W związku z rosnącą regulacją "wiecznych chemikaliów" przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA), urzędnicy wojskowi i lotniczy szukają sposobów na oczyszczenie zanieczyszczeń spowodowanych przez dziesięciolecia używania pian gaśniczych na bazach wojskowych i lotniskach komercyjnych.
Piany gaśnicze zawierają setki szkodliwych wiecznych chemikaliów, znanych jako PFAS lub per- i polifluoroalkilowe substancje. Związki te mają wyjątkowo silne wiązania między fluorem a węglem, co pozwala im przetrwać nieograniczenie długo w środowisku. Związki PFAS znajdują się również w wielu innych produktach i obecnie zanieczyszczają podziemne źródła wody, z których korzysta wiele miejskich wodociągów w całym kraju.
Ze względu na związek z wyższym ryzykiem pewnych nowotworów i innych chorób, EPA w zeszłym miesiącu wydała nową regulację, która wymaga od firm wodociągowych zmniejszenia zanieczyszczenia, jeśli poziomy niektórych związków PFAS przekraczają 4 części na bilion.
Na szczęście wspólne odkrycie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i Uniwersytetu Clarksona w Potsdamie, N.Y., zapewnia nową strategię oczyszczania tych zanieczyszczeń.
Metoda została szczegółowo opisana w tym miesiącu w czasopiśmie Nature Water. Obejmuje ona traktowanie silnie zanieczyszczonej wody światłem ultrafioletowym (UV), siarczanem i procesem zwanym utlenianiem elektrochemicznym, wyjaśnił adiunkt UCR, Jinyong Liu.
"Ta praca kontynuuje nasze badania nad leczeniem opartym na UV, ale tym razem współpracowaliśmy z ekspertem w dziedzinie utleniania elektrochemicznego na Uniwersytecie Clarksona," powiedział Liu, który opublikował prawie 20 artykułów na temat leczenia zanieczyszczeń PFAS w zanieczyszczonej wodzie. "Połączyliśmy te dwie metody i osiągnęliśmy prawie całkowite zniszczenie PFAS w różnych próbkach wody zanieczyszczonych pianami."
Liu zauważył, że współpraca z zespołem kierowanym przez adiunkta Yanga Yanga na Clarksonie rozwiązała duże problemy techniczne. Piany zawierają różne inne skoncentrowane związki organiczne, które utrudniają rozbicie silnych wiązań między fluorem a węglem w związkach PFAS.
Jednak Liu i Yang odkryli, że utlenianie elektrochemiczne również rozbija te związki organiczne. Ich proces pozwala na przeprowadzanie tych reakcji w temperaturze pokojowej bez potrzeby dodatkowego ciepła lub wysokiego ciśnienia w celu stymulacji reakcji.
"W rzeczywistym świecie zanieczyszczona woda może być bardzo skomplikowana," powiedział Liu. "Zawiera wiele rzeczy, które mogą potencjalnie spowolnić reakcję."
Związki PFAS są używane w tysiącach produktów, od torebek na chipsy po naczynia z nieprzywierającą powierzchnią, ale piany gaśnicze są głównym źródłem zanieczyszczenia wód gruntowych PFAS, ponieważ były używane od dziesięcioleci do gaszenia pożarów paliwa lotniczego na setkach miejsc wojskowych i lotnisk komercyjnych. Piany te były również rutynowo używane przy mniejszych wyciekach paliwa jako środek zapobiegawczy, aby zapobiec pożarom.
Wynalezione przez marynarkę wojenną USA w latach 60., piany tworzą wodny film wokół palącej się benzyny i innych łatwopalnych cieczy, szybko pozbawiając pożar tlenu i gasząc go.
Z powodu szerokiego zastosowania, Departament Obrony USA zlecił ocenę 715 miejsc wojskowych w całym kraju pod kątem uwalniania PFAS i do końca zeszłego roku odkrył, że 574 z tych miejsc wymaga dalszych badań lub oczyszczania zgodnie z prawem federalnym.
Oczyszczanie PFAS stało się pilniejsze w zeszłym miesiącu, kiedy EPA wprowadziła nową regulację, która wymaga od wodociągów zmniejszenia zanieczyszczenia, jeśli poziomy niektórych związków PFAS przekraczają 4 części na bilion.
Liu powiedział, że metoda opracowana z Yangiem jest dobrze dostosowana do oczyszczania silnie zanieczyszczonej wody używanej do płukania zbiorników, węży i innego sprzętu gaśniczego. Metoda ta może być również używana do traktowania pozostałych zbiorników pian, które zawierają PFAS.
Ich metoda może również pomóc firmom wodociągowym w radzeniu sobie z zanieczyszczeniem wód gruntowych. Zanieczyszczone wody gruntowe są często traktowane technologiami wymiany jonowej, w których cząsteczki PFAS wiążą się z kulkami z żywicy w dużych zbiornikach do obróbki. Metoda UV i utleniania elektrochemicznego opracowana przez Liu i Yanga może również pomóc w regeneracji kulek, aby można je było ponownie wykorzystać, powiedział Liu.
"Chcemy mieć zrównoważone zarządzanie żywicą," powiedział Liu. "Chcemy ją ponownie wykorzystać."
Tytuł badania to "Prawie całkowite zniszczenie PFAS w pianie tworzącej wodny film za pomocą zintegrowanych procesów fotoelektrochemicznych." Oprócz Liua i Yanga, autorami badania są Yunqiao Guan, Zekun Liu, Nanyang Yang, Shasha Yang i Luz Estefanny Quispe-Cardenas, którzy są obecnymi lub byłymi studentami na UCR i Clarkson.
To badanie było finansowane ze środków programu Strategicznych Badań i Rozwoju Środowiskowego Departamentu Obrony USA.
Źródło: University of California