Long-term behavior of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) on contaminated agricultural sites in Germany

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 22. März 2025 !

Die Stoffgruppe der per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) umfasst mehrere tausend Einzelverbindungen. PFAS sind wasser- und fettabweisend und besitzen darüber hinaus eine hohe chemische sowie thermische Stabilität. Einige PFAS können in der Umwelt unter anderem zu perfluorierten Carboxylsäuren (PFCAs) und Sulfonsäuren (PFSA) abgebaut werden. Diese abbaubaren Verbindungen werden auch als Präkursoren bezeichnet. Die entstehenden PFCAs und PFSAs sind in der Umwelt jedoch persistent und können so auch in den entlegensten Umweltkompartimenten nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurden verschiedene Ackerböden aus dem Raum Rastatt/Mannheim beprobt, um in Laborversuchen das Freisetzungsverhalten von PFAS zu untersuchen. In ausführlichen Säulenversuchen konnte festgestellt werden, dass PFCA der Kettenlänge C4-C8 schnell mobilisiert und aus den Böden ausgetragen werden. Mit zunehmender Kettenlänge (PFCAs >C8) verlangsamt sich die Freisetzung und es verbleiben immer größere Anteile im Boden. So betrug die durchschnittliche Wiederfindung der C4-C8 PFCAs im Säuleneluat 104-111% (vollständige Austragung), während für die längerkettigen PFCAs die Wiederfindung auf 7% sinkt. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass bei C4-C8 PFCAs ab einem WF >4 die Konzentrationen im Eluat nicht weiter abfallen und sich ein relativ konstantes Konzentrationsniveau einstellt. Vermutet wird, dass dies möglicherweise auf den kontinuierlichen Abbau von Präkursoren in der Säule zurückführen ist, das zu dem anhaltenden Tailing der C4-C8 PFCAs führt. In den Langzeit-Monitoring-Daten aus BS-NRW konnte ein ähnliches Verhalten wie in den Säulenversuchen beobachtet werden. Auch dort wurden kontinuierliche PFCAs- und PFSAs- Austragungen beobachtet. Eine statistische Auswertung der Daten ergab saisonale Einflüsse auf das Austragungsverhalten der meisten Verbindungen. In Mikrokosmen-Versuchen (Batch-Tests) konnte die Produktion von C4-C8 PFCA aus Präkursoren nachgewiesen werden. Qualitativ ähneln die Verteilungsmuster aus den Batch-Tests den im Grundwasser hauptsächlich gefundenen PFAS. Es ist daher davon auszugehen, dass durch die Transformation der Präkursoren in den oberen Bodenschichten zu mobilen PFCA die Kontamination des Grundwassers verursacht wurde. Dies bedeutet, dass die Kontamination des Grundwassers mit PFCAs so lange anhält, bis das Reservoir an Präkursoren erschöpft ist.