Texas A&M AgriLife Research-forskare letar efter ett bättre sätt att ta bort eller bryta ned envisa föroreningar, även kallade eviga kemikalier, från avfall innan de påverkar människors och djurs hälsa.
Eunsung Kan, Ph.D., docent och AgriLife Research biologisk ingenjör vid Texas A&M Department of Biological and Agricultural Engineering, publicerade en studie med fokus på den grundläggande förståelsen för biologisk behandling av avfall som innehåller per- och polyfluoralkylsubstanser, eller PFAS, som är svåra att bryta ned på biologisk väg.
PFAS finns i en mängd olika syntetiska kemikalier som används inom en rad industrier som producerar otaliga produkter, inklusive apparater, skum, textilier och livsmedelsförpackningar.
"Vi tror att den här studien hjälper till att ta itu med grundläggande frågor om föroreningar som är svåra att ta bort eller bryta ner," sa Kan. "PFAS utgör en utmaning som kan påverka långsiktig hållbarhet och hälsa. Det gör den här typen av forskning otroligt viktig och effektfull."
Kans studie, "Effekter av perfluoroktansyra och perfluoroktansulfonsyra på mikrobiell samhällsstruktur under anaerob matsmältning", visas i Bioresource Technology . De stora experimenten utfördes av Kans postdoktorande forskare Gyucheol Choi, Ph.D., i Kans labb.
Kan är baserad på Texas A&M AgriLife Center i Stephenville. Hans forskning fokuserar på omvandling av jordbruksavfall, inklusive mjölkgödsel och skörderester, till biobränslen, bioprodukter och biokol för hållbar jordbruk, miljö och energi.
Eftersom PFAS är svåra att bryta ner finns det stor oro för att ansamling av giftiga PFAS-föreningar kan påverka mark- och vattenkvaliteten och därmed människors, växters och djurs hälsa. Nuvarande fysikaliska och kemiska tekniker som används för PFAS-behandling i avloppsvatten och fast avfall kräver höga nivåer av energi och kemikalier. Dessa behandlingsmetoder är kostsamma och bryter inte ned PFAS helt.
Kan sa att denna brist på PFAS-nedbrytning är ett allvarligt problem för befintliga system, som producerar ett slam som innehåller PFAS-föreningar. Slammet förs sedan till deponier, men det finns farhågor om att dessa föroreningar kan komma in i den omgivande miljön eller vattendelare av ett avrinnande regn.
Det mesta av fast avfall och avloppsvattenslam behandlas med biologiska metoder som kallas anaerob rötning, eller AD. Komplexa mikrobiella samhällen i AD-system bryter ner och omvandlar fast avfall till biogas medan osmält slam kasseras eller appliceras på land.
Studien visade hur två allmänt kända och svårnedbrytbara PFAS-föreningar – perfluoroktansyra, PFOA och perfluoroktansulfonsyra, PFOS – bryts ned av AD-system. Forskarna försökte också förstå kemikaliernas effekter på de mikrobiella samhällena.
Kan tror att studien kommer att hjälpa till att vägleda design för AD-system som använder olika tekniker för att holistiskt hantera envis PFAS.
"Att bryta ned PFAS med olika metoder, inklusive höga temperaturer, högt tryck och höga doser av kemikalier är inte riktigt praktiskt", sa han. "Motivationen var att hitta ett kostnadseffektivt sätt att bryta ned dessa "för evigt kemikalier" för att förhindra att de samlas i marken och vattnet. Det är viktigt, baserat på resultaten, att vi skapar ett mer komplett reningssystem."
Chois experiment fann att den anaeroba matsmältningen i hög grad hämmades och de mikrobiella samhällena påverkades negativt av närvaron av PFOA, särskilt när PFOA-koncentrationerna ökade.
Även om alla PFAS-föreningar är svåra att bryta ned, visar resultaten av denna studie de olika svårighetsgraderna och toxiciteterna mellan enskilda kemikalier. Jämfört med PFOA hade PFOS mycket liten inverkan på AD-effektiviteten och mikrobiella samhällen, med endast upp till 7 % minskning vid höga koncentrationer. AD-processen kunde bryta ned PFOS med 30 %–80 %, beroende på föroreningskoncentrationer, medan det inte fanns någon nedbrytning av PFOA.
Dessa data som samlats in under studien är grundläggande information som forskare kan använda i ytterligare forskning och för att informera om design av avfalls-, avloppsvatten- och vattenreningstekniker som behövs för att fullständigt bryta ned PFAS innan de introduceras i miljön.
"Denna studie visade att vi måste tänka om hur vi behandlar dessa specifika PFAS-föreningar," sa Kan. "Till exempel kan det finnas kombinationer av andra teknologier - värme, solljus, kemikalier - för att hjälpa dessa AD-system att bryta ned föroreningar på ett mer effektivt sätt och minska risken för dem att komma in i miljön."
Mer information: Gyucheol Choi et al, Effekter av perfluoroktansyra och perfluoroktansulfonsyra på mikrobiell samhällsstruktur under anaerob matsmältning, Bioresource Technology (2023). DOI:10.1016/j.biortech.2023.129999
Journalinformation: Bioresource Technology
Tillhandahålls av Texas A&M University
