Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind eine große Gruppe von künstlich hergestellten Chemikalien. PFAS werden, aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, wie Hitze- und Chemikalienbeständigkeit, öl- und wasserabweisende Eigenschaften und Antihafteigenschaften, in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Ihre Eigenschaften sind jedoch auch schädlich für Menschen und Umwelt. In diesem Blogbeitrag erörtern wir die Grundlagen von PFAS, wie sie in die Umwelt gelangen, welche Auswirkungen sie haben, die gesetzlichen Rahmenbedingungen und die neuesten Behandlungsmethoden zur Bekämpfung der Kontamination.
PFAS in Wasser und Umwelt: Verständnis, Auswirkungen, Gesetzgebung und Behandlungsmethoden
Inhalt:
Was sind PFAS und wie gelangen sie in die Umwelt?
Auswirkungen und Probleme der Kontamination durch PFAS
Gesetzgebung zum Verbot von PFAS in den USA und Europa
Warum ist es schwer, PFAS zu behandeln?
Strategien zur Entfernung von PFAS aus der Umwelt
Methoden zur Oxidation von PFAS
Wie PPU Ihnen helfen kann
Was sind PFAS und wie gelangen sie in die Umwelt?
PFAS sind eine vielfältige Gruppe von Verbindungen, die aus Kohlenstoff-Fluor-Bindungen und verschiedenen anderen Elementen, wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Einige der am häufigsten verwendeten PFAS sind Perfluoroctansäure (PFOA) und Perfluoroctansulfonsäure (PFOS), die in einigen Ländern, aufgrund ihrer Toxizität und Persistenz, für die industrielle Verwendung verboten sind. PFAS werden jedoch weiterhin in vielen anderen Produkten verwendet, wie in Feuerlöschschäumen, antihaftbeschichtetem Kochgeschirr, wasserdichter Kleidung und Lebensmittelverpackungen.
PFAS können über verschiedene Wege in die Umwelt gelangen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um die direkte Freisetzung aus Produktionsanlagen, Mülldeponien, Kläranlagen und Feuerlöschübungsplätzen. PFAS gelangen aus dem Boden und dem Grundwasser in Oberflächengewässer wie Flüsse, Seen und Meere, wo sie sich in Fischen und anderen Wasserorganismen anreichern. PFAS gelangen auch in die Atmosphäre, legen weite Strecken zurück und lagern sich anschließend in Gewässern und Böden ab.
Auswirkungen und Probleme der Kontamination durch PFAS
Derzeitige Studien befassen sich mit der Auswirkung von PFAS auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Erste Ergebnisse zeigen, dass PFAS Krankheiten wie Krebs, Störungen des Immunsystems, Entwicklungsproblemen und Hormonstörungen hervorrufen können. PFAS reichern sich im Laufe der Zeit im menschlichen und tierischen Gewebe an und verbleiben über Jahrzehnte in der Umwelt. Es wurde auch festgestellt, dass sich PFAS in der Nahrungskette bioakkumulieren, da in Raubtieren wie Raubvögeln höhere Konzentrationen nachgewiesen wurden.
Die Kontamination mit PFAS kann auch wirtschaftliche Auswirkungen haben. Werden PFAS in Böden oder dem Grundwasser nachgewiesen, beeinflusst dies den Wert von Immobilien und erhöht den Sanierungsaufwand. Bodenproben zeigen, dass PFAS-Kontaminationen in verschiedenen Regionen der Welt vorhanden sind, darunter in der Trinkwasserversorgung, im Grundwasser, im Oberflächenwasser und im Boden.
Gesetzgebung zum Verbot von PFAS in den USA und Europa
Aufgrund der wachsenden Besorgnis über die Auswirkungen von PFAS auf die Umwelt und die Gesundheit haben mehrere Länder und Regionen Maßnahmen eingeleitet, um die Verwendung von PFAS in bestimmten Anwendungen zu regulieren oder zu verbieten. In den Vereinigten Staaten enthält der National Defense Authorization Act für das Jahr 2020 Bestimmungen, die dem Verteidigungsministerium die Verwendung von PFAS-haltigem Löschschaum verbieten und die Environmental Protection Agency verpflichten, einen Trinkwasserstandard für bestimmte PFAS festzulegen. Darüber hinaus haben mehrere Bundesstaaten wie Kalifornien, New York und Michigan Gesetze zur Beschränkung oder zum Verbot von PFAS in verschiedenen Produkten und Anwendungen erlassen oder vorgeschlagen.
In Europa hat die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) vorgeschlagen, die Verwendung von PFAS in Feuerlöschschäumen einzuschränken. Das Europäische Parlament hat außerdem bis 2030 ein vollständiges Verbot von PFAS in Materialien mit Lebensmittelkontakt gefordert. Mehrere europäische Länder wie Dänemark und Norwegen haben PFAS in Lebensmittelverpackungen und Textilien bereits verboten.
Diese Maßnahmen zeigen, wie wichtig es ist, uns vor PFAS zu schützen.
Warum ist es schwer, PFAS zu behandeln?
PFAS sind schwer zu oxidieren und zu zerstören. Dies liegt allen voran an ihren chemischen Eigenschaften. PFAS-Moleküle enthalten starke Kohlenstoff-Fluor-Bindungen (C-F), die zu den stärksten Bindungen in der organischen Chemie gehören. Diese Bindungen machen PFAS äußerst stabil und resistent gegen den Abbau durch natürliche Prozesse und herkömmliche Behandlungsmethoden. Darüber hinaus haben PFAS eine geringe Reaktivität, was bedeutet, dass sie sich nur sehr schwer durch chemische Reaktionen abbauen lassen.
Die Vielfalt an PFAS-Verbindungen mit unterschiedlichen chemischen Strukturen und Eigenschaften macht es schwierig, wirksame Behandlungsmethoden für alle Arten zu entwickeln. Einige Behandlungsmethoden, wie Aktivkohleadsorption und Umkehrosmose, können PFAS aus dem Wasser entfernen. Sie zerstören die PFAS-Moleküle jedoch nicht. Darüber hinaus fallen zusätzliche Kosten für die Behandlung und Entsorgung der Aktivkohle sowie der Membranen an. Andere Methoden, wie Verbrennung oder Deponierung, zerstören PFAS. Sie erzeugen allerdings schädliche Nebenprodukte, welche zu Verschmutzungen von Luft und Sickerwasser führen.
In den letzten Jahren haben Forscher neue Behandlungsmethoden erforscht, mit denen PFAS in weniger giftige Verbindungen aufgespalten oder zu unschädlichen Substanzen mineralisiert werden können. Zu diesen Methoden gehören fortschrittliche Oxidationsverfahren wie die elektrochemische Oxidation, die Photokatalyse und die Plasmabehandlung. Dabei entstehen starke Oxidationsmittel, um chemische Reaktionen einzuleiten, welche die PFAS-Moleküle abbauen. Eine vielversprechende Technologie ist die elektrochemische Oxidation. Dieses Verfahren erzeugt reaktive Hydroxylradikale, welche die C-F-Bindungen in den PFAS-Molekülen wirksam aufbrechen können. Diese Methoden eignen sich für den Einsatz auf breiter Ebene. Laborversuche und erste Praxisanwendungen haben gezeigt, dass sich die elektrische Oxidation hervorragend für die Behandlung von PFAS eignet.
Die gezielte Beseitigung von PFAS ist entscheidend, um die Umwelt nachhaltig zu schützen. Allen voran über kommunale Kläranlagen und Deponien, aber auch über industrielles Abwasser, Feuerlöschschaum und Biofeststoffen gelangen PFAS in das Grundwasser. Die Klärschlämme werden häufig als Dünger verwendet oder auf Deponien entsorgt, was zu einer Auswaschung von PFAS in den Boden und das Grundwasser führt.
Strategien zur Entfernung von PFAS aus der Umwelt
Die gezielte Entfernung von PFAS in Deponien ist wichtig, weil Deponien eine der Hauptquellen für die Verunreinigung von Grund- und Oberflächenwasser sind. Deponien können Sickerwasser freisetzen, welche in nahe gelegene Wasserquellen eindringen kann. Sie erzeugen auch Deponiegas, das PFAS-Emissionen enthalten kann, welche die Luftqualität und die menschliche Gesundheit beeinträchtigten.
Um die Kontamination der Umwelt durch Sickerwasser zu bekämpfen, ist die Verwendung von Abdichtungen und anderen Maßnahmen notwendig. Darüber hinaus führen einige Deponiebetreiber PFAS-Überwachungs- und Testprogramme ein, um den PFAS-Gehalt in ihren Anlagen und der Umgebung zu ermitteln. Für viele Deponiebetreiber sind Aufbereitungssysteme wie elektrische Oxidation, Umkehrosmose oder körnige Aktivkohle eine zuverlässige Lösung, um PFAS aus dem Sickerwasser zu entfernen. Mit diesen Technologien kann das Sickerwasser nach der Behandlung bedenkenlos in die Umwelt eingeleitet werden.
Insgesamt ist die gezielte Entfernung von PFAS in kommunalen Kläranlagen und Deponien ein proaktiver Ansatz, um die Kontamination durch PFAS zu verhindern und die potenziellen Risiken für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt zu verringern.
Methoden zur Oxidation von PFAS
Es wurden verschiedene Behandlungsmethoden entwickelt, um die Kontamination mit PFAS zu bekämpfen, darunter Adsorption, Filtration, biologischer Abbau und chemische Oxidation. Diese Methoden haben jedoch ihre Grenzen, wie hohe Kosten, geringe Effizienz und mögliche Bildung von Nebenprodukten.
Eine der vielversprechenden Methoden zur Behandlung von PFAS-Verunreinigungen ist die fortschrittliche elektrische Oxidation (EO). Diese nutzt einen elektrochemischen Prozess zum Abbau von PFAS. EO kann mit verschiedenen Arten von Elektroden wie Diamant-, Titan- und bordotierten Diamantelektroden (BDD) durchgeführt werden. BDD-Elektroden haben sich aufgrund ihrer hohen elektrochemischen Aktivität, Stabilität und Haltbarkeit als besonders effektiv für die elektrische Oxidation erwiesen.
BDD-Elektroden erzeugen reaktive Sauerstoffspezies (RSS), die PFAS zu sehr kurzkettigen Verbindungen oxidieren, welche weniger toxisch und besser biologisch abbaubar sind. BDD-Elektroden können auch Hydroxylradikale (-OH) erzeugen, die hochreaktiv sind und eine breite Palette von Schadstoffen, einschließlich PFAS, abbauen können. EO mit BDD-Elektroden wurde in Studien im Labor- und Pilotmaßstab getestet und hat sich als die führende Technologie auf dem Markt erwiesen.
Wie PPU Ihnen helfen kann
Wir haben maßgeschneiderte Elektrodendesigns für ein breites Spektrum persistenter Stoffe entwickelt. Bei der ClearFox® DiOx-Produktreihe handelt es sich um einen Reaktor mit maßgeschneiderten Elektroden, der sich in jedes bestehende Abwasserbehandlungsverfahren integrieren lässt, um Chemikalien und persistente Stoffe zu oxidieren.
Die ClearFox® DiOx ist eine innovative und effiziente Lösung für die Behandlung von Abwässern, die mit persistenten organischen Schadstoffen, einschließlich Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), verunreinigt sind. Das System nutzt fortschrittliche Oxidationsverfahren, um die PFAS und andere Schadstoffe in unschädliche Substanzen wie Kohlendioxid und Wasser aufzuspalten.
Das ClearFox® DiOx-System ist kompakt und modular aufgebaut, was eine einfache Installation und Skalierbarkeit ermöglicht. Es kann in bestehende Kläranlagen integriert oder als eigenständiges System verwendet werden.
Einer der Hauptvorteile von ClearFox® DiOx ist seine Effizienz bei der Behandlung von PFAS-kontaminierten Abwässern. Das System ist in der Lage, lang- und kurzkettige PFAS aus dem Abwasser zu entfernen, was die gesetzlichen Anforderungen übertrifft und die Einhaltung von Umweltstandards gewährleistet. Zudem benötigt ClearFox® DiOx keine Verbrauchsmaterialien, sondern nur Strom für den Betrieb.
ClearFox® DiOx wurde bereits in verschiedenen Industriezweigen erfolgreich eingesetzt. Das System kann auch in anderen Anwendungen wie der Behandlung von Deponiesickerwasser und der Grundwassersanierung verwendet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ClearFox® DiOx eine wirksame und zuverlässige Lösung für die Behandlung von mit PFAS und anderen organischen Schadstoffen kontaminierten Abwässern darstellt. Die effizienten Entfernungsraten machen die fortschrittliche Oxidation zur ersten Wahl für Industrien und Kommunen, die PFAS-Kontaminationen bekämpfen und die Einhaltung von Umweltvorschriften sicherstellen wollen.
