AUTORES
Tamzen Macbeth, PhD, PE, BCEE, es un experto en remediación reconocido internacionalmente.
Charles Schaefer Jr., PhD, es científico ambiental y director del Laboratorio de Investigación y Pruebas de CDM Smith
Traducido por WATERXPERT
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS, por sus siglas en inglés) son un grupo de agentes químicos que incluye PFOA, PFOS, GenX, y muchos otros agentes químicos.
Las PFAS se han fabricado y utilizado en una variedad de industrias en todo el mundo, desde la década de 1940.
De estos agentes químicos, el PFOA y el PFOS han sido los más producidos y estudiados.
Ambos son sumamente persistentes en el medio ambiente y en el cuerpo humano; es decir que no se degradan y pueden acumularse con el paso del tiempo.
Las PFAS pueden encontrarse en:
- Alimentos envasados en materiales que contienen PFAS, procesados con equipo que utilizó PFAS, o cultivados en tierra o con agua contaminados con PFAS.
- Productos domésticos comerciales, como telas repelentes de manchas y agua, productos antiadherentes (como Teflon), compuestos para pulir, ceras, pinturas, productos de limpieza y espumas para combatir incendios, etc.
- Lugares de trabajo, como plantas de producción o industrias (por ej., cromados, fabricación de productos electrónicos o recuperación de petróleo) que utilizan PFAS.
- Agua potable, comúnmente asociada a una planta específica (por ej., relleno sanitario, planta de tratamiento de aguas residuales, etc).
- Organismos vivos, como peces, animales y seres humanos, donde las PFAS pueden acumularse y persistir con el paso del tiempo.
Existe evidencia de que la exposición a las PFAS puede causar efectos perjudiciales a la salud humana.
Los estudios en animales de laboratorio indican que el PFOA y el PFOS pueden causar efectos adversos en los sistemas reproductivos e inmunitarios, así como en el desarrollo, y en órganos como el hígado y los riñones.
Ambos agentes químicos han causado tumores en los animales. Las averiguaciones más constantes son los mayores niveles de colesterol en las personas expuestas, con datos más limitados relacionados con:
- bajo peso al nacer,
- efectos en el sistema inmunitario,
- cáncer (en el caso de PFOA), y
- perturbación de la hormona tiroides (en el caso de PFOS).
Estas sustancias son algunas de las más difíciles de descomponer o destruir, debido a la fuerza del enlace carbono-flúor, el enlace más fuerte en química.
La mayoría de las tecnologías destructivas de PFAS requieren temperatura o presión extremas, condiciones cáusticas o aditivos químicos agresivos y consumen enormes cantidades de energía.
Actualmente, no se ha demostrado ninguna tecnología destructiva a gran escala para grandes volúmenes de agua contaminada.
Además, los proveedores de agua potable se han basado en tecnologías convencionales que utilizan adsorción, intercambio iónico o secuestro para separar y concentrar las PFAS en otros medios o flujos residuales
Sin embargo, esto plantea el riesgo de volver a liberar estos productos químicos «para siempre» al medio ambiente. Como tal, la destrucción es un paso crítico para resolver la crisis global de PFAS.
Hoy en día, las tecnologías de destrucción como la oxidación electroquímica (ECO), el plasma y la oxidación con agua supercrítica han demostrado capacidades para descomponer las PFAS.
Para integrar estas tecnologías prometedoras para el tratamiento del agua en el futuro, se necesitan trenes de tratamiento que primero separen y concentren el PFAS para reducir el volumen a fin de que estos (y otros) tratamientos destructivos sean viables.
Para abordar las necesidades urgentes de eliminar las PFAS de los suministros de agua potable, se han desarrollado métodos para evaluar, diseñar e implementar a gran escala tecnologías confiables como el carbón activado granular (GAC), el intercambio iónico (IX) y la ósmosis inversa (RO).
Sin embargo, estas tecnologías aún generan “rechazos” cargados de PFAS con volúmenes que a menudo no son prácticos para tratar con tecnologías destructivas.
Investigadores de la empresa CDM Smith han estado probando rigurosamente nuevas formas de separar y concentrar PFAS que se pueden usar junto con estos tratamientos convencionales o en lugar de ellos.
Una tecnología particularmente prometedora se basa en el uso de burbujas de aire para «eliminar» el PFAS del agua y convertirlo en espumas, que se condensan en soluciones de PFAS altamente concentradas. Esta tecnología ha logrado factores de concentración de 90.000 veces a escala completa y se están realizando optimizaciones para lograr factores de concentración de un millón de veces.
Las empresas EPOC Enviro y CDM Smith han estado probando de manera rigurosa el fraccionamiento de espuma de superficie activa (SAFF®) en un concepto de tren de tratamiento.
Recientemente completaron la primera aplicación piloto en EE. UU., tratando con éxito 265.000 galones de agua subterránea contaminada con PFAS y generando tres galones de concentrado de PFAS.
El concentrado ha sido enviado a laboratorio, donde está siendo tratado con el sistema ECO destructivo piloto.
Las tecnologías de destrucción prometedoras que han progresado de escala de laboratorio a planta piloto incluyen la ECO, plasma, UV reducción, hidrotermal y oxidación con agua supercrítica.
Estas tecnologías han tratado con éxito una variedad de muestras de agua altamente concentradas con PFAS y se consideran ideales para el tratamiento destructivo, de los siguientes:
- Concentrados de espuma formadora de película acuosa (AFFF)
- Agua subterránea dentro de áreas de origen de PFAS
- Rechazos de remediación (como aguas residuales generadas a partir de la regeneración de GAC o resina IX regenerable; fraccionamiento de espuma, lavado de suelos, concentrados de OI rechazados; etc)
- Oxidación electroquímica (ECO) de lixiviados vertedero
Los investigadores de estas empresas han demostrado que la ECO reduce las altas concentraciones de PFAS de manera efectiva, por lo general logrando reducciones del 90% al 99,999% en estudios de laboratorio y piloto.
El sistema ECO utiliza una celda electroquímica para generar una corriente eléctrica entre un ánodo reactivo y un cátodo (los electrodos).
El proceso degrada el PFAS a través de dos mecanismos:
• Oxidación anódica (electrólisis directa): el PFAS se adsorbe en la superficie del ánodo y se destruye directamente en el electrodo mediante una reacción de transferencia directa de electrones.
• Oxidación indirecta: se generan in situ fuertes radicales oxidantes y no selectivos (como hidroxilo, oxígeno, sulfato y carbonato) que reaccionan con el PFAS y lo descomponen en las reacciones líquidas a granel.
Debido a la gran demanda de tecnologías destructivas de PFAS, a menudo se promocionan apresuradamente sin demostrar una destrucción completa (p. ej., desfluoración) y sin confianza en que la tecnología pueda cumplir con los estrictos requisitos de descarga de efluentes.
La evaluación de una tecnología para una aplicación en particular debe incluir pruebas a escala piloto y de banco para demostrar la tecnología e incorporar la factibilidad económica en el proceso de selección.
Un enfoque cuidadoso garantizará que el sistema pueda cumplir con los volúmenes de tratamiento, las tasas y los criterios de descarga requeridos.
Los beneficios y las limitaciones de la tecnología deben discutirse con los proveedores de tecnología, e incluye:
• Demanda y eficiencia energética para lograr los objetivos de tratamiento deseados a la escala requerida para el sistema.
• Problemas de salud y seguridad.
• Requisitos de operación y mantenimiento y vida útil del sistema.
• Tamaño de los sistemas disponibles y factibilidad de operar sistemas a gran escala, si se requiere.
• Potencial de destrucción incompleta de los PFAS que resulta en la acumulación de productos intermedios fluorados que se generan pero no se pueden medir.
• Viabilidad de lograr requisitos de tratamiento estrictos.
• Eficacia en la destrucción de todos los productos químicos PFAS, incluidos los PFAS de cadena corta (que generalmente son más difíciles de tratar) y los precursores como fuentes de ácidos perfluoroalquílicos (PFAA).
• Generación de subproductos tóxicos (no PFAS), como perclorato o ácido fluorhídrico. Por ejemplo, se sabe que se forma perclorato durante el tratamiento de oxidación electroquímica debido a la oxidación agresiva del cloruro en el agua de alimentación.
Aunque el perclorato se puede abordar fácilmente, los sistemas de tratamiento deben tener en cuenta y tratar el perclorato en el proceso.
Como se puede observar la eliminación de los PFAS es un tema complejo que requiere de mayor investigación y desarrollo para poder alcanzar sistemas efectivos a escala real
WATERXPERT
