Seccions

Introducció

Les substàncies denominades PFAS, estan formades per un ampli grup de productes químics sumament estables. Aquests productes s’han fabricat i utilitzat en una gran varietat d’indústries de tot el món des de la dècada de 1940.

Les PFAS es troben en una àmplia gamma de productes que els consumidors utilitzen diàriament com bateries de cuina, caixes de pizza i repel·lents de taques. La majoria dels consumidors ha estat exposada a aquests compostos durant molts anys.

Certes PFAS poden acumular-se i romandre en el cos humà molt de temps. Hi ha evidència que l’exposició a les PFAS pot causar efectes perjudicials per a la salut.

Els agents químics de PFAS més estudiats són el PFOA i el PFOS; els estudis en animals de laboratori indiquen que aquests agents químics poden causar efectes adversos en els sistemes reproductors i immunitaris, així com en el desenvolupament, i en òrgans com el fetge i els ronyons.

Ambdós agents químics han causat tumors en els animals. Les investigacions més evidents en les persones exposades són els nivells més alts de colesterol.

En moltes indústries de cromat de l’Estats Units, inicialment, els PFAS es van introduir com una solució preventiva ambiental per al crom en els fums; però, posteriorment, es va determinar que el PFAS era nociu, tant per al medi ambient com per a la salut humana.

Estudis recents han demostrat conseqüències alarmants a l’exposició al PFAS, inclòs l’impacte perjudicial per al creixement i l’aprenentatge en els infants, i majors riscos de càncer.

Moltes companyies van renunciar voluntàriament a l’ús de PFAS el 2002, i això va ser seguit globalment per moltes companyies el 2015; des de llavors, les fàbriques de protecció superficial ja no utilitzen PFAS i PFOS, però el problema rau en les aigües superficials i subterrànies contaminades que necessitaran ser bombejades i tractades.

Per a aquestes empreses d’aigües ha de complir-se amb els estrictes límits de descàrrega d’aigües pluvials i subterrànies per a PFAS. Aquests s’apliquen en tots els àmbits, a nivell nacional als EUA, així com en diferents estats que tenen límits que, en molts casos, són encara més estrictes.

Què són les PFAS?

Les substàncies perfluoroalquilades (PFAS) són compostos químicament sintetitzats que consisteixen en una cadena alquílica hidrofòbica fluorada de longitud variable, amb un grup final hidrofílic.

A causa d’aquest caràcter anfifílic, aquestes substàncies presenten una gran estabilitat química i tèrmica, així com una elevada activitat superficial.

Per tot això, les PFAS tenen un ampli ús en aplicacions industrials i de consum que inclouen revestiments antimantes de teixits i catifes, pintures i vernissos, mobles, sabates, revestiments lipofòbics destinats a productes de paper aptes per al contacte amb els aliments, escumes extintores, tensioactius per a pous d’extracció minera o petrolífera, abrillantadors de sòls i fórmules d’insecticides.

Un subgrup important són els agents tensioactius orgànics perfluorats, als quals pertanyen els sulfonats de perfluorooctà (PFOS) i l’àcid perfluorooctanoic (PFOA).

Estructura química:

Tratamiento de efluentes con PFAS

Hi ha moltes altres PFAS en ús dins de la nostra economia, com els agents químics GenX i els PFBS.

GenX és la marca comercial d’una tecnologia utilitzada per fabricar fluoropolímers d’alt rendiment (per exemple, alguns revestiments antiadherents) sense usar àcid perfluorooctanoic (PFOA).

L’àcid dímer d’òxid d’hexafluoropropilè (HFPO) i la seva sal d’amoni són els agents químics principals associats amb la tecnologia GenX.

Els agents químics GenX s’han trobat en l’aigua superficial, l’aigua subterrània, l’aigua potable, l’aigua de pluja i les emissions a l’aire en algunes àrees.

Com afecten les PFAS al medi ambient i a la salut humana?

Els PFAS s’han fabricat i utilitzat en una gran varietat d’indústries a tot el món. Els Estats Units els utilitzen des de la dècada de 1940.

D’aquests agents químics, el PFOA i el PFOS han estat els més produïts i estudiats. Ambdós són sumament persistents en el medi ambient i en el cos humà; és a dir, que no es degraden i poden acumular-se amb el pas del temps.

Hi ha evidència que l’exposició als PFAS pot causar efectes perjudicials en la salut humana. Els PFAS es poden trobar en:

  • Aliments envasats en materials que contenen PFAS, processats amb equip que va utilitzar PFAS, o cultivats en terra o amb aigua contaminades amb PFAS.
  • Productes domèstics comercials, com teixits repel·lents de taques i aigua, productes antiadherents (com Teflon), compostos per polir, ceres, pintures, productes de neteja i escumes per combatre incendis (una font important de contaminació de l’aigua subterrània en els aeroports i bases militars on es realitza l’entrenament per combatre incendis).
  • Llocs de treball, com plantes de producció o indústries que utilitzen PFAS, com per exemple: cromats, fabricació de productes electrònics o recuperació de petroli.
  • Aigua potable, comunament localitzada i associada amb una planta específica (per exemple: fabricants, abocadors, plantes de tractament d’aigües residuals, centres d’entrenament per a bombers).
  • Organismes vius, com peixos, animals i éssers humans, on les PFAS poden acumular-se i persistir amb el pas del temps.

A causa d’un ús tan estès, s’han detectat els PFOS i el PFOA, les seves sals i precursors, en el medi ambient, els peixos, les aus i els mamífers.

Els PFAS s’han estat fabricant durant més de 50 anys en una gran varietat de productes de consum, així com en aplicacions agrícoles, la qual cosa ha portat a la seva dispersió pel medi ambient, entrant en la cadena alimentària fins que es van incloure a l’Annex B del Conveni d’Estocolm el 2010, quedant restringit el seu ús d’acord amb una llista definida d’aplicacions.

Encara que la seva producció s’ha limitat a nivell mundial, la seva alliberació al medi ambient es produeix principalment per l’aportació de productes tractats amb PFAS, o per l’eliminació inapropiada de productes que els contenen.

Els PFAS suposen un risc sanitari. La preocupació pels seus efectes adversos en la salut pública va sorgir després de diversos estudis d’experimentació en animals que indicaven que aquestes substàncies tenien indicis toxicològics: hepatotoxicitat, efectes negatius en el desenvolupament i en el comportament, immunotoxicitat, afectació en la reproducció i en el pulmó, efectes hormonals, així com potencial genotòxic i carcinogènic, encara que no està demostrat que aquests resultats tinguin implicacions per a la salut humana.

Segons l’EFSA (European Food Safety Authority), la dieta és la principal font d’exposició humana a les PFAS, en particular el peix i els productes de la pesca i els productes carnis (fetge principalment); però existeixen altres fonts d’exposició no alimentàries, com la contaminació de l’aire, que també contribueixen a l’exposició total, com és el cas dels PFOA.

Hi ha altres vies d’exposició menys importants, com l’aigua de procés per a PFOS i PFOA o els estris de cuina antiadherents i els materials d’envasament dels aliments (les bosses de crispetes per a microones, per exemple) per al cas del PFOA.

L’EFSA va concloure el 2008 que és poc probable que la població mitjana a Europa pugui patir efectes negatius per a la salut derivats de l’exposició en la dieta a aquests contaminants i que només alguns alts consumidors de peix podrien excedir lleugerament el valor de referència toxicològic per a PFOS.

Tratamiento de efluentes con PFAS

Algunes de les PFAS van ser considerades durant l’any 2010 en el Conveni d’Estocolm, l’instrument més ambiciós a nivell internacional per regular i controlar els COP (Contaminants Orgànics Persistents), l’objectiu del qual és protegir la salut humana i el medi ambient, signat l’any 2001.

La Unió Europea i tots els seus Estats Membres van signar el Conveni i, per garantir l’aplicació coherent i eficaç de les obligacions contretes d’acord amb aquest, es va establir a nivell europeu el Reglament 850/2004, de 29 d’abril de 2004, sobre contaminants orgànics persistents.

L’EFSA, en la seva opinió científica sobre PFAS de 2008, recomanava recopilar més dades d’aquestes substàncies en aliments per poder millorar la precisió del càlcul d’exposició a través de la dieta en el futur.

En aquest sentit, la Comissió Europea va publicar la Recomanació 2010/161/UE amb l’objecte de vigilar la presència d’algunes d’aquestes substàncies en una àmplia varietat d’aliments.

En l’últim informe d’EFSA sobre PFAS, el 2012, es van recopilar més de 54.000 resultats analítics de PFAS procedents de 13 països europeus (entre ells, Espanya) recollits durant el període 2006 a 2012.

De les 27 substàncies incloses en l’avaluació d’exposició, la proporció de resultats quantificats va ser molt baixa, és a dir, que els nivells d’aquests contaminants trobats en els aliments van ser molt reduïts.

L’EFSA, com s’ha dit anteriorment, va confirmar el baix risc per a la salut per l’exposició de la població deguda a la presència d’aquestes substàncies en la dieta.

Posteriorment i a causa de la gran quantitat de substàncies perfluoroalquilades, els seus precursors i les substàncies derivades d’ells, des d’EFSA es va publicar el 2014 un informe científic relatiu a la toxicitat oral d’aquests compostos en animals i humans, en forma de revisió sistemàtica de la literatura científica actual, que sens dubte ajudaria els organismes avaluadors del risc d’aquests compostos a nivell mundial com la Subdirecció General de Promoció de la Seguretat Alimentària.

L’EFSA va establir una dosi diària tolerable (TDI) de 150 ng/kg de pes corporal per als PFOS i una TDI de 1500 ng/kg de pes corporal per a PFOA, que és la quantitat màxima que pot ingerir diàriament una persona durant tota la seva vida sense provocar efectes adversos en la salut.

La Comissió Europea recomana utilitzar els mètodes de mostreig i anàlisi harmonitzats a la UE per a dioxines i PCBs com a referència per al control de les PFAS, establerts en el Reglament (UE) 589/2014 de la Comissió. Els criteris de rendiment per al mètode d’anàlisi d’aquestes substàncies estan recollits específicament en la Recomanació 2010/161/UE.

Tractament d’efluents amb PFAS

Els processos convencionals de tractament d’aigües residuals són efectius per a molts productes químics PFAS en separar-los en els fangs, cosa que representa un repte, ja que aquests agents apareixen en una àmplia varietat de productes químics, amb més de 3.000 compostos individuals.

D’aquests, només 24 es mesuren de forma rutinària. No és inusual que un o més d’aquests compostos tinguin concentracions més altes en un efluent tractat que contingui més PFAS que en l’afluent a tractar.

El procés de tractament permet que alguns dels milers de PFAS potencialment presents es transformin o degradin en un dels que es quantifiquen entre els habituals.

Una estratègia per abordar aquest problema de tractament és minimitzar la quantitat de PFAS que accedeixen al procés de tractament de la PTAR. S’han dut a terme investigacions en alguns estats per identificar i abordar les fonts de PFAS.

Un cop identificat, el procediment es pot aplicar a través del programa de permisos de pretractament industrial (IPP) per requerir a les indústries que redueixin o eliminin aquests PFAS abans de descarregar-los al sistema de clavegueram.

Aquests requisits addicionals de pretractament a les fonts industrials podrien tenir conseqüències econòmiques per a la comunitat i implicacions operatives per a la PTAR, cosa que significa que aquesta estratègia ha de ser considerada amb cura i recolzada amb dades de mostreig. Una altra estratègia potencial és emprar tecnologia de tractament addicional per eliminar el PFAS abans de l’accés.

Fins a la data, els proveïdors d’aigua potable han utilitzat el carbó actiu granular (GAC) i l’osmosi inversa (RO) com les estratègies de tractament més efectives, però ambdues tecnologies són costoses d’implementar. Aquestes solucions o alguna de les seves variants també s’han provat en el tractament d’aigües residuals.

És evident que aquestes tècniques encara deixaran a l’empresa de serveis públics amb el problema de l’eliminació de material contaminat, ja que només constitueixen tècniques separatives. També existeixen tècniques destructives, com l’oxidació electroquímica i la incineració, que descomponen l’estructura química del PFAS; no obstant això, la majoria d’aquests mètodes es troben en l’etapa d’investigació i desenvolupament, en una fase de prova pilot a petita escala, i en el cas d’incineració, tenen un cost prohibit.

Presència en els fangs de les aigües residuals

S’han trobat PFAS en fangs biològics d’aigües residuals i gran part d’aquests fangs es processen i apliquen en terrenys amb destinació agrícola. L’aplicació a la terra és mútuament beneficiosa: la PTAR té un mètode rendible per eliminar els fangs, mentre que l’agricultor enriqueix el seu sòl amb nutrients; no obstant això, l’aplicació de fangs municipals a la terra pot ser una font potencial de contaminació per PFAS en els aqüífers a través de la percolació d’aquests camps, d’acord amb algunes investigacions realitzades.

Encara que actualment no hi ha normes que regulin els nivells de PFAS en els fangs biològics. La majoria dels països estan adoptant controls en els fangs procedents de depuradores, començant amb la recopilació de dades sobre PFAS en biosòlids (Michigan i Maine, per exemple).

Com s’ha assenyalat anteriorment, el Pla d’Acció de USEPA i el projecte de llei de la Cambra de Representants inclouen plans per classificar el PFAS com a substàncies perilloses.

Aquesta acció podria afectar en gran mesura la capacitat d’eliminar de manera rendible els biosòlids que contenen PFAS mitjançant l’aplicació a la terra.

Tant l’Associació Nacional d’Agències d’Aigua Neta (NACWA), com la Water Environment Federation (WEF) i la Water Research Foundation (WRF), estan investigant activament el tractament de PFAS en aigües residuals i caracteritzant el risc potencial per a la salut humana d’aquests fangs utilitzats com a adobs per a l’agricultura.

Protecció dels subministraments d’aigua potable

Les aigües naturals superficials sovint s’utilitzen com a fonts d’abastament públic d’aigua. L’efluent de la EDAR que conté alts nivells de PFAS que es descarreguen aigües amunt d’una presa d’aigua potable pot representar una amenaça per als consumidors aigües avall.

L’eliminació efectiva de PFAS en l’aigua potable requereix les mateixes costoses tecnologies utilitzades per eliminar-los de les aigües residuals, utilitzant la mateixa estratègia de limitar les descàrregues a la PTAR mitjançant el control a l’entrada. També es pot implementar una mesura addicional de protecció per als subministraments públics d’aigua potable limitant els PFAS en les descàrregues aigües amunt.

En la mateixa línia es pot emprar un mecanisme similar, a través d’un programa de protecció a la boca del pou, per proporcionar una millor protecció dels subministraments públics d’aigua subterrània.

Opcions de tractament existents per a aigües contaminades amb PFAS

El tractament de l’aigua contaminada amb PFAS abans de la descàrrega a les fonts receptors reduirà la seva acumulació en els sistemes d’aigua. Els mètodes d’eliminació de PFAS industrialitzats actualment per a les aigües contaminades es basen en tecnologies d’adsorció física, com el carbó actiu granular (GAC) i les resines d’intercanvi iònic (IX); i en filtracions amb membranes semipermeables d’alta pressió, com nanofiltració (NF) o osmosi inversa (RO).

Encara que s’està treballant en tècniques avançades d’oxidació, aquestes encara no són comercials i podrien tenir un preu molt alt d’energia. La selecció d’un mètode de tractament apropiat requereix consideracions curoses basades en la química específica de l’aigua, l’eliminació de contaminants i la qualitat requerida de l’aigua tractada.

En el tractament d’aigües residuals industrials, la composició de les aigües residuals és més complexa que la de l’aigua potable i inclou altres contaminants a més de PFAS. Les característiques d’aquests contaminants afectaran la selecció del mètode a utilitzar, la mida del sistema de tractament i els costos d’explotació. Per exemple, el lixiviat dels abocadors té contaminants orgànics, inorgànics i volàtils, a més de PFAS, que requereixen eliminació.

Cada una d’aquestes tecnologies de tractament té els seus avantatges i inconvenients, entre els quals mencionem:

Carbó actiu granular (GAC)

Avantatges

  • Redueix el nivell de PFAS a ng / L en l’aigua potable.
  • És efectiu per a l’eliminació de PFAS de cadena llarga.

Inconvenients

  • Fuites de PFAS de cadena curta, en particular i substitució freqüent de les càrregues de GAC dels filtres.
  • No és rendible per a aigües que contenen altres compostos orgànics ja que el GAC no és selectiu i es saturarà parcialment amb ells.
  • No elimina els compostos inorgànics.
  • El GAC és un consumible molt costós pel propi cost del material, la mà d’obra per a la seva càrrega i descàrrega i el cost energètic per a la seva regeneració tèrmica.

Resines d’intercanvi iònic

Avantatges

  • Efectives per a l’eliminació de PFAS aniónics i de cadena llarga a nivell ng / L.
  • Major capacitat d’adsorció i cinètica de reacció significativament més ràpida en comparació amb GAC.

Inconvenients

  • No són efectives per a aigües residuals que contenen alts nivells de TDS i / o matèria orgànica natural.
  • Menys afinitat pel PFAS de cadena curta.
  • Es requereix incineració o regeneració de resina d’intercanvi iònic.

Nanofiltració i osmosi inversa

Avantatges

  • Efectives tant per a PFAS de cadena curta com de cadena llarga.
  • Capacitat de tractar tot tipus d’aigua contaminada amb PFAS.
  • Alt cabal de càrrega.
  • Es pot associar amb un pou d’eliminació (comú a Amèrica del Nord) per eliminar permanentment les salmorres de PFAS.

Inconvenients

  • Possible embrutiment de la membrana en tractar compostos inorgànics.
  • Gestió de salmorra concentrada, que es pot aconseguir mitjançant un alt rendiment de recuperació per minimitzar el volum de la salmorra separada, controlant que no es generi precipitació i incrustació.

Un procés d’eliminació de PFAS pot integrar múltiples tecnologies, per exemple, un procés d’osmosi inversa aigües amunt amb un alt cabal de càrrega seguit d’un pas de poliment aigües avall de GAC o resina IX per complir amb els estrictes requisits de qualitat de l’aigua.

Altres tecnologies per al tractament d’aigües residuals amb PFAS

Les tecnologies de separació física (GAC, resina IX, NF o RO) no destrueixen el PFAS, sinó que només els separen de l’aigua contaminada en els materials adsorbents o en una salmorra concentrada. L’eliminació d’adsorbents contaminats amb PFAS o salmorra concentrada amb PFAS pot plantejar una contaminació secundària.

Les tecnologies per a la degradació permanent de PFAS es basen en la incineració d’alta energia o oxidacions avançades, inclosa l’oxidació electroquímica, el tractament tèrmic amb microones, la degradació fotolítica, la piròlisi i la sonoquímica. Aquestes vies de degradació extremes de PFAS són molt costoses, especialment quan el volum i el cabal de les aigües residuals de PFAS són grans.

El més ideal és usar altres tecnologies relativament rendibles per reduir primer el volum d’aigües residuals amb PFAS, i després concentrar els PFAS fins a la seva concentració més alta permesa juntament amb l’eliminació de contaminants. Les aigües residuals altament concentrades de PFAS poden ser transportades a un pou per al seu emmagatzematge sota terra, o sotmeses a la seva destrucció final per degradació especialitzada en PFAS.

Els nous avenços en tecnologies de dessalinització (osmosi inversa de pressió ultra elevada, descàrrega mínima de líquid (MLD) i descàrrega zero de líquid (ZLD) amb un sistema evapo – cristal·litzador dels quals disposa Condorchem Envitech.

El procés Extreme Reverse Osmosis poden ajudar a reduir econòmicament el volum d’aigües residuals amb PFAS i concentrar-les en un nivell que abans era inabastable.

L’evaporació al buit: Una solució per al tractament de les PFAS

Una empresa de revestiment industrial amb seu a Michigan (EUA) va tenir un problema amb els PFAS en el seu procés d’aigües residuals i les aigües subterrànies no tractades. Aquesta fàbrica va utilitzar la tecnologia DCP de cromat diamant des dels anys 50.

Dins del seu procés, els tensioactius amb PFAS formaven una capa flotant a les cubetes de cromat i s’empraven per suprimir les emissions gasoses de crom hexavalent, compostos orgànics volàtils i altres contaminants, que després eren arrossegats als banys d’esbandida i als sistemes de clavegueram sanitari i pluvial i d’allà es filtraven als aqüífers subterrànies.

El cabal de l’efluent a tractar va ser de 6000 galons per dia, i l’objectiu del tractament consistia a aconseguir una descàrrega a abocament zero, alhora que s’obtenia un condensat de qualitat suficient com per ser reutilitzada en el procés industrial. Condorchem Envitech, va recomanar un procés basat en l’evaporació al buit, utilitzant un equip evaporador Envidest MVBR FF de pel·lícula descendent i circulació forçada, mitjançant compressió mecànica de vapor.

Aquesta tecnologia optimitza l’intercanvi de calor amb el qual s’aconsegueix un important estalvi en el consum d’energia. El procés també permet la descàrrega automàtica i el sistema de buit de l’evaporador amb neteja automàtica dins del propi evaporador.

Tratamiento de efluentes con PFAS

Els sistemes d’evaporació poden integrar-se com a part d’una solució completa per eliminar aquests contaminants i concentrats, alhora que es recupera aigua neta per reutilitzar i garanteix que les empreses compleixin amb aquestes estrictes regulacions ambientals.

Condorchem Envitech és una empresa d’enginyeria ambiental amb més de 25 anys d’experiència en la indústria de l’aigua, en particular, especialitzada en tecnologies de concentració per tractar els corrents d’aigües residuals més difícils.

Un dels principals beneficis dels equips de Condorchem és el fet que, com cada aplicació és diferent, CE té completa flexibilitat amb el seu estudi i disseny. La idea és proporcionar una solució completa per a cada problema d’efluents.

Per als dissenys de Condorchem es tenen en compte qüestions com l’espai intern per a l’aplicació, dies de funcionament, el cabal i la varietat de vessaments a tractar.

Condorchem Envitech té més de 400 projectes a tot el món, més de 200 aconsegueixen la descàrrega zero de líquids. L’objectiu és sempre donar la millor solució tècnica al preu més ajustat, amb la millor qualitat en els seus equips.

Resum

Les PFAS s’han utilitzat des dels anys 50. La producció de PFOS es va iniciar el 1948, i fins a l’any 2000 aquest compost s’ha estat utilitzant en grans quantitats, tant per generar líquids inerts de baixa tensió superficial, com per a superfícies sòlides amb propietats específiques.

Aquestes substàncies són molt resistents a la degradació i per això útils en processos en què s’utilitzen altes temperatures o que estan en contacte amb bases o àcids forts. Però és a causa d’aquesta resistència que s’han acumulat al llarg del temps i són causa d’una alta perillositat tant a nivell mediambiental com per als éssers humans.

Es van dur a terme estudis amb animals que van demostrar que és un contaminant global, persistent i acumulatiu, els nivells del qual poden ser preocupants en un futur proper. Això va generar una gran alerta en la comunitat i va posar en alerta les diferents agències reguladores.

A les tradicionals solucions econòmicament viables de la separació de les PFAS amb membranes d’osmosi inversa (RO), adsorció en carbó actiu granular (GAC) i separació amb resines d’intercanvi iònic (IX), s’hi han unit altres com la evaporació al buit, que permeten concentrar més els residus d’aquests contaminants, a uns costos d’implementació i explotació competitius.

Referències bibliogràfiques i informació a Internet

https://espanol.epa.gov/espanol/informacion-basica-sobre-pfas

http://www.newmoa.org/events/docs/241_213/CrimiPFASWebinarDec2106.pdf

https://www.tekcrispy.com/2018/10/10/solucion-tratar-aguas-pfas/

https://es.wikipedia.org/wiki/Sustancias_perfluoroalquiladas

    Interessat en aquesta solució?