UV-behandling ser ut att kunna vara en möjlig teknik för att rena dricksvatten från PFAS. I avhandlingen detaljstuderas ytvatten och grundvatten nedströms brandövningsplattorna vid Norrbottens Flygflottilj F21 i Kallax och Blekinge Flygflottilj F17 i Kallinge.
Av: Kenneth M Persson
Vid LTH, avdelningen för teknisk vattenresurslära, disputerade Dauren Mussabek den 14 oktober 2021 på sin avhandling PFAS in the water supply: source water contamination. I sin avhandling har Mussabek studerat förekomst och spridning av PFAS (poly- och perfluorerade alkylsubstanser) från brandskum för släckning av fotogen- och bensinbränder i Kallinge och Kallax i Sverige. Han har även modellerat transport av PFAS-föroreningar i ytvatten och grundvatten från brandövningsplatsen i Kallinge till grundvattenmagasinet och vidare till det numera stängda vattenverket i Brantafors.
Mussabek undersökte också om det var möjligt att använda kortvågigt ultraviolett ljus för att åstadkomma en molekylär nedbrytning av PFAS till kortare organiska molekyler som lättare kan brytas ner i miljön.
Bakgrund
PFAS är ett samlingsnamn för en stor grupp ämnen som kännetecknas av att de har minst en kolatom som är fullständigt fluorerad (- CF2 -) eller (- CF3). PFAS-föreningar började användas i mitten av 1900-talet eftersom de har massor av tekniska intressanta egenskaper. De har låg vattenlöslighet, hög temperaturstabilitet och kan användas på släta ytor (papper, tyg, byggmaterial) för att göra dem vatten-, fett- och smutsavvisande. Teflon och polyvinylidenfluorid (PVDF) är två vanliga polymera PFAS-material. PFAS återfinns också i rengöringsmedel och brandsläckningsskum och används i bland annat verkstads- och elektronikindustrin. Det finns över 4000 olika ämnen i PFAS-gruppen.
De mest kända substanserna är PFOS (perfluoroktansulfonat) och PFOA (perfluoroktansyra). De tekniskt viktiga egenskaperna betyder även att många PFAS-ämnen är hälsofarliga och persistenta (svårnedbrytbara), bioackumulerbara och ofta ytaktiva. Miljöproblem med PFAS började uppmärksammas alltmer från slutet av 1990-talet. EU beslöt att förbjuda PFOS och förbjöd försäljning från juni 2007, men det var tillåtet att använda släckskum fram till juni 2011. Brandskum används ofta för att släcka bränder med snabba förlopp, t ex bränder i bränsletankar på flygplan. Vid svenska flygflottiljer har brandövningar med PFAS-haltigt brandskum genomförts åtminstone sedan sent 1980-tal.
Avhandlingen
I avhandlingen detaljstuderas ytvatten och grundvatten nedströms brandövningsplattorna vid Norrbottens Flygflottilj F21 i Kallax och Blekinge Flygflottilj F17 i Kallinge. Bägge ligger nära grundvattentäkter som användes för dricksvattenförsörjning. Mätningarna visar att en plym med PFAS-föroreningar rör sig från brandövningsplatserna till grundvattenmagasinen. Länsstyrelsen i Blekinge valde vid en miljöskanning av dricksvatten i länet 2013 att ta prover på dricksvattentäkten i Kallinge. Nivåerna av PFAS var kraftigt förhöjda och mycket högre än vad som uppmätts någon annanstans i Sverige. Ronneby kommuns vattenbolag tog prover som bekräftade mycket höga PFAS-halter och vattentäkten stängdes omedelbart den 16 december 2013.
Med hjälp av MS/MS kunde PFAS -analyserna utföras. Mussabek bedömer att den metod han använde var exakt och pålitlig. Dessutom användes interna standarder för att förstärka mätningarna. I Kallax uppmättes PFAS-halter motsvarande 1700 ng/l som högst. Ungefär 70% av ämnena var olika svavelhaltiga PFAS-föreningar, medan knappt 30% var PFAS som innehöll karboxylgrupper. I sjösediment nedströms brandövningsplatsen gick det att följa hur långt ned PFAS-ämnen hunnit läcka. I Kallinge var halterna ungefär tio gånger högre än i Kallax och även i ytvatten i dammar vid övningsplatsen kunde halter kring 100 ng/l uppmätas.
Speciering av PFAS i ytvatten gjordes, vilket kan ses som en fingeravtryckskontroll av vilka PFAS-föreningar som förekommer och i vilka proportioner. Dessa fingaravtryckskontroller visade att både i Kallax och Kallinge var ytvattnens innehåll av PFAS identiska med dem som rapporterats för andra kontaminerade platser i världen där brandskum använts. Men de genomförda mätningarna räckte inte till för att exakt beskriva hur molekylerna vandrar från övningsplats till vatten. Mussabek diskuterar att direkt ytavrinning kan spela stor roll. Han menar att brandskummet följer vindriktningen och kollapsar till vätska som rinner på marken till ytvattnet. En del infiltrerar ned genom marken och återfinns i grundvattnet som rör sig i grundvattenriktningen. Men tills vattenutbyte och transportförhållanden har fastställts fullständigt menar att Mussabek att det inte är korrekt att använda uppmätta PFAS -koncentrationer i vatten för att uttala sig kvantitativt om hur mycket brandskum som använts. Han vill än så länge diskutera det i kvalitativa termer.
Han resonerar också kring hur fort skummet lämnar brandsprutan. Utsläppshastigheten från sprutan inverkar på hur långt bort skummet når som omgivningen som skum, vilket påverkar observerade nivåer. Vid undersökningar av sedimentets innehåll av oorganiskt material kunde en tydlig koppling mellan det oorganiska innehållet och förhöjda PFAS-halter registreras, medan den organiska fraktionen inte verkade direkt påverka anrikning av PFAS i sedimenten.
Mussabek tog kärnprover av sediment från sjöar vid brandövningsplatserna både från Kallax och Kallinge. Proverna frystes in och skivades i tunna skivor som representerade olika års avlagringar av sediment. Genom att därefter mäta PFAS-innehållet i de olika skivorna, samt att korrelera med radioisotopinnehållet av 210Pb och 226Ra kunde han korrelera hur PFAS-kontaminering av sjön i Kallax utvecklats nästan år för år sedan 1994. Det högsta flödet uppmättes för år 2009, till 12 μg/m2 och år. Sjön vid Kallinge brandövningsplats är grund och har en mjuk botten, där sedimentet blandas om vid stormar. Därför gick det inte att datera detta sediment, trots flera försök.
En simuleringsstudie med hjälp av MonteCarlo-simulering genomfördes för Kallinge, för att klargöra när i tiden PFAS-användningen på brandövningsplatsen kunde tänkas ha inletts. Modellberäkningarna tyder på att mellan 1 och 44 kg PFAS -ämnen kan frigöras per enskild övning på brandövningsplatsen och beroende på övningsfrekvens kanske 200 – 600 kg/år. Övningarna har bedrivits kring 25 år.
Slutsatser
Rening med hjälp av ultraviolett (UVC/VUV) ljusbehandling verkar bryta upp framför allt bindningen mellan svavelföreningen och kolkedjan i PFAS respektive bindningen mellan karboxylgruppen och kolkedjan. Men om UV-ljuset får verka på vattnet under tillräckligt lång tid börjar också delar av kolkedjan att brytas upp. Reaktionshastigheten är oberoende av ursprungshalten i vattnet. Inget uppenbart samband mellan PFAS -nedbrytningshastigheter och kedjelängd observerades. Den initiala PFAS -koncentrationen verkade inte ha någon större betydelse för kinetiken, men fler studier behöver göras. Mussabek är hoppfull om möjligheten att använda UV-behandling för att rena dricksvatten från PFAS.
Avhandlingen är en omfattande studie av ytvattentransport, grundvattentransport och rening av PFAS, samt en intressant MonteCarlo-modellering av transport och spridning av PFAS i vatten. Som väl de flesta har uppmärksammat, är PFAS ett växande problem där EU:s reviderade dricksvattendirektiv föreslår två olika gränsvärden för olika summahalter av PFAS i dricksvatten och där Europeiska Livsmedelssäkerhetsmydigheten EFSA föreslagit än lägre gränsvärden för PFAS i en rapport från 2020. PFAS kommer att följa ock kanske förfölja dricksvattensektorn åtminstone de kommande 20 åren, tror jag. På grund av att PFAS snart sagt inte bryts ned, utan är persistent, kan föreningarna nästan jämställas med grundämnen. Att påverka förekomst av grundämneslikande organiska föreningar i dricksvatten tar tid. Mussabeks avhandling är en passande lektyr för dem som funderar på bästa sätt att lösa problemen.
Källa: Dauren Mussabek: PFAS in the water supply: source water contamination. Lunds universitet, avd för teknisk vattenresurslära, LUTVDG/TVVR-1091 (2021)Disputationen hölls 211014.
