An assessment of thermal desorption as a remediation technique for per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in contaminated soil | En utvärdering för termisk rening av jord förorenad av per- och polyfluoralkylsubstanser (PFASs)

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are a diverse group of persistent organic pollutants. PFASs have a wide area of applications such as stain repellent for paper, textile, furniture and industrial products such as aqueous film forming foams (AFFFs) used for firefighting. However, during production, usage and disposal, PFASs can be released into the environment and can therefore be a threat to humans and the ecosystems. Thus, it is important to develop soil remediation techniques for PFASs. The aim of this thesis has been to evaluate if thermal desorption can be used as a remediation method for PFASs-contaminated soil. The idea of thermal desorption is to vaporize the PFASs by high temperature, extract the PFASs from the soil by vacuum pumping and then trapping the PFASs into an air filter. The air filter can then be removed and incinerated at a high temperature to degrade PFASs. The thermal desorption has been performed in an oven at various temperatures (i.e. 150 °C, 250 °C, 350 °C, 450 °C and 550 °C) during time periods of 15 min, 45 min and 75 min for clay soil, loamy sand soil and a mixed soil from Arlanda airport. After the thermal desorption the PFASs have been extracted in methanol and then measured with an Ultra-performance liquid chromatography tandem mass-spectrometer (UPLC-MS/MS). The results show that the method is a success. 6 of 14 PFASs in the soil from Arlanda airport and all PFASs in the clay soil and the loamy sand soil reached a removal efficiency above 90 %. The results also show that all PFASs in all soils have been desorbed below the guide line value for perfluorooctane sulfonate (PFOS) for less sensitive land use, 3 mg/kg dw, given by Swedish Geological Institute (SGI). All samples have reached this limit above thermal desorption in 450 °C with treatment time 75 min.

Per- och polyfluoralkylsubstanser (PFASs) är en stor grupp av svårnedbrytbara organiska föroreningar. I polyfluoralkylsubstanser har minst en fluoratom ersatt en väteatom, medan alla väteatomer har ersatts med fluoratomer i perfluoralkylsubstanser. Den starka klor-fluorbindningen som uppstår gör dem oerhört resistenta mot nedbrytning. PFASs kan bioackumulera i organismer och vissa PFASs har visat toxiska effekter på människor. Brandskum av typen AFFF (Aqueous Film Forming Foam) innehåller PFASs och används på flygplatser för att släcka bränslebränder, flygplatserna är därmed punktkällor för PFASs. På grund av att PFASs används i brandskum lakas det ut i marken och kommer följaktligen i kontakt med grundvattnet. När PFASs kontaminerat grundvattnet är det risk för att dessa föroreningar hamnar i våra vattenkranar då många akviferer används som dricksvattenkällor. Det är därmed viktigt att utvärdera marksaneringstekniker för PFAS för att förhindra ytterligare spridning. Syftet med denna studie är att utvärdera om termisk desorption kan användas som en saneringsmetod för mark förorenad av PFASs. Saneringsmetoden har visat sig framgångsrik på andra föroreningar såsom polyklorerade bifenyler (PCB) och polycykliska aromatiska kolväten (PAH). Den termiska desorptionen går ut på att hetta upp PFASs ända till att ämnena förångas. Då kan föroreningen extraheras från jorden genom vakuumpumpning och koncentreras i ett filter. Filtret avlägsnas sedan och förbränns i hög temperatur. I det här experimentet har jordarna frystorkats och homogeniserats innan den termiska desorptionen utfördes. Den termiska saneringen har genomförts i ugnar som har kunnat värma upp till åtminstone 550 °C. Proverna har därefter genomgått en upparbetningsprocess för att mäta de resterande mängderna av PFASs. Efter det har proven analyserats i en vätskekromatograf kopplad till en masspektrometer (UPLC MS/MS) för att se hur mycket PFASs som var kvar i de termiskt behandlade jordproverna. Resultaten visade att för alla PFAS-ämnen i alla tre jordar, hade den termiska reningen lyckats sanera föroreningarna till en nivå som ligger under riktvärdena från Sveriges Geotekniska institut (SGI) för mindre känslig markanvändning för PFOS. I sandjorden (Högåsa) och lerjorden (Vreta kloster) hade alla PFASs nått en reningsgrad över 90 % över 450 °C efter 75 minuter. För jorden från Arlanda var saneringen inte lika framgångsrik, 6 av 14 ämnen blev sanerade till över 90 % för 550 °C efter 75 minuter. Slutsatsen är därför att metoden fungerar.