Was sind PFAS?

PFAS oder poly- und perfluorierte Alkylsubstanzen sind eine Gruppe chemisch hergestellter Verbindungen. PFAS umfassen mehrere Tausend unterschiedlicher künstlicher Chemikalien, die lange Jahre als Massenware produziert wurden. Ursprünglich in den 1940er Jahren erfunden, begann ihre industrielle Verwendung in Deutschland in den späten 1960er Jahren. Sie fanden Eingang in viele industrielle Herstellungsprozesse und kommerzielle Produkte. Erst seit in den frühen 2000er Jahren bedenkliche Umwelt- und Gesundheitswirkungen offenbar wurden, ist ihre Verwendung rückläufig.

PFAS galten aufgrund ihrer thermischen Stabilität, ihrer chemischen Eigenschaften, ihrer Verwendbarkeit als Tenside sowie ihrer öl- und wasserabscheidenden Eigenschaften lange als funktionale Alleskönner. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Verwendung von PFAS als Hauptbestandteil von Feuerlöschschäumen, die als AFFF (Aqueous Film Forming Foam) oder Fluorproteinschäume bezeichnet werden.

In den letzten Jahren führten zunehmende wissenschaftliche Erkenntnisse und systematische behördliche Kontrollen zu einem besseren Verständnis der Problemlage und einer Fokussierung auf die Bewertung, das Risikomanagement und die Sanierung PFAS-kontaminierter Standorte.

Fragezeichen

 

Wo sind PFAS zu finden?

PFAS wurden sowohl in vielen industriellen Prozessen als auch in Verbraucherprodukten verwendet. Dies schloss ein:

Symbol Textil

Textilbeschichtungen

Symbol Imprägnierung

Öl-, wasser- und schmutzabweisende Oberflächenveredlung

Symbol Nebelunterdrücker

Elektronik und Nebelunterdrücker

Symbol Feuerlöscher

Feuerlöschschäume

PFAS sind auch Bestandteile von Feuerlöschschäumen, die als Aqueous Film Forming Foam (AFFF) bezeichnet werden.


 

Die Herausforderung

Die jahrzehntelange Verwendung und Entsorgung von PFAS-haltigen Produkten and Produktionsabfällen, verbunden mit der weit verbreiteten Verwendung von PFAS in Feuerlöschschäumen hat zu einem zunehmenden und flächig verbreiteten Vorkommen der PFAS in der Umwelt geführt. Immer häufiger ist auch die Trinkwassergewinnung betroffen.

PFAS stellen eine einzigartige Herausforderung dar, denn sie sind gut löslich in Wasser, nicht biologisch abbaubar sowie außerordentlich persistent und mobil in der Umwelt.

Angesichts der Problematik, die sich aus den spezifischen chemischen Eigenschaften von PFAS, deren negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sowie intensiveren und strengeren behördlichen Kontrollen ergeben, sind weltweite Bemühungen um die Entwicklung effizienter Sanierungsmethoden von größter Bedeutung.

Arcadis nimmt eine Vorreiterrolle bei den weltweiten Bemühungen um maßgeschneiderte Lösungen für PFAS-Belastungen ein. Zusammen mit führenden Universitäten und Technologieanbietern arbeiten wir an der Entwicklung und Anwendung innovativer Sanierungslösungen für vier Kernmaterialien:

Boden | Grundwasser | Beton | Feuerlöschschäume

Unser Ansatz

Die Sanierungsindustrie steht an der Schwelle zu einem großen Durchbruch, der die herkömmlichen Sanierungsverfahren in Frage stellen und einige der komplexesten Umweltprobleme lösen wird.

Arcadis-Wissenschaftler*innen und -Ingenieur*innen entwickeln zukunftsorientierte Verfahren zur Standortbewertung und -sanierung, indem sie veraltete wissenschaftliche Modelle kritisch hinterfragen, die Anwendung bestehender Instrumente verbessern und Technologien der nächsten Generation entwickeln. Unser stetiges Bemühen um die Verbesserung der Ergebnissicherheit, mehr Nachhaltigkeit und die Erreichung von Unternehmenszielen treibt die Innovation in der Branche voran.

Standorterkundung und Sanierung

Unsere branchenführenden Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen definieren die Möglichkeiten der Standortbewertung und Sanierung neu. Dies wird erreicht durch:

  • Erkundung und Bewertung kontaminierter Standorte
  • Entwicklung kostengünstiger Standort-Management-Strategien
  • Design und Implementierung optimierter Sanierungsverfahren

 

Strategische Umweltberatung

Unsere Leistungen im Bereich der strategischen Umweltberatung helfen, proaktiv und kosteneffizient Risiken zu identifizieren und zu managen. Dies beinhaltet:

  • Bewertung potenzieller ökologischer und humantoxikologischer Risiken
  • Beratung zu Einhaltung von Umweltvorschriften, Unternehmensfusionen und -übernahmen, Kapitalinvestitionen sowie zu Fragen der Performance und Nachhaltigkeit
  • Konzepte für Bürgerbeteiligung und Öffentlichkeitsarbeit

Hydrogeologische Dienstleistungen

Unser Team erfahrener Hydrogeolog*innen verfügt über vertiefte Kenntnisse sowohl in den Bereichen kontaminierter Standorte als auch Wasserressourcen. Wir bieten folgende Leistungen an:

  • Entwässerungsstudien
  • Pumpversuche und Auswertungen
  • Grundwasserversorgung und Bewertung der Wasserressourcen
  • Folgenabschätzung zu Grundwasserkontaminationen
  • Grundwasserströmungs- und -transportmodellierung
Feuerwehrmann bei Bekämpfung eines Brandes

Löschschäume

PFAS kommen in sogenannten Klasse B Feuerlöschschäumen wie beispielsweise den AFFF-Produkten (Aqueous Film Forming Foam) und den Fluorproteinschäumen vor.

Der PFAS-Gehalt in diesen Feuerlöschschäume führt oft zu Beeinträchtigungen der Trinkwassergewinnung. Zudem findet eine zunehmende gesetzliche Regulierung statt.

  • Chemie und Regulierung der Brandbekämpfung

    Die Chemie der Klasse-B-Feuerlöschschaume hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und variiert je nach Hersteller. Die Product-Stewardship-Gruppe von Arcadis verfügt über ein detailliertes Wissen zur Chemie der der Feuerlöschschäume, zur Beurteilung der PFAS-Gehalte, die mit Standardmethoden nur schwer zu erkennen sind und zur Frage, welche früheren und aktuellen Bestandteile der Feuerlöschschäume global Gegenstand der rechtlichen Regulierung sind.

  • Ersetzen der PFAS-haltigen Feuerlöschschäume

    Arcadis unterstützt bei dem Übergang zu fluorfreien Feuerlöschschäumen (F3). Damit wird ein künftiges Kontaminationsrisiko vollständig unterbunden. F3-Feuerlöschschäume sind in Europa und Asien beliebt, da sie biologisch abbaubar sind und die Möglichkeit künftiger Umweltverbindlichkeiten ausschließen.

  • PFAS-Übergangsprogramm

    Viele Feuerlöschschäume der Klasse B enthalten zwar kein PFOS oder PFOA mehr, aber sie enthalten andere PFAS, die möglicherweise künftigen Regulierungen unterliegen. Daher wurde von einigen Kunden ein vollständiger Übergang zu fluorfreien Feuerlöschschäumen (F3) gefordert, um laufende oder zukünftige Kontaminationsrisiken zu reduzieren. Dieser Übergang erfordert eine gründliche Reinigung, um eine Rekontaminierung der neuen F3-Produkte zu vermeiden. Die traditionelle dreifache Wasserspülung hat sich jedoch als unzureichend erwiesen, um PFAS vollständig zu entfernen oder eine langfristige Auslaugung von PFAS aus älteren Bauteilen erheblich zu verringern. Arcadis hat ein Reinigungsmittel entwickelt und erfolgreich angewendet, um sorbierte PFAS-Rückstände von Metall-, Beton- oder Keramikoberflächen zu entfernen.

Beton

Wegen der hohen Mobilität der PFAS ist es möglich, dass diese Chemikalien in Beton und anderen bautechnischen Strukturen gefunden werden.

Aufgrund der porösen Beschaffenheit von Beton können PFAS hineindiffundieren und an die Betonoberfläche sorbieren, insbesondere nach jahre- oder jahrzehntelangem Kontakt mit AFFF-Produkten (Aqueous Film Forming Foam) beispielsweise bei Brandlöschübungen.

  • Oberflächenversiegelungen

    Arcadis arbeitet regelmäßig mit Technologieanbietern zusammen, die eine Vielzahl von patentierten Technologien anbieten, welche nach Anwendung auf Beton Oberflächenbarrieren zur Immobilisierung der PFAS und zur Verhinderung einer langfristigen Auslaugung ausbilden. Diese Produkte können aufgesprüht oder als Paste auf die Betonoberfläche aufgetragen werden.

Fließbänder einer Betonproduktion
Wasserfall einer Gebirgsquelle

Wasser

Wegen der hohen Mobilität von PFAS werden diese Verbindungen immer häufiger im Grundwasser nachgewiesen.

Ein Hauptziel der Behörden ist der Schutz der Trinkwassergewinnung. Die PFAS-bezogenen Vorschriften der Behörden fokussieren in erster Linie auf den Schutz der Öffentlichkeit. Wasserkörper können durch die Versickerung von Regenwasser durch PFAS-belastete Böden oder belastete technische Infrastruktur kontaminiert werden.

  • Adsorption

    Adsorptionsverfahren nutzt Adsorptionsmedien, wie beispielsweise granuläre Aktivkohle oder Ionentauscherharze, um PFAS-Verbindungen aus dem Wasser zu entfernen. Sie erlauben eine relativ rasche und kostengünstige Sanierung. Adsorptionsmedien können jedoch nur einen Teil der im Wasser vorhandenen PFAS effektiv binden. Die Kosten (Betrieb und Wartung) für eine lang andauernde Sanierung können dann sehr hoch sein. Sogenannte Treatment Trains bieten der Vorteil, die Sanierungseffizienz zu erhöhen und langfristigen die kumulativen Kosten zu senken.

  • Innovative Verfahren

    Arcadis arbeitet weltweit mit Universitäten zusammen, um die Wasseraufbereitung für eine breite Palette von PFAS zu entwickeln und zu optimieren. Wir konzentrieren uns auf die Adsorption von PFAS oder die Abtrennung und Aufkonzentierung der PFAS in einem geringen Wasservolumen, in dem sie dann durch sekundäre Behandlungsverfahren zerstört werden können. Zu unseren F&E-Aktivitäten gehören die Entwicklung selektiverer Adsorptionsmittel, die weniger Vorbehandlung erfordern, die Abtrennung von PFAS aus dem Wasser durch die sogenannte Schaumfraktionierung und die Arbeit an neuen destruktiven Verfahren, wie beispielsweise Elektronenstrahl und Sonolyse, zur Behandlung von PFAS-Konzentraten. Um die Vielfalt der an verschiedenen Standorten anzutreffen PFAS-Verbindungen zu adressieren, sind möglicherweise mehrere innovative Ansätze erforderlich.

  • Schaumfraktionierung

    Das von der Fa. Evocra in Zusammenarbeit mit Arcadis entwickelte Verfahren der Schaumfraktionierung eignet sich für PFAS-hochbelastete Wasserströme, besonders wenn eine Vielzahl von Co-Kontaminanten vorhanden sind, die sonst ergänzende Vorbehandlungsstufen erfordern würden. Die meisten PFAS neigen zur Anreicherung an der Gas-Wasser-Grenzfläche. Die Schaumfraktionierung nutzt diesen Effekt und konzentriert die PFAS in einem Schaum, der vom behandelten Wasser getrennt wird. Die Schaumfraktionierung kann zu einer Entfernung von mehr als 99,9 % der PFAS führen.

Boden

An den Boden gebundene PFAS können in Oberflächen- und Grundwasser verfrachtet werden.

Charakterisierung der Mobilität der bodengebundenen PFAS in den Schadensherden und gegebenenfalls im Laufe der Bodensanierung ist oft der Schlüssel zum Verständnis des Transports und Verbleibs der PFAS und zur Entwicklung von Strategien zur Minimierung der PFAS-Migration und des durch PFAS verursachten Risikos.

  • PFAS-Immobilisierung im Boden

    Die Immobilisierung von PFAS im Boden kann durch das Aufbringen von Fixiermitteln auf den Boden erreicht werden. Solche Mittel sind beispielsweise organisch modifizierte Tone, Aktivkohle oder andere patentierte Produkte. Die Immobilisierung kann die Auslaugung der PFAS aus dem Boden reduzieren oder vollständig verhindern, wodurch das Risiko der Sicherung der behandelten Böden am Sanierungsstandort oder der Verbindungen auf Deponien wirksam minimiert wird. Die Genehmigungsfähigkeit des Verfahrens einschließlich der Langzeitstabilität der Immobilisierung wird in Deutschland derzeit intensiv diskutiert.

  • Bodenwäsche

    Die Bodenwäsche ist ein Trennverfahren, bei dem eine Reihe physikalischer und chemischer Prozesse zur Entfernung der PFAS aus Böden eingesetzt werden. Das Waschen des Bodens erfolgt durch die Überführung der PFAS in die wässrige Phase, aus der sie mit verschiedenen Wasseraufbereitungs-technologien leichter entfernt oder konzentriert werden können. Nach der Behandlung soll der gewaschene Boden zur Wiederverwendung geeignet sein.

  • Bodenmanagement/ Vor-Ort- und Sicherungsverfahren

    Für PFAS-belastete Böden ist oft ein On-site-Bodenmanagement erforderlich, da eine Off-site-Behandlung oder Deponierung nicht möglich oder nicht verhältnismäßig ist. Maßnahmen vor Ort können Bodenabdeckung oder die Konstruktion von Sicherungs„zellen“ umfassen. Die Ingenieure und Wissenschaftler von Arcadis verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Auslegung und Konstruktion solcher sanierungstechnischer Elemente, die auch in Verbindung mit den oben genannten Behandlungsoptionen eingesetzt werden können.

  • Thermische On-site-Behandlung

    Für die Behandlung von PFAS-belasteten Böden stehen mehrere thermische Behandlungsverfahren zur Verfügung. Einige kommerziell angebotene Verfahren verwenden in einer Vor-Ort-Behandlungsanlage erhöhte Temperaturen, um die PFAS vom Boden zu desorbieren und in die Gasphase zu überführen. Diese werden dann bei einer noch höheren Temperatur thermisch zerstört. An die thermische Behandlung des Bodens werden oft besondere genehmigungsrechtliche Anforderungen gestellt, u.a. auch Planungen zum Emissionsmanagement, um eine unbeabsichtigte Freisetzung von PFAS in die Atmosphäre zu vermeiden.

Steiniger Waldboden

Globale PFAS-Expert*innen

Arcadis kann auf eine lange Geschichte der Erkundung, Bewertung und Sanierung von PFAS-Kontaminationen zurückblicken.

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Dr. Thomas Held, Business Development Site Evaluation and Restoration

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Michael Reinhard, Leiter Altlasten und Flächenrecycling

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