Studie zeigt hohes Vorkommen von PFAS in Biofiltern zur Regenwasseraufbereitung

In Zusammenarbeit mit Forschern der Ohio State University und dem schwedischen Bauunternehmen NCC haben Forscher im Bereich Urban Water Engineering an der Luleå University of Technology eine umfassende Studie über das Vorkommen, die Konzentration und die Verteilung von PFAS in städtischen Biofilteranlagen zur Regenwasseraufbereitung durchgeführt.

Diese Art von Aufbereitungsanlage wird weltweit immer häufiger eingesetzt, wenn neue Industrie- und Wohngebiete in städtischen Gebieten geplant werden. Folglich ist das Thema Wartung immer wichtiger geworden.

„Wir haben in den meisten der von uns untersuchten Biofilteranlagen erhebliche Mengen an PFAS gefunden. Im Gegensatz zu beispielsweise hoch oben in den Biofilteranlagen aufgefangenen Metallen waren PFAS in allen Filterschichten ungleichmäßig verteilt, sogar ganz unten Filtermaterialien, die selten ausgetauscht werden.

„Diese Ergebnisse können einen großen Einfluss auf das Verständnis von Aufbereitungsprozessen und den zukünftigen Betrieb und die Wartung von Biofilteranlagen haben“, sagt Ali Beryani, Doktorand im Bereich Urban Water Engineering an der Technischen Universität Luleå.

Die Studie ist veröffentlicht In Umweltwissenschaft und -technologie.

Zu städtischen Biofilteranlagen wurden weltweit relativ wenige wissenschaftliche Langzeitstudien durchgeführt und die Anzahl der analysierten Anlagen war nicht so hoch wie in der vorliegenden Studie. Die Forscher haben 20 Biofilteranlagen in Ohio, Michigan und Kentucky, USA, untersucht, die schon lange, zwischen acht und 16 Jahren, in Betrieb sind.

Die USA bieten die Möglichkeit, solche Studien durchzuführen, da das Land Vorreiter bei der Implementierung von Biofiltern zur Regenwasseraufbereitung ist. Darüber hinaus macht die Analyse des Vorkommens und der Konzentration von 35 PFAS und ihren Vorläufern (chemische PFAS-Verbindungen, die durch eine chemische Reaktion andere PFAS-Verbindungen erzeugen können, die einfacher zu analysieren sind) in den Anlagen eine einzigartige Studie.

Die Zahl der Biofilteranlagen zur Regenwasseraufbereitung nimmt weltweit zu, nicht zuletzt in Schweden, wo es Tausende solcher Anlagen gibt, wodurch auch das Interesse an der Art und Weise, wie Betrieb und Wartung durchgeführt werden sollten, zunimmt.

Der Zweck dieser Biofilter besteht darin, verschiedene Schadstoffe aufzufangen, sie werden jedoch nicht eliminiert. Stattdessen sammeln sich die meisten Schadstoffe in den Aufbereitungsfiltern an, die gewartet und das Filtermaterial ausgetauscht werden müssen.

Das Design von Biofiltern basiert weltweit auf dem gleichen Prinzip. Daher sind die Ergebnisse dieser Studie in den meisten Ländern anwendbar. In den Einzugsgebieten der in die Studie einbezogenen Behandlungsanlagen waren keine PFAS-Emissionspunktquellen bekannt. Die gemessenen PFAS stammten aus regulären städtischen Regenwassereinleitungen.

In Biofilteranlagen wird Regenwasser durch Filtermaterialien gefiltert, die im Wesentlichen aus einer bis zu 1 Meter dicken Erd- und/oder Sandschicht bestehen. Unten befindet sich ein Entwässerungssystem, das das aufbereitete Wasser sammelt, das dann in die Regenwasserkanalisation und anschließend in die Vorfluter eingeleitet wird.

Ohne eine solche Behandlung wird das unbehandelte Regenwasser direkt in dieselben Gewässer eingeleitet, in denen wir baden und angeln, und es als Trinkwasserversorgung nutzen.

Regenwasser-Biofilter entfernen effektiv die meisten Metalle. Die Anlagen hingegen sind nicht für die Entfernung von PFAS ausgelegt, da das Vorkommen von PFAS im Regenwasser erst in den letzten Jahren beobachtet wurde. Heute wissen wir jedoch, dass PFAS im Regenwasser und damit auch in diesen Aufbereitungsanlagen vorhanden sind. Doch wie sehen Vorkommen, Konzentration und Verteilung von PFAS in den Biofiltern aus?

Bei Schadstoffen wie Metallen aus dem Straßenverkehr zeigen die Forscher in der Studie, dass die größte Menge erwartungsgemäß in der obersten Schicht, also etwa den obersten 10 Zentimetern des Filtermaterials, zu finden ist. Dies deutet darauf hin, dass ein Austausch dieser 10 Zentimeter bei der Wartung der Anlage ausreicht, um die Funktion des Biofilters weitgehend wiederherzustellen.

Aber PFAS zeigen ein anderes Muster. Die Forscher beobachteten in der Studie, dass PFAS deutlich ungleichmäßiger im Filtermaterial verteilt sind als andere Schadstoffe. Viele PFAS sind wasserlöslicher und werden auch als hydrophile Schadstoffe bezeichnet. Dadurch werden sie nicht so leicht oder gar nicht vom Filtermaterial aufgenommen.

In der Studie verwendeten die Forscher eine neue Methode für diese Art von Studie, die TOP-Assay-Oxidation, um verschiedene und mehr Arten der sehr hohen Anzahl an PFAS zu identifizieren.

„In den von uns untersuchten Biofilteranlagen haben wir sowohl kurzkettige als auch langkettige PFAS in den Sedimenten gefunden. Langkettige PFAS sind aufgrund ihrer sehr langen Halbwertszeit, höheren Toxizität und dem Risiko einer Bioakkumulation besonders besorgniserregend. wohingegen die kurzkettigen Moleküle weniger toxisch, aber in Gewässern löslicher und mobiler sind“, sagt Beryani.

Das Vorkommen von PFAS in der Gesellschaft gibt aufgrund ihrer schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit Anlass zu großer Sorge. PFAS werden sehr langsam abgebaut und werden daher als „ewige Chemikalien“ bezeichnet.

Ihre hohe Löslichkeit und Mobilität in Gewässern tragen zu ihrer dauerhaften Zirkulation in Gewässern bei. Mehrere Staaten in Amerika und auch in der EU haben einige PFAS als verboten oder mit eingeschränkter Verwendung eingestuft. Dennoch verbleiben diese Stoffe aufgrund ihres langsamen Abbaus noch lange in der Umwelt.

Robert Furén, Industriedoktorand beim Bauunternehmen NCC, beteiligte sich an der Studie, nicht zuletzt, weil der Betrieb und die Wartung von Biofilteranlagen immer wichtiger werden, da die Zahl solcher Aufbereitungsanlagen mit der Entwicklung neuer Stadtentwicklungspläne zunimmt .

„Heutzutage wird die oberste Schicht in einer Biofilteranlage während der Wartung ausgetauscht, um die Versickerungsraten wiederherzustellen und das Risiko des Austretens von Schadstoffen zu verringern. Unsere Studie zeigt, dass es auf lange Sicht nicht ausreicht, diese oberste Schicht einfach zu entfernen „Berücksichtigen Sie das Vorkommen löslicher organischer Substanzen, zum Beispiel bestimmter PFAS. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, Sand und Bodenschichten aus den Biofilteranlagen sicher abzulagern“, sagt Furén.