Mikroben können eine Schlüsselrolle bei der Freisetzung von Chemikalien für die Ewigkeit aus recycelten Düngemitteln spielen

„Forever-Chemikalien“ sind überall – Wasser, Boden, Feldfrüchte, Tiere, die Blut von 97% der Amerikaner– Forscher vom College of Engineering der Drexel University versuchen herauszufinden, wie sie dorthin gekommen sind. Ihre jüngsten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mikroben, die beim Abbau biologisch abbaubarer Materialien und anderer Abfälle helfen, wahrscheinlich an der Freisetzung der berüchtigten Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) in die Umwelt beteiligt sind.

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Umweltwissenschaften: Prozesse & Auswirkungenzeigte die Gruppe, wie PFAS – Chemikalien, die in wasser-, hitze- und schmutzabweisenden Produkten weit verbreitet waren und mit ernsthaften Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht wurden – mit Hilfe von mikrobieller Zersetzung aus Düngemitteln herausgelöst werden können, die aus recycelten Abfällen hergestellt wurden. Der Befund könnte helfen zu erklären, wie sich PFAS im Boden, in den Pflanzen und im Grundwasser auf Ackerland im ganzen Land anreichert.

„Da es derzeit nicht möglich ist, PFAS aus der Umwelt zu eliminieren, ist es wichtig, alles zu verstehen, was wir darüber wissen können, wie es in der Natur so weit verbreitet und akkumulieren kann“, sagte Co-Autorin Asa Lewis, Ph.D., der die Forschung als Doktorand bei Drexel zusammen mit Umweltingenieuren der Temple University leitete. „Unsere Arbeit zeigt, wie die mikrobielle Verwitterung in den PFAS-Verbreitungsweg aus Biofeststoffen passt.“

Nach Angaben der Environmental Protection Agency wird etwa die Hälfte aller Abwasserabfälle in den USA – etwa 4,5 Millionen Tonnen – behandelt und in einen Schlamm umgewandelt, der als biofester Abfall bezeichnet wird. Etwa die Hälfte davon durchläuft eine weitere Behandlung, um biologische und chemische Verunreinigungen zu entfernen, und wird in ein Düngeprodukt umgewandelt. In den letzten 50 Jahren wurde dieser Dünger im ganzen Land auf Ackerland, Wohngärten und im Landschaftsbau verwendet.

Forschungen des letzten Jahres haben jedoch Bedenken hinsichtlich dieser weit verbreiteten Verwendung geweckt, als sie zeigten, dass PFAS trotz des Behandlungsprozesses in Biosolid-Düngemitteln verbleiben kann.

„Wir wissen, dass Mikroben auch nach dem Stabilisierungsbehandlungsprozess im Biofestschlamm vorhanden sind, und angesichts der Rolle, die sie beim Abbau organischer Verbindungen wie Fette, Proteine ​​und Polysaccharidrückstände in den Biofeststoffen spielen, wollten wir untersuchen, wie diese mikrobiell verwittert werden organische Verbindungen können das PFAS-Auswaschungspotenzial aus Biofeststoffen im Laufe der Zeit beeinträchtigen, da davon ausgegangen wird, dass PFAS-Verbindungen an diesen Verbindungen haften“, sagte Christopher Sales, Ph.D., außerordentlicher Professor am College of Engineering und Mitautor der Studie.

Dazu sammelte das Team in Abwasserrecycling- und -wiederverwendungsanlagen Biofeststoffproben, die einer von drei Behandlungsarten unterzogen worden waren – aerobe Vergärung, anaerobe Vergärung oder Kompostierung. Der Gehalt jeder Probe wurde getestet, um den anfänglichen Gehalt an organischem Material, Proteinen und Lipiden sowie die PFAS-Konzentration in diesen verschiedenen Arten von Biofeststoffen zu bestimmen. Diese Proben wurden dann drei Monate lang in eine umgebungskontrollierte Kammer gelegt, um nach Indikatoren für mikrobielle Aktivität zu suchen, insbesondere für den Abbau von organischen Stoffen, Lipiden und Proteinen, und es wurde versucht zu sehen, wie diese mikrobielle Aktivität die Verteilung von PFAS aus den Biofeststoffen in Wasser beeinflusst.

Die Forscher fanden heraus, dass die Proben mit der höchsten mikrobiellen Aktivität auch die höchste PFAS-Teilung aufwiesen – ein Indikator dafür, dass dieser Biofestschlamm anfälliger für PFAS-Auswaschung wäre.

Die Ergebnisse zeigten, dass diese Zunahme der PFAS-Verteilung über die drei Monate, insbesondere in den ersten 10 Tagen des Experiments, wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die Mikroben Proteine ​​und Lipide im Biosolid abbauen, wodurch sich das PFAS als Wasser ausbreiten oder verteilen kann durchläuft.

„Diese Arbeit liefert Beweise dafür, dass mikrobielle Verwitterungsprozesse, die zum Abbau von organischem Material und Biopolymeren führen – wie durch Lipaseaktivität, Proteaseaktivität und Sauerstoffverbrauchsrate sowie Änderungen des Lipid-, Protein- und organischen Gehalts angezeigt – die PFAS-Partitionierung beeinflussen können und das Auslaugungspotential in Biofeststoffen erhöhen“, schreiben die Autoren.

Das Team stellte fest, dass die Ergebnisse wahrscheinlich Mikroben in den Prozess der PFAS-Auslaugung aus Biofeststoffen nach deren Ausbringung auf dem Land implizieren, aber weitere Untersuchungen erforderlich sind, um zu bestätigen, wie sie durch die Böden zu Oberflächengewässern wie Flüssen und Seen, Grundwasser und wie transportiert werden sie reichern sich in Nutzpflanzen und Tieren an, die dort grasen könnten, wo Biofeststoffe ausgebracht werden. Darüber hinaus könnte die Rate der Verwitterung von Biofeststoffen in der Natur stark von ihrer Laborstudie abweichen, wenn man bedenkt, welche Rolle Niederschlag, Sonneneinstrahlung und physikalische Störungen auf die Bodenverwitterung im Freien spielen würden.

Das Team behauptet, dass es für Behörden wie die EPA, genaue Leitlinien zum PFAS-Risiko und zu akzeptablen Kontaminationsniveaus zu geben, das Verständnis des Weges der „Forever-Chemikalien“ von entscheidender Bedeutung ist.

„Diese Forschung liefert Beweise dafür, dass PFAS bei verschiedenen Stabilisierungsmethoden in der Abwasserbehandlung aus Biofeststoffen ausgelaugt werden kann“, sagte Lewis. „Und es unterstützt mehr, dass eine Regulierung oder fortschrittliche Behandlung in Kläranlagen erforderlich ist, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.“