Dr. Ian Ross van een professionele dienstverlener Tetratech, en de auteur van het Emerging Contaminants Handbook, bespreekt de opkomst van PFAS als zorgwekkende verontreinigingen in Groot-Brittannië

Poly- en perfluoralkylstoffen (PFAS) vormen een grote groep opkomende verontreinigingen die sinds de jaren veertig in een breed scala aan commerciële goederen en producten worden gebruikt. Ze zijn thermisch stabiel en stoten olie en water af met indrukwekkende oppervlaktespanningsnivellerende eigenschappen. Gezien hun brede toepassingsgebied kunnen allerlei soorten locaties worden beïnvloed door PFAS en mogelijk een risico vormen voor waterlichamen of drinkwatervoorzieningen. Sommige hiervan staan ​​vermeld in het bijschrift van de afbeelding hiernaast.

milieueffectrapportage

Omdat PFAS helemaal geen tekenen van biologische afbraak vertonen, worden ze beschreven als ‘voor altijd chemicaliën’, die permanent in het milieu aanwezig blijven1. Ze zijn over het algemeen wateroplosbaar en daarom zeer mobiel, wat betekent dat ze kunnen worden getransporteerd met grondwater of in oppervlaktewater tot ver buiten de oorspronkelijke locatie waar ze in de grond verloren zijn gegaan, een zogenaamde brongebied.

Omdat veel PFAS oppervlakteactieve stoffen zijn, kunnen ze ook bodems en betonoppervlakken in brongebieden bedekken, waardoor ze meerlaagse waterdichtingseffecten vertonen als PFAS-opslagzones, waar ze langzaam vrijkomen als gevolg van regenval. Dit betekent dat PFAS potentieel tientallen jaren lang uit de bodem en betonoppervlakken van de bronzone kunnen blijven lekken2, 3 en mogelijk enorme hoeveelheden grondwater kunnen beïnvloeden en grote pluimen kunnen vormen of kunnen blijven uitlekken naar het oppervlaktewater.
PFAS kunnen dan een risico op schade opleveren, afhankelijk van de ligging van de locatie (dat wil zeggen de topografie, geologie, hydrologie en hydrogeologie), in combinatie met de locatie van drinkwaterbronnen, irrigatie van gewassen, oppervlaktewater en de nabijheid van bedrijven die water gebruiken4, 5 .

Waarom een ​​probleem?

De toenemende aandacht voor de gevolgen van PFAS voor het milieu en de menselijke gezondheid leidt tot de ontwikkeling van steeds conservatievere (lage) regelgevingsniveaus voor PFAS in drinkwater, bodem, grondwater, sedimenten en oppervlaktewater4, 6-9. De regelgeving heeft zich over het algemeen geconcentreerd op perfluoralkylstoffen, perfluoralkylzuren (PFAA's) genoemd, in tegenstelling tot de grotere klasse van polyfluoralkylstoffen, die PFAA's vormen via biotransformatieprocessen in het milieu (en daarom PFAA-voorlopers worden genoemd). Het merendeel van de commerciële producten bevat deze gepatenteerde polygefluoreerde precursorverbindingen, die detectie omzeilen door conventionele analytische methoden die zich richten op het detecteren van de PFAA's. Om PFAS volledig te kunnen detecteren in producten zoals brandbestrijdingsschuim en in het milieu in bodems en wateren, is de Total Oxidisable Precursor (TOP)-test vereist.

De “lange keten” PFAS, waaronder PFOS (perfluoroctaansulfonzuur), PFOA (perfluoroctaanzuur) en PFHxS (perflurohexaansulfonzuur), zijn onderworpen aan het merendeel van de huidige milieuregelgeving. Deze PFAS hopen zich bij mensen op door de consumptie van aangetast voedsel en drinkwater. Ze worden niet gemakkelijk uitgescheiden, dus concentreren ze zich in menselijke weefsels en worden vaak geassocieerd met eiwitten, zodat ze in het bloed kunnen worden gedetecteerd.

Na de geleidelijke stopzetting van de PFOS-productie in de VS en Europa vanaf 2003 zijn er steeds meer alternatieve, 'betreurenswaardige' vervangende PFAS's gesynthetiseerd voor meerdere toepassingen. Deze omvatten varianten met een korte keten (vaak C6 of C4 genoemd), alternatieven zoals perfluoralkylfosfine- of fosfonzuren en perfluoralkylethers (zoals GenX). Dus hoewel het inzicht in hun toxicologie en bioaccumulatiepotentieel zich ontwikkelt, zijn er aanwijzingen dat stabiele tussenproducten bij de biotransformatie van PFAS met korte keten bioaccumuleren bij ratten en ongewervelde zeedieren, terwijl andere PFAS met korte keten bioaccumuleren in het eetbare gedeelte van gewassen. De korteketenvervangers zijn aanzienlijk mobieler in het milieu dan de langketenige variëteiten en moeilijker uit het water te verwijderen, waardoor ze een potentieel grotere bedreiging vormen.

Gegeven het toenemende bewijs van risico's voor de menselijke gezondheid en potentiële ecologische schade, reguleren steeds meer landen nu een toenemend aantal PFAS, waaronder varianten met zowel lange als korte ketens, terwijl deze laatste nog steeds algemeen worden gebruikt als commerciële vervanging (bijvoorbeeld C6 in brandbestrijdingsschuim).

Brandbestrijdingsschuim

Sommige PFAS zijn een ingrediënt geweest in “filmvormende” klasse B-brandbestrijdingsschuimen die worden gebruikt om branden met vloeibare koolwaterstoffen te blussen. Sinds het einde van de jaren zestig worden schuimen gebruikt voor brandtraining en in sprinklergebaseerde brandblussystemen.

Alle tot nu toe gekarakteriseerde gefluoreerde brandbestrijdingsschuimen bevatten polygefluoreerde voorlopers van de gereguleerde PFAS, dus conventionele analyses zoals het gebruik van EPA-methoden 533 en 537.1 kunnen de concentraties van de belangrijkste PFAS in de meeste gefluoreerde schuimen niet beoordelen4, 10. De 'C6'-brandbestrijdingsschuimen hebben de neiging om bevatten PFAS die niet detecteerbaar zijn met conventionele commerciële analyses11 en die door microbiële werking in de bodem en het grondwater worden omgezet in de gereguleerde PFAS12. Er zijn aanwijzingen dat deze bioactieve voorlopers 10,000 keer giftiger zijn dan hun perfluoralkyldochterproducten13, wat betekent dat het waarschijnlijk is dat de voorlopers in waterig filmvormend schuim (AFFF) de beoordeling zullen stimuleren van hoe schadelijk deze fluorsurfactanten zijn.

Een toenemend aantal PFAS, zowel lange keten (C8) als kortere keten (C6, C4 etc.), wordt gereguleerd in drinkwater, oppervlaktewater, bodem en grondwater. Ook wordt het gebruik van brandbestrijdingsschuim dat PFAS bevat in meerdere rechtsgebieden aan banden gelegd, waarbij veel schuimgebruikers zijn overgestapt op fluorvrij (F3) schuim14, 15, waarvan de blusprestaties sinds 200216 zijn bewezen in tests van de Internationale Burgerluchtvaartorganisatie (ICAO)3 Als gevolg van de overgang naar FXNUMX-schuimen vereist een toenemend volume gefluoreerde brandbestrijdingsschuimen behandeling, waarbij traditionele verwijderingsopties op de proef worden gesteld en er wordt een reeks alternatieve technologieën ontwikkeld.

Het ontsmetten van brandblussystemen

Het vinden van effectieve ontsmettingsmethoden voor brandblussystemen is een uitdaging, omdat fluorsurfactant PFAS zich aan oppervlakken hecht en meerdere lagen kan vormen. Dit betekent dat de binnenkant van brandblussystemen kan worden gecoat met een aanzienlijke hoeveelheid PFAS die niet kan worden verwijderd door herhaaldelijk waterspoelen. Dit kan resulteren in een aanzienlijke terugkeer van PFAS naar F3-schuimen, waardoor zorgen over de regelgeving ontstaan ​​en mogelijk het voordeel van de overgang naar PFAS-vrije schuimen teniet wordt gedaan. Gelukkig is decontaminatie van brandblusapparatuur haalbaar met een aantal recent ontwikkelde benaderingen, zodat vervanging van dure systemen niet nodig is.

Vooruitgang regelgeving

Wereldwijd wordt het regelgevingsnet strenger, waardoor het aanvaardbare besmettingsniveau omlaag gaat en verder gaat dan de traditionele focus op PFAA’s. De toegenomen aandacht van milieutoezichthouders voor PFAS is de afgelopen vijf jaar duidelijk geworden. In 2016 heeft de detectie van PFAS in drinkwater in de VS een stap voorwaarts gezet. De Amerikaanse Environmental Protection Agency (US EPA) heeft voor de lange termijn een gezondheidsadviesniveau van 70 ng/L (voor de combinatie van PFOS en/of PFOA)17 afgegeven, wat ertoe leidde dat het drinkwater van 6.5 miljoen mensen als onveilig werd beschouwd18.

Tot nu toe werd de drinkwatervoorziening in de VS beoordeeld door een programma dat de derde ongereguleerde controleregel voor contaminanten (UCMR3) werd genoemd. Hierbij werden alle grote en enkele kleine watervoorzieningen beoordeeld om de concentraties van 6 PFAS en 15 andere opkomende verontreinigende stoffen te bepalen.

De recente publicatie van nieuwe Britse drinkwaterkwaliteitsrichtlijnen voor PFOS en PFOA kan een impact hebben op het beheer van verontreinigde locaties en zal betekenen dat een aanzienlijk groter volume van het Britse drinkwater behandeling nodig heeft om PFAS te verwijderen.

De nieuwe drinkwaternormen volgen een gelaagd systeem waarbij de concentratie van PFOS of PFOA die monitoring vereist, is vastgesteld op 10 ng/l (voorheen 300 ng/l). De concentratie die behandeling vereist, gezien het potentiële gevaar voor de menselijke gezondheid, is vastgesteld op 100 ng/l voor PFOS of PFOA (was 1,000 ng/l PFOS en 5,000 ng/l PFOA)19, 20. Gezien de wijdverbreide potentiële bronnen van PFAS voor aquifers en oppervlaktewateren die voor drinkwater worden gebruikt, lijkt een Brits nationaal monitoringprogramma voor PFAS en andere niet-gereguleerde verontreinigende stoffen, vergelijkbaar met het Amerikaanse UCMR-programma, gerechtvaardigd. De komende vijfde UCMR-analyseronde in de VS (UCMR5) beoordeelt de drinkwatervoorziening voor zo'n 29 PFAS.

Behandelingstechnologieën

Er is een enorme hoeveelheid onderzoek gericht op het ontwikkelen van behandelingstechnologieën om PFAS aan te pakken. Dit omvat sanering met behulp van chemische, fysische en biologische benaderingen. Behandelings- en schoonmaakoplossingen omvatten waarschijnlijk meerdere technologieën die naast elkaar werken. Technieken die PFAS effectief uit water verwijderen, kunnen bijvoorbeeld als eerste worden toegepast bij grote hoeveelheden te behandelen vloeistof en lage PFAS-concentraties. Vervolgens zou een destructieve technologie kunnen worden toegepast om op kosteneffectievere wijze de PFAS te vernietigen die door de eerste behandelingstechnologie is geconcentreerd.

Het lijkt zeer onwaarschijnlijk dat biologische benaderingen om PFAS te mineraliseren (dat wil zeggen om te zetten in onschadelijk kooldioxide en fluoride) ontwikkeld zullen worden voor gebruik in situ in de bodem en het grondwater, omdat de perfluoralkylgroep een echt xenobioticum is, waarvan de aankomst op de planeet relatief laag is. recent (100 jaar geleden). PFAS is ook uiterst stabiel, omdat het sinds de jaren zestig1960-21 in het milieu aanwezig is geweest.

Thermische technologieën om de getroffen bodem en water aan te pakken zullen te maken krijgen met regelgevingsvragen met betrekking tot de emissies van organofluorverbindingen, en er kunnen resterende PFAS in de gevormde as zitten, wat soortgelijke problemen met zich meebrengt als die bij verbranding25, 26. Bewijzen dat PFAS worden vernietigd zonder emissies te veroorzaken kan van cruciaal belang zijn voor het verkrijgen van goedkeuring door de regelgevende instanties.

Schuimfractionering is een innovatieve benadering voor de selectieve verwijdering van PFAS uit waterig afval als geconcentreerd schuim. Fluoroppervlakteactieve stoffen hechten zich aan gasbellen, die in een kolom naar het wateroppervlak stijgen en een schuim vormen dat kan worden afgescheiden27. Het afgescheiden schuim bestaat uit een vloeibaar concentraat, dat een PFAS-concentraat omvat, waarbij behandeld water door meerdere kolommen stroomt om PFAS28 effectief te verwijderen. Het geconcentreerde afval kan vervolgens worden behandeld met technologieën zoals sonolyse, elektrochemische oxidatie, plasma- of superkritische wateroxidatie, die zich allemaal ontwikkelen als potentieel effectieve vernietigingsbenaderingen.

Een alternatieve benadering vereist dat een ozongenerator het chemische oxidatiemiddel, ozon, toevoegt in een proces dat ozonfractionering wordt genoemd29, 30. Bij deze benadering ontstaan ​​grote nadelen als gevolg van het gebruik van ozon, dat een chemisch oxidatiemiddel is. Ozon zet PFAA-voorlopers om in PFAS met korte en ultrakorte keten, die veel moeilijker uit water te verwijderen zijn. Het gebruik van ozon zal dus extra PFAS creëren die niet door fractionering kunnen worden verwijderd. Als er lucht zou worden gebruikt, zouden deze PFAS effectief kunnen worden behandeld. Deze kwestie is vooral relevant voor de behandeling van afval afkomstig van AFFF-gebruik31 en percolaat van stortplaatsen32, die gewoonlijk worden gedomineerd door precursoren.

Naarmate saneringstechnologieën worden onderzocht en opgeschaald voor commerciële toepassing, zullen er veel mogelijkheden zijn om de effectiviteit van verschillende benaderingen in laboratorium- en veldomgevingen vast te stellen. Kritisch denken gecombineerd met een gedetailleerd begrip van PFAS-gedrag zal essentieel zijn voor het leveren van succesvolle oplossingen.

Wie kan helpen?

Tetra Tech heeft een lange geschiedenis in het beheer van PFAS, met personeel dat sinds 2005 werkt aan het karakteriseren en ontwikkelen van behandelmethoden. Onze kracht ligt in onze kennis van de complexe PFAS-chemie, gecombineerd met aanzienlijke expertise op het gebied van milieurisicobeoordeling en onze langdurige betrokkenheid bij onderzoek en ontwikkeling van hersteltechnologieën. Een groot deel van wat we doen is gericht op kosteneffectieve belangenbehartigingsstrategieën, waarbij gebruik wordt gemaakt van milieurisicobeoordeling en modellering om de impact op de menselijke gezondheid en ecologie vast te stellen, en of dit uitvoerbaar is. Tetra Tech heeft decontaminatieoplossingen ontwikkeld voor infrastructuur die getroffen is door PFAS en heeft relaties die de inzet van behandelingstechnologieën ondersteunen.

Referenties

Een volledige lijst met referenties voor dit artikel is opgenomen in de online versie, beschikbaar op envirotecmagazine.com (in de sectie SPILLS).

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://envirotecmagazine.com/2021/05/10/an-enduring-threat-to-water/