Perfluoroalkyyli- ja polyfluoroalkyyli-aineet (PFAS-aineet)

Posted by admin Articles

Perfluoroalkyyli- ja polyfluoroalkyyli-aineiden (PFAS-aineet), mukaan lukien perfluorioktaanihappo (PFOA) ja perfluorioktaanisulfonaatti (PFOS), päästöt ympäristöön ovat tapahtuneet tuotantolaitoksissa ja alueilla, joilla vesipitoiset kalvot ovat…vaahtoa (AFFF) on käytetty hiilivetypalojen sammuttamiseen. PFAS-yhdisteiden epäillään aiheuttavan haitallisia vaikutuksia ihmisten terveyteen. Ne ovat erittäin stabiileja ympäristössä, ja ne poistetaan yleensä vesivarastoista rakeisen aktiivihiilen avulla. Tarvitaan in situ -käsittelytekniikoita ja ex situ -käsittelymenetelmiä, jotka ovat kustannustehokkaampia.

Seuraavat artikkeli(t):

  • Maaperä & Pohjaveden epäpuhtaudet

TEKIJÄ(T): Dr. Rula Deeb, Dr. Jennifer Field, Elisabeth Hawley ja Dr. Christopher Higgins

Keskeiset lähteet:

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

Tietolehtinen

Tietolehtinen

Tietoisuutta PFAS-yhdisteiden esiintymisestä ympäristössä alettiin alun perin tiedostaa vasta 1990-luvun loppupuoliskolla, kun ionisoituneiden aineiden havaitsemisessa käytettävät analyyttiset menetelmät kehittyivät. Länsi-Virginiassa/Ohiojoen laaksossa sijaitsevia PFAS-tuotteita valmistavia laitoksia vastaan ryhdyttiin oikeustoimiin. Vuonna 2000 ainoa PFOS:n yhdysvaltalainen valmistaja suostui vapaaehtoisesti lopettamaan tuotannon. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) antoi väliaikaiset juomaveden terveyssuositukset PFOA:n ja PFOS:n osalta vuonna 2009 ja korvasi ne terveyssuosituksilla vuonna 2016. Viimeisten viiden vuoden aikana osavaltioiden sääntelyviranomaiset ovat vaatineet useita entisiä ilmavoimien ja laivaston palomiesten harjoitusalueita tekemään tutkimuksia PFAS-yhdisteiden varalta. SERDP/ESTCP-tutkimusohjelmat alkoivat rahoittaa asiaan liittyvää tutkimusta vuonna 2011, koska ne tunnistivat asian mahdollisen vaikutuksen puolustusministeriölle.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Kuva 1. a) Perfluoroalkyyliyhdisteen, PFOS:n, rakenne verrattuna b) monifluorialkyyliyhdisteen, 6:2-fluoroteelomeerisulfonaatin (6:2 FTSA), rakenteeseen.

Vaikka ympäristönpuhdistusteollisuus käytti aluksi termiä ”perfluoratut yhdisteet” (tai PFC-yhdisteet), suositeltiin PFAS:n tarkempaa terminologiaa, jotta viestintä olisi johdonmukaista maailmanlaajuisissa tiede-, sääntely- ja teollisuusyhteisöissä. PFAS-yhdisteet ovat fluorattuja aineita, joilla on hiiliketjurakenne. Perfluorialkyyliyhdisteissä ketjun jokainen hiiliatomi on täysin fluorilla kyllästetty (vain hiili-fluori-sidokset), kun taas polyfluorialkyyliyhdisteiden hiiliketju on enimmäkseen fluorilla kyllästetty (hiili-fluori-sidokset), mutta se sisältää myös hiili-vety-sidoksia (kuva 1).

Tutkituimpia PFAS-yhdisteitä ovat PFOA ja PFOS. Molemmilla on hydrofobinen hiiliketjurakenne, jossa on kahdeksan hiiltä, jotka ovat täysin tyydyttyneitä fluoriatomeilla (eli perfluorialkyyliaineita), ja hydrofiilinen poolinen funktionaalinen ryhmä. Ne ovat siis ”amfifiilisiä” ja assosioituvat veden ja öljyjen kanssa. Tämä ominaisuus on tehnyt niistä hyödyllisiä ainesosia palontorjuntavaahdoissa ja muissa pinta-aktiivisissa sovelluksissa. Useimmissa pohjavesiympäristöissä PFOS ja PFOA ovat vesiliukoisia anioneja. Niiden pinta-aktiiviset ominaisuudet vaikeuttavat niiden fysiokemiallisten ominaisuuksien, kuten jakautumiskertoimien, ennustamista. PFAS-yhdisteiden hiili-fluori-sidosten lujuus luo erittäin korkean kemiallisen ja termisen stabiilisuuden. Seuraavassa esitetään yhteenveto PFOS:n ja PFOA:n merkityksellisistä ominaisuuksista (taulukko 1).

TAULUKKO 1. PFOS:n ja PFOA:n fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. 1Huomaa, että PFOA:n suolamuoto on todennäköisemmin ympäristön kannalta ja toksikologisesti merkityksellinen; sen ominaisuuksia ei kuitenkaan ole saatavilla. Lyhenteet: g/mol = grammaa moolia kohti; mg/L = milligrammaa litraa kohti; oC = celsiusastetta; mm Hg = elohopeamillimetriä; atm-m3/mol = ilmakehäkuutiometriä moolia kohti. 2Veden liukoisuus puhdistettuun veteen. 3Veden liukoisuus makeaan veteen. 4Veden liukoisuus suodatettuun meriveteen. 5Extrapolointi mittauksista. 6Arvioitu anionien ominaisuuksien perusteella. 7PFOA:lle määritetty ilmakehän puoliintumisaika-arvo arvioitiin lyhyistä tutkimusjaksoista määritettyjen saatavilla olevien tietojen perusteella.

Ympäristön huolenaiheet

Perfluoratut aineet ovat hyvin stabiileja, ne eivät hajoa biologisesti ja niitä esiintyy kaikkialla ympäristössä maailmanlaajuisesti. Sitä vastoin hiili-vetyryhmien läsnäolo polyfluoroalkyyliyhdisteissä helpottaa näiden yhdisteiden osittaista hajoamista muodostaen lyhyempiketjuisia perfluoroalkyyliyhdisteitä. Perfluorattuja aineita on havaittu pieniä määriä syrjäisissä paikoissa, kuten arktisella alueella, kaukana mahdollisista pistekuormituslähteistä. Toiset tutkimukset ovat osoittaneet, että pitkäketjuiset perfluoratut aineet bioakkumuloituvat ja lisääntyvät luonnonvaraisissa eläimissä. Tämän vuoksi korkeamman trofiatason luonnonvaraiset eläimet, kuten kalat ja linnut, voivat olla erityisen alttiita. Alankomaiden kansallinen kansanterveys- ja ympäristöinstituutti on laskenut PFOS:n suurimmaksi sallituksi pitoisuudeksi makean veden osalta 0,65 nanogrammaa litrassa (ng/l), joka perustuu ihmisten nauttimaan kalaan.

PFAS:t liittyvät tyypillisesti maksaan, proteiineihin ja verenkiertoon. Ihmisissä niiden puoliintumisaika on 2-9 vuotta. PFOA:n toksikologiset tutkimukset viittaavat mahdollisiin kehitys- tai lisääntymisvaikutuksiin. Sekä PFOA:n että PFOS:n epäillään olevan syöpää aiheuttavia aineita, mutta Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA ei ole vielä luokitellut niiden karsinogeenisuutta. Kansainvälinen syöväntutkimuslaitos (IARC) on luokitellut PFOA:n ryhmään 2B kuuluvaksi syöpää aiheuttavaksi eli ihmiselle mahdollisesti syöpää aiheuttavaksi. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA julkaisi viiteannosluonnoksen, joka on 30 ng/kg*vrk PFOS ja 20 ng/kg*vrk PFOA (ei-syöpävaarallisuuden perusteella). Sijoituspaikan kunnostuksen kannalta huolta aiheuttavat altistumisreitit ovat juomaveden nauttiminen, kalan syönti, ihokosketus veden kanssa ja (vahingossa tapahtuva) nauttiminen tai kosketus saastuneeseen maaperään.

Käyttötarkoitukset ja mahdolliset ympäristölähteet

Yksityislaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi monet PFAS-yhdisteet toimivat pinta-aktiivisina aineina tai pintakäsittelyaineiden komponentteina. Ne ovat tahrankestäviä, lämmönkestäviä ja hyödyllisiä pinnoitettaessa pintoja, jotka ovat kosketuksissa happojen tai emästen kanssa. Näin ollen niitä käytetään laajalti useilla teollisuudenaloilla, kuten matto-, tekstiili- ja nahkatuotannossa, kromipinnoituksessa, valokuvauksessa, fotolitografiassa, puolijohteiden valmistuksessa, pinnoitteiden lisäaineissa, puhdistusaineissa ja hyönteismyrkyissä. PFAS-yhdisteitä esiintyy myös monissa kuluttajatuotteissa, kuten elintarvikepaperissa ja -pakkauksissa, huonekaluissa, vedenpitävissä vaatteissa ja kosmetiikassa. PFAS-yhdisteiden esiintyminen kuluttajatuotteissa on aiheuttanut kaupunkien taustapitoisuuksia sadevesissä, jätevedenpuhdistamoiden tulovesissä ja kaatopaikkojen suotovesissä.

Yksi laajimmin tunnetuista PFAS-lähteistä on AFFF, jota käytettiin suuria määriä ympäristössä tulipaloissa, palontorjunnan harjoitusalueilla, lentokonehallien ja muiden rakennusten palonsammutusjärjestelmien aktivoinnissa sekä vahingossa AFFF:n varastoinnin, kuljetuksen ja päivittäisen käsittelyn yhteydessä. AFFF:ää käytettiin rutiininomaisesti sotilasalueilla, lentokentillä ja jalostamoissa. Formulaatiot ovat patentoituja, ja AFFF:n koostumus vaihtelee valmistajakohtaisesti. AFFF koostuu kuitenkin tyypillisesti vedestä (60-93 %), liuottimista, kuten butyylikarbitolista (3-25 %), hiilivetyjen pinta-aktiivisista aineista (1-12 %), yhdestä tai useammasta PFAS-yhdisteestä ja muista yhdisteistä (esim. korroosionestoaineet, elektrolyytit). Useiden erilaisten AFFF-formulaatioiden PFAS-signatuurit voivat auttaa PFAS-lähteiden rikosteknisessä tunnistamisessa.

Sääntely

PFAS:eja koskevia lopullisia säännöksiä ei ole vielä annettu; PFAS:eja koskevat nykyiset kriteerit ovat tyypillisesti ohjeiden tai neuvoa-antavien tasojen muodossa (taulukko 2). Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA kehitti hiljattain juomaveden terveysneuvontatasot PFOA:lle ja PFOS:lle, jotka korvasivat aiemmin julkaistut väliaikaiset arvot. Useat osavaltiot, kuten Minnesota, Maine ja New Jersey, ovat julkaisseet seulonta-arvoja tai väliaikaisia kriteerejä yhdelle tai useammalle PFAS-yhdisteelle, kuten PFOS:lle, PFOA:lle, perfluorobutaanisulfonihapolle (PFBS), perfluorobutaanihapolle (PFBA) ja perfluorononaanihapolle (PFNA) (taulukko 2). Euroopan unionin juomavesi-, pohjavesi- ja maaperäkriteerit julkaistiin äskettäin yhteenvetoraportissa.

Muut sääntelytoimet ovat rajoittaneet PFAS-yhdisteiden käyttöä ja tuotantoa. PFOS lisättiin pysyviä orgaanisia yhdisteitä koskevan Tukholman yleissopimuksen mukaiseen kemikaaliluetteloon vuonna 2009. Lähes kaikki PFOS:n käyttö on näin ollen kielletty Euroopassa joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta. Aineet tai seokset eivät saa sisältää PFOS-yhdisteitä yli 0,001 painoprosenttia (EU 757/2010). Koska PFOS-yhdisteiden valmistus lopetettiin vapaaehtoisesti Yhdysvalloissa vuonna 2002, PFOS-yhdisteitä sisältävää AFFF:ää ei enää valmisteta. Yhdysvaltain armeijalla ja muilla tahoilla on edelleen varastoituna suuria määriä PFOS:ia sisältävää AFFF:ää, vaikka sen käyttöä ei suositella.

SÄÄNTELYVIRANOMAINEN KUVAUS PFOS PFOA PFOA PFBS PFBA PFNA
JUOMAVESI (µg/L)
U.S. EPA Juomaveden terveysohjeet 0.07 0.07
Health Canada Juomaveden seulonta-arvot 0.6 0.2 15 30 0.2
Maine Department of Environmental Protection Maximum Exposure Guideline 0.1
Michigan Department of Environmental Quality Juomaveden pintaveden laatuarvo 0.011 0.42
New Jerseyn ympäristönsuojeluosasto Alustava terveysperusteinen ohjearvo 0.04
New Jerseyn ympäristönsuojeluosasto PFOA:n ja PFOS:n MCL-suositusten kehittäminen on parhaillaan käynnissä 0.04
New Jerseyn ympäristönsuojeluosasto Terveysperusteinen enimmäisainepitoisuussuositus (MCL) 0.013
Vermontin terveysministeriö Juomaveden terveydellinen ohjearvo 0.02
POHJAVESI (µg/L)
Minnesotan terveysministeriö Pohjaveden terveysriskiraja 0.3 0.3 7 7
Illinoisin ympäristönsuojeluvirasto Pohjaveden alustavat kunnostustavoitteet, luokan I pohjavesi 0.2 0.4
Illinoisin ympäristönsuojeluvirasto Pohjaveden alustavat kunnostustavoitteet, II luokan pohjavesi 0.2 0.2
North Carolina Department of Environmental Quality Interim Maximum Allowable Concentration 1.0
New Jerseyn ympäristönsuojeluosasto Interim Specific Ground Water Quality Criterion 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 Groundwater Nonresidential Generic Cleanup Criteria and Screening Levels 0.5 0.28
Texas Commission on Environmental Quality Texas Risk Reduction Program Protective Concentration Levels for 16 PFAS for Several Different. Exposure Scenarios (Groundwater)
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 Vapaa-ajan maaperän viitearvo(.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 Protective Concentration Levels for 16 PFAS (16 PFAS:n suojelupitoisuustasot). for Several Different Exposure Scenarios (Soil)
Alaska Department of Environmental Conservation Cleanup Level, Arktinen vyöhyke 2.2 2.2
Alaskan ympäristönsuojeluosasto Puhdistustaso, alle 40′ vyöhyke 1.6 1.6
Alaskan ympäristönsuojeluosasto Puhdistustaso, yli 40′ vyöhyke 1.3 1.3
Alaska Department of Environmental Conservation Cleanup Level, Migration to Groundwater (MTGW) 0.0030 0.0017
Taulukko 2. Yhteenveto PFAS:ien sääntelykriteereistä. PFAS-yhdisteiden sääntelykriteerit kehittyvät edelleen suhteellisen nopeasti. Tarkistakaa hyperlinkkiviitteestä, että taulukossa luetellut sääntelykriteerit ovat ajan tasalla, ennen kuin käytätte näitä tietoja. Joissakin osavaltioissa on pohjavettä koskevia PFAS-säännöstelyarvoja, jotka ovat seurausta suostumussopimuksista (esimerkiksi sekä Länsi-Virginia että Ohio allekirjoittivat DuPontin kanssa suostumussopimuksen, jossa mainitaan 0,4 µg/l varovaisuusperiaatteen mukaiseksi paikkakohtaiseksi toiminta-arvoksi PFOA:lle). Muut osavaltiot (esim. Delaware, New Hampshire ja New York) ovat hyväksyneet Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston EPA:n väliaikaiset terveyssuositustasot PFOS:lle ja PFOA:lle useissa vesijärjestelmissä. Pennsylvania on tutkinut PFOS-kontaminaatiota, joka liittyy kahteen saastuneeseen kaivoon, jotka on tunnistettu EPA:n sääntelemättömien epäpuhtauksien seurantaohjelmassa. Myös Alabama on käsitellyt PFAS-kontaminaatiota paikkakohtaisesti. Alaska on suorittanut näytteenottoa ja seurantaa PFAS-yhdisteiden osalta useissa kohteissa.

Näytteenotto- ja analyysimenetelmät

Koska PFAS-yhdisteitä esiintyy useissa tavallisissa kulutustavaroissa, näytteenoton yhteydessä on huolehdittava siitä, ettei PFAS-yhdisteitä joudu kosketuksiin muiden mahdollisten PFAS-lähteiden kanssa. Useimmissa vakiotoimintamenetelmissä ja työsuunnitelmissa kehotetaan välttämään polytetrafluorieteenipohjaisten (esim. teflon) komponenttien, kuten letkujen ja vuorattujen näytepullojen korkkien, käyttöä. Joissakin ohjeissa näytteenottajia kehotetaan myös olemaan käyttämättä vedenpitäviä takkeja tai muita päällysvaatteita, joissa on vedenpitävä pinnoite, ja välttämään sellaisten pakattujen elintarvikkeiden käsittelyä, jotka saattavat sisältää fluortelomeeripohjaisia kemikaaleja tarttumattomuusominaisuuksien parantamiseksi. Koska PFAS-yhdisteillä on affiniteetti ilman ja veden rajapintaan ja lasin kostuvuus, näytepullot ovat yleensä polypropeenia tai suuritiheyksistä polyeteeniä.

Useimmat kaupalliset laboratoriot käyttävät juomaveden PFAS-yhdisteiden analysointiin muunnettua versiota Yhdysvaltain EPA:n menetelmästä 537. Tämä menetelmä koostuu kiinteän faasin uuttamisesta ja nestekromatografiasta tandem-massaspektrometrialla. Analyyttejä ovat PFOS, PFOA ja tyypillisesti 12 muuta PFAS-yhdistettä (enimmäkseen perfluorikarboksyylihappoja ja perfluorosulfonihappoja), joiden hiiliketjun pituus vaihtelee. Erikoislaboratoriot ovat muokanneet tätä analyysimenetelmää muita matriiseja kuin juomavettä varten, saadakseen paremmin talteen lyhyempiketjuisia yhdisteitä tai saavuttaakseen alhaisemmat havaitsemisrajat.

Kaupalliset laboratoriot, jotka pystyvät määrittämään vieläkin laajemman joukon PFAS-yhdisteitä (esimerkiksi ne, joita tiedetään esiintyvän AFFF-formulaatioissa ja jotka hajoavat muodostaen PFOA:ta ja PFOS:ia), ovat harvassa. Analyysimenetelmä, jolla voidaan havaita useita PFAS:ien esiasteiden perheitä. On myös olemassa TOP (Total Oxidizable Precursor) -määritys, joka on perfluorikarboksylaateiksi hapettavien esiasteiden massamittaus. Muita lähestymistapoja orgaanisen fluorin kokonaismäärän kvantifioimiseksi vesinäytteistä ovat hiukkasindusoitu gammasäteilyemissio (PIGE) ja absorboituva orgaaninen fluori (AOF).

PFAS-yhdisteiden korkearesoluutioisten paikan karakterisointimenetelmien kustannustehokkuus on tällä hetkellä rajallinen, koska ei ole luotettavaa analyysimenetelmää, jota voitaisiin käyttää seulontamenetelmänä kentällä. Useat tutkimusryhmät ovat yrittäneet suunnitella kenttäkäyttöön soveltuvaa liikkuvaa analyysimenetelmää. Esimerkiksi United Science LLC kehittää ioniselektiivisiä elektrodeja PFOS:n mittaamiseksi ng/l-tasolla. Geosyntec Consultants ja Eurofins Eaton Analytical kehittävät siirrettävää kenttäyksikköä PFOS:n ja muiden PFAS-yhdisteiden seulontaan ng/l-tasolle.

Kulkeutuminen ja kulkeutuminen

Seuraavassa esitetään yhteenveto eräistä PFAS:ien kulkeutumiseen ja kulkeutumiseen liittyvistä keskeisistä käsitteistä:

  • Sorptio: Sekä PFOA että PFOS ovat anioneja ympäristön tyypillisissä pH-arvoissa, mutta niillä on silti voimakkaita vuorovaikutuksia kiinteän faasin orgaanisen hiilen kanssa. Tästä syystä foc-Koc-menetelmä sorption ennustamiseen on yleensä sopiva, vaikka tätä ei ole vahvistettu kaikkien PFAS-yhdisteiden osalta. Vuorovaikutukset mineraalifaasien, erityisesti rautaoksidimateriaalien, kanssa voivat olla tärkeitä matalan f foc-arvon materiaaleissa. Tällä hetkellä suositellaan empiirisiä paikkakohtaisia sorptioestimaatteja PFAS:ien liikkuvuuden tarkkaan ennustamiseen.
  • Biotransformaatio: PFOS, PFOA ja analogiset yhdisteet, joiden ketjunpituus vaihtelee, ovat pysyviä ympäristössä, eivätkä ne hajoa helposti biologisesti. Polyfluoratut muodot hajoavat osittain ympäristössä, erityisesti jos olosuhteita (esim. liuenneen hapen pitoisuuksia, pH:ta) on muutettu rinnakkaissaasteiden käsittelemiseksi. Hajoamistuotteet ovat kuitenkin usein sitkeämpiä – hajoavat polyfluoratut muodot ovat PFOA:n, PFOS:n ja niiden homologien lähtöaineita. Sen sijaan sienihajoamisen on osoitettu johtavan vähäisempään perfluorikarboksyylihappojen tuotantoon.
  • Muut mikrobien vaikutukset: Jotkin mikrobit aggregoituvat PFOA:n läsnä ollessa ja tuottavat solunulkoisia polymeerisiä aineita. Mikrobit helpottavat myös PFAS:n huuhtoutumista metanogeenisissa olosuhteissa, jotka ovat yleisiä kiinteän yhdyskuntajätteen kaatopaikoilla. Olosuhteista riippuen mikrobitoiminta voi siis lisätä PFOS:n ja PFOA:n kaltaisten yhdisteiden liikkuvuutta tai hypoteettisesti vaikuttaa päinvastoin lisäämällä sorptiota.
  • Liitännäissaasteiden ja liitännäissaasteiden kunnostusstrategioiden vaikutus: PFAS-yhdisteiden ja muiden kuin vesifaasissa olevien nesteiden väliset vuorovaikutukset voivat hidastaa PFAS-yhdisteiden siirtymistä. PFAS voi estää TCE:n kloorinpoistoa, ja tämä esto riippuu sekä PFAS:n rakenteesta että. PFAS:n esiasteet hajosivat muodostaen PFOA:ta ja muita PFAS:eja Ellsworthin ilmavoimien tukikohdan entisellä palontorjunnan harjoitusalueella, jossa käytettiin useita kunnostusmenetelmiä, kuten maaperähöyryn poistoa, pohjaveden pumppausta ja käsittelyä, bioventtiiliä ja happi-infuusiota, rinnakkaissaasteiden käsittelyyn.

Maaperän ja pohjaveden kunnostaminen

Maaperän ja pohjaveden kunnostaminen maaperän ja pohjaveden kunnostamiseksi maaperän ja pohjaveden kunnostaminen on vaativaa ja kustannuksiltaan kallista PFAS:ien kemiallisesta ja termisestä stabiilisuudesta ja PFAS-seosten monimutkaisesta koostumuksesta johtuen. Tutkimus on edelleen käynnissä tehokkaiden korjausstrategioiden kehittämiseksi.

Maaperän osalta on tavallista arvioida useita hallintavaihtoehtoja: 1) käsittely ja/tai suora uudelleenkäyttö paikan päällä, 2) väliaikainen varastointi paikan päällä ja 3) loppusijoitus paikan ulkopuolella maaperän käsittely- tai käsittelylaitokseen, luvan omaavalle kaatopaikalle tai polttolaitokseen. Maaperän käsittelytuotteita on kaupallisesti saatavilla PFAS-yhdisteiden stabiloimiseksi ja huuhtoutumisen vähentämiseksi. Maaperän stabilointia tai käsittelyä ennen kaatopaikalle sijoittamista koskevat kriteerit ovat hyvin paikkakohtaisia. Muita tekniikoita, joita on harkittu PFAS-yhdisteiden poistamiseksi maaperästä, ovat maaperän pesu ja poltto.

Pohjaveden osalta hoitovaihtoehtoja ovat seuraavat: 1) in situ -käsittely, 2) ex situ -käsittely ja/tai uudelleenkäyttö, pohjavesikerroksen uudelleen injektointi tai päästäminen pintavesiin, sadevesiin tai viemäriin, 3) tilapäinen varastointi laitosalueella ja 4) loppusijoitus laitosalueen ulkopuolella sijaitsevaan vaarallisten jätteiden käsittely- ja loppusijoituslaitokseen. Yleisin kunnostustapa on käyttää pumppaus- ja käsittelymenetelmää, jossa käytetään rakeista aktiivihiiltä, jonka jälkeen käytetty aktiivihiili poltetaan muualla kuin laitosalueella. Tätä tekniikkaa on käytetty vuosia täydessä mittakaavassa. Rakeisen aktiivihiilen kapasiteetti PFAS-yhdisteiden suhteen on kuitenkin suhteellisen alhainen erityisesti silloin, kun mukana on lyhyempiketjuisia yhdisteitä. Sorptiokapasiteetin parantamiseen tähtääviä testejä on tehty erilaisilla rakeisilla ja jauhetuilla aktiivihiilillä, ioninvaihtomateriaaleilla ja muilla sorbenttimateriaaleilla sekä saven, jauhetun aktiivihiilen ja muiden sorbenttien seoksilla.

Muita menetelmiä PFAS-yhdisteiden ex situ -poistoon ovat muun muassa korkeapainekalvokäsittely nanosuodatuksella tai käänteisosmoosilla. Kalvotekniikat täysimittaisissa kunnallisissa vedenpuhdistuslaitoksissa ovat poistaneet tehokkaasti PFAS-yhdisteitä. Tyypillisissä ympäristön kunnostussovelluksissa kalvokäsittely on kuitenkin kalliimpaa kuin aktiivihiili, ja muut pohjaveden epäpuhtaudet voivat heikentää tehokkuutta. Neutraaleja PFAS-yhdisteitä, kuten perfluoroalkyylisulfonamideja, ei välttämättä poisteta riittävästi.

PFAS-käsittelyn tutkimus

PFAS-käsittelyn tutkimus käsittää seuraavat aiheet:

  • PFAS:n sitominen: Sorbentteja tutkitaan pitkän aikavälin tavoitteena käyttää niitä in situ -esteessä edullisena ja pitkäaikaisena käsittelyratkaisuna yhdistettynä menetelmään, jolla sijoitettu sorbenttimateriaali regeneroidaan tai uusitaan määräajoin, ja jätevirtojen käsittelyyn paikan päällä ex-situ-kemiallisella hapetuksella (ESTCP-hanke 2423). SERDP/ESTCP on myös rahoittanut tutkimusta (ESTCP-hanke ER-2425), jossa testataan kemiallisten koagulanttien (esim. polyalumiinikloridi, kationiset polymeerit) in situ -injektointia sorption helpottamiseksi.

  • Proof-of-Concept for Biological Treatment: Sieniä on käytetty menestyksekkäästi PFAS-yhdisteiden hajottamiseen laboratorio-olosuhteissa, mutta niitä on vaikeampi ylläpitää paikan päällä. Uudessa työssä (ESTCP-hanke ER-2422) keskitytään siihen, olisiko mahdollista pakata puun lahottajasienien PFAS-yhdisteitä hajottavia entsyymejä ”holveihin” (luonnossa esiintyviin hiukkasiin, joita esiintyy monenlaisissa mikro-organismeissa) ja käyttää bioaugmentointia in situ -hajotukseen.
  • Kehittyneet hapetusprosessit: PFAS-yhdisteiden kehittyneisiin hapetusprosesseihin kuuluvat sähkökemiallinen hapetus, fotolyysi ja fotokatalyysi. Sähkökatalyyttisiä ja katalyyttisiä lähestymistapoja, joissa käytetään Ti/RuO2- ja muita sekametallioksidianodeja, on käytetty PFAS-yhdisteiden hapettamiseen laboratoriossa erilaisissa olosuhteissa (ESTCP-hanke 2424).
  • Kemiallinen pelkistäminen in situ: Menetelmiä, joita tutkitaan, ovat nolla-arvoisten metallien/bimetallien (Pd/Fe, Mg, Pd/Mg) käyttö savivälikerrosten kanssa ja B12-vitamiinin rinnakkaisliuotinavusteinen fluorinpoisto. Eräässä meneillään olevassa hankkeessa (SERDP-hanke ER-2426) keskitytään PFOS-yhdisteisiin, jotka ovat monille hapetusprosesseille vastustuskykyisiä. Pelkistäviä tekniikoita voitaisiin käyttää ensimmäisenä askeleena PFOS:n ja muiden PFAS:ien kunnostamisessa.

Yhteenveto

PFAS:eja esiintyy ympäristössä ja ne aiheuttavat useita haasteita. Perfluoroalkyyliyhdisteet ovat erittäin stabiileja ja voivat biomagnifioitua luonnonvaraisiin eläimiin. Terveysperusteiset suositusarvot ovat alhaisia, eli ng/L-pitoisuuksia pohja- ja juomavedessä. Kun tietoisuus PFAS-yhdisteistä lisääntyy ja sääntelykriteerit kehittyvät, laitosalueiden hoitajat suorittavat laitosalueiden tutkimuksia, parantavat analyysitekniikoita ja suunnittelevat ja käyttävät kunnostusjärjestelmiä. SERDP/ESTCP-rahoitteisella tutkimuksella pyritään osoittamaan tehokkaita PFAS:ien käsittelytekniikoita ja parantamaan teknologian kustannustehokkuutta.

  1. ^ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 U.S. Environmental Protection Agency, 2014. Emerging contaminants – perfluoro-oktaanisulfonaatti (PFOS) ja perfluoro-oktaanihappo (PFOA). Tiedote. March Fact Sheet
  2. ^ Rich, N., 2016. Asianajaja, josta tuli DuPontin pahin painajainen. The New York Times Magazine.
  3. ^ Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (U.S. EPA), 2000. EPA ja 3M ilmoittavat PFOS:n asteittaisesta käytöstä poistamisesta. Tiistaina 16. toukokuuta päivätty lehdistötiedote. U.S. EPA PFOS Phase Out Announcement
  4. ^ United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA), 2016. Juomaveden terveyssuositukset PFOA:n ja PFOS:n osalta. U.S. EPA Water Health Advisories – PFOA and PFOS
  5. ^ Buck, R.C., Franklin, J., Berger, U., Conder, J.M., Cousins, I.T., de Voogt, P., Jensen, A.A., Kannan, K., Mabury, S.A. ja van Leeuwen, S.P., 2011. Perfluoroalkyyli- ja polyfluoroalkyyliyhdisteet ympäristössä: terminologia, luokittelu ja alkuperä. Integrated Environmental Assessment and Management, 7(4), 513-541. doi: 10.1002/ieam.258
  6. ^ Young, C.J., Furdui, V.I., Franklin, J., Koerner, R.M., Muir, D.C. ja Mabury, S.A., 2007. Perfluoratut hapot arktisessa lumessa: uusia todisteita ilmakehän muodostumisesta. Environmental Science & Technology, 41(10), 3455-3461. doi: 10.1021/es0626234
  7. ^ Conder, J.M., Hoke, R.A., Wolf, W.D., Russell, M.H. ja Buck, R.C., 2008. Ovatko PFCA:t biokertyviä? Kriittinen tarkastelu ja vertailu sääntelykriteereihin ja pysyviin lipofiilisiin yhdisteisiin. Environmental Science & Technology, 42(4), 995-1003. doi: 10.1021/es070895g
  8. ^ Sinclair, E., Mayack, D.T., Roblee, K., Yamashita, N. ja Kannan, K., 2006. Perfluoroalkyylipinta-aktiivisten aineiden esiintyminen vedessä, kaloissa ja linnuissa New Yorkin osavaltiossa. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 50(3), s. 398-410. doi: 10.1007/s00244-005-1188-z
  9. ^ Benbrahim-Tallaa, L., Lauby-Secretan, B. Loomis, D., Guyton, K.Z., Grosse, Y., Bouvard, F. El Ghissassi, V., Guha, N., Mattock, H., Straif, K., 2014. Perfluoro-oktaanihapon, tetrafluorieteenin, dikloorimetaanin, 1,2-diklooripropaanin ja 1,3-propaanisultonin karsinogeenisuus. The Lancet Oncology, 15 (9), 924-925. doi: 10.1016/S1470-2045(14)70316-X
  10. ^ International Agency for Research on Cancer (IARC), 2016. Monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Luokitusluettelot, niteet 1-116. List of Classifications.pdf
  11. ^ Krafft, M.P. ja Riess, J.G., 2015. Selected physicochemical aspects of poly-and perfluoroalkylated substances relevant to performance, environment and sustainability – Part one. Chemosphere, 129, 4-19. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.08.039
  12. ^ Birnbaum, L.S. ja Grandjean, P., 2015. Alternatives to PFAS: Perspectives on the Science. Environmental Health Perspectives, 123(5), A104-A105. doi: 10.1289/ehp.1509944
  13. ^ Houtz, E.F., 2013. Perfluoroalkyylihappojen esiasteiden oksidatiivinen mittaus: Implications for urban runoff management and remediation of AFFF-contaminated groundwater and soil. Väitöskirja. Saatavilla verkossa osoitteessa http://escholarship.org/uc/item/4jq0v5qp
  14. ^ Lang, J.R., Allred, B.M., Peaslee, G.F., Field, J.A. ja Barlaz, M.A., 2016. Per- ja polyfluoroalkyyliyhdisteiden (PFAS) vapautuminen matoista ja vaatteista Anaerobisten kaatopaikkojen mallireaktoreissa. Environmental Science & Technology, 50(10), 5024-5032. doi: 10.1021/acs.est.5b06237
  15. ^ Conder, J., Deeb, R.A., Field, J.A. ja Higgins, C.P., 2016. GRACast: Frequently asked questions on Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS). Esitetty 6. heinäkuuta. FAQs
  16. ^ Backe, W.J., Day, T.C. and Field, J.A., 2013. Zwitterioniset, kationiset ja anioniset fluoratut kemikaalit vesipitoisissa kalvoa muodostavissa vaahtomuovivalmisteissa ja Yhdysvaltain sotilastukikohdista peräisin olevassa pohjavedessä ei-vesipitoisella suuren tilavuuden injektiolla HPLC-MS/MS. Environmental Science & Technology, 47(10), 5226-5234. doi: 10.1021/es3034999
  17. ^ Place, B.J. ja Field, J.A., 2012. Uusien fluorokemikaalien tunnistaminen Yhdysvaltain armeijan käyttämistä vesipohjaisista kalvoa muodostavista vaahdoista. Environmental Science & Technology, 46(13), 7120-7127. doi: 10.1021/es301465n
  18. ^ Concawe, 2016. Poly- ja perfluoroalkyyliyhdisteiden (PFAS) kohtalo ja vaikutukset ympäristössä. Raportti nro 8/16. Raportti pdf
  19. ^ TerMaath, S., J. Field ja C. Higgins, 2016. Per- ja polyfluoroalkyyliyhdisteet (PFAS): Analyyttiset ja karakterisointirajat. Webinar Series
  20. ^ Houtz, E.F., Higgins, C.P., Field, J.A. ja Sedlak, D.L., 2013. Perfluoroalkyylihappojen esiasteiden pysyvyys AFFF-vaikutteisessa pohjavedessä ja maaperässä. Environmental Science & Technology, 47(15), 8187-8195. doi: 10.1021/es4018877
  21. ^ Willach, S., Brauch, H.J. ja Lange, F.T., 2016. Valikoitujen perfluoroalkyyli- ja polyfluoroalkyyliyhdisteiden osuus adsorboituvasta orgaanisesti sitoutuneesta fluorista saksalaisissa joissa ja erittäin saastuneessa pohjavedessä. Chemosphere, 145, 342-350. doi:10.1016/j.chemosphere.2015.11.113
  22. ^ U.S. Environmental Protection Agency, 2015. Final report: Field deployable PFCs sensors for contaminated soil screening. EPA:n sopimusnumero EPD14012. Report pdf
  23. ^ Deeb, R., Chambon, J., Haghani, A., and Eaton, A., 2016. Polyfluoroalkyyli- ja perfluoroalkyyliyhdisteiden (PFAS) reaaliaikaiseen mittaamiseen tarkoitetun analyysimenetelmän kehittäminen ja testaus. Esitetty Battelle Chlorinated -konferenssissa, Palm Springs, CA.
  24. ^ Higgins, C.P. ja Luthy, R.G., 2006. Perfluorattujen pinta-aktiivisten aineiden sorptio sedimentteihin. Environmental Science & Technology, 40(23), 7251-7256. doi: 10.1021/es061000n
  25. ^ 25.0 25.1 Ferrey, M.L., Wilson, J.T., Adair, C., Su, C., Fine, D.D., Liu, X. ja Washington, J.W., 2012. PFOA:n ja PFOS:n käyttäytyminen ja kohtalo hiekkapohjaisen pohjavesialueen sedimentissä. Groundwater Monitoring & Remediation, 32(4), 63-71. doi: 10.1111/j.1745-6592.2012.01395.x
  27. ^ Johnson, R.L., Anschutz, A.J., Smolen, J.M., Simcik, M.F. ja Penn, R.L., 2007. Perfluoro-oktaanisulfonaatin adsorptio hiekka-, savi- ja rautaoksidipinnoille. Journal of Chemical & Engineering Data, 52(4), 1165-1170. doi: 10.1021/je060285g
  28. ^ 27.0 27.1 27.2 Tseng, N., Wang, N., Szostek, B. ja Mahendra, S., 2014. 6: 2 fluorotelomeerialkoholin (6: 2 FTOH) biotransformaatio puun lahottajasienellä. Environmental Science & Technology, 48(7), 4012-4020. doi:10.1021/es4057483
  29. ^ Harding-Marjanovic, K.C., Houtz, E.F., Yi, S., Field, J.A., Sedlak, D.L. ja Alvarez-Cohen, L., 2015. Fluorotelomeerin tioeetteriamidosulfonaatin (Lodyne) aerobinen biotransformaatio AFFF-lisäaineistetuissa mikrokosmoksissa. Environmental Science & Technology, 49(13), s. 7666-7674. doi: 10.1021/acs.est.5b01219
  30. ^ 29.0 29.1 McGuire, M.E., Schaefer, C., Richards, T., Backe, W.J., Field, J.A., Houtz, E., Sedlak, D.L., Guelfo, J.L., Wunsch, A. ja Higgins, C.P., 2014. Evidence of remediation-induced alteration of subsurface poly and perfluoroalkyl substance distribution at a former firefighter training area. Environmental Science & Technology, 48(12), 6644-6652. doi: 10.1021/es5006187
  31. ^ Weathers, T.S., Higgins, C.P. ja Sharp, J.O., 2015. Tolueenia hajottavan rodokokin tehostunut biofilmituotanto havaittu perfluoroalkyylihapoille altistumisen jälkeen. Environmental Science & Technology, 49(9), 5458-5466. doi: 10.1021/es5060034
  32. ^ Allred, B.M., Lang, J.R., Barlaz, M.A. ja Field, J.A., 2015. Poly- ja perfluoroalkyyliyhdisteiden (PFAS) fysikaalinen ja biologinen vapautuminen kiinteästä yhdyskuntajätteestä anaerobisissa mallikaatopaikkareaktoreissa. Environmental Science & Technology, 49(13), 7648-7656. doi: 10.1021/acs.est.5b01040
  33. ^ Guelfo, J. 2013. Poly- ja perfluoroalkyyliyhdisteiden maanalainen kohtalo ja kulkeutuminen. Filosofian tohtorin tutkielma, Colorado School of Mines. Thesis
  34. ^ Weathers, T.S., Harding-Marjanovic, K., Higgins, C.P., Alvarez-Cohen, L. ja Sharp, J.O., 2015. Perfluoroalkyylihapot estävät trikloorieteenin reduktiivista de-kloorinpoistoa tukahduttamalla dehalococcoideja. Environmental Science & Technology, 50(1), 240-248. doi: 10.1021/acs.est.5b04854
  35. ^ Harding-Marjanovic, K.C., Yi, S., Weathers, T.S., Sharp, J.O., Sedlak, D.L. ja Alvarez-Cohen, L., 2016. AFFF-vaahtojen (AFFF) vaikutukset Dehalococcoides mccartyi-pitoisen mikrobiyhteisön (Dehalococcoides mccartyi-Containing Microbial Community) suorittamaan trikloorieteenin (TCE) kloorinpoistoon. Environmental Science & Technology, 50(7), 3352-3361. doi: 10.1021/acs.est.5b04773
  36. ^ 35.0 35.1 Appleman, T.D., Higgins, C.P., Quinones, O., Vanderford, B.J., Kolstad, C., Zeigler-Holady, J.C. ja Dickenson, E.R., 2014. Poly- ja perfluoroalkyyliyhdisteiden käsittely yhdysvaltalaisissa täyden mittakaavan vedenkäsittelyjärjestelmissä. Water Research, 51, 246-255. doi: 10.1016/j.watres.2013.10.067
  37. ^ Du, Z., Deng, S., Bei, Y., Huang, Q., Wang, B., Huang, J. ja Yu, G., 2014. Perfluorattujen yhdisteiden adsorptiokäyttäytyminen ja -mekanismi eri adsorbenttien päällä – Katsaus. Journal of Hazardous Materials, 274, 443-454. doi:10.1016/j.jhazmat.2014.04.038
  38. ^ Department of the Navy (DON). 2015. Väliaikaiset perfluorattuja yhdisteitä (PFC-yhdisteet) koskevat ohjeet/usein kysytyt kysymykset. FAQs
  39. ^ Steinle-Darling, E. ja Reinhard, M., 2008. Nanosuodatus orgaanisten hivenaineiden poistoon: rakenteen, liuoksen ja membraanin likaantumisen vaikutukset perfluorokemikaalien hylkäämiseen. Environmental Science & Technology, 42 (14), 5292-5297. doi: 10.1021/es703207s
  40. ^ Crimi, M. 2014. In situ -käsittelyjuna perfluoroalkyyleillä pilaantuneen pohjaveden kunnostamiseksi: In situ chemical oxidation of sorbed contaminants (ISCO-SC), ER-2423. ER-2423
  41. ^ Simcik, M. (2014). Uudenlaisen lähestymistavan kehittäminen PFC:n saastuttamien pohjavesijärjestelmien in situ kunnostamiseksi, ER-2425. ER-2425
  42. ^ Qingguo, J. H. (2013). Perfluorialkyyleillä saastuneiden pohjavesialueiden kunnostaminen käyttämällä In-situ-kaksikerroksista sulkua: laboratorioerä- ja kolonnitutkimus. ER-2127
  43. ^ Mahendra, S., 2014. Bioaugmentation with holveilla: novel in situ remediation strategy for transformation of perfluoroalkyl compounds, SERDP, ER-2422. ER-2422
  44. ^ 43.0 43.1 Merino, N., Qu, Y., Deeb, R.A., Hawley, E.L., Hoffman, M.R ja Mahendra, S., 2016. Perfluoroalkyyli- ja polyfluoroalkyyliyhdisteiden (PFAS) hajotus- ja poistomenetelmät vedessä. Environmental Engineering Science, 33(9), 615-649. doi:10.1089/ees.2016.0233
  45. ^ Schaefer, C., 2014. Investigating electrocatalytic and catalytic approaches for in situ treatment of perfluoroalkyl contaminants in groundwater, ER-2424. ER-2424
  46. ^ Lee, L., 2014. Perfluoroalkyylihappojen in situ kemiallisen reduktiivisen defluoroinnin (ISCRD) kvantitatiivinen määrittäminen AFFF:ien kuormittamassa pohjavedessä, ER-2426. ER-2426

See Also

Relevant Ongoing SERDP/ESTCP Projects:

  • In situ treatment train for remediation of perfluoroalkyl contaminated groundwater: In situ chemical oxidation of sorbed contaminants (ISCO-SC). SERDP/ESTCP-hanke ER-2423
  • Perfluoroalkyylihappojen in situ kemiallisen pelkistävän defluoroinnin (ISCRD) kvantitatiivinen määrittäminen AFFF-yhdisteiden saastuttamassa pohjavedessä. SERDP/ESTCP-hanke ER-2426
  • Bioaugmentointi holvien avulla: Novel In Situ Remediation Strategy for Transformation of Perfluoroalkyl Compounds. SERDP/ESTCP Project ER-2422
  • Investigating Electrocatalytic and Catalytic Approaches for In Situ Treatment of Perfluoroalkyl Contaminants in Groundwater. SERDP/ESTCP-hanke ER-2424
  • Development of a Novel Approach for In Situ Remediation of Pfc Contaminated Groundwater Systems. SERDP/ESTCP-hanke ER-2425

.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.