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Jun 04, 2023

Diese PFAS-Behandlung zerstört dauerhaft Chemikalien im Wasser

PFAS-Wasseraufbereitungsmethoden, eingeführt von Wissenschaftlern sowohl in Kanada als auch in Kanada

Von Wissenschaftlern kanadischer und amerikanischer Universitäten eingeführte PFAS-Wasseraufbereitungsmethoden revolutionieren die Trinkwasserreinigung.

17. Mai 2023, veröffentlicht um 13:16 Uhr ET

Seit ihrer Erfindung in den 1930er Jahren sind PFAS-Chemikalien – auch „Ewig-Chemikalien“ genannt – in fast alle Bereiche des Lebens eingedrungen. Laut CDC werden die synthetischen Chemikalien seit den 1940er Jahren in Konsumgütern verwendet, darunter antihaftbeschichtetes Kochgeschirr, Regenbekleidung, fleckenabweisende Stoffe, Feuerlöschschaum, Zahnseide, Farben und sogar Kosmetika und Hautpflegeprodukte. Leider ist es im Jahr 2023 nahezu unmöglich, auf die schädlichen Chemikalien zu verzichten, da PFAS sogar im Trinkwasser enthalten sind. Auch wenn es scheinbar kein Entrinnen gibt, gibt eine revolutionäre PFAS-Wasseraufbereitung Hoffnung.

Die derzeit verwendeten Methoden mit Aktivkohle und Ionenaustauschsystemen können die ewigen Chemikalien nur unzureichend eliminieren, da sie entweder nicht auf alle verschiedenen Arten von PFAS abzielen oder zeitaufwändig sind. Eine von Wissenschaftlern entwickelte Methode zur Behandlung von PFAS-kontaminiertem Wasser entfernt die schädlichen Chemikalien jedoch „ein für alle Mal“, so The Independent.

PFAS sind per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, die sich „in unserem Körper ansammeln und in der Umwelt nie abgebaut werden“, wie es die Environmental Working Group formuliert. Die Langlebigkeit von PFAS-Chemikalien beruht auf ihren superstarken, praktisch unzerstörbaren Kohlenstoff-Fluor-Bindungen.

Die giftigen fluorierten Chemikalien (es gibt mehr als 9.000 ewige Chemikalien) – darunter PFOA (Perfluoroctansäure) und PFOS (Perfluoroctansulfonsäure) – sind laut National Institute of Environmental Health Sciences im Blutkreislauf von etwa 97 Prozent der Amerikaner vorhanden.

Sie können in den Körper gelangen, indem sie PFAS-kontaminiertes Wasser trinken (was viele als „giftige Suppe“ bezeichnen), PFAS-haltige Feuchtigkeitscremes, Kosmetika und Sonnenschutzmittel verwenden, Fisch essen, der aus PFAS-kontaminiertem Wasser gefangen wurde, Lebensmittel essen, die in PFAS-kontaminierten Böden angebaut wurden, Verschlucken von PFAS-kontaminiertem Boden oder Staub usw.

„PFAS-Chemikalien gehören zu den am weitesten verbreiteten, hochgiftigen und außerordentlich langlebigen Chemikalien, die der Mensch kennt. Und sie gehören zu den größten Gefahren für die öffentliche Gesundheit aller uns bekannten chemischen Schadstoffe“, sagte Erik Olson vom Natural Resources Defense Council Der Unabhängige.

Die chemische Belastung durch PFAS wird mit Gesundheitszuständen wie Krebs, Leberschäden, hormonellen Ungleichgewichten, Schilddrüsenerkrankungen, Fruchtbarkeitsproblemen, hohem Cholesterinspiegel, Fettleibigkeit, Herzerkrankungen und Entwicklungsstörungen in Verbindung gebracht.

In einer Studie aus dem Jahr 2023 mit dem Titel „Elektrochemischer Abbau von PFOA und seinen üblichen Alternativen: Bewertung der Schlüsselparameter, Rollen aktiver Arten und Transformationspfade“, die in der von Experten begutachteten Fachzeitschrift Chemosphere veröffentlicht wurde, erstellten Wissenschaftler der University of British Columbia in Kanada ein adsorbierendes Material, das alle PFAS-Chemikalien im Wasser anzieht und einfängt. Elektrochemische und photochemische Techniken zerstören dann die gesammelten Chemikalien.

Konkret untersuchte die Studie den elektrochemischen Abbau von Perfluoroctansäure (PFOA), wie sie häufig in der Umwelt und im Trinkwasser vorkommt.

Zwar haben sich frühere Studien mit dem elektrochemischen Abbau von PFAS-Chemikalien befasst, viele von ihnen betrachteten jedoch jeweils nur einen Parameter oder untersuchten die Auswirkungen einiger Parameter „unter Bedingungen, die nicht repräsentativ für reale Szenarien sind oder in engen Bereichen untersucht wurden“. " laut der Studie von 2023. Dies hat zu widersprüchlichen Ergebnissen geführt.

Wie aus der Studie hervorgeht, verwendeten die Wissenschaftler „ein zentrales Verbunddesign (CCD), um die Auswirkungen und Wechselwirkungen der wichtigsten Betriebsparameter (z. B. Elektrodenabstand, Stromdichte und Rührergeschwindigkeit) auf den PFOA-Abbau zu untersuchen.“

„Nachdem die besten Betriebsbedingungen ermittelt wurden, wurden die Auswirkungen von Lösungsparametern wie anfänglicher pH-Wert, gelöster Sauerstoff (DO), Temperatur, PFOA-Konzentration und Elektrolytkonzentration in weiten Bereichen bestimmt“, heißt es in der Einleitung der Studie weiter.

Am Ende stellte das Team fest, dass „die höchste PFOA-Zersetzungsrate durch die Kombination einer hohen Stromdichte und Rührergeschwindigkeit, den beiden Hauptbetriebsparametern, erreicht wurde“. Und während „saure Bedingungen, hohe Temperaturen und niedrige Anfangskonzentrationen von PFOA die Abbaukinetik beschleunigten“, stellten sie fest, dass „DO einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Zersetzung von PFOA hatte.“

Dr. Madjid Mohseni, Professor für Chemie- und Biotechnik an der UBC, der die innovative Absorptionstechnologie entwickelt hat, beschrieb das wissenschaftliche Wunderwerk als „Brita-Filter, aber tausendmal besser“, so die University of British Columbia.

„Unsere Adsorptionsmedien fangen bis zu 99 Prozent der PFAS-Partikel ein und können auch regeneriert und möglicherweise wiederverwendet werden. Das bedeutet, dass wir beim Abwaschen der PFAS aus diesen Materialien nicht mit noch mehr hochgiftigen festen Abfällen enden, die ein weiteres großes Problem darstellen würden.“ „Eine Herausforderung für die Umwelt“, sagte Dr. Mohseni.

Obwohl die Herstellung von PFAS-Chemikalien in Kanada eingestellt wurde, erklärte Dr. Mohseni, dass allein das Waschen von PFAS-haltiger Regenkleidung oder das Löschen von Bränden mit bestimmten Schäumen (typischerweise wasserfilmbildender Schaum) die Wasserwege verunreinigt.

Die Forschungsgruppe von Dr. Mohseni ist außerdem bestrebt, die Wasserqualität für ländliche, abgelegene und indigene Gemeinschaften zu verbessern.

„Unsere Adsorptionsmedien sind besonders nützlich für Menschen, die in kleineren Gemeinden leben, denen die Ressourcen fehlen, um die fortschrittlichsten und teuersten Lösungen zur PFAS-Abscheidung umzusetzen. Diese können auch in Form von dezentralen und häuslichen Wasseraufbereitungen eingesetzt werden“, sagte er.

Die Ergebnisse von Dr. Mohseni und seinem Team stimmen sie optimistisch für die Zukunft.

„Die Ergebnisse, die wir aus diesen realen Feldstudien erhalten, werden es uns ermöglichen, die Technologie weiter zu optimieren und sie als Produkte bereitzustellen, mit denen Kommunen, Industrie und Einzelpersonen PFAS in ihrem Wasser eliminieren können“, fuhr er fort.

Angesichts der Tatsache, dass sich in allen 50 US-Bundesstaaten schädliche Chemikalien im Leitungswasser verstecken, arbeiten Wissenschaftler unermüdlich daran, wirksame Chemikalien zu finden Möglichkeiten, sie zu vernichten. Im Jahr 2023 entwickelten Forscher der Arizona State University eine Methode zur gezielten Bekämpfung von PFAS-Chemikalien im Wasser, an der Mikroorganismen beteiligt sind.

Dr. Bruce Rittmann – ein Regents-Professor an der School of Sustainable Engineering der ASU – und sein Forscherteam stellten eine Gruppe von Mikroorganismen vor, die wie „PFAS-Attentäter“ agierten, wie Lori K. Baker von der ASU ausführlich erläuterte.

Diese Mikroorganismen sind winzig, aber mächtig, da die Bakterien dabei helfen, schädliche Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen.

„Eine mikrobielle Gemeinschaft ist eine Ansammlung von Mikroorganismen, die unterschiedliche Dinge tun und als Team zusammenarbeiten. Man kann sie sich als Sportmannschaft mit verschiedenen Spielern auf unterschiedlichen Positionen vorstellen. Oder man kann sie sich als Orchester vorstellen, in dem verschiedene Musiker auftreten.“ eine Symphonie“, erklärte Dr. Rittmann.

Dr. Rittmann ist bekannt für den Einsatz von Mikroorganismen in der Abwasseraufbereitung und hat den Membran-Biofilm-Reaktor (MBfR) erfunden, der natürlich vorkommende Mikroorganismen dazu bringt, Schadstoffe (wie Perchlorat und Trichlorethen) im Wasser zu beseitigen.

„Im MBfR verwenden wir Hohlfaser-Gastransfermembranen. Eine Hohlfaser ist wie ein sehr kleiner Strohhalm. Und wir verwenden den Strohhalm, um Wasserstoffgas an Mikroorganismen abzugeben. Da Wasserstoff auf der Innenseite des Strohhalms abgegeben wird, ist er... „diffundiert durch die Wand. Auf der Außenseite oxidiert ein Biofilm aus Mikroorganismen den Wasserstoff“, erläuterte er seine Erfindung.

Um sich auf PFAS-Chemikalien zu konzentrieren, hat Dr. Rittmann den MBfR zu einem Membrankatalysatorfilmreaktor (MCfR) umgebaut. Beim MCfR wird laut ASU „ein Film aus Nanopartikelkatalysatoren auf Palladiumbasis auf der Außenseite der Membran oder des Strohhalms abgeschieden“.

„Palladium, eines der Metalle der Platingruppe, ist dafür bekannt, in seiner festen elementaren Form ein Katalysator zu sein. Das bedeutet, dass es viele Reaktionen beschleunigt. Und eine der Reaktionen, die es beschleunigen wird, ist die reduktive Defluorierung von PFAS, das heißt.“ Ersetzen von Fluoratomen durch Wasserstoffatome“, erklärte Dr. Rittmann.

Gemeinsam bekämpfen MBfR und MCfR Schadstoffe und reinigen Wasser.

„Wir verwenden den MCfR, um ein paar bis alle Fluore abzuspalten, und dann geben wir das Wasser mit diesen Verbindungen an die Mikroorganismen im MBfR weiter, und sie erledigen die Arbeit“, teilte er mit. „Wir haben gezeigt, dass es mit allen PFAS-Verbindungen funktioniert, die wir bisher ausprobiert haben.“

Darüber hinaus kann die MBfR-Technologie von Dr. Rittmann „die Kosten für die Abwasseraufbereitung senken, den Energieverbrauch senken und sogar Edelmetalle für das Recycling zurückgewinnen“ – und das, ohne zur Umweltverschmutzung beizutragen.

Dr. Rittmann hat seit 1984 daran gearbeitet, unsere Sicht auf Bakterien zu revolutionieren, als er erstmals das Konzept der Verwendung von Mikroorganismen bei der Trinkwasseraufbereitung vorschlug. Er möchte, dass die Welt die natürliche Superkraft von Mikroorganismen (denken Sie an Probiotika) erkennt und sozusagen das Stigma zerschlägt.

„Traditionelle Technologien bei der Trinkwasseraufbereitung dienten der Abtötung von Bakterien“, erklärte er. „Mittlerweile hat sich das Feld verändert. Was wir Biofiltration nennen, ist mittlerweile ein relativ verbreitetes Merkmal der Trinkwasseraufbereitung, auch wenn es lange gedauert hat, bis sich dieses Konzept durchgesetzt hat.“

Während ihres Aufenthalts im ASU-Labor verwendeten die Forscher Reaktoren in Wasserflaschengröße und erzielten große Erfolge bei der chemischen Eliminierung von PFAS. Der nächste Schritt umfasst Feldtests in kontaminierten Gewässern. Mikroorganismen zur Rettung!