等人，2008；Fantke等人，2021；Owsianiak等人，2023），通常设计用于代表通用条件，以确保在没有特定排放地点和条件的情况下对化学物质进行无偏比较（Fantke等人，2018a）。因此，这些模型需要调整，以更好地反映提供此类信息的更具体区域化或典型环境，例如存在生物炭的代表性土壤条件（Nordborg等人，2017；Erhart和Erhart，2022）。
目前对PFAS修复的环境可持续性评估有限，只有一项研究专注于PFAS去除反应器的设计（Laramay和Crimi，2020）。没有发表的研究评估应用于PFAS污染物的土壤修复技术的环境可持续性，特别是在毒性降低与其他环境影响之间的生命周期权衡方面。我们假设，如果考虑到PFOA对陆地毒性影响的减少和气候变化缓解效应，并将其与通过生物炭引入的PAHs和金属所带来的环境负担相平衡，那么从系统角度评估PFOA污染土壤的修复将带来净环境效益。
因此，本文的目的是评估生物炭辅助修复PFOA污染土壤作为一种修复技术。为此，我们为陆地环境中的PFOA开发了新的比较毒性潜力，量化了生物炭对土壤中PFOA影响的影响，以及随生物炭引入的金属和PAHs的影响。最后，我们在基于LC-Impact方法的PFOA污染土壤生物炭辅助修复的LCA的LCIA阶段使用了这些新因素。将毒性权衡放在更广泛的生命周期视角中考虑，同时考虑修复生命周期中所有相关过程的其他生命周期影响和由此产生的损害。还包括了一个无行动方案的对比作为参考。
部分摘录
方法
根据生命周期评估（LCA）的预期用途，理想情况下应在做出决策之前应用LCA（Owsianiak等人，2018），我们使用LCA作为决策支持工具，以确定在哪些情况下修复是有意义的，而无需实际进行修复活动或在现场条件下验证。选择的假设场地代表了现实世界的受污染场地（S?rmo等人，2024c）。
生物炭对比较毒性潜力的影响
图3显示了在未指定土壤中PFOA、金属和PAHs的陆地生态毒性CTP（即，在排放位置未知的经典LCA中会使用的因素），以及在考虑PFOA固定化和金属及PAHs吸附到生物炭碳中的情况下计算的CTP值。主要有四个观察结果。
首先，PFOA的排名通常介于金属和PAHs之间。PFOA的排名可以通过……来解释
局限性和未来研究
我们的研究面临几个方法学上的局限性，应在未来的工作中加以解决。
首先，由于对损害导向的特征化因素了解不足，因此未能量化这些因素的不确定性。对于人类毒性和生态毒性，与特征化因素的总体不确定性相比，严重性因素相关的额外不确定性相对较小，因为中间点指标与终点损害密切相关。相比之下，对于其他影响……
结论和建议
这项基于生命周期的生物炭辅助PFAS修复的初步评估表明，根据生物炭的类型，修复活动可以比无行动方案表现得更好。它们还可以带来净环境效益。与可能的直觉预期相反，即这些效益主要来自PFOA的固定化，我们发现效益主要由土壤中的碳储存价值决定。在我们的研究中，由木质纤维素制成的生物炭……
手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了GPT-4来改进拼写并提高写作的整体效果。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
这项工作是挪威研究委员会（NFR项目#299070）资助的“将有机废物转化为生物炭”项目的一部分。新项目“VIRTUE-A：植物修复、热解和生物炭应用以实现土壤、饲料和食品中的安全PFAS水平”（NFR项目#357871）的部分资金用于完成本文。
