Forskning søger løsning på PFAS-kemikalier i affald

Texas A&M AgriLife Research-forskere leder efter en bedre måde at fjerne eller nedbryde genstridige forurenende stoffer, også kaldet for evigt kemikalier, fra affald, før de påvirker menneskers og dyrs sundhed.

Eunsung Kan, Ph.D., lektor og AgriLife Research biologisk ingeniør i Texas A&M Department of Biological and Agricultural Engineering, offentliggjorde en undersøgelse med fokus på den grundlæggende forståelse for biologisk behandling af affald indeholdende per- og polyfluoralkylstoffer, eller PFAS, som er svære at nedbryde med biologiske midler.

PFAS findes i en række syntetiske kemikalier, der bruges på tværs af en række industrier, der producerer utallige produkter, herunder apparater, skum, tekstiler og fødevareemballage.

"Vi mener, at denne undersøgelse hjælper med at løse grundlæggende spørgsmål om forurenende stoffer, der er svære at fjerne eller nedbryde," sagde Kan. "PFAS udgør en udfordring, der kan påvirke langsigtet bæredygtighed og sundhed. Det gør denne type forskning utrolig vigtig og virkningsfuld."

Håndtering af vanskelig PFAS

Kans undersøgelse, "Effekter af perfluoroctansyre og perfluoroctansulfonsyre på mikrobiel samfundsstruktur under anaerob fordøjelse," vises i Bioresource Technology . De store eksperimenter blev udført af Kans post-doc forsker Gyucheol Choi, Ph.D., i Kans laboratorium.

Kan er baseret på Texas A&M AgriLife Center i Stephenville. Hans forskning fokuserer på omdannelse af landbrugsaffald, herunder mejerigødning og afgrøderester, til biobrændstoffer, bioprodukter og biochar med henblik på landbrugs-, miljø- og energibæredygtighed.

Fordi PFAS er svære at nedbryde, er der stor bekymring for, at ophobning af giftige PFAS-forbindelser kan påvirke jord- og vandkvaliteten og efterfølgende menneskers, planters og dyrs sundhed. Nuværende fysiske og kemiske teknikker, der anvendes til PFAS-behandling i spildevand og fast affald, kræver høje niveauer af energi og kemikalier. Disse behandlingsmetoder er dyre og nedbryder ikke PFAS fuldstændigt.

Kan sagde, at denne mangel på PFAS-nedbrydning er et alvorligt problem for eksisterende systemer, som producerer et slam, der indeholder PFAS-forbindelser. Slammet føres derefter til lossepladser, men der er bekymring for, at disse forurenende stoffer kan trænge ind i det omgivende miljø eller vandskel ved en afstrømningsregn.

Det meste af fast affald og spildevandsslam behandles gennem biologiske midler kaldet anaerob nedbrydning eller AD. Komplekse mikrobielle samfund i AD-systemer nedbryder og omdanner fast affald til biogas, mens ufordøjet slam bortskaffes eller udbringes på land.

Undersøgelsen viste, hvordan to almindeligt kendte og svært nedbrydelige PFAS-forbindelser – perfluoroctansyre, PFOA og perfluoroctansulfonsyre, PFOS – nedbrydes af AD-systemer. Forskerne søgte også at forstå virkningerne af kemikalierne på de mikrobielle samfund.

Kan mener, at undersøgelsen vil hjælpe med at guide design til AD-systemer, der bruger forskellige teknologier til holistisk at håndtere genstridige PFAS.

"At nedbryde PFAS ved hjælp af forskellige midler, herunder høje temperaturer, højt tryk og høje doser af kemikalier er ikke rigtig praktisk," sagde han. "Motivationen var at finde en omkostningseffektiv måde at nedbryde disse 'for evigt kemikalier' for at forhindre dem i at samle sig i jorden og vandet. Det er vigtigt, baseret på resultaterne, at vi skaber et mere komplet behandlingssystem."

Undersøgelse fokuserede på to almindelige, vanskelige PFAS-kemikalier

Chois eksperimenter viste, at den anaerobe fordøjelse var stærkt hæmmet, og de mikrobielle samfund blev negativt påvirket af tilstedeværelsen af ​​PFOA, især da PFOA-koncentrationerne steg.

Mens alle PFAS-forbindelser er svære at nedbryde, fremhæver resultaterne af denne undersøgelse de forskellige sværhedsgrader og toksicitet blandt individuelle kemikalier. Sammenlignet med PFOA havde PFOS meget lille indflydelse på AD-effektiviteten og mikrobielle samfund, med kun op til 7 % reduktion ved høje koncentrationer. AD-processen var i stand til at nedbryde PFOS med 30 %-80 %, afhængigt af forurenende koncentrationer, mens der ikke var nogen nedbrydning af PFOA.

Disse data indsamlet under undersøgelsen er grundlæggende information, som forskere kan bruge i yderligere forskning og til at informere design af affalds-, spildevands- og vandbehandlingsteknologier, der er nødvendige for fuldstændigt at nedbryde PFAS, før de introduceres til miljøet.

"Denne undersøgelse viste, at vi er nødt til at genoverveje, hvordan vi behandler disse specifikke PFAS-forbindelser," sagde Kan. "For eksempel kan der være kombinationer af andre teknologier - varme, sollys, kemikalier - for at hjælpe disse AD-systemer med at nedbryde forurenende stoffer på mere effektive måder og reducere potentialet for, at de trænger ind i miljøet."

Flere oplysninger: Gyucheol Choi et al., Effekter af perfluoroctansyre og perfluoroctansulfonsyre på mikrobiel samfundsstruktur under anaerob fordøjelse, Bioresource Technology (2023). DOI:10.1016/j.biortech.2023.129999

Journaloplysninger: Bioressourceteknologi

Leveret af Texas A&M University