Assessment of PFAS Mobility in Soil–Groundwater Systems Based on Adsorption Characteristics
Questo studio dimostra che la mobilità delle sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) nei sistemi suolo-acque sotterranee è governata principalmente dalla struttura molecolare, dal contenuto di materia organica del suolo e dalla geochimica delle acque sotterranee, con una diminuzione dell'adsorbimento negli strati di suolo più profondi e in presenza di ioni disciolti, fornendo così un quadro di livello di screening per valutare i rischi di lisciviazione dei PFAS.
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Sotto i nostri piedi, il confine tra suolo e acqua non è una parete statica ma un filtro dinamico, una zona complessa dove le sostanze chimiche incontrano la terra e o si attaccano o fluiscono. Per decenni, gli scienziati hanno compreso che il movimento degli inquinanti attraverso questa zona dipende da tre fattori principali: la forma della molecola chimica stessa, la tessitura e la composizione del suolo attraverso cui viaggia, e la chimica dell'acqua che la trasporta. Quando una sostanza è pesante o appiccicosa, tende a restare intrappolata nel terreno; quando è leggera o respinta dal suolo, corre verso l'acqua sotterranea. Questa è la regola fondamentale di come si diffondono i contaminanti. Tuttavia, una classe di sostanze chimiche sintetiche note come PFAS, ovvero sostanze per- e polifluoroalchiliche, ha complicato questo quadro. Queste sono le "sostanze eterne" utilizzate in tutto, dai utensili da cucina antiaderenti ai capi d'abbigliamento impermeabili, famose per la loro capacità di resistere alla degradazione. Poiché non si degradano, il loro viaggio attraverso il terreno è una preoccupazione critica per la salute pubblica, eppure prevedere esattamente quanto velocemente si muovano, o quanto lontano viaggino, è rimasto difficile, specialmente quando l'acqua che le trasporta non è pura ma ricca di sali e minerali naturali.
Un team di ricercatori dalla Corea del Sud si è posto l'obiettivo di sbrogliare queste variabili osservando come diversi tipi di PFAS si comportano in condizioni reali. Non si sono limitati a testare le sostanze chimiche in acqua pulita, come avviene spesso negli studi di laboratorio, ma hanno invece utilizzato acqua raccolta da vere fonti di acque sotterranee che contenevano vari livelli di ioni naturali. Hanno anche esaminato il suolo prelevato da tre diverse profondità: uno strato superficiale, uno strato intermedio e uno strato profondo, per vedere come la natura mutevole della terra influenzi il movimento delle sostanze chimiche. Il loro obiettivo era determinare se le sostanze chimiche si sarebbero incastrate nel suolo o se avrebbero continuato a scorrere verso il basso, e vedere se il tipo di acqua o la profondità del suolo facessero una differenza significativa.
I ricercatori hanno iniziato prelevando campioni di suolo da profondità di zero-trenta centimetri, trenta-sessanta centimetri e sessanta-novanta centimetri. Hanno scoperto che lo strato superficiale del suolo era ricco di materia organica, che agisce come una spugna per molte sostanze chimiche, mentre gli strati più profondi contenevano significativamente meno di questo materiale organico. Hanno mescolato questi suoli con acqua contenente una vasta gamma di composti PFAS, dai catene di carbonio molto corte a quelle molto lunghe. Nell'acqua pulita, i risultati seguivano uno schema prevedibile: più lunga era la catena di carbonio della molecola di PFAS, maggiore era la probabilità che si attaccasse al suolo. Le versioni a catena corta, invece, faticavano appena a trattenersi. Ma quando i ricercatori hanno sostituito l'acqua pulita con vera acqua sotterranea, la storia è cambiata. La presenza di sali e minerali disciolti nell'acqua sotterranea ha ridotto la capacità del suolo di trattenere le sostanze chimiche. Questo effetto è stato più drammatico per i PFAS a catena corta, che sono diventati ancora più mobili, scivolando attraverso il suolo con quasi nessuna resistenza.
La profondità del suolo si è rivelata essere tanto importante quanto la chimica dell'acqua. Lo strato superficiale del suolo, con il suo maggiore contenuto organico, è stato in grado di rallentare il movimento di alcune sostanze chimiche, agendo come una barriera temporanea. Tuttavia, man mano che i ricercatori scavavano più in profondamente, questa capacità protettiva svaniva. Nei campioni di suolo più profondi, le sostanze chimiche si muovevano quasi con la stessa libertà con cui si muoverebbero in acqua aperta, con pochissimo che ne rallentasse il corso. Ciò suggerisce che una volta che un contaminante supera lo strato superiore di suolo ricco, può viaggiare molto più velocemente e lontano di quanto precedentemente ipotizzato, specialmente se si tratta di un composto a catena corta. I ricercatori hanno calcolato quanto il suolo rallentasse il flusso di queste sostanze chimiche, scoprendo che l'effetto di rallentamento diminuiva drasticamente con l'aumentare della profondità, il che significa che il terreno profondo offre pochissima protezione contro la migrazione di queste sostanze.
Per vedere se i materiali prodotti dall'uomo potessero fare un lavoro migliore nel catturare queste sostanze chimiche, il team ha testato diversi sorbenti a base di carbonio, tra cui il carbone attivo e due tipi di biochar derivati da legno e lolla. Hanno scoperto che il carbone attivo era il più efficace nel intrappolare le sostenze chimiche, ma anche questo potente materiale aveva dei limiti. Quando hanno testato il carbone attivo in acqua prelevata da un sito contaminato, esso ha rimosso con successo la maggior parte dei PFAS a catena lunga, ma ha incontrato grandi difficoltà con le versioni a catena corta. Anche dopo diversi giorni di contatto, una grande parte delle sostanze chimiche a catena corta rimaneva nell'acqua. Ciò indica che, sebbene i filtri ingegnerizzati possano pulire parte dell'inquinamento, potrebbero non essere sufficienti a fermare le forme più mobili e persistenti di queste sostanze chimiche dal passare oltre.
Lo studio conclude che il movimento dei PFAS attraverso il terreno non è un processo semplice, ma un equilibrio delicato tra la struttura della sostanza chimica, la profondità del suolo e la chimica dell'acqua. L'idea che queste sostanze chimiche si comportino allo stesso modo in tutti gli ambienti è errata; il loro comportamento cambia drasticamente a seconda di dove si trovano e di cosa stanno attraversando. I PFAS a catena corta sono particolarmente pericolosi perché hanno meno probabilità di attaccarsi al suolo e sono più propensi a essere spinti via dai sali naturali presenti nelle acque sotterranee. Ciò significa che valutare il rischio di contaminazione richiede di guardare al tipo specifico di sostanza chimica, alla profondità del suolo e alla composizione dell'acqua, piuttosto che affidarsi ad assunzioni generali. I risultati suggeriscono che, una volta che queste sostanze superano lo strato superficiale del suolo, possono viaggiare rapidamente e in profondità, e che i metodi di bonifica standard potrebbero dover essere rivalutati per tenere conto delle sfide specifiche poste dalle forme più mobili di queste sostanze chimiche eterne.
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