PFAS balance of an Austrian river

Abstract

Diese Masterarbeit untersuchte die Fracht verschiedener PFAS-Parameter – darunter PFBA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFOS, PFBS, PFHxS, 6:2 FTS und PFPeA –die über Punktquellen und diffuse Pfade im Einzugsgebiet der Raab, einem Fluss in Österreich, im Zietraum 2022 bis 2024 freigesetzt wurden. Ziel der Studie war es,basierend auf einem mehrstufigen Ansatz, die wichtigsten Quellen und Pfade zu identifizieren und zu quantifizieren, die zur PFAS-Belastung des Flusses beitragen.Hierfür wurden Daten zu den Konzentrationen der PFAS-Parameter an einer Messstelle des Flusses, die in den Jahren 2022 bis 2024 erhoben wurden,herangezogen. Zusätzlich wurden Proben an den Auslässen einzelner ausgewählter Teileinzugsgebiete genommen, die als Analyseeinheiten für die Massenbilanz dienten.Zur Berechnung der aus Punktquellen stammenden Emissionen wurden Konzentrationsdaten von 21 kommunalen und industriellen Kläranlagen entlang des Flusses in den Jahren 2023 und 2024 herangezogen. Um den Einfluss diffuser Pfade auf den Fluss besser zu verstehen, wurden verschiedene diffuse Pfade – wie Grundwasser und Oberflächenabfluss aus nicht urbanen Gebieten – quantitativ bewertet. Da es keine direkte Methode zur Berechnung der Frachten aus verschiedenen diffusen Pfaden in urbanen Gebieten gibt, wurden diese als zusammengefasster diffuser Pfad betrachtet, der als als „Diffuser Eintrag aus Ballungszentern“ bezeichnet und für die Modellkalibrierung verwendet wurde.Anschließend wurden die Immissionen und Gesamtemissionen jedes PFAS-Parameters am Auslass jeder Analyseeinheiten mit Hilfe des Nash-Sutcliffe-Effizienztests (NSE) verglichen, um die Modellgüte zu bewerten.Die Ergebnisse zeigen, dass die Emissionen aus kommunalen Kläranlagen die direkten industriellen Einleitungen übertreffen. Die Frachten aus diffusen Pfaden sind für alle PFAS-Parameter höher als jene aus Punktquellen, mit Ausnahme von PFPeA,das ausschließlich Punktquellen zugeschrieben wird. Darüber hinaus führte die unzureichende Datenqualität zu erheblicher Unsicherheit bei der Quantifizierung der aus Grundwasser und Oberflächenabfluss aus nicht urbanen Gebieten stammenden Frachten. Die Emissionen aus den diffusen Eintrag aus Ballungszentren wiesen deutliche Unterschiede zwischen den PFAS-Parametern auf – von null bei PFNA undPFHxA bis zu 75 % bei PFOS. Zudem tragen PFPeA, PFNA, 6:2 FTS und PFOS am stärksten zur Flussbelastung bei und stammen jeweils aus Punktquellen,Grundwasser, nicht-urbanem Oberflächenabfluss und diffusen urbanen Pfaden.

This master’s thesis investigated the emission load of various PFAS parameters-including PFBA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFOS, PFBS, PFHxS, 6:2 FTS, and PFPeA- emitted by point and diffuse pathways in the Raba River catchment in Austria between 2022 and 2024. The aim of the study was to identify and quantify the keysources and pathways contributing to increasing the PFAS load in the river based ona tiered approach. Data was collected regarding the concentrations of PFASparameters in the river at a monitoring station from 2022 to 2024. Samples also were taken at the outlets of selected sub-catchments, serving as the analytical unit (AU) formass balancing, during two sampling campaigns in 2024. To calculate the load emittedfrom point sources, data on the concentrations from 21 municipal and industrial Wastewater Treatment Plants (WWTPs) along the river were collected in 2023 and 2024. To better understand the impact of diffuse pathways on the river, various diffuse pathways—such as groundwater and surface run off from non-urban areas—were quantitatively assessed based on pre existing information. Due to the absence of a direct method for calculating the load from various diffuse pathways in urban areas,these were considered as a lumped diffuse pathway, referred to as the diffuse legacy of urban areas, using for model calibration. Subsequently, the immissions and total emissions of each PFAS parameter at the outlet of each AU were compared using the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) test to validate the model.The results indicate that the load emitted from urban WWTPs dominates over that from industrial direct discharges. The load from various diffuse pathways surpasses that from point sources for all PFAS parameters, except for PFPeA, which is solely attributed to point sources. Furthermore, poor data quality resulted in significant uncertainty in quantifying the load emitted from both groundwater and surface runoff from non-urban area pathways. The load arising from the diffuse legacy of urban areas showed substantial variation across different PFAS parameters, ranging from zero for PFNA and PFHxA to 75% for PFOS. Additionally, PFPeA, PFNA, 6:2 FTS and PFO Shave the highest load contributions into the river from point sources, groundwater,surface runoff from non-urban areas, and diffuse urban pathways, respectively.