Electrodialytic Remediation of PFAS-Contaminated Soil

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are a group of anthropogenic aliphatic compounds, widelyknown for their environmental persistence and toxicity to living beings. While they are ubiquitous in theenvironment, interest has been focused on contaminated soil, which can act as a primary recipient andsource of groundwater contamination. Electrokinetic technology is based on the movement of ionsunder the effect of an electric field. This could be a promising remediation solution, since PFASs areusually present in their anionic form. The contaminants can then be concentrated towards the anode,thus reducing a plume’s volume and possibly extracting the substances from soil. The preliminary aimof the present study was to evaluate the potential of using electrodialysis for the remediation of PFAScontaminatedsoil for the first time. Experiments were run with natural contaminated soil samples,originating from a fire-fighting training site at Arlanda Airport, and at Kallinge, Sweden, as well as inartificially spikedsoil. Electrodes were placed in electrolyte-filled chambers and separated by the soilwith ion-exchange membranes for pH-control. In total, five experiments were conducted. Two differentsetups were tested, a typical 3-compartment EKR cell and a 2-compartment setup, to allow for pHincrease and facilitate PFAS desorption. Two different current densities were tested; 0.19 mA cm-2 and0.38 mA cm-2. After twenty-one days, soil was cut in ten parts lengthwise and triplicate samples wereanalysed for PFAS concentrations, with HPLC-MS/MS. Sixteen out of the twenty-six screened PFASswere detected above MDL in the natural soil samples. The majority of the detected PFASs showed apositive trend of electromigration towards the anode, under both current densities, with only longerchainedcompounds (c>8) being immobile. This can be attributed to the stronger sorption potential oflong-chained PFAS molecules, as has been reported in previous sorption studies. Mass balancedistribution for a high current density (0.38 mA cm-2) experiment revealed that 73.2% of Σ26PFAS wasconcentrated towards the anode, with 59% at the soil closer to the anode, 5.7% at the anion exchangemembrane and 8.5% at the anolyte. It also showed higher mobility for short-chained molecules (c≤6),as they were the only compounds to be extracted from soil and be concentrated in the anolyte. Highercurrent densities were not directly correlated with higher electromigration rates, as to the lack of massbalance data for the low current density experiments. Regardless, electrodialysis could be a viable optionfor PFAS soil remediation and further research to encourage the understanding of the migrationmechanism, as well as combination with other treatment methods is encouraged.Per- och polyfluoralkylsubstanser (PFAS) är en grupp av antropogena alifatiska föreningar, allmäntkända för sin miljöpåverkan och toxicitet för levande varelser. Medan de är allestädes närvarande imiljön har intresset varit inriktat på förorenad mark, som kan fungera som primär mottagare och källatill grundvattenförorening. Elektrokinetisk teknik är baserad på jonernas rörelse under effekten av ettelektriskt fält. Detta kan vara en lovande lösningsmedel, eftersom PFAS är vanligtvis närvarande i sinanjoniska form. Föroreningarna kan sedan koncentreras mot anoden, vilket reducerar en plums volymoch eventuellt extraherar ämnena från jorden. Det preliminära målet med den föreliggande studien varatt utvärdera potentialen att använda elektrodialys för sanering av PFAS-förorenad jord för förstagången. Experimenten kördes med naturliga förorenade jordprover, härrörande från enbrandbekämpningsplats vid Arlanda flygplats, och i Kallinge, Sverige, samt i konstgjort spikedsol.Elektroder placerades i elektrolytfyllda kamrar och separerades av jorden med jonbytesmembran förpH-kontroll. Totalt genomfördes fem experiment. Två olika inställningar testades, en typisk 3-facksEKR-cell och en 2-facksinställning, vilket möjliggör pH-ökning och underlättar PFAS-desorption. Tvåolika strömtätheter testades; 0,19 mA cm-2 och 0,38 mA cm-2. Efter tjugo dagar skärs jorden i tio delari längdriktningen och trippelprover analyserades för PFAS-koncentrationer, med HPLC-MS / MS.Sexton av de tjugosex screenade PFAS: erna detekterades över MDL i de naturliga markproverna.Majoriteten av de upptäckta PFAS-värdena visade en positiv trend av elektromigration mot anodenunder båda strömtätheten, varvid endast längre kedjiga föreningar (c> 8) var immobila. Detta kanhänföras till den starkare sorptionspotentialen hos långkedjiga PFAS-molekyler, vilket har rapporteratsi tidigare sorptionsstudier. Massbalansfördelning för ett experiment med hög strömtäthet (0,38 mA cm-2) visade att 73,2% av Σ26PFAS koncentrerades mot anoden, med 59% vid jorden närmare anoden, 5,7%vid anjonbytarmembranet och 8,5% vid anolyten. Det visade också högre rörlighet för kortkedjigamolekyler (c≤6), eftersom de var de enda föreningarna som skulle extraheras från jord och koncentrerasi anolyten. Högre strömtätheter var inte direkt korrelerade med högre elektromigrationshastigheter,avseende bristen på massbalansdata för experimenten med låg strömtäthet. Oavsett elektrodialys kandet vara ett lönsamt alternativ för PFAS-markrening och ytterligare forskning för att uppmuntraförståelsen för migrationsmekanismen, liksom kombinationen med andra behandlingsmetoder främjas