Παρουσία και αφαίρεση ουσιών υπερφθοροαλκυλίου και πολυφθοροαλκυλίου σε επαναχρησιμοποίηση πόσιμου

Πολλές κοινότητες στις Ηνωμένες Πολιτείες αντιμετωπίζουν πτώση τόσο στην ποιότητα όσο και στην ποσότητα του νερού που διατίθεται από παραδοσιακές πηγές (π. παρατεταμένες ξηρασίες.

Καθώς οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας πόσιμου νερού σχεδιάζουν για τις μελλοντικές τους ανάγκες σε νερό, πολλοί σκέφτονται ή έχουν ενσωματώσει την άμεση επαναχρησιμοποίηση του πόσιμου νερού. Η άμεση επαναχρησιμοποίηση σε πόσιμο είναι η διαδικασία κατά την οποία τα επεξεργασμένα λύματα μετατρέπονται σε πόσιμο νερό υψηλής ποιότητας μέσω προηγμένων διαδικασιών επεξεργασίας νερού. Η άμεση επαναχρησιμοποίηση πόσιμου χρησιμοποιεί πολλαπλά εμπόδια, μηχανική αποθήκευση και εκτεταμένη παρακολούθηση για την προστασία της υγείας των καταναλωτών και τη διασφάλιση ενός προϊόντος υψηλής ποιότητας.

Όπως και με τις παραδοσιακές πηγές πόσιμου νερού, υπάρχει ανησυχία για την παρουσία ανθρωπογενών ή ανθρωπογενών χημικών ουσιών σε άμεση επαναχρησιμοποίηση πόσιμου νερού. Πρόσφατα, η παρουσία υπερφθοροαλκυλ και πολυφθοροαλκυλ ουσιών, ή PFAS, έχει λάβει μεγάλη προσοχή. Τα PFAS είναι μια μεγάλη ομάδα ενώσεων που χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες καταναλωτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, π. Τα PFAS χρησιμοποιούνται ευρέως, είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στην αποικοδόμηση και διαλυτά στο νερό. Ως αποτέλεσμα, έχουν εντοπιστεί σε ποτάμια, λίμνες, υδροφορείς, επεξεργασμένα λύματα και πόσιμα νερά.

Σε αυτήν την εργασία, εστιάσαμε στην επίδραση της προηγμένης επεξεργασίας στην απομάκρυνση τόσο των υπερφθοροαλκυλικών οξέων (PFAAs) όσο και των προδρόμων PFAA από επεξεργασμένα λύματα. Τα PFAA είναι ένα υποσύνολο των PFAS που ανιχνεύονται συνήθως στα νερά και μια ομάδα που περιλαμβάνει τόσο υπερφθοροοκτανοϊκό οξύ (PFOA) όσο και υπερφθοροοκτανοσουλφονικό οξύ (PFOS). Αυτή η μελέτη παρακολούθησε συνολικά δέκα ενώσεις PFAA, συμπεριλαμβανομένων των PFOA και PFOS, χρησιμοποιώντας καθιερωμένες μεθόδους φασματομετρίας μάζας σε συνδυασμό με υγρή χρωματογραφία.

Η ευρεία ομπρέλα των PFAS περιλαμβάνει επίσης μια κατηγορία ενώσεων που επισημαίνονται ως πρόδρομες ουσίες PFAA επειδή μπορούν να οξειδωθούν βιολογικά ή χημικά σε PFAA. Παραδείγματα προδρόμων PFAA περιλαμβάνουν υπερφθοροοκτανοσουλφοναμίδιο, υπερφθοροαλκυλο φωσφορικό μονο και διεστέρες, και πολυφθοριωμένα φωσπινικά, και άλλα ιδιόκτητα PFAS. Συχνά αυτές οι πρόδρομες ουσίες είναι δύσκολο να ανιχνευθούν αναλυτικά, έτσι οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για τον προσδιορισμό της παρουσίας τους έμμεσα. Σε αυτή τη μέθοδο, τα επίπεδα PFAA μετρώνται τόσο πριν όσο και μετά την αντίδραση με ένα ισχυρό οξειδωτικό (ρίζα υδροξυλίου) και η διαφορά στη συγκέντρωση χρησιμοποιείται για να συναχθεί η συγκέντρωση των προδρόμων ουσιών που πρέπει να υπήρχαν.

Τα τρένα επεξεργασίας άμεσης επαναχρησιμοποίησης πόσιμου μπορούν γενικά να χωριστούν σε δύο ομάδες:επεξεργασία με βάση την αντίστροφη όσμωση (RO) ή θεραπεία με βιολογικό ενεργό άνθρακα με κοκκώδη ενεργό άνθρακα (όζον-BAC-GAC). Και στις δύο περιπτώσεις, οι προσμείξεις υποβάλλονται σε διεργασίες επεξεργασίας που έχουν τη δυνατότητα είτε να αφαιρέσουν φυσικά, είτε να βιοαποικοδομήσουν ή να μετασχηματίσουν χημικά τους ρυπαντές που υπάρχουν, συμπεριλαμβανομένων των PFAS.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, οι εισροές σε καθεμία από τις τέσσερις τοποθεσίες επαναχρησιμοποίησης πόσιμου περιείχαν τόσο PFAA όσο και πρόδρομες ουσίες PFAA με πρόδρομες ουσίες που αντιπροσωπεύουν το 30 – 67% της συνολικής συγκέντρωσης. Τα τρένα θεραπείας που βασίζονται σε RO ήταν και τα δύο σε θέση να αφαιρέσουν όλα τα PFAS σε χαμηλότερη ανίχνευση. Ωστόσο, το κάνει με σημαντικό οικονομικό και περιβαλλοντικό κόστος. Μέρος αυτού του κόστους είναι η απόρριψη του διαλύματος άλμης που περιέχει όλους τους ρύπους που απορρίφθηκαν κατά τη διάρκεια της RO. Αντίθετα, το όζον-BAC-GAC είναι σημαντικά φθηνότερο και δεν απαιτεί την απόρριψη άλμης.

Σημαντική απομάκρυνση των προδρόμων PFAA παρατηρήθηκε επίσης στις δύο θέσεις όζοντος-BAC-GAC, αλλά υπήρξε περιορισμένη αλλαγή στη συνολική συγκέντρωση των PFAA. Αν και δεν φαίνεται εδώ, η θεραπεία προκάλεσε σημαντική μετατόπιση στον τύπο των PFAA που υπάρχουν από τα είδη μακράς αλυσίδας, όπως το PFOA, σε βραχύτερες ενώσεις. Η ελαφρά αύξηση που παρατηρήθηκε στη δεύτερη θέση όζοντος-BAC-GAC προέκυψε λόγω της αποδόμησης των προδρόμων PFAA σε PFAA κατά τη διάρκεια της θεραπείας.

Σημαντικά στοιχεία από αυτήν τη μελέτη:

• Πρόδρομοι PFAA ανιχνεύθηκαν σε όλα τα δείγματα επεξεργασμένων λυμάτων.
• Η RO αφαίρεσε τα PFAA και τους πρόδρομους PFAA κάτω από τα όρια ανίχνευσης.
• Το Ozone-BAC-GAC αφαίρεσε ευνοϊκά τις πρόδρομες ουσίες PFAA και τα PFAA μακράς αλυσίδας έναντι των PFAA βραχείας αλυσίδας.
• Το άθροισμα όλων των PFAA που ανιχνεύθηκαν στα νερά του τελικού προϊόντος εκροής δεν ήταν πάνω από το συμβουλευτικό επίπεδο υγείας της EPA των ΗΠΑ των 70 ng/L για το άθροισμα των PFOA και PFOS.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Removal of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances in potable reuse systems, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Water Research . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Oscar Quiñones, Research Chemist, και τον Eric R.V. Dickenson, Project Manager, της ομάδας Έρευνας και Ανάπτυξης για την Ποιότητα του Νερού στην Αρχή Υδάτων της Νότιας Νεβάδα.