Eintrag ausgewählter per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen in häusliches Schmutzwasser

Abstract

Im Zuge dieser Diplomarbeit wurden die Eintragspfade der sieben per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen Perfluoroctansäure (PFOA), Perfluoroctansulfonsäure (PFOS), Perfluorhexansäure(PFHxA), Perfluorheptansäure (PFHpA), Perfluorhexansulfonsäure (PFHxS), Perfluornonansäure(PFNA) und H4-Perfluor-n-Octansulfonsäure (6:2 FTS) aus Haushalten in das Kanalsystem mittels Stoffflussanalyse untersucht. Dabei wurden die Prozesse „Körperpflege“, „Textilien-Nutzung und Textilien waschen“ sowie „Kanal“ betrachtet. Güterflüsse und PFAS-Konzentrationen wurden mittels Literaturrecherche ermittelt und daraus Stoffflüsse berechnet, wobei für die Transferkoeffizienten der Prozesse aufgrund fehlender Literaturangaben für alle Verbindungen die gleichen Annahmen getroffen wurden. Für die Stoffkonzentrationen im Kanal wurden Kläranlagenzuläufe, zum Teil bei Trockenwetter (Schmutzwasser), herangezogen. Der berechnete Gesamtinput in den Kanal wurde mit dessen Output gegenübergestellt und im Anschluss eine Fehlerausgleichsrechnung mittels STAN durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Input- und Outputflüsse zum Teil stark voneinander abweichen und nur bei zwei der untersuchten Stoffen eine Überschneidung zwischen Input und Output feststellbar ist. Des Weiteren konnte nur bei fünf Stoffflussanalysen erfolgreich eine Fehlerausgleichsrechnung durchgeführt werden. Bei allen anderen Verbindungen fehlten entweder zu viele Messwerte oder es ergab sich ein negativer Stofffluss. Aufgrund der vielen offenen Fragen kann aktuell aus einer emissionsseitigen Abschätzung keine Aussage über die Fracht im Kanal getroffen werden, auch wenn sich für manche Substanzen eine schlüssige Bilanz ergibt. Beim Vergleich der verschiedenen Stoffflussanalysen zeigte sich, dass der Haupteintragspfad von Perfluorsulfonsäuren in den Haushalt Textilien sind, während Perfluorcarbonsäuren vor allem durch Importe aus dem Prozess „Körperpflege“ bestimmt sind. Lediglich die Perfluoroctansäure besitzt nennenswerte Einträge sowohl aus Körperpflegeprodukten als auch aus Textilien und Imprägniermittel. Die schon seit längerem regulierte Perfluoroctansulfonsäure, sowie die andere untersuchte Perfluorsulfonsäure, Perfluorhexansulfonsäure, wurden weit weniger in das System eingetragen als die betrachteten Perfluorcarbonsäuren. Vor allem die Importe „Sonnenschutzmittel“, „Body Lotion“, „Concealer“, „Teppiche“, „Vorhänge“,„Shirts“ und „Hosen“ spielen eine wichtige Rolle beim PFAS-Eintrag in Haushalte. Im Gegensatz dazu lagen die Frachten der Güter „Kajalstift“, „Eyeliner“, „Decken“, „Polsterbezüge“,„Daunensteppdecken“, „Badematten“, „Bademäntel“, „Handtücher“ sowie „Tischtücher“ selten bis nie über Null bzw. der Bestimmungsgrenze. Da jedoch teilweise die Anzahl der Messergebnisse sehr gering war, werden weitere Messungen sowohl auf Güter als auch auf Stoffebene benötigt, um sich ein detaillierteres Bild von der Situation machen zu können. Aktuell sind die Ergebnisse noch mit einigen Unsicherheiten behaftet. Neben den Unsicherheiten durch fehlende Daten und der getroffenen Annahmen beeinflussen auch Vorläufersubstanzen in noch unbekannten Ausmaß die Ergebnisse. Sie werden über mehrere Zwischenschritte zu nicht abbaubaren Verbindungen, wie die in dieser Arbeit betrachteten,umgewandelt.

For this Master Thesis the emission pathways of seven per- and polyfluoralkyl substances,perfluorooctanoic acid (PFOA), Perfluorooctane sulfonic acid (PFOS), Perfluorohexanoic acid(PFHxA), Perfluoroheptanoic acid (PFHpA), perfluorohexane sulfonic acid, Perfluorononanoicacid (PFNA) and H4-perfluoro-n-octanesulfonic acid (6: 2 FTS) from households into the sewersystem were investigated with the material flow analysis. The processes “body care“, “textile useand textile washing“ and “sewerage“ were considered. With literature research the flows of goods and PFAS concentrations were determined, and material flows were calculated. Due to the lack of data, assumptions were made for the transfer coefficients independent of the substance. For the substance concentrations in the sewerage, sewage treatment plant intake, partly during dry weather (wastewater), were used.The calculated total input into the sewerage was compared with its output and afterwards anerror compensation calculation was performed using STAN. The input and output flows differedgreatly in some cases and only two substances showed an overlap between input and output. Furthermore, the error compensation calculations were only successful for five cases. For allother compounds, either too many values were missing, or material flows were negative. Due tomany open questions, an emission-based estimation about the load in the sewerage is currentlynot possible, even if the balance is conclusive for some substances.The comparison of the material flow analyses of different PFAS shows that the main pathwayof perfluorosulfonic acids into the household are textiles, while for perfluorocarboxylic acids they are imports from the process of “personal care“. Only perfluorooctanoic acid has notable inputs from personal care products, textiles and impregnating agents. The perfluorosulfonic acids,perfluorooctanesulfonic acid, which has been regulated for some time, and perfluorohexanesulfonicacid, are entering the system in far smaller amounts than the perfluorocarboxylic acids underconsideration. Especially the imports of “sunscreen“, “body lotion“, “concealer“, “carpets“, “curtains“, “shirts“and “pants“ are important PFAS inputs into households. In contrast, the material loads of “eyepencil“, “eyeliner“, “blankets“, “pillow case“, “down quilts“, “bath mats“, “bath robes“, “towels“and “tablecloths“ are rarely or never above zero resp. the limit of quantification. However, since in some cases there were too few values, further measurements are required, both at the goods and at the substance level, for more detailed results. Currently, there are several uncertainties in the results. In addition to the uncertainties due to missing data and the assumptions made, precursorsubstances also affect the results to an unknown extent. They are transformed via several intermediate steps into non-degradable compounds, such as those considered in this thesis.