PFAS - Spridningsvägar i miljön

Details

Last Updated: Friday, 15 September 2023 17:40

Published: Monday, 24 April 2023 15:25

PFAS kan sprids i miljön via vatten, luft och partiklar. Spridningsvägarna beror på den enskilda PFAS specifika fysikaliska och kemiska egenskaper men även på källområdets egenskaper. PFAS kan tas upp i växter och biota. I biota kommer långkedjiga PFAS att bioackumuleras i organismer och biomagnifieras i näringskedjan.

Långa PFAS-kedjor fastläggs lättare i jord och till organiskt kol än kortare kedjor, vilket innebär att platsens specifika förutsättningar och egenskaperna hos de specifika PFAS till stor del avgör hur PFAS kommer spridas i miljön (KEMI PM 1/21).

Atmosfärisk deposition med nederbörd

Den omfattande produktionen och användningen av PFAS har lett till global spridning. Studier visar att torr- och våtdeposition är viktiga transportvägar för PFAS och är särskilt betydande i icke urbana miljöer (Björnsdotter et al. 2022; Filipovic et al. 2015; Johansson et al. 2018).

Källorna till förekomsten av PFAS i atmosfären varierar och kan bland annat vara utsläpp från industriell tillverkning av PFAS samt fluorpolymerer, deponier (Titaley et al. 2023), eller ofullständig förbränning av PFAS innehållande material som innebär att flyktiga PFAS som fluortelomeralkoholer (FTOH) samt fluorgaser sprids till atmosfären. FTOH och fluorgaser kan vidare omvandlas till perfluorerade karboxylsyror (PFCA) i naturen (Ellis et al. 2004). Ny forskning visar att PFAS anrikas i vattenytan i sjöar och hav (Schaefer et al. 2022) och när vågor bryter bildas havssprayaerosoler (luftburna vattenpartiklar) som sprids med vinden. På grund av anrikning av PFAS i vattenytan kan havssprayaerosoler potentiellt vara en avsevärd spridningsväg av PFAS till atmosfären (Sha et al. 2022).

PFAS persistens gör att de kan transporteras långväga i luft från den ursprungliga källan, för att via atmosfärisk deposition tillföras områden som är tämligen orörda (Filipovic et al. 2015). Tillförsel av PFAS via atmosfärisk deposition kan ligga till grund för de bakgrundshalter av PFAS som mäts i ytvatten, grundvatten och jord i både urbana miljöer och områden utan tydlig mänsklig påverkan.

I Sverige uppmäts PFAS i låga halter i ytlig jord provtagen i områden utan påverkan av punktkällor för PFAS-föroreningar, så kallade bakgrundspåverkade områden. Spridning till dessa områden sker med atmosfärisk deposition. Förekomsten domineras av långkedjiga PFAS som PFOS (Sörengård et al 2022). Kortkedjiga PFAS återfinns mindre i bakgrundspåverkade jordar, trots att de har högre benägenhet att spridas genom luften- Detta beror på deras höga löslighet i vatten och låga fastläggningsförmåga i jord, dock påträffas de i grundvatten.

Jord

I marken finns det även faktorer, utöver PFAS specifika egenskaper, som avgör hur snabbt fastläggning eller spridning sker. Dessa är faktorer som jordens kornstorleksfördelning, dvs. jordart, och jordens innehåll av organiskt material samt kemiska egenskaper som pH, laddningar på mineraler och förekomst av metaller. En tätare jordart leder till långsammare spridning av PFAS till grundvatten men desto snabbare spridning via ytlig dränering till omgivningen (KEMI PM 1/21). Trots att PFAS är relativt vattenlösliga kan markens egenskaper göra att höga halter av exempelvis PFOA och PFOS kan finnas kvar i ett källområde under lång tid.

Fastläggning av PFAS till olika jordarter/mineraler har studerats i detalj och sker via två primära processer: 1) adsorption till organiskt kol via hydrofoba interaktioner och 2) elektrostatiska interaktioner på mineralytor (Adamson et al. 2020; Hearon et al. 2022; Higgins och Luty 2006). Beroende på vilken jordart som undersöks kan det relativa bidraget från processerna ovan påverka fastläggning och spridning.

PFOA och PFOS, som är anjoner under vanligt förekommande pH-förhållanden i naturen repelleras i jordarter som domineras av negativt laddade mineraler. Förändringar i pH kan påverka dessa elektrostatiska mekanismer genom att ändra ytladdningar när protoner bildar ett positivt lager på den negativa mineralytan (eller möjligen att PFAS molekyler som är anjoniska blir mer neutrala vid väldigt låga pH). Som ett resultat har lägre pH-värden i jord visat sig öka fastläggningen av anjoniska PFAS (Campos Pereira et al. 2018).

En annan viktig egenskap för fastläggning är andelen organiskt kol i jord. Studier har visat att andelen organiskt kol i jord (TOC) korrelerar positivt med en ökad fastläggningsförmåga av PFAS där långkedjiga PFAS har starkare fastläggningsförmåga än kortkedjiga. I de flesta minerogena jordarter återfinns högst halt organiskt kol ytligt, och sjunkande halt med djupet (Jia et al. 2017). Vid AFFF-förorenade områden följer PFAS-halterna detta mönster, där påträffas oftast högst halter av PFAS i ytlig jord och sjunkande halter med djupet. En sammanställning av fler än 30 000 jordprov visar att detta är ett återkommande mönster (Brusseau et al. 2020).

I studier utförda på PFAS-förorenade våtmarker har PFAS uppmätts i hela våtmarken (Arslan och Gamal El-Din 2021). En anledning till detta är den höga halten organiskt material i våtmarker vilket gör att PFAS fastläggs. Genom utbyte av vatten med omgivningen kan våtmarker fungera både som sänkor och källor av PFAS till angränsande miljö.

I en större genomgång av PFAS fördelningskoefficienter mellan vatten och jord, kallade Kd-värden, visar (Li et al. 2018) att det råder stora skillnader mellan fältstudier och laboratoriestudier. Vidare visar författarna att halten av organiskt kol (TOC) enkom inte kan beskriva PFAS-fastläggning i jord. I studien visas att både pH och innehåll av lera bör beaktas för att förstå fördelningskoefficienterna. Vidare har förekomst av medföroreningar som non aqueous phase liquids (NAPL) i källområden visat en ökad fastläggning av PFAS (Glubt och Brusseau 2021).

I jordar som inte innehåller höga halter organiskt kol kommer andra faktorer att dominera fastläggning av PFAS. PFAS ytegenskaper gör att de ansamlas i luft-vatten-gränssnittet (Li et al. 2022). PFAS fastläggning i detta gränssnitt kan innebära att exempelvis PFOS, beroende på markens egenskaper, kan återfinnas i källområdet under lång tid trots att ämnet är lättlösligt.

Vid brandövningsplatser med hårdgjorda ytor av betong eller asfalt har förhöjda halter av PFAS uppmätts i ytan (Srivastava et al. 2022; Thai et al. 2022). Till skillnad från jord är hålrummen betydligt tätare i betong och asfalt, vilket gör att PFAS som tränger in i betongen adsorberas på ytor så den vertikala spridningen begränsas. Thai et al 2022 analyserade betong från brandövningsplatser och högst koncentrationer påträffades runt en till tio centimeter från ytan. Vilket visar att PFAS sakta migrerar genom betongen och är koncentrationerna höga kan betongen bli en källa, därför genomförde de också ett experiment som simulerar nederbörd på betongen och resultaten visade att i storleksordningen ca 200 µg/m² PFOS läckte ut med regnvattnet vid ett skyfall på 60 mm på en timme från en betong med ca 7 000 µg/kg PFOS. Resultaten indikerar att betong vid brandövningsplatser kan vara en pågående sekundär källa av PFAS över lång tid (Thai et al. 2022).

Vatten

Hur olika PFAS sprider sig från jord till yt- och grundvatten styrs bland annat av hur genomsläpplig jorden är, hur vattenlösligt ämnet är och hur väl ämnet binder till partiklar i jorden. Hur jordlagerföljden ser ut på platsen spelar därför en avgörande roll för hur snabbt PFAS sprids. Ju genomsläppligare och tunnare jordlager desto snabbare sker spridningen av PFAS från mark till grundvatten. När föroreningen nått grundvattnet kan den spridas vidare till andra områden via grundvattenflödet. I områden med mäktiga lerlager sker den huvudsakliga transporten via ytvattendrag och dräneringar, som kan leda till snabb transport över långa sträckor.

På grund av kemiska fastläggningsprocesser sker normalt föroreningsspridningen långsammare än grundvattnets flödeshastighet. För PFAS med långa kol-fluorkedjor ökar bindningen till markens partiklar, vilket minskar vattenlösligheten. Korta PFAS kommer därför att laka till grundvattnet i större utsträckning, och spridas snabbare än långkedjade. Fördelningen av olika PFAS i ett vattenprov kan i vissa situationer användas för att påvisa dess koppling till föroreningskällan eller för att bedöma om hur långt transporterats. Längre bort från föroreningskällan kan andelen korta PFAS förväntas öka.

Terrängens lutning och de grundvattenförande lagrens genomsläpplighet avgör hur snabbt grundvattnet rör sig. Jordens genomsläpplighet är även avgörande för hur stor andel av den totala föroreningstransporten som kan förväntas ske via grundvatten respektive ytvatten. Om markytan har låg genomsläpplighet rör sig utsläppet på ytan, om den har hög genomsläpplighet rör sig vätskan nedåt. I jordarter med hög genomsläpplighet (sand och grus) sker föroreningstransporten främst via grundvattnet, medan jordarter med låg genomsläpplighet (lera och silt) i stor utsträckning avvattnas via ytvattendrag och diken. I moränterräng avtar genomsläppligheten mot djupet, varför det ytliga grundvattnet transporteras mycket snabbare än det djupare. Även tillfälliga mättade flöden ovanför grundvattennivån, som exempelvis kan uppstå vid användning av stora mängder släckvatten samt vid långvarig nederbörd, påverkar spridningen med grundvatten.

Vid brandövningsplatser med hårdgjorda ytor sker majoriteten av spridningen med ytavrinning. Som exempel kan nämnas Tullinges flygplats, där grundvattentransporten var i nordlig riktning medan ytavrinningen skedde via dränering i sydvästlig riktning.

Sediment

I sjöar och vattendrag kommer PFAS delvis fastläggas på partiklar som slutligen hamnar på recipientens botten. Det finns olika typer av sedimentbottnar som; erosionsbottnar, transportbottnar och ackumulationsbottnar. Studier har utförts där man studerat bland annat PFAS i kustnära sediment (SGU Rapport 2022:16) och i utsjösediment (SGU Rapport 2022:08). I undersökningar i Vänern (SGU Rapport 2021:21) och i Mälaren (NIRAS 2019) visades att PFAS, liksom de flesta övriga föroreningar, främst ansamlas i ackumulationsbottnarna.

På samma sätt som för jord är det sedimentens egenskaper som styr hur fastläggningen av PFAS ser ut. Generellt sett är det de längre PFAS-kedjorna som fastläggs. I marina vatten är salthalten en parameter som kommer öka PFAS fastläggning till sediment genom den så kallade ”salting out-effekten” (Li et al 2022). Andra parametrar som är viktiga är halten organiskt kol som är direkt kopplad både till bottentypen och redoxförhållandena.

Sediment kan även fungera som en sekundär källa för PFAS vid till exempel nedbrytning av organiskt material som har PFAS fastlagt till sig eller vid ändrade flödesförhållanden i sjöar och vattendrag. Men den kommer också vara den slutgiltiga sänkan av PFAS i miljön i ackumulationsbottnar.