Perfluoralkyl- und Polyfluoralkyl-Stoffe (PFAS)

Die Freisetzung von Perfluoralkyl- und Polyfluoralkyl-Stoffen (PFAS), einschließlich Perfluoroctansäure (PFOA) und Perfluoroctansulfonat (PFOS), in die Umwelt erfolgte in Produktionsanlagen und in Bereichen, in denen wässriger filmbildender Schaum (AFFF) verwendet wurde.bildender Schaum (AFFF) zum Löschen von Kohlenwasserstoffbränden verwendet wurde. PFAS stehen im Verdacht, schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit zu haben. Sie sind in der Umwelt sehr stabil und werden in der Regel mit körniger Aktivkohle aus der Wasserversorgung entfernt. Es besteht ein Bedarf an In-situ-Behandlungstechnologien und Ex-situ-Behandlungsmethoden, die kostengünstiger sind.

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Boden &Grundwasserverunreinigungen

VERFASSER(INNEN): Dr. Rula Deeb, Dr. Jennifer Field, Elisabeth Hawley und Dr. Christopher Higgins

Schlüsselressource(n):

U.S. EPA Emerging Contaminants – PFOS and PFOA Fact Sheet

Einführung

Das Bewusstsein für PFAS in der Umwelt entstand erstmals in den späten 1990er Jahren nach der Entwicklung von Analysemethoden zum Nachweis ionisierter Substanzen. Es wurden rechtliche Schritte gegen Produktionsanlagen für PFAS-Produkte im West Virginia/Ohio River Valley eingeleitet. Im Jahr 2000 erklärte sich der einzige US-amerikanische Hersteller von PFOS bereit, die Produktion freiwillig einzustellen. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) gab 2009 vorläufige Gesundheitshinweise für PFOA und PFOS im Trinkwasser heraus und ersetzte diese 2016 durch Gesundheitshinweise. In den vergangenen fünf Jahren haben staatliche Aufsichtsbehörden mehrere ehemalige Feuerwehrübungsplätze der Air Force und der Navy aufgefordert, Standortuntersuchungen auf PFAS durchzuführen. Die SERDP/ESTCP-Forschungsprogramme begannen 2011 mit der Finanzierung entsprechender Forschungen, da sie die potenziellen Auswirkungen dieses Themas für das Verteidigungsministerium erkannten.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Abbildung 1. a) Struktur einer Perfluoralkylsubstanz, PFOS, im Vergleich zu b) der Struktur einer Polyfluoralkylsubstanz, 6:2 Fluortelomersulfonat (6:2 FTSA).

Obwohl die Umweltsanierungsindustrie ursprünglich den Begriff „perfluorierte Verbindungen“ (oder PFCs) verwendete, wurde die spezifischere Terminologie der PFAS für eine einheitliche Kommunikation innerhalb der weltweiten wissenschaftlichen, behördlichen und industriellen Gemeinschaften empfohlen. PFAS sind fluorierte Substanzen mit einer Kohlenstoffkettenstruktur. Bei Perfluoralkylsubstanzen ist jedes Kohlenstoffatom in der Kette vollständig mit Fluor gesättigt (nur Kohlenstoff-Fluor-Bindungen), während die Kohlenstoffkette bei Polyfluoralkylsubstanzen größtenteils mit Fluor gesättigt ist (Kohlenstoff-Fluor-Bindungen), aber auch Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen enthält (Abb. 1).

Die am meisten untersuchten PFAS sind PFOA und PFOS. Beide haben eine hydrophobe Kohlenstoffkettenstruktur mit acht Kohlenstoffen, die vollständig mit Fluoratomen gesättigt sind (d. h. Perfluoralkylsubstanzen), und eine hydrophile polare funktionelle Gruppe. Sie sind daher „amphiphil“ und verbinden sich mit Wasser und Ölen. Diese Eigenschaft machte sie zu nützlichen Bestandteilen in Feuerlöschschäumen und anderen Tensidanwendungen. In den meisten Grundwasserumgebungen sind PFOS und PFOA wasserlösliche Anionen. Ihre Tensideigenschaften erschweren die Vorhersage ihrer physiochemischen Eigenschaften, wie z. B. der Verteilungskoeffizienten. Die Stärke der Kohlenstoff-Fluor-Bindungen in PFAS führt zu einer extrem hohen chemischen und thermischen Stabilität. Die relevanten Eigenschaften von PFOS und PFOA sind nachstehend zusammengefasst (Tabelle 1).

Tabelle 1. Physikalische und chemische Eigenschaften von PFOS und PFOA. 1Anmerkung: Die Salzform von PFOA ist wahrscheinlich eher umwelt- und toxikologisch relevant; ihre Eigenschaften sind jedoch nicht verfügbar. Abkürzungen: g/mol = Gramm pro Mol; mg/L = Milligramm pro Liter; oC = Grad Celsius; mm Hg = Millimeter Quecksilber; atm-m3/mol = Atmosphäre-Kubikmeter pro Mol. 2Wasserlöslichkeit in gereinigtem Wasser. 3Wasserlöslichkeit in Süßwasser. 4Wasserlöslichkeit in gefiltertem Meerwasser. 5Extrapolation aus Messungen. 6Schätzung auf der Grundlage der Anioneneigenschaften. 7Der für PFOA ermittelte Wert für die atmosphärische Halbwertszeit wurde auf der Grundlage verfügbarer Daten geschätzt, die aus kurzen Untersuchungszeiträumen ermittelt wurden.

Umweltbedenken

Perfluorierte Substanzen sind sehr stabil, werden nicht biologisch abgebaut und sind weltweit in der Umwelt zu finden. Im Gegensatz dazu erleichtert das Vorhandensein von Kohlenstoff-Wasserstoff-Gruppen in Polyfluoralkyl-Stoffen den teilweisen Abbau dieser Verbindungen unter Bildung kürzerkettiger Perfluoralkyl-Verbindungen. Spuren von perfluorierten Stoffen wurden an entlegenen Orten wie der Arktis, weit entfernt von potenziellen Punktquellen, nachgewiesen. Andere Studien haben gezeigt, dass sich langkettige perfluorierte Stoffe in der Tierwelt bioakkumulieren und biomagnifizieren. Aus diesem Grund können Tiere mit höherer Trophie, darunter Fische und Vögel, besonders empfindlich sein. Das niederländische Nationale Institut für öffentliche Gesundheit und Umwelt errechnete eine zulässige Höchstkonzentration für PFOS von 0,65 Nanogramm pro Liter (ng/L) für Süßwasser, basierend auf dem menschlichen Verzehr von Fisch.

PFAS lagern sich typischerweise in der Leber, in Proteinen und im Blutstrom ab. Beim Menschen haben sie eine Halbwertszeit von 2 bis 9 Jahren. Toxikologische Studien zu PFOA deuten auf mögliche Auswirkungen auf die Entwicklung oder die Fortpflanzung hin. Sowohl PFOA als auch PFOS stehen im Verdacht, krebserregend zu sein, ihre Karzinogenität muss jedoch noch von der US-amerikanischen EPA eingestuft werden. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat PFOA als Karzinogen der Gruppe 2B eingestuft, d. h. als möglicherweise krebserregend für den Menschen. Das US-EPA hat einen Entwurf für Referenzdosen von 30 ng/kg*Tag PFOS und 20 ng/kg*Tag PFOA veröffentlicht (basierend auf der Nicht-Krebsgefahr). Bei der Altlastensanierung sind die Aufnahme von Trinkwasser, der Verzehr von Fischen, der dermale Kontakt mit Wasser und die (versehentliche) Aufnahme oder der Kontakt mit kontaminiertem Boden die besorgniserregenden Expositionspfade.

Verwendungen und potenzielle Quellen für die Umwelt

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften dienen viele PFAS als Tenside oder Bestandteile von Oberflächenbeschichtungen. Sie sind schmutzabweisend, hitzebeständig und eignen sich für die Beschichtung von Oberflächen, die mit Säuren oder Basen in Kontakt kommen. Daher werden sie in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt, darunter in der Teppich-, Textil- und Lederherstellung, in der Verchromung, Fotografie, Fotolithografie, Halbleiterherstellung, als Beschichtungszusätze, Reinigungsmittel und Insektizide. PFAS finden sich auch in einer Vielzahl von Konsumgütern wie Lebensmittelpapier und -verpackungen, Einrichtungsgegenständen, wasserdichter Kleidung und Kosmetika. Das Vorhandensein von PFAS in Konsumgütern hat zu einer städtischen Hintergrundkonzentration im Regenwasser, im Zufluss von Kläranlagen und im Sickerwasser von Deponien geführt.

Eine der bekanntesten PFAS-Quellen ist AFFF, das in großen Mengen in der Umwelt bei Bränden, auf Brandbekämpfungsübungsplätzen, bei der Aktivierung von Feuerlöschsystemen in Flugzeughangars und anderen Gebäuden sowie versehentlich bei der Lagerung, dem Transport und der täglichen Handhabung von AFFF verwendet wurde. AFFF wurde routinemäßig an Militärstandorten, Flughäfen und in Raffinerien eingesetzt. Die Formulierungen sind geschützt und die Zusammensetzung von AFFF variiert je nach Hersteller. AFFF bestehen jedoch in der Regel aus Wasser (60-93 %), Lösungsmitteln wie Butylcarbitol (3-25 %), Kohlenwasserstoff-Tensiden (1-12 %), einem oder mehreren PFAS und anderen Verbindungen (z. B. Korrosionsinhibitoren, Elektrolyten). PFAS-Signaturen einer Vielzahl verschiedener AFFF-Formulierungen können bei der forensischen Identifizierung von PFAS-Quellen helfen.

Vorschriften

Endgültige Vorschriften für PFAS wurden noch nicht erlassen; die derzeitigen Kriterien für PFAS haben in der Regel die Form von Leitlinien oder Beratungswerten (Tabelle 2). Die U.S. EPA hat vor kurzem gesundheitliche Beratungswerte für Trinkwasser für PFOA und PFOS entwickelt, die die zuvor veröffentlichten vorläufigen Werte ersetzen. Mehrere Bundesstaaten, darunter Minnesota, Maine und New Jersey, haben Screening-Werte oder vorläufige Kriterien für einen oder mehrere PFAS veröffentlicht, darunter PFOS, PFOA, Perfluorbutansulfonsäure (PFBS), Perfluorbutansäure (PFBA) und Perfluorononansäure (PFNA) (Tabelle 2). Die Kriterien für Trinkwasser, Grundwasser und Boden in der Europäischen Union wurden kürzlich in einem zusammenfassenden Bericht veröffentlicht.

Andere regulatorische Maßnahmen haben die Verwendung und Produktion von PFAS eingeschränkt. PFOS wurde im Jahr 2009 in die Liste der Chemikalien des Stockholmer Übereinkommens über persistente organische Schadstoffe aufgenommen. Fast die gesamte Verwendung von PFOS ist daher in Europa verboten, mit einigen Ausnahmen. Stoffe oder Gemische dürfen nicht mehr als 0,001 Gewichtsprozent PFOS enthalten (EU 757/2010). In den USA werden PFOS-haltige AFFF nicht mehr hergestellt, da die Herstellung von PFOS im Jahr 2002 freiwillig eingestellt wurde. Das US-Militär und andere verfügen noch über große Mengen PFOS-haltiger AFFF, von deren Verwendung jedoch abgeraten wird.

REGULIERUNGSBEHÖRDE	BESCHREIBUNG	PFOS	PFOA	PFBS	PFBA	PFNA
Trinkwasser (µg/L)
U.S. EPA	Gesundheitshinweise für Trinkwasser	0,07	0,07
Health Canada	Trinkwasser-Screening-Werte	0.6	0.2	15	30	0.2
Maine Department of Environmental Protection	Richtwert für maximale Exposition		0.1
Michigan Department of Environmental Quality	Trinkwasser-Oberflächenwasserqualitätswert	0.011	0.42
New Jersey Department of Environmental Protection	Vorläufiger gesundheitsbezogener Richtwert		0.04
New Jersey Department of Environmental Protection	Entwicklung von MCL-Empfehlungen für PFOA und PFOS sind derzeit in Arbeit		0.04
New Jersey Department of Environmental Protection	Gesundheitsbasierte Maximum Contaminant Level (MCL) Empfehlung					0.013
Gesundheitshinweis für Trinkwasser	Vermont Department of Health	Gesundheitshinweis für Trinkwasser		0.02
GRUNDWASSER (µg/L)
Minnesota Department of Health	Gesundheitsrisikogrenze für Grundwasser	0,3	0.3	7	7
Illinois Environmental Protection Agency	Vorläufige Ziele für die Grundwassersanierung, Klasse I Grundwasser	0.2	0.4
Illinois Environmental Protection Agency	Vorläufige Ziele für die Grundwassersanierung, Klasse II Grundwasser	0.2	0.2
North Carolina Department of Environmental Quality	Interim Maximum Allowable Concentration		1.0
New Jersey Department of Environmental Protection	Unteres spezifisches Grundwasserqualitätskriterium					0.01
Maine Department of Environmental Protection	Remedial Action Guidelines for Residential Groundwater	0.06	0.1
Michigan Department of Environmental Quality	Groundwater Residential Generic Cleanup Criteria and Screening Levels	0.12	0.089
Michigan Department of Environmental Quality	Grundwasser: Allgemeine Reinigungskriterien und Screening Levels für Nichtwohngebäude	0.5	0.28
Texas Commission on Environmental Quality Texas Risk Reduction Program	Schutzkonzentrationswerte für 16 PFAS für mehrere verschiedene Expositionsszenarien (Grundwasser)
Alaska Department of Environmental Conservation	Cleanup Levels	0.4	0.4
SOIL (mg/kg)
U.S. EPA Region 4	Residential Soil Screening Level	6	16
Minnesota Pollution Control Agency	Industrial Soil Reference Value (.xlsx)	14	13		500
Minnesota Pollution Control Agency	Residential Soil Reference Value(.xlsx)	2.1	2.1		77
Minnesota Pollution Control Agency	Recreational Soil Reference Value(.xlsx)	2.6	2.5		95
Maine Department of Environmental Protection	Remedial Action Guidelines for different exposure scenarios	11-82
Texas Commission on Environmental Quality Texas Risk Reduction Program	Schutzkonzentrationswerte für 16 PFAS für verschiedene Expositionsszenarien (Boden)
Alaska Department of Environmental Conservation	Cleanup Level, Arktische Zone	2.2	2.2
Alaska Department of Environmental Conservation	Cleanup Level, Under 40′ Zone	1.6	1.6
Alaska Department of Environmental Conservation	Cleanup Level, Over 40′ Zone	1.3	1.3
Alaska Department of Environmental Conservation	Cleanup Level, Migration to Groundwater (MTGW)	0.0030	0.0017
Tabelle 2. Zusammenfassung der regulatorischen Kriterien für PFAS. Die regulatorischen Kriterien für PFAS entwickeln sich immer noch relativ schnell weiter. Bitte überprüfen Sie die verlinkte Referenz, um sich zu vergewissern, dass die in der Tabelle aufgeführten gesetzlichen Kriterien auf dem neuesten Stand sind, bevor Sie diese Informationen verwenden. In einigen Staaten gibt es aufgrund von Zustimmungserklärungen PFAS-Regelungswerte für das Grundwasser (z. B. haben sowohl West Virginia als auch Ohio eine Zustimmungserklärung mit DuPont unterzeichnet, in der 0,4 µg/L als vorsorgliche standortspezifische Auslösewerte für PFOA aufgeführt sind). Andere Bundesstaaten (z. B. Delaware, New Hampshire, New York) haben vorläufige Gesundheitshinweiswerte der US-EPA für PFOS und PFOA in mehreren Wassersystemen übernommen. Pennsylvania hat die PFOS-Kontamination in Verbindung mit zwei kontaminierten Brunnen untersucht, die im Rahmen des EPA-Programms zur Überwachung unregulierter Kontaminanten identifiziert wurden. Alabama hat sich ebenfalls mit PFAS-Kontaminationen auf standortspezifischer Basis befasst. Alaska hat an mehreren Standorten Probenahmen und Überwachungen für PFAS durchgeführt.

Probenahme- und Analysemethoden

Da PFAS in mehreren gängigen Konsumgütern enthalten sind, sollte bei der Probenahme darauf geachtet werden, dass der Kontakt mit anderen potenziellen PFAS-Quellen ausgeschlossen wird. Die meisten Standardarbeitsanweisungen und Arbeitspläne raten dazu, die Verwendung von Komponenten auf Polytetrafluorethylenbasis (z. B. Teflon), einschließlich Schläuchen und beschichteten Probenflaschenverschlüssen, zu vermeiden. Einige weisen die Probenehmer auch an, keine wasserdichten Jacken oder andere Oberbekleidung mit einer wasserdichten Beschichtung zu tragen und den Umgang mit verpackten Lebensmitteln zu vermeiden, die Chemikalien auf Fluortelomer-Basis zur Erhöhung der Antihafteigenschaften enthalten können. Aufgrund der Affinität von PFAS zur Luft-Wasser-Grenzfläche und der Benetzbarkeit von Glas bestehen die Probenflaschen in der Regel aus Polypropylen oder hochdichtem Polyethylen.

Die meisten kommerziellen Labors verwenden eine modifizierte Version der U.S. EPA-Methode 537 für die Analyse von PFAS in Trinkwasser. Diese Methode besteht aus Festphasenextraktion und Flüssigkeitschromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie. Zu den Analyten gehören PFOS, PFOA und typischerweise 12 weitere PFAS (meist Perfluorcarbonsäuren und Perfluorsulfonsäuren) mit unterschiedlicher Kohlenstoffkettenlänge. Speziallaboratorien haben diese Analysemethode für andere Matrices als Trinkwasser modifiziert, um kürzerkettige Verbindungen besser zu gewinnen oder niedrigere Nachweisgrenzen zu erreichen.

Gewerbliche Laboratorien, die eine noch breitere Palette von PFAS quantifizieren können (z. B. diejenigen, von denen bekannt ist, dass sie in AFFF-Formulierungen vorhanden sind und sich zu PFOA und PFOS abbauen), sind selten. Eine Analysemethode zum Nachweis mehrerer Familien von PFAS-Vorläufern. Es gibt auch den Total Oxidizable Precursor (TOP) Assay, eine Massenmessung von Vorläufern, die zu Perfluorcarboxylaten oxidiert werden können. Andere Ansätze zur Quantifizierung der Gesamtmenge an organischem Fluor in Wasserproben umfassen die partikelinduzierte Gammastrahlenemission (PIGE) und absorbierbares organisches Fluor (AOF).

Die Kosteneffizienz von hochauflösenden Standortcharakterisierungsmethoden für PFAS ist derzeit aufgrund des Fehlens einer zuverlässigen Analysemethode, die vor Ort als Screening-Methode verwendet werden kann, begrenzt. Mehrere Forschungsgruppen haben versucht, eine feldtaugliche mobile Analysemethode zu entwickeln. United Science LLC zum Beispiel entwickelt ionenselektive Elektroden zur Messung von PFOS im ng/L-Bereich. Geosyntec Consultants und Eurofins Eaton Analytical entwickeln eine mobile Feldeinheit zum Screening von PFOS und anderen PFAS auf ng/L-Niveau.

Verhalten und Transport

Im Folgenden werden einige Schlüsselkonzepte für das Verhalten und den Transport von PFAS zusammengefasst:

Sorption: Sowohl PFOA als auch PFOS sind bei typischen Umwelt-pH-Werten Anionen, zeigen aber dennoch starke Wechselwirkungen mit organischem Kohlenstoff in fester Phase. Aus diesem Grund ist die foc-Koc-Methode zur Vorhersage der Sorption im Allgemeinen geeignet, obwohl dies nicht für alle PFAS bestätigt wurde. Wechselwirkungen mit mineralischen Phasen, insbesondere mit Eisenoxidmaterialien, können bei Materialien mit niedrigem f foc-Wert von Bedeutung sein. Derzeit werden empirische standortspezifische Sorptionsschätzungen empfohlen, um die Mobilität von PFAS genau vorherzusagen.

Biotransformation: PFOS, PFOA und analoge Verbindungen unterschiedlicher Kettenlänge sind in der Umwelt persistent und werden nicht ohne weiteres biologisch abgebaut. Polyfluorierte Formen werden in der Umwelt teilweise abgebaut, insbesondere wenn die Bedingungen (z. B. die Konzentration an gelöstem Sauerstoff, der pH-Wert) zur Behandlung von Co-Kontaminanten verändert wurden. Die Abbauprodukte sind jedoch oft widerspenstiger – abbaubare polyfluorierte Formen sind Vorstufen für PFOA, PFOS und ihre Homologe. Im Gegensatz dazu hat sich gezeigt, dass der Pilzabbau zu einer geringeren Produktion von Perfluorcarbonsäuren führt.

Andere Auswirkungen von Mikroben: Einige Mikroben aggregieren in Gegenwart von PFOA und produzieren extrazelluläre polymere Substanzen. Mikroben erleichtern auch die Auslaugung von PFAS unter methanogenen Bedingungen, wie sie auf Hausmülldeponien üblich sind. Je nach den Bedingungen kann die mikrobielle Aktivität daher die Mobilität von Verbindungen wie PFOS und PFOA verbessern oder hypothetisch den gegenteiligen Effekt haben, indem sie die Sorption erhöht.

Auswirkung von Ko-Kontaminanten und Sanierungsstrategien für Ko-Kontaminanten: Wechselwirkungen zwischen PFAS und Flüssigkeiten in nicht-wässriger Phase können die Migration von PFAS verzögern. Die Dechlorierung von TCE kann durch PFAS gehemmt werden, und diese Hemmung hängt sowohl von der Struktur der PFAS als auch von der Zusammensetzung ab. PFAS-Vorläufer wurden auf einem ehemaligen Brandbekämpfungsübungsplatz auf der Ellsworth Air Force Base zu PFOA und anderen PFAS abgebaut, wo mehrere Sanierungsmethoden, einschließlich Bodenluftabsaugung, Grundwasserpumpen und -behandlung, Bioventing und Sauerstoffinfusion, zur Behandlung von Mitverunreinigungen eingesetzt wurden.

Boden- und Grundwassersanierung

Aufgrund der chemischen und thermischen Stabilität von PFAS und der Komplexität von PFAS-Gemischen ist die Boden- und Grundwassersanierung schwierig und kostspielig. Die Forschung zur Entwicklung wirksamer Sanierungsstrategien ist noch nicht abgeschlossen.

Für den Boden werden in der Regel mehrere Bewirtschaftungsoptionen geprüft: 1) Behandlung und/oder direkte Wiederverwendung vor Ort, 2) vorübergehende Lagerung vor Ort und 3) Entsorgung außerhalb des Standorts in einer Bodenverarbeitungs- oder -behandlungsanlage, einer zugelassenen Deponie oder einer Verbrennungsanlage. Bodenbehandlungsprodukte sind im Handel erhältlich, um PFAS zu stabilisieren und die Auswaschung zu verringern. Die Kriterien für die Stabilisierung oder Behandlung von Böden vor der Entsorgung auf einer Deponie sind sehr standortspezifisch. Andere Technologien, die zur Entfernung von PFAS aus dem Boden in Betracht gezogen wurden, sind die Bodenwäsche und die Verbrennung.

Für das Grundwasser gibt es folgende Bewirtschaftungsoptionen: 1) In-situ-Behandlung, 2) Ex-situ-Behandlung und/oder Wiederverwendung, Reinjektion in den Grundwasserleiter oder Einleitung in Oberflächenwasser, Regenwasser oder Kanalisation, 3) vorübergehende Lagerung vor Ort und 4) Entsorgung außerhalb des Standorts in einer Anlage zur Behandlung und Entsorgung gefährlicher Abfälle. Der gängigste Sanierungsansatz ist das Abpumpen und Behandeln mit körniger Aktivkohle und die anschließende Verbrennung der verbrauchten Aktivkohle außerhalb des Standorts. Diese Technologie wird bereits seit Jahren in großem Maßstab eingesetzt. Granulierte Aktivkohle hat jedoch eine relativ geringe Kapazität für PFAS, insbesondere wenn kurzkettige Verbindungen vorhanden sind. Tests zur Verbesserung der Sorptionskapazität wurden mit verschiedenen Formen von körniger und pulverförmiger Aktivkohle, Ionenaustauschern und anderen Sorptionsmaterialien sowie mit Mischungen aus Ton, pulverförmiger Aktivkohle und anderen Sorptionsmitteln durchgeführt.

Andere Methoden zur Ex-situ-Entfernung von PFAS umfassen die Hochdruck-Membranbehandlung mit Nanofiltration oder Umkehrosmose. Membrantechnologien in kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen im großen Maßstab haben PFAS wirksam entfernt. Für typische Umweltsanierungsanwendungen ist die Membranbehandlung jedoch teurer als Aktivkohle, und die Wirksamkeit kann durch andere Grundwasserverunreinigungen beeinträchtigt werden. Neutrale PFAS, wie die Perfluoralkylsulfonamide, werden möglicherweise nicht ausreichend entfernt.

Forschung zur PFAS-Behandlung

Die Forschung zur PFAS-Behandlung umfasst die folgenden Themen:

PFAS-Sequestrierung: Sorbentien werden mit dem langfristigen Ziel untersucht, sie in einer In-situ-Barriere als kostengünstige, langfristige Behandlungslösung einzusetzen, kombiniert mit einer Methode zur regelmäßigen Regenerierung oder Erneuerung des eingebrachten Sorbentmaterials und zur Behandlung von Abfallströmen vor Ort durch chemische Ex-situ-Oxidation (ESTCP-Projekt 2423). SERDP/ESTCP hat auch Forschungsarbeiten finanziert (ESTCP-Projekt ER-2425), um die In-situ-Injektion chemischer Koagulationsmittel (z.B. Polyaluminiumchlorid, kationische Polymere) zur Unterstützung der Sorption zu testen.

Machbarkeitsnachweis für biologische Behandlung: Pilze wurden bereits erfolgreich zum Abbau von PFAS unter Laborbedingungen eingesetzt, sind aber in situ schwieriger zu halten. Neue Arbeiten (ESTCP-Projekt ER-2422) konzentrieren sich auf die Durchführbarkeit der Verpackung von PFAS abbauenden Enzymen aus holzzerstörenden Pilzen in „Gewölbe“ (natürlich vorkommende Partikel, die in einer Vielzahl von Mikroorganismen zu finden sind) und die Verwendung von Bioaugmentation für den In-situ-Abbau.

Fortgeschrittene Oxidationsverfahren: Zu den fortschrittlichen Oxidationsverfahren für PFAS gehören elektrochemische Oxidation, Photolyse und Photokatalyse. Elektrokatalytische und katalytische Ansätze unter Verwendung von Ti/RuO2 und anderen gemischten Metalloxidanoden wurden zur Oxidation von PFAS im Labor unter einer Reihe von Bedingungen eingesetzt (ESTCP-Projekt 2424).

Chemische In-Situ-Reduktion: Zu den untersuchten Methoden gehören die Verwendung von nullwertigen Metallen/Bimetallen (Pd/Fe, Mg, Pd/Mg) mit Tonzwischenschichten und die Co-Lösungsmittel-unterstützte Vitamin B12-Defluorierung. Ein laufendes Projekt (SERDP-Projekt ER-2426) befasst sich mit PFOS, das für viele Oxidationsprozesse unempfindlich ist. Reduktive Technologien könnten als erster Schritt zur Sanierung von PFOS und anderen PFAS eingesetzt werden.

Zusammenfassung

PFAS sind in der Umwelt vorhanden und stellen mehrere Herausforderungen dar. Perfluoralkyl-Substanzen sind sehr stabil und können sich in der Tierwelt biomagnifizieren. Die gesundheitlich empfohlenen Werte sind niedrig, d. h. ng/L-Konzentrationen im Grund- und Trinkwasser. In dem Maße, in dem das Bewusstsein für PFAS wächst und sich die gesetzlichen Kriterien weiterentwickeln, führen Standortmanager Untersuchungen vor Ort durch, verbessern Analysetechniken und entwerfen und betreiben Sanierungssysteme. SERDP/ESTCP-finanzierte Forschung zielt darauf ab, effektive Behandlungstechnologien für PFAS zu demonstrieren und die Kosteneffizienz der Technologie zu verbessern.

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