När U.S. Environmental Protection Agency slår ner på lömsk "för evigt kemisk" förorening i miljön, söker militära och kommersiella flygtjänstemän efter sätt att städa upp sådan förorening från årtionden av användning av branddämpande skum vid militära flygbaser och kommersiella flygplatser.
Brandsläckande skum innehåller hundratals ohälsosamma eviga kemikalier, kända av kemister som PFAS eller poly- och per-fluoralkylsubstanser. Dessa föreningar har envist starka fluor-till-kol-bindningar, vilket gör att de kan kvarstå på obestämd tid i miljön, därav namnet "för evigt kemikalier". Hittade också många andra produkter, PFAS-föreningar förorenar nu grundvattenförsörjning som tappas av kommunala vattenleverantörer på många platser i hela landet.
Eftersom de är kopplade till högre risker för vissa cancerformer och andra sjukdomar, införde EPA en ny regel förra månaden som kräver att vattenverk ska minska kontamineringen om nivåerna överstiger 4 delar per biljon för vissa PFAS-föreningar.
Lyckligtvis ger en samverkande upptäckt av forskare vid UC Riverside (UCR) och Clarkson University i Potsdam, N.Y., en ny strategi för att rensa upp dessa föroreningar.
Metoden beskrivs i tidskriften Nature Water . Det handlar om att behandla kraftigt förorenat vatten med ultraviolett (UV) ljus, sulfit och en process som kallas elektrokemisk oxidation, förklarade UCR-docent Jinyong Liu.
"I det här arbetet fortsatte vi vår forskning om den UV-baserade behandlingen, men den här gången hade vi ett samarbete med en expert på elektrokemisk oxidation vid Clarkson University", säger Liu, som har publicerat nästan 20 artiklar om behandling av PFAS-föroreningar i förorenat vatten . "Vi slog samman dessa två steg och vi uppnådde nästan fullständig destruktion av PFAS i olika vattenprover som förorenats av skummet."
Liu sa att samarbetet med ett team ledd av biträdande professor Yang Yang vid Clarkson löste stora tekniska problem. Till exempel innehåller skummet olika andra koncentrerade organiska föreningar som hindrar brytningen av de starka fluor-till-kolbindningarna i PFAS-föreningarna.
Liu och Yang fann dock att elektrokemisk oxidation också bryter upp dessa organiska ämnen. Deras process tillåter också att dessa reaktioner inträffar vid rumstemperatur utan behov av ytterligare värme eller högt tryck för att stimulera reaktionen.
"I den verkliga världen kan det förorenade vattnet vara mycket komplicerat," sa Liu. "Den innehåller många saker som potentiellt kan bromsa reaktionen."
PFAS-föreningar har använts i tusentals produkter, allt från chipspåsar till non-stick kokkärl, men branddämpande skum är en viktig källa till PFAS-föroreningar i grundvattnet eftersom de har använts i årtionden för att släcka flygbränslebränder vid hundratals militärer. platser och kommersiella flygplatser. Dessa skum applicerades också rutinmässigt på mindre bränslespill som en försiktighetsåtgärd för att förhindra bränder.
Skummet uppfanns av den amerikanska flottan på 1960-talet och bildar en vattenhaltig film runt brinnande bensin och andra brandfarliga vätskor, vilket snabbt berövar elden syre och släcker den.
På grund av utbredd användning beordrade försvarsdepartementet utvärderingar av 715 militära platser nationellt för PFAS-utsläpp och fann i slutet av förra året att 574 av dessa platser behöver ytterligare undersökningar eller sanering enligt federal lag.
PFAS-sanering blev mer brådskande förra månaden när EPA införde en ny regel som kräver att vattenverk ska minska kontamineringen om nivåerna överstiger 4 delar per biljon för vissa PFAS-föreningar.
Liu sa att metoden han utvecklade med Yang är väl lämpad för att rengöra kraftigt förorenat vatten som används för att spola ur tankar, slangar och annan brandbekämpningsutrustning. Metoden kan också användas för att behandla överblivna behållare med PFAS-innehållande skum.
Deras metod kan också hjälpa vattenverk att hantera grundvattenföroreningar. Förorenat grundvatten behandlas ofta med jonbytarteknologier där PFAS-molekylerna klumpar på hartspärlor i stora reningstankar. UV-ljus och elektrokemisk oxidationsmetod som utvecklats av Liu och Yang kan också hjälpa till att regenerera pärlor så att de kan återvinnas, sa Liu.
"Vi vill ha en hållbar hantering av hartset," sa Liu. "Vi vill återanvända det."
Studiens titel är "Nästan fullständig destruktion av PFAS i vattenhaltigt filmbildande skum genom integrerade fotoelektrokemiska processer." Förutom Liu och Yang är dess författare Yunqiao Guan, Zekun Liu, Nanyang Yang, Shasha Yang och Luz Estefanny Quispe-Cardenas, som är nuvarande eller tidigare doktorander vid UCR och Clarkson.
Mer information: Yunqiao Guan et al, Nästan fullständig destruktion av PFAS i vattenhaltigt filmbildande skum genom integrerade fotoelektrokemiska processer, Naturvatten (2024). DOI:10.1038/s44221-024-00232-7
Journalinformation: Naturvatten
Tillhandahålls av University of California - Riverside
