PFAS污染土壤治理：从实验室测试到现场部署

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2025.11.11

TOFWERK

Vocus CI-TOF

      测试场地位于丹麦西兰岛西海岸的Korsør消防培训学院。该学院自1969年运营以来，直至2001年一直在使用含全氟辛烷磺酸的消防泡沫泡沫灭火剂AAAF挥发性排放物和燃烧副产物。数十年的培训活动导致该区域存在大范围PFAS污染，使其成为在真实环境下检验土壤修复技术的理想场所。

Korsør消防培训学院及周边环境

       该测试中心由以下机构通过战略合作于2022年成立：

· Slagelse市（场地所有者及地方环境主管部门）

· 救援与安全中心（现役消防培训学院）

 ·Zealand 区（区域环境主管部门）

     本项目已从消防训练坑中挖掘并预处理了36吨PFAS污染土壤。土壤主要成分为砂土且富含黏土。这项试点项目旨在通过土壤处理达到丹麦环保局标准，以验证PFAS修复效果：

· PFAS 4总和需低于10 μg/kg土壤

· PFAS 22总和需低于400 μg/kg土壤

（注：PFAS 22包括FBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFDoDA, PFTrDA (perfluortridecansyre), PFBS, PFPeS, PFHxS, PFHpS, PFOS, PFNS, PFDS, PFUnDS, PFDoDS, PFTrDS, PFOSA，共22种物质，其中PFAS 4以粗体标出）

      除满足监管要求外，Krüger公司正通过此试点项目验证实验室研究成果。额外目标包括：

· 在优化温度下展示土壤中PFAS有效的处理效果

· 在不影响处理效果的前提下节省能耗

· 通过强化PFAS矿化作用减少废弃物

36吨PFAS污染土壤处理系统的整体架构包含：

1. 配备15组加热器的密闭碳钢加热箱

2. 处理加热箱析出气体的专利设备DeFluorinator

3. 用于中和酸性产物的洗涤塔与冷却系统

4. 冷凝液储罐（后续由场地现有雨水/排水处理厂处理）

5. 排出蒸汽的通风风机

6. 处理析出蒸汽的活性炭过滤器

      为确保精准追踪处理效能与系统运行状态，我们实施了全面监测方案。首先，在土壤介质中布设了多组热电偶传感器。这些装置能实时反馈温度分布数据，使我们能精确掌握不同区域的PFAS污染土壤及蒸汽在特定温度下的持续暴露时长。系统还配备连续在线监测模块，实时记录流量、压力条件及冷凝液产量等参数。这些详实数据既能完整记录现场演示的精确工况，也为处理效能评估提供关键依据，对未来规模化土壤修复装置的设计与优化具有重要参考价值。

      针对两个关键监测位点——加热箱出口与DeFluorinator装置后端——我们采用高分辨率化学电离-质谱联用技术对析出气体进行在线监测。该配置不仅实现气体成分的实时分析，更将验证精密仪器在野外环境下的稳定运行能力。

测试期间同步执行以下分析计划：

TOPA：全氧化前体物质分析法

NTA：非靶向分析

TOF：总有机氟

EOF：可提取有机氟

OTM：美国环保署其他测试方法（OTM 45：半挥发性PFAS检测；OTM 50：挥发性PFAS检测）

F：氟元素（水溶性氟为无机氟/氟化物）

      该试点设施于2025年1月建成，加热箱内填装了32吨受PFAS污染的土壤。2月初，我们开始对土壤进行加热干燥。为最大限度减少PFAS的析出和化学反应，干燥阶段采用了较低的加热功率。

      下图显示了加热土壤内部18个温度监测点的数据——约每立方米土壤布设1个传感器。通过这种全面监测，我们可以追踪土壤在处理过程中经历的温度变化。经过约10天的温和加热，整个加热箱达到水的沸点温度。在随后30天的持续干燥过程中，不同区域的土壤温度逐渐升至水的沸点以上。

      土壤中总计蒸发出4500L水并已完成冷凝回收。所有冷凝液均收集于中型散装容器（IBCs）中，并正按前文监测表所示进行PFAS化合物检测，目前结果尚未得出。在干燥阶段，我们观察到冷凝液呈酸性，pH值从6降至5。值得注意的是，在干燥阶段后收集的液体（矿物结合水及有机物氧化生成水）则呈现中性pH值。

     为了追踪并识别处理过程中的PFAS化合物，我们安装了TOFWERK Vocus高分辨率飞行时间质谱仪（TOF-MS）。该设备可配置两种电离反应器——碘离子加成反应和氧气正离子电荷转移反应，分别对不同含氟化合物具有独特检测灵敏度。

质谱仪主要实现两大功能：

1. 精准识别处理过程中不同阶段释放的化合物种类及其动态变化；

2. 评估质谱技术在实际环境监测中的适用性，验证精密仪器在野外条件下的稳定性。

      尽管在维持连续运行方面曾遇挑战，目前设备已实现稳定运行。团队正在对海量监测数据进行深度解析，这些发现将为工艺优化提供关键依据。

      目前土壤已完成干燥处理，蒸汽驱动力已消失，加热箱将持续升温至350°C的目标温度。此阶段Eurofins检测公司将在一处关键点位进行OTM 45与OTM 50蒸汽分析：

· 加热箱排气口

· 脱氟装置后端

· 颗粒活性炭过滤后烟囱排放口

      除标准化OTM 45检测外，样品还将进行非靶向分析。完成气相采样后，系统将保持目标温度持续运行约30天，随后进行冷却工序与土壤采样（每吨处理土壤采集一个样本）。