PFAS zijn zeepachtige verbindingen, die door hun structuurformule graag op het grensvlak van lucht en water of water en olie zitten. Hierdoor gedragen ze zich dus anders dan andere verontreinigingen. Daarnaast zijn er zeer veel verschillende PFAS-verbindingen die zich ook verschillend kunnen gedragen. Het gedrag is afhankelijk van de het type PFAS en de milieuomstandigheden. Daarom gaan we op deze kennispagina kort in op de stofeigenschappen en het stofgedrag in de bodem.
Bronnen van PFAS
De bronnen van PFAS zijn zeer divers. Hierdoor is de manier waarop PFAS in de bodem terechtkomen verschillend en tref je het soms op onverwachte plekken aan. PFAS kunnen in de bodem terechtkomen door luchtdepositie – vanuit fabrieken en seaspray – of rechtstreeks – door toepassingen van producten, bv. brandblusschuim, via lekkages bij productieprocessen of door ongelukken met chemicalien.
Veel verschillende verbindingen
Er bestaan veel verschillende PFAS verbindingen. Werd er in 2011 nog uitgegaan van enkele honderden PFAS (Buck et al., 2011), met de nieuwe definitie uit 2021 (Wang et al, 2021). is de groep gegroeid tot meer dan 7 miljoen stoffen (Schymanski, 2023). De klassieke PFAS verbindingen (28-30) die in de bodem worden gemeten (zie kennispagina: PFAS bodemonderzoek) zijn moleculen met een gefluoreerde staart en een negatief geladen kop. Deze verbindingen zijn niet vluchtig, maar verspreiden zich wel makkelijk via het grondwater. Daartegenover staan de vluchtige PFAS (bijvoorbeeld koelmiddelen), bestaan ook niet vluchtige stoffen zoals polymeren (bijvoorbeeld Teflon), en vele verbindingen er tussenin elk met zijn eigen eigenschap.
Kenmerken PFAS
PFAS hebben altijd minimaal één volledig gefluoreerd koolstofatoom (Wang et al., 2021). Deze C-F binding (koolstof – fluor) is één van de sterkste bindingen in de organische chemie, en daardoor zeer stabiel. De meest bekende PFAS hebben een keten van meerdere volledig gefluoreerde koolstofatomen. Dit is de hydrofobe staart, het waterafstotende deel van het molecuul. De meeste PFAS hebben daarnaast een hydrofiele kop, dit is het deel van het molecuul dat graag in water gaat zitten. Door deze hydrofobe én hydrofiele eigenschappen bevinden PFAS-moleculen zich graag op grensvlakken van bijvoorbeeld lucht en water. Dit is ook waarom PFAS veel zijn gebruikt in brandblusschuim of als damponderdrukker bij chroomverwerking; er wordt een afdekkende laag gevormd.
Gedrag van PFAS
Het gedrag van PFAS is vooral afhankelijk van de lengte van de koolstofketen (Wang et al., 2021). Over het algemeen geldt; hoe korter de verbinding, hoe beter oplosbaar, hoe minder het aan de bodem bindt en hoe sneller het door de bodem verspreidt. De langere PFAS, zoals bijvoorbeeld PFOS en PFOA, verspreiden in het milieu minder snel dan de korte PFAS. Het zijn echter nog steeds mobiele verbindingen wanneer ze vergeleken worden met andere PBT-stoffen (persistent, bioaccumulatief en toxisch). Vanwege de hoge mobiliteit van PFAS kunnen verontreinigde grondwaterpluimen van vele kilometers lang ontstaan.
Binding aan de bodem
PFAS kunnen op verschillende manieren aan de bodem binden (ITRC, 2023):
- Binding aan organische stof. Net als andere organische verbindingen binden PFAS aan organische stof in de bodem, dit is op basis van hydrofobe sorptie. Hoe langer de hydrofobe staart van de PFAS-verbinding, hoe meer het aan organische stof bindt. Korte PFAS binden daardoor vrij slecht aan organische stof (en aan de bodem).
- Elektrostatische sorptie, door . Dit is op basis van de lading van de moleculen. De meest bekende PFAS moleculen zijn anionen. Dit zijn negatief geladen moleculen die aan positief geladen mineralen kunnen binden. PFAS kunnen ook positief geladen (kationen), neutraal, of zwitterionisch zijn (zowel positief als negatief geladen). In de bodem bevinden zich allerlei stoffen met verschillende typen lading, zoals ook zuren en basen, de pH heeft daardoor ook invloed op de sorptie van PFAS.
- Binding aan het lucht-water oppervlak, dit is een belangrijk sorptiemechanisme in de onverzadigde zone en specifiek voor PFAS. Dit wordt hieronder nader toegelicht.
Lucht-water adsorptie
Wat vooral bijzonder is aan PFAS, is het gedrag in de onverzadigde zone. Doordat PFAS zich graag op het grensvlak lucht/water bevinden, vindt er in de onverzadigde zone een zeer sterke interactie met de bodem plaats. Dit komt doordat in de vochtige bodem veel lucht/water grensvlakken aanwezig zijn. Deze binding kan wel tien keer hoger zijn dan de sorptie aan organische stof of minerale delen van de bodem. Onder licht vochtige omstandigheden is de sorptie zeer sterk. Wanneer de bodem vervolgens weer nat wordt is de sorptie laag en spoelt de verontreiniging makkelijk mee met het water. Bij wisselende grondwaterniveaus en preferente stroombanen in de bodem speelt dit een grote rol in het verspreidingsgedrag van PFAS.
PFAS zijn persistent
PFAS zijn persistent in het milieu, ze worden dus niet afgebroken. Sommige PFAS kunnen echter wel in het milieu omgezet worden, maar worden daarbij omgezet tot andere PFAS verbindingen die niet afbreekbaar zijn (zoals bv. PFOS en PFOA). Daarom worden deze PFAS-verbindingen precursors genoemd. Ze worden onder andere veel gevonden bij locaties waar PFAS-houdend schuim is gebruikt, maar ook bijvoorbeeld bij waterafstotend textiel en papier. De meeste precursors worden niet met het standaard analysepakket geanalyseerd, waardoor we ze niet waarnemen. Om ze te meten bestaan er aanvullende analysemethoden (zie Kennispagina: PFAS bodemonderzoek). Ze kunnen in het milieu wel verspreiden en afbreken naar PFAS verbindingen die wel standaard worden gemeten.
Lage concentraties
We meten PFAS-concentraties in een factor 1.000 lager dan andere verontreinigingen (ng/l i.p.v. µg/l). Door deze lage concentraties is PFAS moeilijker meetbaar, zijn analyses gevoelig voor achtergrond concentraties en contaminatie bij handelingen, en is het gedrag van PFAS nog moeilijk te voorspellen.
Links en rapporten
- Buck et al., 2011. Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances in the environment: Terminology, classification, and origins.
- Wang et al., 2021. A New OECD Definition for Per- and Polyfluoroalkyl Substances.
- Schymanski et al, 2023. Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in PubChem: 7 Million and Growing
- ITRC, 2023. Environmental Fate and Transport Processes.
Dit stuk is tot stand gekomen in samenwerking met:
