"永久化学品"PFAS 怎么销毁？——新一代污染治理技术全景

2023年，一台绰号"埃莉诺"的移动式化学反应器抵达阿拉斯加州费尔班克斯国际机场，它的使命就是分解污染物。这个3米长的集装箱内装有一根金属反应筒，专门用来打破自然界中一些最难断裂的化学键。

机场跑道外侧有一处坑塘，这里原本是露天水池，如今上面覆着泥土，塘内仍蓄积着恶臭的红色污水。水体被全氟和多氟烷基物质（PFAS，更广为人知的名字是"永久化学物"）污染，同时还含有苯、砷等其他有毒物质。这些PFAS来源于消防泡沫：数十年来，消防员一直在一架锈蚀的飞机壳体上开展灭火演练，持续喷洒这类泡沫。

工作人员从坑塘中抽出7.5万升污水，并把水中的PFAS富集为污浊泡沫，再将这份浓缩液送入埃莉诺反应器。反应器把液体加压至200多个大气压，加热至接近铅的熔点，再混入腐蚀性化学药剂。在这种极端苛刻的条件下，超过99.9%的PFAS分子被裂解。研发该技术的华盛顿州企业Aquagga首席技术官布莱恩·平卡德说："我们这套设备最擅长处理浓度极高、污染极强的废液，降解非常彻底。"

如果大规模投入使用，埃莉诺以及同类设备可以帮助企业和政府应对这一大棘手的污染难题。PFAS曾经备受青睐，恰恰是因为它很难被降解。这类分子拥有牢固的碳—氟键，使其耐热、防水，并且能在生物体内保持稳定。这些特性让它在消防泡沫、特氟龙不粘涂层以及百忧解等药物中得到广泛应用。

PFAS的定义口径不一，但一项被广泛引用的统计显示，科学文献中记载的PFAS结构约有2400万种，其中数千种实现了工业化生产。8月发表的一项研究显示，1950至2020年间，近二十余种常用PFAS累计约2万至15万吨，通过大气和水体进入自然环境。

一旦进入自然界，让PFAS如此稳定的化学特性，也使它具备极强的持久性。如今，在饮用水、食物、土壤、海洋、空气，以及几乎所有受检人群的血液中都能检出这类物质。部分PFAS会干扰脂质代谢与免疫信号传导；充足证据表明，几种传统PFAS污染物——尤其是全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）——会升高人体胆固醇水平、降低疫苗保护效力，并增加患癌风险。生产商已基本淘汰这两种物质，改用短链PFAS替代，这类短链物质看起来更不容易在体内蓄积。伦敦国王学院毒理学家路易吉·马尔焦塔-卡萨卢奇指出，绝大多数PFAS对健康的影响尚不明确："对于绝大多数这类物质，我们完全不清楚它们会对生物体产生什么作用。"

PFAS污染治理已经发展成一个规模数十亿美元的产业。第一步——从污染水体中分离PFAS的技术已经成熟。费尔班克斯的示范项目采用泡沫分馏法：向污水中鼓入空气，形成富集PFAS的泡沫，再将泡沫撇除。活性炭滤料或是特种塑料微珠，同样可以从水中截留这类化学物质。

更难的问题是：富集之后该如何处理。多年来，装满浓缩污染物的桶会被卡车运至焚烧厂。但后续研究发现，部分焚烧厂仅仅是把PFAS分解成更小的碎片，再从烟囱排放出去，反而让污染扩散得更广。

这类担忧促使美国对PFAS焚烧实施阶段性禁令。从2022年到今年2月（新研究给出一定安全依据前），该禁令禁止美国国防部焚烧自有PFAS废料。国防部管控着700多处污染场地、数百万升PFAS废液，已经投入超2.5亿美元开发PFAS分离与降解新技术。明尼苏达州PFAS降解企业Claros Technologies联合创始人约翰·布罗克格雷滕斯表示，禁令实施之后，"焚烧不再被视作简单省事的方案，这一点，比任何因素都更能为其他降解技术打开市场大门。"

多种降解技术随之涌现，形成激烈竞争。Aquagga这类方案依靠高温高压破坏PFAS；还有一些技术利用超声波、紫外光或是电能。这些新技术都宣称能够攻克焚烧工艺的短板，而且设备可移动。英国PFAS降解初创企业Mantisonix联合创始人、萨里大学化学工程师玛德琳·布斯梅克说："我们可以把整套系统搬到现场或是工厂里，企业就不需要转运危险废料。"

但这些替代技术实际效果究竟如何？会不会产生新的有害副产物？能不能规模化应用，切实缓解全球PFAS污染问题？今年5月揭牌的科罗拉多矿业学院PFAS修复技术工程中心（RiTE中心）将围绕这些问题开展研究。该中心由美国国防部出资700万美元支持，目标是对各家企业的技术开展公平、标准化对比评估。中心副主任蒂姆·斯特拉斯曼说："企业需要拿出证据，证明他们的技术比规范运行的危险废物焚烧炉成本更低、环境影响更小。"

研发这些技术的企业，同时还要应对复杂且不断更新的污染治理法规。平卡德说："监管政策存在不确定性，客户不敢贸然采用新技术，很多企业都持观望态度。"

未来的法规可能要求在全球范围内全面治理PFAS污染，治理成本或将高达数万亿美元。但许多研究者认为，无论降解技术多么廉价高效，都只能因地制宜、选择性部署，不可能遍地铺开，大量现存污染只能留在原地。"人们很容易陷入一种误区：我们要把检出的每一个PFAS分子全部处理掉，"平卡德说，"但这种物质无处不在，我们必须对污染问题分级、优先处置。"

各路"拆弹"技术

降解PFAS的思路之一是强力破坏，焚烧就是典型方案。RiTE中心同时还会评估另一种技术：超临界水氧化（SCWO）。该技术将污水加热加压至水的临界点以上，让水进入一种既非液态、也非气态的特殊状态。当温度高于374摄氏度、压力达到218个大气压时，水会变成高活性流体，打断碳—氟键，将PFAS分解为二氧化碳和无害的氟离子。北卡罗来纳州超临界水氧化企业374Water联合创始人、化学工程师马克·德休斯说："我把它比作'超级高压锅'。"

374Water的设备集成在集装箱内，单日可处理数千升废液。和焚烧一样，该工艺几乎能分解所有有机物，处理标准远超法规限值。德休斯说，这一点对客户吸引力很强——他们既要顾及环保责任，也害怕诉讼。"PFAS污染本质上是责任驱动型问题。我不是说它不存在健康风险，但最主要的风险，是企业、市政当局、垃圾填埋场会因为PFAS排放被起诉。"

并非所有企业都认为必须采用如此极端的反应条件。Aquagga的工艺叫作水热碱性处理（HALT），同样结合加热与加压，但不会达到水的超临界状态；取而代之的是加入氢氧化钠等强碱，攻击包括PFOS在内最难降解的分子。

平卡德介绍，这套工艺温度更低，搭配热量回收系统后，能耗比超临界水氧化和焚烧都更低，而且碱性药剂价格低廉。和其他替代技术一样，Aquagga的HALT设备可移动。该工艺近期在伊利诺伊州的3M工厂完成中试，测算发现，省去废料外运焚烧的运费后，整套设备3年内即可回本。Aquagga目前瞄准大量使用PFAS的工业客户，包括半导体、制药行业；平卡德称，公司马上就要达成首笔订单。

还有一些技术完全不需要加热。Claros公司利用紫外光在反应器内裂解PFAS，反应器外形类似大型紫外消毒设备。布罗克格雷滕斯简单概括："就是一根不锈钢筒，里面装一堆灯管。"

污染废液送入反应器后，Claros会加入光敏剂——这类商业化廉价药剂可以吸收紫外光，激发出高能电子，进而断裂碳—氟键。这套系统最适合已经预处理过的废水：提前去除固形物以及其他会吸收紫外光的杂质。Claros即将为氟化工企业大金美国安装第一套商用设备。

布罗克格雷滕斯补充，紫外工艺还有一个优势：降解三氟乙酸（TFA）效果很好。TFA是一种极小的PFAS分子，很难从水中去除，被认为是全球储量最高的PFAS污染物。"这正是我们在市场上找准的独特赛道。"

另一条技术路线是电氧化：利用电解池夺走PFAS化学键中的电子，让分子解体。芝加哥伊利诺伊大学化学工程师布莱恩·查普林多年来一直在优化反应器电极材料；相比热降解工艺，电氧化降解PFAS能耗更低。市面上已经有商用的PFAS电氧化设备，但查普林对其实际性能持谨慎态度："我没有看到能够佐证厂商宣传效果的数据，他们对阳极材料高度保密。"

利用声波裂解PFAS，算是所有方案里最特别的一种。布斯梅克的初创企业Mantisonix的灵感来自螳螂虾：螳螂虾快速闭合螯足，产生气泡，气泡溃灭时会形成冲击波。这套超声技术在污染液体中制造大量微观气泡；气泡内爆瞬间，会形成充满活性物质的超高温等离子体微区，击碎PFAS分子。Mantisonix正在筹备首次现场试验；美国其他超声降解企业已经测试同类系统，用于处理高浓度PFAS废液，甚至直接原位处理受污染地下水。

降解技术一览

焚烧可高效降解全氟和多氟烷基物质（PFAS），但能耗巨大，且需要把废料运至专门设施；新一代设备可移动，能耗可能更低，但PFAS完全降解能力参差不齐。

横向对比这些技术并不容易：各家企业计算降解效率、药剂与能耗、成本的方法各不相同。部分技术适合从高污染点位去除绝大部分PFAS，另一些则致力于清除痕量残留。

这正是PFAS RiTE中心的价值所在。未来几年，中心会补齐公开数据缺口，对PFAS治理技术开展标准化测试，给出客观对比。圣托马斯大学环境工程师阿里·林说："我们非常需要一个机构，能够公平、统一地对比各项技术。"

最大的疑问：销毁之后留下什么

摆在这些技术面前最大的疑问，不只是能不能分解PFAS，还有分解之后留下什么。科学家尤其担心不完全降解产物（PID）：PFAS没有被彻底打碎时，生成更小的含氟分子。一部分不完全降解产物（例如TFA）本身就是持久性污染物，还有一部分属于强温室气体。因此，任何号称可以降解PFAS的技术，都必须证明它不是用一种污染替换另一种污染。

除了便携性优于焚烧炉，这类新工艺还有一个共同点：可以循环多次处理PFAS。如果部分PFAS在一轮处理后留存下来，废液浓缩后可以再次送入反应器。焚烧没有二次处理机会，行业内一般要求焚烧工艺至少达到99.9999%的去除降解效率，业内简称"六个9"。平卡德解释："焚烧工艺必须达到这么高的效率，因为所有产物都会随烟气排入大气。"

正是出于这份顾虑，美国国防部在2022年出台PFAS废料焚烧禁令。禁令期间，研究人员对商用焚烧炉开展了迄今为止最严苛的检测。

测试结果整体向好。2024年，美国国防部联合美国环境保护署（EPA）开展研究，检测美国最大危废处理企业清港公司运营的犹他州阿拉贡尼特焚烧厂排放物。结果显示，该设施产生的不完全降解产物几乎低于检出限，同时稳定达到"六个9"的降解效率。清港公司副总裁安妮卢·德维特说："这项测试实实在在证明了焚烧技术的能力。"

得州威立雅焚烧厂以及EPA中试项目也得到类似结果，监管部门在今年2月解除国防部焚烧禁令。4月，EPA发布指导文件：运行温度高于约1100℃的危险废物焚烧炉几乎可以完全降解PFAS，同时提醒，温度更低的市政生活垃圾焚烧炉很难实现同等效果。

美国现有十几座商用危险废物焚烧炉，还有少量配套在化工厂内。德维特相信，焚烧产能足以承接PFAS处理需求："其他技术现阶段根本达不到这个水平。"

澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境研究所环境工程师延斯·布洛特沃格尔，之前研究过电氧化与超声降解技术。但在牵头研究德国路德维希港巴斯夫（全球大型危废焚烧设施之一）的排放后，他得出结论："目前来看，焚烧可能是唯一能稳定实现99.9999%降解去除率的技术。"他补充说，和普遍认知不同，焚烧的能耗成本并没有高得离谱，焚烧废料本身就能提供大部分热量。

不过布洛特沃格尔并不认为焚烧会独占市场。危险废物焚烧炉数量稀少，不适合处理低浓度废液或是偏远点位污染。移动式处理设备可以直接部署在工厂、机场、军事基地，省去把浓缩PFAS废料运输数百乃至上千公里的成本。"不存在一招制胜的万能技术，"他说，"我们工具箱里需要多种方案，焚烧也不是所有场景的答案。"

政策决定技术的命运

新技术能不能推广开来，很大程度上取决于实验室之外的政策决策：需要去除多少PFAS？哪些化合物优先管控？污染场地满足什么条件才算修复完成？多国监管机构都在争论这些问题。

2024年，EPA设定美国饮用水中PFOA、PFOS限值为4万亿分之一，其他几种常见PFAS限值略高。数千套供水系统超标，原定要求在2029年前达标。但今年5月，EPA提出提案，拟撤销除PFOA、PFOS之外其余物质的饮用水限值，并给水务公司更长的达标期限。

欧洲的监管方向恰好相反。除了更严格的饮用水标准，欧洲化学品管理局正在考虑把PFAS作为一大类物质实施全面管控，而不是逐个化合物单独立法。批评者认为，这套规则会把性质差异巨大、毒性大多未知的成千上万种分子混为一谈。但德休斯认为该思路合理："毒理学家担心的是，企业很容易换用另一种化合物，躲开针对单一物质的法规。"

但林认为，全覆盖式修复并不现实。"在我看来，PFAS修复最大的问题，不是选什么技术，"她说，"而是我们该在哪里使用，以及什么时候停止治理。"

在7月发表的一项研究中，林对比了欧洲两套PFAS修复情景的成本。第一种叫作"遗留污染情景"：只处理已存在污染，仅清除有明确危害证据的长链PFAS。测算显示，20年总投入约370亿欧元。

第二种是"全面管控情景"，也就是欧洲化学品管理局正在考虑的极致方案：清除水体、土壤里几乎所有PFAS，包括难降解的TFA。预估成本惊人：每年1000亿欧元；只要工业端还在排放PFAS，治理就要持续投入。

这些数字改变了林的观点。她曾经主张检出PFAS就要治理，现在她认为，有限资金更应该优先用来防止新增工业污染、集中治理明确危害健康的高风险污染热点。

PFAS RiTE中心负责人克里斯·希金斯说："我们不少人私下都有这个想法。林把很多人心里的猜想做成了严谨测算，结论很直白：钱根本不够。"

这个结论并不意味着新降解技术失去价值，而是会改变它的应用方式。可移动式装置装在工厂内，可以作为第一道防线，在PFAS排入河流、地下水、填埋场之前就地分解。平卡德说："一旦PFAS扩散到环境中，治理成本高到难以承受，我们要从源头阻止它流出。"能分解TFA的技术价值尤其突出——在林测算的全面管控情景里，这种无处不在的小分子是成本大头。

越来越多研究者提出，PFAS修复的目标应当是降低人体暴露风险，而不是清除每一个可检出分子。饮用水只是暴露途径之一，食物带来的暴露可能更为关键。

希金斯认为优先级应该是：遏制工业废水排放、治理高危遗留污染热点、阻断PFAS进入食物链。必然会有大量低浓度PFAS污染保留在原地。"在环境修复领域，这么说近乎离经叛道，"希金斯说，"很多社区很难接受这个现实。"

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