Le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS), comunemente note come "sostanze chimiche eterne", destano seria preoccupazione a causa della loro elevata resistenza alla degradazione ambientale e della loro associazione con effetti nocivi sulla salute, tra cui l’immunosoppressione, i disturbi della tiroide e i tumori. Sebbene presenti generalmente a basse concentrazioni, le PFAS sono estremamente persistenti e mobili nell'acqua, creando notevoli difficoltà per gli impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP), che spesso non riescono a rimuoverle o degradarle in modo efficace. I processi di ossidazione avanzata (AOP) hanno mostrato un potenziale promettente nel trattamento di contaminanti così resistenti, con il plasma non termico (NTP) che si distingue come un approccio particolarmente efficiente. Il plasma, un gas ionizzato, genera specie reattive—come radicali idrossilici, ossigeno atomico, composti di idrogeno e azoto—capaci di scomporre inquinanti organici complessi. A differenza di altri AOP, il plasma opera a basse temperature e a pressione atmosferica, risultando un’opzione più sostenibile ed economica per il trattamento delle acque reflue. Questa ricerca si concentra sul potenziale del trattamento delle acque basato sul plasma per degradare le PFAS, identificare i sottoprodotti risultanti e valutare i rischi ecotossicologici sia dei composti originari sia dei loro prodotti di trasformazione, supportando un quadro normativo più solido per la sicurezza ambientale. Attraverso tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione (HRMS), inclusa la cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS), lo studio identifica i principali sottoprodotti della degradazione, come gli acidi perfluoroalchilici a catena corta (PFAA), che possono continuare a rappresentare un rischio ecologico nonostante una degradazione parziale. Inoltre, la tesi incorpora un quadro di valutazione del rischio, utilizzando criteri di persistenza, bioaccumulo e tossicità (PBT), nonché di persistenza, mobilità e tossicità (PMT), per valutare i rischi ambientali associati alle PFAS e ai loro prodotti di degradazione.
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), commonly known as "forever chemicals," are of serious concern due to their strong resistance to environmental degradation and association with harmful health effects, including immune system suppression, thyroid disorders, and cancers. Although typically present in low concentrations, PFAS are highly persistent and mobile in water, creating substantial challenges for traditional wastewater treatment plants (WWTPs), which often cannot effectively remove or degrade them. Advanced oxidation processes (AOPs) have shown promise in addressing such resilient contaminants, with non-thermal plasma (NTP) emerging as a particularly efficient approach. Plasma, an ionized gas, produces reactive species—such as hydroxyl radicals, atomic oxygen, hydrogen, and nitrogen compounds—that can break down complex organic pollutants. Unlike other AOPs, plasma functions at low temperatures and atmospheric pressure, making it a more sustainable and economical option for wastewater treatment. This research focuses on the potential of plasma-based water treatment to degrade PFAS, identify resulting byproducts, and evaluate the ecotoxicological risks of both the original compounds and their transformation products, supporting a more robust regulatory framework for environmental safety. Through high-resolution mass spectrometry (HRMS) techniques, including liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), the study identifies key degradation byproducts, such as short-chain perfluoroalkyl acids (PFAAs), which may continue to pose ecological risks despite partial degradation. Additionally, the dissertation incorporates a risk assessment framework, using persistence, bioaccumulation, and toxicity (PBT) as well as persistence, mobility, and toxicity (PMT) criteria to assess the environmental risks associated with PFAS and their breakdown products.
Understanding transformation of organic micropollutants during plasma treatment and its ecotoxicological implications
TOPOLOVEC, BARBARA
2025
Abstract
Le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS), comunemente note come "sostanze chimiche eterne", destano seria preoccupazione a causa della loro elevata resistenza alla degradazione ambientale e della loro associazione con effetti nocivi sulla salute, tra cui l’immunosoppressione, i disturbi della tiroide e i tumori. Sebbene presenti generalmente a basse concentrazioni, le PFAS sono estremamente persistenti e mobili nell'acqua, creando notevoli difficoltà per gli impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP), che spesso non riescono a rimuoverle o degradarle in modo efficace. I processi di ossidazione avanzata (AOP) hanno mostrato un potenziale promettente nel trattamento di contaminanti così resistenti, con il plasma non termico (NTP) che si distingue come un approccio particolarmente efficiente. Il plasma, un gas ionizzato, genera specie reattive—come radicali idrossilici, ossigeno atomico, composti di idrogeno e azoto—capaci di scomporre inquinanti organici complessi. A differenza di altri AOP, il plasma opera a basse temperature e a pressione atmosferica, risultando un’opzione più sostenibile ed economica per il trattamento delle acque reflue. Questa ricerca si concentra sul potenziale del trattamento delle acque basato sul plasma per degradare le PFAS, identificare i sottoprodotti risultanti e valutare i rischi ecotossicologici sia dei composti originari sia dei loro prodotti di trasformazione, supportando un quadro normativo più solido per la sicurezza ambientale. Attraverso tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione (HRMS), inclusa la cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS), lo studio identifica i principali sottoprodotti della degradazione, come gli acidi perfluoroalchilici a catena corta (PFAA), che possono continuare a rappresentare un rischio ecologico nonostante una degradazione parziale. Inoltre, la tesi incorpora un quadro di valutazione del rischio, utilizzando criteri di persistenza, bioaccumulo e tossicità (PBT), nonché di persistenza, mobilità e tossicità (PMT), per valutare i rischi ambientali associati alle PFAS e ai loro prodotti di degradazione.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
