Långa kolkedjor inom PFAS

PFAS är en grupp högfluorerade ämnen som finns i tusentals olika varianter. Gemensamt för dem är den starka bindningen mellan kol och fluor, vilket gör dem mycket svårnedbrytbara i miljön. Men alla PFAS är inte likadana. En central skillnad handlar om längden på kolkedjan – det vill säga hur många kolatomer som ingår i molekylens ryggrad.

När man talar om långkedjiga PFAS avses vanligtvis ämnen där perfluoreringsdelen består av åtta eller fler kolatomer, som PFOA och PFOS. Dessa har länge använts i allt från brandsläckningsskum till ytbehandling av textilier och livsmedelsförpackningar.

PFAS omfattar tusentals ämnen med varierande kemiska strukturer, och kolkedjans längd har stor betydelse för hur de beter sig i vattenmiljöer och hur de kan renas. Långkedjiga PFAS (≥ C8 för karboxylater och ≥ C6 för sulfonater) skiljer sig tydligt från kortkedjiga varianter vad gäller toxicitet, mobilitet och reningsbarhet.

Varför är långa kolkedjor problematiska?

De långkedjiga PFAS-ämnena är särskilt problematiska ur miljö- och hälsosynpunkt. Anledningen är att de binder starkt till proteiner i blod och vävnader, och därför ansamlas i kroppen över tid. De är också mer benägna att bioackumuleras i näringskedjan jämfört med de kortkedjiga varianterna. Forskning har visat kopplingar till flera negativa hälsoeffekter, exempelvis påverkan på immunsystem, lever och reproduktionsförmåga.

I miljön är de långkedjiga PFAS mer benägna att binda till partiklar och organiskt material, vilket gör att de kan lagras i mark och sediment under mycket lång tid.

Skillnaden mot kortkedjiga PFAS

För att minska riskerna har många långkedjiga PFAS förbjudits eller fasats ut. De har i stor utsträckning ersatts av kortkedjiga varianter, med sex eller färre kolatomer. Dessa är i regel mer vattenlösliga och sprids därför lättare i mark- och grundvatten. Även om de inte bioackumulerar på samma sätt som de långkedjiga, är de fortfarande mycket svårnedbrytbara.

Vad innebär det när man ska rena vatten?

För en beställare av vattenrening innebär detta att det inte räcker att enbart fokusera på de mest kända ämnena som PFOS och PFOA. Även kortkedjiga PFAS måste hanteras, men de långkedjiga är fortfarande viktiga att känna till – både på grund av deras allvarliga hälsoeffekter och för att de kan finnas kvar i mark och vatten långt efter att användningen upphört.

När det gäller rening är de långkedjiga PFAS i regel enklare att fånga upp än de kortkedjiga. Den starkare tendensen att binda till fasta material gör att långkedjiga ämnen ofta fastnar bättre i reningssteget, oavsett om man använder aktivt kol, jonbytarmedia eller membrantekniker.

Utmaningen ligger istället i att långkedjiga PFAS ofta förekommer tillsammans med kortkedjiga varianter. Därför måste en modern vattenreningslösning kunna hantera hela spektrumet av PFAS, och inte bara de ämnen som är lättast att avskilja. För upphandlingar innebär det att man behöver ställa krav på dokumenterad prestanda för både lång- och kortkedjiga PFAS.

Aakash Khanna från Swedish Hydro Solutions föreläser om PFAS-rening på Mistra TerraClean.

Adsorption på aktivt kol

Aktivt kol är en av de mest använda teknikerna för PFAS-rening. Här spelar kolkedjans längd en direkt roll:

• Långkedjiga PFAS adsorberas mer effektivt, eftersom deras hydrofoba delar interagerar starkare med kolytorna.
• Kortkedjiga PFAS passerar lättare igenom, eftersom deras högre vattenlöslighet minskar interaktionen med kolytorna.

För långkedjiga ämnen kan kolfiltrering därför fungera mycket bra, men för kortkedjiga krävs ofta betydligt större kolbäddar, tätare filterbyten eller kompletterande tekniker.

Jonbytarmaterial

Jonbytare bygger på elektrostatiska interaktioner. Sulfonatgruppen (–SO₃⁻) i PFAS har en stark negativ laddning, vilket gör sulfonaterna – och särskilt de långkedjiga – mycket mottagliga för anjonbyte. Karboxylatbaserade PFAS (–COO⁻) har en något svagare laddning, men även här ökar affiniteten med kolkedjans längd.

Resultatet är att långkedjiga sulfonater (som PFOS) ofta är de enklaste att avskilja med jonbytarmaterial. Kortkedjiga karboxylater (som PFBA och PFHxA) är däremot de mest utmanande.

Membranteknik

Vid membranfiltrering (t.ex. nanofiltrering eller omvänd osmos) är separationen mindre beroende av kolkedjans längd. Här spelar molekylstorlek och laddning större roll. Tekniken kan ge hög avskiljning av både lång- och kortkedjiga PFAS, men på bekostnad av höga driftkostnader och koncentratströmmar som behöver hanteras.