Υπερφθοριωμένες και πολυφθοριωμένες αλκυλιωμένες ουσίες (PFAS) – Πηγές, παρουσία στο περιβάλλον και μέθοδοι επεξεργασίας

Στρομπούλα, Ελένη; Strompoula, Eleni

dc.contributor.author	Στρομπούλα, Ελένη	el
dc.contributor.author	Strompoula, Eleni	en
dc.date.accessioned	2020-12-08T17:14:31Z
dc.date.available	2020-12-08T17:14:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52387
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20085
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπερφθοριωμένες ουσίες	el
dc.subject	Πολυφθοριωμένες ουσίες	el
dc.subject	Υπόγειο νερό	el
dc.subject	Βιοσσυσώρευση	el
dc.subject	Μέθοδοι απορρύπανσης	el
dc.title	Υπερφθοριωμένες και πολυφθοριωμένες αλκυλιωμένες ουσίες (PFAS) – Πηγές, παρουσία στο περιβάλλον και μέθοδοι επεξεργασίας	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) - Sources, Occurrence and Remediation technologies	en
heal.classification	Υδάτινοι Πόροι και Μηχανική Περιβάλλοντος	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-08
heal.abstract	Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν ενταθεί οι ανησυχίες για την ανίχνευση όλο και περισσότερων νέων χημικών ουσιών στο νερό. Το υπόγειο νερό, το οποίο είναι η κύρια πηγή του πόσιμου νερού, τα τελευταία χρόνια έχει υποστεί σημαντική ποιοτική υποβάθμιση σε παγκόσμια κλίμακα. Η επιβάρυνση του νερού μέσω της ρύπανσης από χημικές ουσίες, βιομηχανικά απόβλητα, πετρελαιοειδή, φυτοφάρμακα, φαρμακευτικές ουσίες, βαρέα μέταλλα και γενικώς επικίνδυνα απόβλητα έχει οδηγήσει πολλές φορές στην ανάγκη σύστασης μοντέλων παρακολούθησης της ποιότητας του νερού. Πιο συγκεκριμένα, το υπόγειο νερό της Ελλάδας, έχοντας παρελθόν στην ρύπανση από χημικές ουσίες και μέταλλα, όπως χρώμιο, αρσενικό, PCBs, φυτοφάρμακα, DDT κ.α. πρέπει να αντιμετωπίσει σήμερα ακόμα μια ομάδα χημικών ουσιών, πρόσφατα ανιχνεύσιμη στην Ελλάδα και ιδιαιτέρως τοξική και εμμένουσα ως ρύπος, τις υπερφθοριωμένες και πολυφθοριωμένες αλκυλιωμένες ουσίες, PFAS (Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances). Οι χημικές ουσίες PFAS είναι ύπερ – φθοριωμένες ουσίες, δηλαδή εντάσσονται στη γενική κατηγορία οργανικών και μη οργανικών ουσιών που έχουν στην αλυσίδα τους ένα άτομο φθορίου. Παράλληλα είναι ουσίες εμμένουσες και δύσκολα διασπάσιμες στο περιβάλλον λόγω του ισχυρού δεσμού C – F. Οι χημικές ουσίες αυτές παρασκευάζονται και χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστων από τη βιομηχανία, λόγω της ικανότητας τους να αντέχουν στο νερό και τα πετρελαιοειδή, να έχουν πολύ μεγάλο χρόνο ημιζωής, να μετακινούνται σε μεγάλες αποστάσεις αλλά και να διασπώνται δίνοντας νέες ομάδες ουσιών. Ωστόσο, όπως κάθε τοξικός ρύπος που βιοσσυσωρεύεται στους οργανισμούς, έτσι και τα PFAS, έχει πλέον αποδειχθεί έπειτα από πληθώρα μελετών, ότι προκαλούν σοβαρή βλάβη στον ανθρώπινο οργανισμό και τα οικοσυστήματα και θεωρούνται «δυνητικά» καρκινογόνες ουσίες. Παγκοσμίως είναι γνωστά ως «Forever Chemicals», παίρνοντας το όνομα τους από τον ισχυρό δεσμό ‶F – C″. Μόλις τα τελευταία χρόνια, έχει γίνει γνωστή η προέλευση των ουσιών αυτών, η χημική τους σύσταση, η τύχη τους στο υπόγειο νερό αλλά και οι πηγές εκπομπής τους στο περιβάλλον. Σχεδόν όλες οι έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι στιγμής, συγκλίνουν σε συγκεκριμένες κατηγορίες πηγών των PFAS. Αυτές κατά κύριο λόγο είναι οι χώροι χρήσης πυροσβεστικού αφρού (AFFF), οι στρατιωτικές βάσεις, τα αεροδρόμια, οι βιομηχανίες χαρτιού, συσκευασιών, ηλεκτρονικών ειδών, οι ΧΥΤΑ, ΧΑΔΑ και οι ΕEΛ. Οι παραπάνω είναι πηγές εξαιτίας των οποίων τα PFAS είναι δυνατόν να συσσωρεύονται σε μεγάλες συγκεντρώσεις και στη συνέχεια να οδηγούνται στο επιφανειακό και υπόγειο νερό με τελικό αποδέκτη το πόσιμο νερό και έτσι τον ανθρώπινο οργανισμό. Ωστόσο τα PFAS τα συναντάμε σε υψηλές συγκεντρώσεις και στην τροφική αλυσίδα, στις συσκευασίες τροφίμων αλλά και στα καλλιεργήσιμα είδη, λαχανικά και φρούτα. Όσον αφορά το νομοθετικό πλαίσιο και τους περιορισμούς σε παγκόσμια κλίμακα, πρωτοπόροι σε αυτό μέχρι στιγμής είναι η Βόρεια Αμερική και η Αυστραλία οι οποίες εδώ και πολλά χρόνια ερευνούν τις ουσίες αυτές τόσο στο πόσιμο νερό όσο και το έδαφος και το υπόγειο νερό. Έχουν εγκαθιδρύσει τρόπους ανίχνευσης και ελέγχου των ουσιών, εργαστηριακές μεθόδους μέτρησης και ανάλυσης στο νερό και έχουν κατασκευάσει προγράμματα παρακολούθησης για την περαιτέρω διερεύνηση τους. Η U.S. EPA έχει πλέον θέσει επίσημα όρια συγκέντρωσης και ημερήσιας πρόσληψης για τις πιο βασικές και συχνότερα ανιχνεύσιμες ουσίες της κατηγορίας των PFAS. Στην Ευρώπη οι περισσότερες χώρες, όπως το Ηνωμένο Βασίλειο, η Σουηδία, η Ολλανδία, η Γερμανία, η Δανία, η Ιταλία κ.α., έχουν θέσει είτε εθνικά είτε μέσω Κρατικών Οργανισμών συγκεκριμένα όρια συγκεντρώσεων για τις δυο μεγάλες κατηγορίες των PFAS, τα PFOA και τα PFOS, στο πόσιμο νερό. Τέλος, στην Ελλάδα την τελευταία δεκαετία έχουν δημοσιευθεί λίγες στον αριθμό επιστημονικές μελέτες για τα PFAS. Από αυτές, η πλειονότητα επικεντρώνεται κυρίως στις συγκεντρώσεις των PFAS σε χώρους ΧΑΔΑ αλλά και στην παραγόμενη ιλύ (λυματολάσπη) που παράγεται από τις ΕΕΛ και διατίθεται στο έδαφος ως εδαφοβελτιωτικό. Όσον αφορά το υπόγειο και το πόσιμο νερό έχουν γίνει περιορισμένες μετρήσεις σε δείγματα νερού σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας, με χαρακτηριστικό παράδειγμα την περιοχή των Οινοφύτων όπου, λόγω του μεγάλου αριθμού των βιομηχανικών μονάδων, των αεροδρομίων και των στρατιωτικών εγκαταστάσεων είναι περιοχή με πιθανές πηγές PFAS. Όπως διαφαίνεται από τα παραπάνω, τα PFAS είναι μια κατηγορία τοξικών χημικών ουσιών που έχει αρχίσει να απασχολεί την επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια και λόγω των ιδιοτήτων τους θα απασχολήσει περισσότερο και στο μέλλον. Στην Ελλάδα το τοπίο γύρω από αυτές τις ουσίες είναι ακόμα θολό, έτσι επιχειρείται με την παρούσα διπλωματική εργασία μια εκτενής θεωρητική μελέτη των ουσιών, ώστε να γίνει περισσότερο γνωστή η χημεία τους, η πορεία τους στα μέσα όπου εμφανίζονται, οι μέθοδοι ανίχνευσης και απομάκρυνσης τους και να στηθεί ένα βασικό υπόβαθρό στο οποίο θα είναι εφικτό, μαζί με τις πειραματικές διαδικασίες και τις μετρήσεις, να δημιουργηθεί στο μέλλον ένα πλήρες Πρόγραμμα Παρακολούθησης των PFAS στην Ελλάδα. Δομή εργασίας Στο πρώτο κεφάλαιο της μελέτης αυτής θα γίνει μια εισαγωγή και εκτενής αναφορά στις ουσίες PFAS από την ανακάλυψή τους έως και σήμερα, την παραγωγή τους και τη χρήση τους, καθώς και τα ιστορικά στοιχεία που τις κάνουν σήμερα τόσο σημαντικές ερευνητικά. Εν συνεχεία, θα γίνει μια αναφορά στην υφιστάμενη κατάσταση αλλά και μια πιο λεπτομερής ανάλυση στους τομείς και τις βιομηχανίες που πλέον είναι εξακριβωμένες πηγές των PFAS, καθώς και το μέγεθος του περιορισμού και της χρήσης τους σήμερα. Τέλος, θα γίνει μια αναφορά στον σκοπό της εργασίας αυτής και στον λόγο που απασχολούν και μελετώνται με τόση έμφαση. Εν κατακλείδι, θα γίνει μια προσπάθεια καταγραφής της κατάστασης τους στην Ελλάδα και δημιουργίας ενός συνολικού «οδηγού» που έως σήμερα δεν υπήρχε στην Ελλάδα, μιας και τα τελευταία λίγα χρόνια αυτές ανιχνεύονται σε μεγάλο βαθμό στο υπόγειο νερό, στο πόσιμο νερό, το έδαφος και την ατμόσφαιρα, σε πολλές χώρες παγκοσμίως. Στο δεύτερο κεφάλαιο, ξεκινάει μια εκτενής αναφορά για τις ουσίες PFAS ξεκινώντας από τη δομή τους, τη χημική τους σύσταση, τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες στα οικοσυστήματα, την παρουσία και την μορφή τους στο έδαφος και κυρίως στο νερό (υπόγειο και πόσιμο), τα χαρακτηριστικά τους, τις ιδιότητες και τη δομή της αλυσίδας του άνθρακα (μεγάλου και μικρού μήκους) που τους προσδίδει τις ιδιαίτερες ιδιότητες τους που επηρεάζουν κατά συνέπεια και την επιλογή της μεθόδου απορρύπανσης. Επίσης, θα δοθεί έμφαση στα χαρακτηριστικά που τις καθιστούν τοξικούς ρύπους και στο πως η τοξικότητα και η βιοσυσσώρευση στους οργανισμούς αλλάζει ανάλογα με το μέσο στο οποίο βρίσκονται. Τέλος, δεν μπορεί παρά να αναφερθεί η ισχύουσα διεθνής και Ευρωπαϊκή νομοθεσία, οι συγκεντρώσεων των PFAS, όπως αυτή έχει θεσπιστεί από διεθνείς οργανισμούς και κράτη και η συσχέτιση αυτών με τις επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Συνεχίζοντας στο τρίτο κεφάλαιο, θα αναφερθούμε εκτενώς στην μεταφορά των PFAS ως επικίνδυνους ρύπους στο έδαφος, το υπόγειο και επιφανειακό νερό, την παρουσία τους στο πόσιμο νερό, την ανίχνευσή τους στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ) αλλά και στην ιλύ και τα στραγγίδια, που προκύπτουν, και τέλος στα φυτά και τα καλλιεργήσιμα είδη που οδηγούν τις ουσίες απευθείας στην τροφική αλυσίδα και τα προϊόντα κατανάλωσης με τελικό αποδέκτη τον ανθρώπινο οργανισμό. Αλλάζοντας ενότητα, στο τέταρτο κεφάλαιο θα καταπιαστούμε με ένα καίριο ζήτημα, αυτό της δειγματοληψίας. Έτσι, θα αναφερθούμε στον ορθό τρόπο συλλογής των δειγμάτων PFAS, τις κατάλληλες συνθήκες, τα εργαλεία, τους παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν το δείγμα κατά τη συλλογή και τα πρωτόκολλα δειγματοληψίας που πρέπει να τηρούνται. Στη συνέχεια, θα γίνει μια αναφορά στις μεθόδους χημικής ανάλυσης των PFAS, τις προδιαγραφές καταλληλόλητας των εργαστηρίων στοχεύοντας παράλληλα και στην εκτίμηση της κατάστασης που επικρατεί σήμερα στην Ελλάδα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, θα γίνει αναφορά σε όλες τις μεθόδους απορρύπανσης που έχουν χρησιμοποιηθεί in situ και ex situ σε παγκόσμια κλίμακα για την απομάκρυνση των PFAS, αλλά κυρίως τον βαθμό απόδοσης τους και τους παράγοντες που παίζουν ρόλο σε αυτόν. Σημαντικό σημείο που θα τονιστεί είναι οι μελέτες που έχουν γίνει στην Ευρώπη και την Ελλάδα έως σήμερα και οι μέθοδοι που έχουν εφαρμοστεί εργαστηριακά, για τη μέτρηση των PFAS, καθώς και τις προδιαγραφές που πρέπει να τηρούν τα διαπιστευμένα εργαστήρια που έχουν την δυνατότητα να μετρήσουν τις ουσίες αυτές. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο, γίνεται μια προσπάθεια συγκρότησης, με βάση τα ανωτέρω δεδομένα, ενός οδηγού – πρότυπου προγράμματος παρακολούθησης για την Ελλάδα, ο οποίος θα απευθύνεται σε οποιονδήποτε Δημόσιο, Κρατικό ή Ιδιωτικό φορέα και οργανισμό θα θελήσει να εφαρμόσει στην πράξη ένα σχέδιο δράσης και παρακολούθησης για τις ουσίες PFAS σε μια περιοχή μελέτης. Ήδη, σε πολλές χώρες έχουν οργανωθεί και εφαρμοσθεί παρόμοια πλάνα δράσης για τα PFAS με στόχο την απορρύπανση κυρίως του νερού που θα χρησιμοποιηθεί ως πόσιμο και την παρακολούθηση των πηγών PFAS. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο επιδιώκεται να τονιστεί η επείγουσα ανάγκη συγκρότησης στην Ελλάδα ενός οδηγού για τις ουσίες PFAS ως χημικούς ρύπους που χρήζουν άμεσής παρακολούθησης και διαχείρισης.	el
heal.abstract	Over the last few decades, concerns about the detection of more, newly discovered chemicals in the water have been intensified. In recent years, the quality of groundwater, which is a precursor to drinking water, has been significantly and globally deteriorated. Water pollution from chemicals, industrial wastes, petroleum products, pesticides, pharmaceutical substances, heavy metals and generally hazardous wastes, has often led to the need of establishing water quality monitoring models. These are considered to be an effective way to control the pollution. More specifically, the groundwater of Greece, which is considerably overburdened from chemicals and metals, such as chromium, arsenic, PCBs, pesticides, DDT etc., faces a possible contamination from another chemical group, the PFAS (Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances). PFAS are recently detectable in Greece, highly toxic and persistent as a chemical substance. PFAS are per- and poly- fluorinated chemical substances. Specifically, they belong to the general category of organic and non-organic substances that have a fluorine atom in their chain. At the same time, they are substances that are persistent and slowly degraded in the environment, due to the strong C - F bond. These substances are produced and used mostly in industry sector because they are persistent in water and mineral oils. Moreover, they have a long half-life, they travel long distances and in the same time they can break up and give new groups of substances. However, like any toxic pollutant that has the ability to be accumulated in organisms, numerous studies have shown that PFAS cause serious damage to humans health and the ecosystems, considered as "potentially" carcinogenic substances. They are known worldwide as "Forever Chemicals", taking their name from the strong bond ‶F - C″ (Renner, 2006). The origin of these substances, their chemical composition, their path in groundwater and their sources of emission into the environment became known only recently. To date the majority of the researches have been carried out, converges specific categories of PFAS sources. These are mainly firefighting areas, military bases, airports, textile, packaging and electronic industries, WWTPs and landfills. The above sources are those that accumulate PFAS in high concentrations, and then, these substances are conveyed to surface, groundwater and therefore to the final receptors, drinking water and the human body. However, PFAS are found in high concentrations generally in food chain, in many manufacturing products i.e. food packaging and in arable crops, vegetables and fruits. In terms of the legal framework and global restrictions, so far, the pioneers are North America and Australia that have been exploring these substances for many years, both in drinking water, soil and groundwater. They have established ways to detect and control these substances, in parallel with laboratory methods for measuring and analyzing water samples. Moreover, they have developed monitoring programs (Action Plans) for their further investigation. The U.S. EPA has now set official concentration and daily intake limits for the most common and most frequently detected substances of PFAS. In Europe, most countries such as the United Kingdom, Sweden, the Netherlands, Germany, Denmark, Italy etc., have set nationally, or through State Organizations, specific concentration limits for the two major categories of PFAS, the PFOA and PFOS, in drinking water. The last decade in Greece, a few scientific studies on PFAS have been published. The majority of these studies focus on PFAS concentration at landfills and on the active sludge, which is produced by the WWTPs and is available on the ground as a soil conditioner. Furthermore, limited measurements have been carried out in terms of groundwater and drinking water in specific places in Greece. As an important example, the area of Oinofyta is an area with possible PFAS sources and high concentrations, because of the large number of industrial units, airports and military installations. As can be seen from the above, PFAS is a class of toxic chemicals of growing importance in the scientific community in recent years, and they will continue to be in the future due to their chemical properties. In Greece, the framework around these substances is still unclear. This dissertation is an extensive theoretical study of the substances, in order to improve the information about the PFAS chemistry, their detection and removal methods and to set up a basic framework with which it will be possible, together with experimental procedures and measurements, to create a complete PFAS Monitoring Program in the future.	en
heal.advisorName	Δερματάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Παναγιωτάκης, Ηρακλής	el
heal.committeeMemberName	Δερματάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false