uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Mass flows of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in a Swedish wastewater network and treatment plant
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Massflöden av per- och polyfluoralkylerade substanser (PFAS) i ett svenskt ledningsnät och reningsverk (Swedish)
Abstract [en]

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are man-made substances that hold unique properties. They are not only oil- and water repellants but also very resistant to degradation. Due to these properties, the applications are endless and PFASs can be found in a wide range of industrial applications and commercial products. The effluents of wastewater treatment plants (WWTPs) have been pointed out as one of the major sources of PFASs in the environment.

The main aim of this project was to evaluate the sources and the occurrence of PFASs in a wastewater network in a Swedish city and in the different treatment steps at the connected WWTP. Another objective was to use these data to calculate mass flows and to investigate the fate of PFASs within the WWTP. The city of Uppsala and the WWTP Kungsängsverket were selected as study objects. Both wastewater and sludge were sampled and analyzed. In the wastewater network, a total of 15 pumping stations (PSTs) were sampled for wastewater, and at the WWTP, a total of 10 wastewater and 10 sludge samples were taken. The samples consisted of grab samples (n = 24), time-integrated samples (100 mL every 20 min during 24 hours, n = 2) and flow proportional samples (24 hours, n = 9). The aqueous and sludge samples were prepared for analysis using solid-phase and solid liquid extraction, respectively, and then analyzed by liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC/MS/MS).

The PFAS concentrations and composition profiles varied greatly in the network. High concentrations of 6:2 fluorotelomer sulfonate (6:2 FTSA) were generally found in the wastewater, which indicates increased usage of 6:2 FTSA in industrial processes and applications as replacement for perfluorooctane sulfonate (PFOS) and/or leaching from fire-training sites. A hot spot was detected (Sågargatan PST: ΣPFAS = 55,000 ng L-1 = 110,000 mg d-1) with elevated discharges of C3 – C8 perfluoroalkyl carboxylates (PFCAs).

The studied WWTP was ineffective in removing C4, C6, C8 perfluoroalkyl sulfonates (PFSAs), C3 – C8 PFCAs and 6:2 FTSA from wastewater. Longer chained C9 – C17 PFCAs tended to partition to sludge more effectively than shorter chained C3 – C8 PFCAs, where PFCAs with an even amount of perfluorated carbon atoms had a higher affinity for sludge than those with an odd amount. The PFAS concentrations and mass flows tended to increase across the second clarifier in both wastewater and sludge, probably due to precursor degradation.

PFSAs and PFCAs tended to be at similar or lower concentrations in the effluent compared to the influent. This shows that these substances enter the WWTP from an upstream source and are not formed or added in the WWTP. The transformation of precursors is therefore not the most important source of PFASs in Kungsängsverket. PFASs in wastewater at a large scale municipal WWTP may origin to a large extent from both industrial applications and domestic sources, such as daily life products. The new knowledge generated within this project will help Uppsala Vatten to protect drinking water supplies and the receiving aquatic environment from PFAS contamination. 

Abstract [sv]

Per- och polyfluoroalkylerade substanser (PFAS) är konstgjorda ämnen som har unika egenskaper. De är inte bara fett- och vattenavvisande utan är även mycket resistenta mot nedbrytning. På grund av dessa egenskaper är applikationerna med PFAS oändliga, och de används i en lång rad industriella applikationer och kommersiella produkter. Renat vatten från avloppsreningsverk har pekats ut som en av de största källorna av PFAS i miljön.

Syftet med det här projektet var att undersöka källorna och uppkomsten av PFAS i ett ledningsnät i en svensk stad och även före/efter de olika reningsstegen i det största reningsverket. Ett annat mål var att använda dessa data för att beräkna massflöden och att studera ödet för PFAS i reningsverket. Uppsala stad och reningsverket Kungsängsverket valdes som studieobjekt. Både avloppsvatten och slam provtogs och analyserades. I ledningsnätet provtogs totalt 15 pumpstationer (PST) med avseende på avloppsvatten och i reningsverket togs det totalt 10 avloppsvatten- och 10 slamprover. Proverna bestod av stickprover (n = 24), tidsintegrerade prover (100 mL var 20 min under 24 timmar, n = 2) och flödesproportionerliga prov (24 timmar, n = 9). Vatten- och slamproverna preparerades för analys med hjälp av fastfas- respektive fast-vätske-extraktion, och analyserades därefter med vätskekromatografi kopplat till tandem-mass-spektrometri (LC/MS/MS).

PFAS koncentrationerna och sammansättningsprofilerna varierade mycket i ledningsnätet. Koncentrationerna av 6:2 fluorotelomersulfonsyra (6:2 FTSA) var generellt höga i avloppsvattnet, vilket tyder på en ökad användning av 6:2 FTSA i industriella processer och applikationer som ersättningssubstans för perfluorooktansulfonsyra (PFOS) och/eller urlakning från brandövningsplatser. En så kallad hot spot detekterades i ledningsnätet (Sågargatan PST: ΣPFAS = 55 000 ng L-1 = 110 000 mg d-1) med punktutsläpp av C3 – C8 perfluoroalkylerade karboxylsyror (PFCA).

Det studerade reningsverket var inte effektivt för rening av C4, C6, C8 perfluoroalkyl-sulfonsyror (PFSAs), C3 – C8 PFCAs och 6:2 FTSA. PFAS av typen C9 – C17 PFCA (långa kolkedjor) tenderade att fördela sig till slamfasen mer än C3 – C8 PFCA (kortare kedjor), där PFCA med ett jämnt antal perfluorerade kolatomer hade större affinitet för slam än de med udda. PFAS koncentrationerna och massflödena tenderade att öka från första till andra sedimentations-tanken, både i avloppsvatten och i slam, troligtvis som en följd av degradering av prekursorer.

PFSA och PFCA tenderade att ha likvärdiga eller lägre koncentrationer i ut- jämfört med inflöde. Detta tyder på att huvudkällorna för dessa substanser i avloppsvatten finns uppströms och uppkommer inte genom bildning eller tillsats i reningsverket. Nedbrytning av prekursorer är därför inte den viktigaste källan av PFAS i Kungsängsverket. Det visades tydligt att PFAS i ett kommunalt avloppsvatten kan ha sitt ursprung såväl i både industriella produkter och processer som produkter från hushåll, som t.ex. dagligvaruprodukter. Den nya kunskapen som genererats i detta projekt kommer att hjälpa Uppsala Vatten att skydda dricksvattentäkter och den mottagande akvatiska miljön för PFAS förorening.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 79 p.
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 16019
Keyword [en]
per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS, 6:2 FTSA, wastewater, wastewater network, wastewater treatment, WWTP, Uppsala, Kungsängsverket
Keyword [sv]
per- och polyfluoroalkylerade substanser, PFAS, 6:2 FTSA, avloppsvatten, ledningsnät, avloppsnät, avloppsvattenrening, reningsverk, Uppsala, Kungsängsverket
National Category
Other Earth and Related Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-298118OAI: oai:DiVA.org:uu-298118DiVA: diva2:944639
External cooperation
Uppsala Vatten och Avfall AB
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-06-30 Created: 2016-06-29 Last updated: 2016-06-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3484 kB)156 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3484 kBChecksum SHA-512
ae50bc99ad0235e0cac5912a7491a15b83c6e2e1ec1cb1710fb9c06b9708cfe2edbf4f26826b6f2a2441602ad24a812effcf22685e1aade496ae52e6d84e1746
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Earth Sciences
Other Earth and Related Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 156 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 573 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf