Wetenschap
Onderzoek zoekt oplossing voor PFAS-chemicaliën in afval
Eunsung Kan, Ph.D., universitair hoofddocent en biologisch ingenieur AgriLife Research bij het Texas A&M Department of Biological and Agricultural Engineering, publiceerde een onderzoek dat zich richtte op het fundamentele begrip voor de biologische behandeling van afval dat per- en polyfluoralkylstoffen bevat, oftewel PFAS. zijn moeilijk biologisch afbreekbaar.
PFAS worden aangetroffen in een verscheidenheid aan synthetische chemicaliën die worden gebruikt in een reeks industrieën die talloze producten produceren, waaronder apparaten, schuim, textiel en voedselverpakkingen.
"Wij geloven dat deze studie fundamentele vragen helpt beantwoorden over verontreinigende stoffen die moeilijk te verwijderen of af te breken zijn", aldus Kan. "PFAS vormen een uitdaging die van invloed kan zijn op de duurzaamheid en gezondheid op de lange termijn. Dat maakt dit soort onderzoek ongelooflijk belangrijk en impactvol."
Omgaan met lastige PFAS
Kan's onderzoek, "Effecten van perfluoroctaanzuur en perfluoroctaansulfonzuur op de structuur van de microbiële gemeenschap tijdens anaerobe vertering", verschijnt in Bioresource Technology . De belangrijkste experimenten werden uitgevoerd door Kan's postdoctoraal onderzoeker Gyucheol Choi, Ph.D., in het laboratorium van Kan.
Kan is gevestigd in het Texas A&M AgriLife Center in Stephenville. Zijn onderzoek richt zich op de omzetting van landbouwafval, waaronder melkmest en gewasresten, in biobrandstoffen, bioproducten en biochar voor landbouw-, milieu- en energieduurzaamheid.
Omdat PFAS moeilijk afbreekbaar zijn, bestaat er grote bezorgdheid dat de accumulatie van giftige PFAS-verbindingen de bodem- en waterkwaliteit en daarmee de gezondheid van mens, plant en dier kan beïnvloeden. De huidige fysische en chemische technieken die worden gebruikt voor de behandeling van PFAS in afvalwater en vast afval vereisen veel energie en chemicaliën. Deze behandelmethoden zijn kostbaar en breken PFAS niet volledig af.
Kan zei dat dit gebrek aan afbraak van PFAS een ernstig probleem is voor bestaande systemen, die een slib produceren dat PFAS-verbindingen bevat. Het slib wordt vervolgens naar stortplaatsen gebracht, maar er bestaat bezorgdheid dat deze verontreinigende stoffen in de omgeving terecht kunnen komen of in stroomgebieden terecht kunnen komen als gevolg van afstromende regen.
Het meeste vaste afval en afvalwaterslib wordt behandeld via biologische middelen die anaërobe vergisting of AD worden genoemd. Complexe microbiële gemeenschappen in AD-systemen breken vast afval af en zetten dit om in biogas, terwijl onverteerd slib wordt afgevoerd of op het land wordt gebracht.
De studie liet zien hoe twee algemeen bekende en moeilijk afbreekbare PFAS-verbindingen – perfluoroctaanzuur, PFOA, en perfluoroctaansulfonzuur, PFOS – worden afgebroken door AD-systemen. De onderzoekers probeerden ook de effecten van de chemicaliën op de microbiële gemeenschappen te begrijpen.
Kan gelooft dat het onderzoek zal helpen bij het ontwerpen van AD-systemen die verschillende technologieën gebruiken om op holistische wijze om te gaan met hardnekkige PFAS.
"Het afbreken van PFAS met behulp van verschillende middelen, waaronder hoge temperaturen, hoge druk en hoge doses chemicaliën, is niet echt praktisch", zei hij. "De motivatie was om een kosteneffectieve manier te vinden om deze 'forever chemicaliën' af te breken om te voorkomen dat ze zich ophopen in de bodem en het water. Het is belangrijk, op basis van de bevindingen, dat we een completer behandelingssysteem creëren."
Onderzoek gericht op twee veel voorkomende, moeilijke PFAS-chemicaliën
Uit Choi's experimenten bleek dat de anaërobe vertering sterk werd geremd en dat de microbiële gemeenschappen negatief werden beïnvloed door de aanwezigheid van PFOA, vooral naarmate de PFOA-concentraties toenamen.
Hoewel alle PFAS-verbindingen moeilijk afbreekbaar zijn, benadrukken de resultaten van dit onderzoek de verschillende moeilijkheidsgraden en toxiciteit van individuele chemicaliën. Vergeleken met PFOA had PFOS zeer weinig invloed op de AD-efficiëntie en microbiële gemeenschappen, met slechts een reductie tot 7% bij hoge concentraties. Het AD-proces kon PFOS met 30% tot 80% afbreken, afhankelijk van de concentraties van verontreinigende stoffen, terwijl er geen afbraak van PFOA plaatsvond.
Deze gegevens die tijdens het onderzoek zijn verzameld, zijn fundamentele informatie die wetenschappers kunnen gebruiken bij aanvullend onderzoek en als basis voor het ontwerpen van afval-, afvalwater- en waterbehandelingstechnologieën die nodig zijn om PFAS volledig af te breken voordat ze in het milieu worden geïntroduceerd.
"Deze studie heeft aangetoond dat we moeten heroverwegen hoe we deze specifieke PFAS-verbindingen behandelen," zei Kan. "Er kunnen bijvoorbeeld combinaties zijn van andere technologieën – hitte, zonlicht, chemicaliën – om deze AD-systemen te helpen verontreinigende stoffen op efficiëntere manieren af te breken en de kans te verkleinen dat deze in het milieu terechtkomen."