Eine Entdeckung von Wissenschaftlern der UC Riverside könnte Wasserversorgern im ganzen Land helfen, da sie mit neuen Bundesstandards zur Begrenzung der Konzentration „dauerhafter Chemikalien“ im Trinkwasser konfrontiert sind.
Wissenschaftler kennen diese Chemikalien als PFAS (Poly- und Perfluoralkylsubstanzen). Sie wurden in Tausenden von Produkten verwendet, von Kartoffelchiptüten bis hin zu Feuerlöschschäumen. Sie werden jedoch inzwischen aus dem Verkehr gezogen, weil sie ins Grundwasser gelangt sind und mit bestimmten Krebsarten und anderen Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht werden.
Zu Beginn dieses Jahres erließ die US-Umweltschutzbehörde Grenzwerte für die Wasserqualität, die den Gehalt bestimmter dauerhafter Chemikalien im Leitungswasser der USA auf lediglich vier Teile pro Billion beschränken. Dies veranlasste die Wasserversorger dazu, nach Lösungen zur Beseitigung von PFAS zu suchen.
Ein UCR-Team unter der Leitung von Haizhou Liu, Professor für Chemie- und Umwelttechnik, entdeckte einen chemischen Prozess, der es ermöglicht, dass der normalerweise im Abwasser von Kläranlagen vorhandene hohe Salzgehalt als Katalysator wirkt und den Abbau von PFAS-Verbindungen erleichtert, indem er die hartnäckig starken Fluor-Kohlenstoff-Bindungen aufspaltet.
Normalerweise erschwert Salz im Abwasser die Beseitigung chemischer Schadstoffe. Diese Lösung für die PFAS-Verschmutzung wird ausführlich in der Zeitschrift Umweltwissenschaft und -technologie. Der Titel der Studie lautet „Fördernde Wirkung von Chlorid und Sulfat auf die nahezu vollständige Zerstörung von Perfluorcarboxylaten in Salzlauge durch wasserstoffgesteuerte 185-nm-UV-Photolyse: Mechanismen und Kinetik.“
Die Arbeit baut auf Lius Entdeckung aus dem Jahr 2022 auf, dass PFAS-Verbindungen in einer einstufigen Behandlung durch Bestrahlung von Wasser mit kurzwelligem ultraviolettem Licht zerstört werden können. Dies geschieht durch die Abstimmung eines Prozesses, der keine zusätzlichen Chemikalien erfordert und keine giftigen Rückstände hinterlässt. Beide Arbeiten sind durch Patente geschützt.
„Wir haben uns PFAS mit verschiedenen Kohlenstoffketten, kurzen Ketten, angesehen und auch salzhaltiges Abwasser mit einer hohen Konzentration an Chlorid und Sulfat untersucht“, sagte Liu. „Die Ergebnisse zeigen, dass der Salzgehalt im Abwasser bei Aufnahme des UV-Lichts als Katalysator wirkt, um diesen Prozess noch effektiver und viel schneller zu machen.“
Liu sagte, das Verfahren sei bei der Zerstörung von PFAS äußerst effizient, da das kurzwellige ultraviolette Licht (das sich von herkömmlichem UV-Licht zur Wasserdesinfektion unterscheidet) nicht durch unerwünschte Chemikalien im Abwasser gelöscht werde.
„Es zerstört nicht nur langkettige PFAS, sondern auch kurzkettige PFAS, die mit herkömmlichen Trenntechnologien schwieriger zu entfernen sind“, sagte Liu.
Der Durchbruch von Lius Team dürfte kommunalen und privaten Wasserversorgern zugutekommen, die die so genannte „Ionenaustausch“-Technologie nutzen oder nutzen wollen, um PFAS-Verbindungen aus dem Trinkwasser zu trennen, wodurch Salzwasserabfälle mit PFAS-Schadstoffen entstehen.
Bei der Wasseraufbereitung mittels Ionenaustausch werden negativ geladene PFAS-Moleküle gegen negativ geladene Ionen auf der Oberfläche winziger Harzkügelchen in großen Aufbereitungstanks ausgetauscht. Dies führt dazu, dass sich die PFAS-Schadstoffe an den Kügelchen festsetzen.
Nach einigen Monaten werden die Harzkügelchen jedoch unwirksam, da sie mit PFAS-Molekülen gesättigt sind. Die Harzkügelchen können regeneriert und wiederverwendet werden, indem man sie mit Salzwasser spült. Dabei entsteht ein Salzwasser mit stark konzentrierter PFAS-Verschmutzung, das nun mit Lius Verfahren behandelt werden kann.
Der Nutzen von Lius Verfahren geht über die dauerhafte Zerstörung von PFAS aus Ionenaustausch-Kläranlagen hinaus. Salzwasserabwasser, das giftige PFAS enthält, entsteht auch bei Wasseraufbereitungstechnologien, bei denen Membran-Umkehrosmose-Filtrationstechnologien zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können Deponiesickerwasser, salzhaltiges Industrieabwasser aus chemischen Herstellungsprozessen, bei denen Fluorpolymere zum Einsatz kommen, und brackiges Grundwasser, das durch PFAS-Verschmutzung belastet ist, mit der von Liu und seinem Team entdeckten Methode gereinigt werden.
Mehr Informationen:
Sitao Liu et al., Fördernde Wirkung von Chlorid und Sulfat auf die nahezu vollständige Zerstörung von Perfluorcarboxylaten (PFCAs) in Salzlauge durch wasserstoffgesteuerte 185-nm-UV-Photolyse: Mechanismen und Kinetik, Umweltwissenschaft und -technologie (2024). DOI: 10.1021/acs.est.3c10552