Trattamento ad osmosi inversa per acque sotterranee contaminate da PFAS: valutazione degli impatti ambientali attraverso la metodologia LCA

Abstract

Le sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) sono un ampio gruppo di composti antropogenici che hanno attirato particolare attenzione a causa dei loro ampi utilizzi e dell'elevata rilevazione nelle matrici ambientali, del potenziale di bioaccumulo, della persistenza e della tossicità. Prodotte negli anni '40, le PFAS sono state utilizzate globalmente per anni in una varietà di applicazioni, come surfattanti, schiume antincendio, rivestimenti antiaderenti e imballaggi per alimenti. L'uso diffuso delle PFAS è attribuito alle loro proprietà uniche, come la stabilità chimico-termica e la natura idrofobica-lipofila, principalmente conferite dal legame C-F, il più forte nella chimica organica. Soprannominate "Forever chemicals", la rilevazione delle PFAS nel ciclo idrico urbano (compresi acque reflue, fiumi, laghi, acqua potabile, acque piovane e acque sotterranee) è il risultato della degradazione dei prodotti di consumo, delle attività antincendio e degli scarichi degli impianti di produzione di fluorochimici. Il comportamento recalcitrante delle PFAS, insieme alle loro proprietà chimiche, pone sfide ai tradizionali processi di trattamento delle acque e delle acque reflue. Inoltre, gli impianti di trattamento delle acque esistenti devono conformarsi ai limiti recentemente stabiliti (ad esempio, la Direttiva Europea sull'Acqua Potabile EU 2020/2184). Poiché l'efficacia delle membrane ad alta pressione, compresa la tecnologia di osmosi inversa (RO), è stata dimostrata per la rimozione delle PFAS dalle acque contaminate, queste vengono sempre più utilizzate. Tuttavia, gli impatti ambientali di queste tecnologie e la gestione del concentrato (brine) risultante da esse rimangono incerti. Questa ricerca ha l'obiettivo di indagare gli impatti ambientali di un sistema di trattamento RO per separare le PFAS dalle acque contaminate da AFFF e di valutare soluzioni separate per la gestione del sottoprodotto del sistema (brine). Lo studio ha misurato tutti i compone

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are a large group of anthropogenic compounds that have gained particular attention due to their widespread uses and high detection in environmental compartments, potential bioaccumulation, persistence, and toxicity. Manufactured in the 1940s, PFAS have been used globally for years in a variety of applications such as surfactants, fire-fighting foams, grease-proof coatings, and food packaging. The widespread use of PFAS is ascribed to their unique properties, such as chemical-thermal stability and hydrophobic-lipophilic nature, mainly imparted by the C-F bond, the strongest in organic chemistry. Nicknamed “forever chemicals”, PFAS detection in the urban water cycle (including wastewater, rivers, lakes, drinking water, stormwater, and groundwater) is the result of consumer products degradation, firefighting activities, and discharges of fluorochemical manufacturing facilities. The recalcitrant behavior of PFAS along with their chemical properties poses challenges to conventional water and wastewater treatment processes. Furthermore, the existing water treatment plants have to comply with the newly established limits (e.g., European Drinking Water Directive EU 2020/2184). Since the effectiveness of high-pressure membranes, including reverse osmosis (RO) technology, has been proven for PFAS removal from contaminated water, they are increasingly being employed. However, the environmental impacts of these technologies as well as the management of brine resulting from them remain uncertain. This research aims to investigate the environmental impacts of a treatment system of RO to separate PFAS from AFFF-impacted water, and to evaluate separate solutions for managing the by-product of the system (brine). The study measured all components of the plant, including brine management, using LCA methodology and software Sima-Pro to evaluate the impacts of different scenarios. Additionally, shifting from non-renewable to renewable energy s