Quantitative chemical risk assessment of per- and polyfluoroalkyl substances in soil improver made from wastewater sludge

Abstract

Per- og polyfluoralkylerte stoffer (PFAS) er kjemikaler som gir bekymring på grunn av deres persistens i miljøet og skadelige helseeffekter på levende skapninger. PFAS er brukt mye i produkter siden de kan avstøte både vann og olje. Når de ender opp i avløpsvann er de vanskelige å fjerne på grunn av deres kjemiske egenskaper og transformasjoner. Ved å bruke avløpsslam som jordforbedringsmidler, blir det en kilde til PFAS-forurensing i miljøet og levende skapninger.

Hensikten med denne masteroppgaven var å gjennomføre en kvantitativ kjemisk risikoanalyse (QCRA) for å vurdere risikoen fire PFAS har på miljøet og menneskehelse gjennom bruk av norsk avløpsslam som jordforbedringsmiddel. Før det ble konsentrasjon av PFAS bestemt ved å gjennomføre et eksperiment i en laboratorieskala pilot av biologisk fosforfjerning, som er en prosess for rensing av avløpsvann. Perfluoroktylsulfonat (PFOS), perfluorert oktansyre (PFOA), perfluorotetradecanoic acid (PFTeDA) og perfluoralkylsulfonamid (FOSA) ble tilsatt avløpsvann i to forskjellige konsentrasjoner. Den minste tilsettingen førte til PFAS-konsentrasjoner som stort sett fortsatt var høyere enn andre norske avløpsanlegg. Konsentrasjonene var lavest for FOSA mellom 1,88 og 7,04 ng/g, og høyest for PFOS mellom 9,62 og 20,65 ng/g.

Konsentrasjonen ble videre brukt for å utføre QCRA. For miljøet viste ingen av PFAS risiko i løpet av de 100 årene. For menneskers helse var PFOS i skadelige konsentrasjoner de første ni årene, mens PFOA hadde mulighet til å være skadelig det første året. For å redusere risikoen ble bade implementering av PFAS-forskrifter og PFAS-fjerning i avløpsrenseanlegg anbefalt for å få ned PFAS-konsentrasjonene i renseanlegg.

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are chemicals of concern due to their persistency in the environment and harmful health effects on biota. PFAS are widely applied in products since they can repel both water and oil. When they end up in wastewater, they are hard to remove due to their chemical properties and transformations. By using sludge from wastewater treatment plants (WWTPs) as soil improvers, it becomes a source for PFAS contamination in the environment and biota.

The purpose of this master thesis was to perform a quantitative chemical risk assessment in order to assess the risk four PFAS have on the environment and the human health through application of Norwegian sludge as soil improver. Before that, the concentration of the PFAS was decided by conducting an experiment in a laboratory-scaled pilot of an enhanced biological phosphorous removal process, which is a wastewater treatment process. Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), perfluorooctanoic acid (PFOA), perfluorotetradecanoic acid (PFTeDA) and perfluorooctane sulfonamide (FOSA) were spiked and added to wastewater in two different concentrations. The lower spiking gave PFAS concentrations that were mostly still higher than other Norwegian WWTPs. The concentrations were the lowest for FOSA between 1.88 and 7.04 ng/g, and the highest for PFOS between 9.62 and 20.65 ng/g.

The concentrations were further used for the QCRA. For the environment, none of the PFAS showed risk over a time span of 100 years. For human health, PFOS were in harmful concentrations during the first nine years while PFOA was possibly harmful the first year. For risk mitigation, both implementation of PFAS regulations and PFAS removal in WWTPs were recommended in order to get PFAS concentrations in WWTPs down.