Perfluoroktanesulfonsyre

Ladede/Uladede Polymerer

Kationiske, Anioniske, Ikke-Ioniske Og Amfotere Polymerer (Inkludert Kvartære Aminoestere)

Vannløselige kationiske polymerer brukes som koagulanter og eller flokkulanter i prosesser som inkluderer avklaring av drikkevann, slam avvanning, papir produksjon, Gruvedrift, og som belegg Harpiks. Vannløselige ladede polymerer klassifiseres i henhold til deres ladningspotensial som kationiske, anioniske, ikke-ioniske og amfotere. Kationiske polymerer inneholder en positiv ladningstetthet. Mange av polymerene inneholder tertiære eller kvaternære nitrogener som gir en netto positiv ladning til polymeren. Anioniske polymerer er negativt ladet. Ikke-ioniske polymerer belastes ikke fordi de ikke inneholder en ioniserbar del. Amfotere polymerer er zwitterioniske i naturen som har både kationiske og anioniske funksjonelle grupper. Uttrykket av ladningen i amfotere polymerer er en funksjon av pH i bosatt media. I tillegg til mekanistisk eller ikke-spesifikk toksisitet som kan være tydelig i fisk, virvelløse dyr og alger, kan kationiske polymerer utøve toksiske effekter via fysiske interaksjoner med den negativt ladede gjelleflaten av fisk. Redusert oksygenoverføring følger med tilhørende bivirkninger.

effektene av kationisk polymerkjemi, ladningstetthet og molekylvekt ble vurdert ved akutt og kronisk eksponering for regnbueørret (S. gairdneri, O. mykiss). De kationiske polymerer som ble evaluert besto av to hovedklasser. Den første klassen, epiklorhydrin / dimetylamin-kopolymerer, bærer et kvaternært nitrogen på ryggraden av polymeren. Den andre typen kationiske kopolymer var akrylamid / akrylatkopolymerer som bærer et kvaternært nitrogen på esterens sidekjede av polymeren. De evaluerte polyaminene varierte i molekylvekt fra 10 til 200-250 kDa). Akrylamid / akrylatester-kopolymerer varierte i ladetetthet fra 10% til 39%. Akutte studier ble utført under statiske ikke-fornybare og også under gjennomstrømningsforhold. Kroniske studier ble utført via gjennomstrømmingseksponeringer. FOR de akutte ikke-fornybare studiene var lc50-verdiene svært varierte. Akutte lc50-verdier fra de ikke-fornybare studiene utgjorde henholdsvis 592, 271, 779 og 661 µ l− 1 for de tre polyaminene og ett akrylamid. Polyaminene, det vil si polymerene med det kvaternære nitrogenet på polymerens ryggrad, syntes å være generelt mer akutt toksiske enn de akrylamidbaserte polymerer (kvaternært nitrogen på esterens sidekjede av polymeren). Under gjennomstrømmingsforhold syntes toksisiteten å øke i forhold til ikke-fornybare studier. Akutte lc50-verdier fra de dynamiske studiene utgjorde henholdsvis 42,6, 96, 156 og 384 µ l− 1 for de tre polyaminene og ett akrylamid. Lc50 ACRs for de dynamiske gjennomstrømmings-og kroniske studiene var lave for både polyaminer og polyakrylamid testet, noe som indikerer at kronisk toksisitet LC50-verdier ikke var ulikt de akutte verdiene. Den lave Acr indikerer derfor at den resulterende toksisiteten var en funksjon av raske akutte effekter snarere enn langsiktige kumulative effekter. En trend som tyder på nedgang i toksisitet med økende molekylvekt ble notert.

med hensyn til subletale effekter induserte polyamin evaluert for kronisk toksisitet ikke bivirkninger på vekstparametere. Faktisk induserte begge polyaminer konsentrasjonsrelaterte økninger i vekstparametere. For det testede akrylamidet ble det observert en signifikant reduksjon i kroppsvekt av den overlevende ørret. Man kan konkludere fra disse studiene at kationisk ladning og den fysiske hoveddelen av polymeren var de avgjørende faktorene i toksisiteten notert i det ikke-fornybare systemet. Gjennomstrømningsbetingelser økte toksisiteten til polymerene sammenlignet med den under statiske forhold. Polymer molekylvekt og toksisitet var omvendt proporsjonal. I gjennomstrømningssystemene syntes kationiske polyaminer å være mer giftige enn kationiske polyakrylamider.

den akutte toksisiteten til en rekke kationiske polymerer ble vurdert I d. magna, fathead minnow (P. promelas), gammarids (Gammarus pseudolimnaeus) og midges (Paratanytarsus parthenogeneticus) ved bruk av in vitro testmetoder. Dess, en mikrokosmos test ansette fisk eller virvelløse arter og ti algearter har blitt gjennomført. Akutte toksisitetsstudier ble utført Med d. magna og fathead minnow ved polyelektrolytkonsentrasjoner på 100 mg l-1. Hvis testkonsentrasjonen på 100 mg l – 1 viste seg å være giftig for en eller begge testorganismer, ble elektrolytten testet med mindre følsom gammarid. Noen av elektrolyttene ble testet ved hjelp av midges. Lc50-verdiene for fire av polykasjonene var større enn 100 mg l− 1 For d. magna og / eller fathead minnow. Av de resterende 11 kationiske polymerer varierte lc50-verdiene fra 0,09 til 70,7 mg l-1 For d. magna og fra 0,88 til 9,47 mg l-1 for fathead minnow. I henhold TIL USEPA TSCA− kriterier varierer akutt toksisitet av disse polycations fra lav bekymring (LC50 > 100 mg l− 1) for flere til moderat til høy bekymring (LC50 < 100 mg l− 1 TIL LC50 < 1,0 mg l-1). Paratanytarsus parthenogeneticus LC50-verdier var mindre enn 100 mg l− 1 for tre av de åtte kationiske polymerer som ble testet (< 6,25 til 50 mg l-1). LC50s for gammarids var 8.1-33.4 mg l− 1 for syv av 13 testede polymerer.

i mikrokosmos-studiene ble algevekst forsinket ved høyere kationkonsentrasjon. Det var imidlertid ikke klart at polymerer indusert direkte toksiske effekter på alger og forsinket cellevekst ble spekulativt tilskrives potensielle fysiske interaksjoner av algeceller og polymerer. Endringer i artssammensetningen i mikrokosmos ble tilskrevet polyelektrolyttene, men beiteaktivitet ble ikke utelukket som årsak til artsmangfoldendringer i behandlede mikrokosmer.

den akutte toksisiteten av flere polyelektrolytter mot regnbueørret (O. mykiss), sjøørret (Salvelinus namaycush), mysid (Mysis relicta), hoppekreps (Limnocalanus macrurus) og kladoceran (d. magna) I Lake Superior water er evaluert. Dess, en 21 dagers livssyklus studie I d. magna ble gjennomført for å undersøke effekten av polycationic polymerer på reproduksjon i denne virvelløse arter. De kationiske polyelektrolyttene som ble testet var Superfloc 330 (Calgon Corp.), Calgon M-500, Gendriv 162 (General Mills Chemicals), Magnifloc 570C (Calgon Corp.) og Magnifloc 521C. Under statiske forhold varierte 96 h LC50-verdiene for regnbueørret fra 2,12 mg L− 1 For Superfloc 330 til 218 mg l− 1 For Gendriv 162. Toksisitetskarakteriseringen er av lav til moderat bekymring i HENHOLD TIL usepa TSCA-kriteriene. For sjøørret utgjorde 96 h LC50-verdien For Superfloc 33 2,85 mg l− 1 og For Calgon M-500, 5,70 mg l-1. Disse dataene indikerer moderat toksisitet for denne arten av fisk. For d. magna varierte 48 h LC50 fra 0,34 til 345 mg l-1, et bredt spekter, med toksisitetsegenskaper i henhold TIL TSCA av lav til høy bekymring. I en 21 dag D. magna life cycle study, Superfloc 330 Og Calgon M-500 svekket reproduksjon i virvelløse dyr ved lavere konsentrasjoner, det vil si 0,10 og 1,0 mg l− 1, henholdsvis enn de som tillater overlevelse, det vil si 1,10 og 2,85 mg l-1. Dataene er indikative for noe responsvariasjon, sannsynligvis en konsekvens av ladetetthet. I tillegg indikerer dataene også at i det minste for flere polyelektrolytkationer kan den tilhørende toksisiteten i vannlevende organismer være betydelig.

Studier har vist at reduksjon av toksisiteten til kationiske polymerer kan tilrettelegges ved innføring av anioniske polymerer og / eller organisk materiale tilsatt som næringsmidler til eksponerte arter. Spesielt har toksisiteten av kationisk polymermateriale blitt redusert via tilsetning av huminsyre. Tilsetningen av huminsyre til kulturer av regnbueørret ble vist å redusere toksisiteten av kationiske polymerer opptil 75 ganger avhengig av konsentrasjonen av huminsyren i kulturene. Samlet sett indikerer disse dataene at tilsetning av organiske stoffer til kulturer som inneholder polycationiske polymerer reduserer toksisitet. Den praktiske implikasjonen av dette er at mens standard toksisitetsstudier utført uten tilsetning av organisk materiale som huminsyre tillater sammenligning av toksisitet på tvers av testmaterialer, tillater tilsetning av organiske stoffer evaluering av toksisitet under mer plausible, miljømessig relevante forhold.

mekanismen for polymer toksisitet i algekulturer har blitt antatt å være en funksjon av næringsspormetallsekvestrasjon. Denne hypotesen er testet ved bruk av Vanninnpassende fraksjoner (WAFs) av vandige blandinger av tre multikomponent smøremiddeltilsetninger. Wafene ble benyttet på grunn av den uoppløselige naturen til en andel av smøremiddeltilsetningene. Resulterende toksisitetsdata for s. capricornutum indikerte generelt at Wafene var svært toksiske, og viste median effektive belastningskonsentrasjoner (EL50s) basert på celletetthetsøkninger eller vekstrater på mindre enn 1 mg l− 1. Kontrast, For o. mykiss og d. magna, var DE resulterende EL50-verdiene over 1000 mg l-1. I tillegg ble tester designet for å avgjøre om smøremiddelet WAFs var algistatisk (konsentrasjonen som hemmer algevekst uten å redusere cellenivå) eller algicidal ble inkludert. Resultatene av disse studiene indikerte at algetoksisiteten var indirekte, som følge av sekvestrering av essensielle mikronæringsstoffer. Waf festningsverk i form av jern eller dinatriumetetraeddiksyre (EDTA) som strekker seg fra 200% til 1000% av standard algemedium konsentrasjon redusert noen toksisitet bemerket i unamended kulturer. Algekulturer fjernet fra WAF-holdige medium og resuspendert i fersk kultur medium gjenopptatt eksponentiell vekst. Man kan trekke flere konklusjoner fra disse studiene: (1) sekvestrering av mikronæringsstoffer ved ladede polymere materialer vil trolig gi betydelig toksisitet til de eksponerte organismer, alger er spesielt følsomme for logaritmisk fase vekst reduksjoner på grunn av essensielle næringsstoffer uttømming; og (2) testing av materialer ved hjelp av standard testprotokoller kan overvurdere toksisitet fordi korrelasjonen mellom den begrensede næringsforsyningen i standardmedier og det naturlige dynamiske vannet er lavt.

det er utført en case-studie for miljørisikovurdering av En c12-C18 monoalkylkvaternær ammoniumforbindelse (MAQ). MAQ ER et kationisk overflateaktivt middel som fungerer i kombinasjon med andre vaskemiddelkomponenter. I casestudien ble informasjon om testmaterialets fysiske og kjemiske egenskaper, forventede miljøkonsentrasjoner og miljøskjebne presentert. I tillegg ble miljøeffektdata diskutert FOR MAQ. 96 h EC50-verdiene for grønne og blågrønne alger og kiselalger varierte fra 0,12 til 0,86 mg l− 1 MAQ. Algistatiske konsentrasjoner varierte fra 0,47 til 0,97 mg l− 1. Daphnid 48 h EC50 verdier i gjennomsnitt 0,06 mg l – 1 for fem tester i laboratorievann. Den kroniske NOEC og LOEC i en 21 dagers d. magna livssyklusstudie utgjorde 0,01-0,04 mg l–1. EC50-verdiene for marine virvelløse dyr, mysid og rosa reker utgjorde henholdsvis 1,3 og 1,8 mg l− 1. Den 96 h LC50 for fire arter av ferskvannsfisk var en funksjon av kjedelengde. Lc50-verdiene utgjorde 2,8 – 31,3 mg l− 1 for Maq med kjedelengder C12–C14 og 0,10-0,24 mg l− 1 for Maq med kjedelengder fra C15 Til C18. De målte 28 dagers kroniske NOEC og LOEC i fathead ørekyte tidlige livsstadier utgjorde 0,46 – 1,0 mg l− 1 For C12 MAQ og 0,01–0,02 mg l− 1 For C16–C18 Maq. Klart disse materialene har betydelig toksisitet basert på laboratoriestudier. Fordi disse materialene sannsynligvis vil bli behandlet I WWTFs, ble toksisiteten av materialet til aktiverte slammikroorganismer evaluert. KONSENTRASJONEN AV MAQ som kreves for å forårsake en 50% reduksjon i heterotrofisk aktivitet var omtrent 39 mg l− 1.

Akutte og kroniske toksisitetstester ble utført MED MAQ i elv og innsjøvann. Begrunnelsen var å evaluere effekten av oppløste organiske stoffer inneholdt i det naturlige vannet når det gjelder biotilgjengeligheten av polymeren. Både de akutte lc50-verdiene og de kroniske LOEC-nivåene var i gjennomsnitt tredoblet høyere i naturlig overflatevann for daphnids, den mest følsomme arten. Lc50-verdiene varierte fra 0,1 til 0,5 mg l-1 MAQ i syv elv – og innsjøvannstester (LC50 i laboratorievann var i gjennomsnitt 0,06 mg l-1). Målte kroniske noec-og LOEC-verdier i fire forskjellige overflatevannstester varierte fra 0,05 til 0,10 mg l-1 MAQ (NOEC og LOEC i laboratorievann varierte fra 0,01 til 0,04 mg l− 1). Resultatene av to elvvanns akutte toksisitetstester med bluegill og fathead minnows var sammenlignbare med laboratoriestudier; lc50-verdier utgjorde 6,0 mg l− 1 i elvvann versus 2,8 – 31,0 for SAMME kjedelengde MAQ i laboratorievann.

Mikrokosmos studier ble også utført der replikere populasjoner Av d. magna, chironomid mygg, og kolonisert elv periphyton ble utsatt for konsentrasjoner Av C12 MAQ som var forventet å være dødelig For d. magna. Mikrokosmene var gjennomstrømningssystemer med naturlig elvevann og rent sediment. Organismene ble eksponert i opptil 4 måneder for å sikre eksponering av flere generasjoner. Basert på resultatene av studien var det ingen signifikante effekter På d. magna tetthet eller biomasse Ved c12 MAQ konsentrasjoner opp til 0,110 mg l-1. Den første effekten oppstod ved 0,180 mg l− 1 i populasjoner som først ble eksponert for denne testkonsentrasjonen. Populasjoner akklimatisert til lavere konsentrasjoner og deretter eksponert for 0,180 mg l− 1 ble ikke negativt påvirket. Signifikante reduksjoner i både preeksponerte og kontrolloppdrettede populasjoner forekom ved 0,310 mg l− 1. Resultatene ble tilskrevet kompenserende endringer i populasjonsdynamikken til virvelløse dyr, hvor tapet av følsomme individer ble kompensert av økt reproduksjonskapasitet hos tolerante populasjoner etter multigenerasjonelle eksponeringer.

endelig ble feltstudier utført i elver og innsjøer i god biologisk tilstand og mottatt kvantifiserbare mengder WWTF-avløp. Naturlige planteplankton-og dyreplanktonstrukturelle og funksjonelle parametere ble vurdert, samt bionedbrytningshastigheter. Laboratorieavledede EC50-verdier for grønne og blågrønne alger og kiselalger var omtrent 12-23 ganger mindre enn i in situ-konsentrasjonen som påvirket fotosyntetisk aktivitet eller samfunnsstruktur. Biologisk nedbryting av pre-eksponerte mikrobielle samfunn var rask og reflektert biologisk nedbryting av naturlig forekommende organiske stoffer. Urfolk fisk, makroinvertebrater, og periphyton var mye mindre følsomme FOR MAQ enn var de mest følsomme laboratoriearter d. magna. I en avløpsdominert strøm var det ingen signifikante bivirkninger notert for noen av urfolkssamfunnene utsatt for en konsentrasjon på 0,27 mg l-1 MAQ, mer enn dobbelt så stor som den akutte EC50 for dafnider basert på laboratoriestudier.

sjøørret yngel, Salvelinus namaycush, ble eksponert i laboratorieforsøk til to avløpsrensingspolymerer, en anionisk (MagnaFloc 156) og en kationisk (MagnaFloc 368; Ciba Specialty Chemical) for å avgjøre om disse kjemikaliene som brukes i gruvedrift var giftige for eksponert fisk. Polymerene tilsettes til avløpsvann for å lette sedimentering og fjerning av suspenderte partikler. Kationiske polymerer fungerer primært som koagulanter og adsorberer til overflaten av negativt ladede partikler, og nøytraliserer dermed elektrostatiske overflateladninger. Anioniske polymerer fungerer primært som flokkulanter som binder sammen suspenderte partikler til aggregater med høyere molekylvekt som lettere settes ut av løsningen. Resultatene indikerte at kationisk polymer MagnaFloc 368 var vesentlig mer giftig for sjøørret yngel enn den anioniske polymer MagnaFloc 156. MagnaFloc 368 hadde en 96 h LC50 på 2,08 mg l− 1, MENS LC50 for MagnaFloc 156 ikke kunne bestemmes. Ved Den høyeste Testede MagnaFloc 156-konsentrasjonen ble 600 mg l− 1, 5% dødelighet observert.

giftigheten sett i disse ynglene ble tilskrevet ladetetthet. Jo sterkere den elektrostatiske ladningen av polymeren, desto større er dens toksisitet. Mindre molekylvektpolymerer er også typisk av større toksisitet. Toksisitetsmekanismen antas å være at de ladede polymerene tiltrekkes og interagerer med de negative ladede gjelleflatene til den eksponerte fisken. Den toksiske effekten av kationiske polymerer i fisk er forenlig med hypoksi og er dokumentert ved assosiert histopatologi, inkludert økt vaskularisering, økt platetykkelse via celleproliferasjon og redusert platehøyde. De histopatologiske funnene støtter den fysiologiske mekanismen for nedsatt respiratorisk effektivitet og ionregulering ved gjellemembranen. For anioniske polymerer antas det at disse materialene sekvestrer viktige næringsstoffer i media som spormetaller magnesium og/eller jern. Alternativt kan anioniske materialer også påvirke ionregulering i gjellemembranen.

Fluoropolymerer

Perfluoroktansulfonsyre (PFOS) og perfluoroktansyre (PFOA) er identifisert som allestedsnærværende miljøgifter. Disse materialene er ikke naturlige produkter og er rent menneskeskapte. De perfluorerte syrer (PFAs) er generelt en klasse av anioniske fluorerte materialer preget av en perfluoralkylkjede og en sulfonat-eller karboksylatoppløsningsgruppe. Perfluoralkylkjeden blir ofte referert til som en telomer eller synonymt som en fluorotelomer. De perfluorerte forbindelsene brukes som forløpermaterialer i syntesen av fluorerte polymerer med svært høy molekylvekt. Miljøforpliktelsene til polymerene med høy molekylvekt er begrenset på grunn av deres størrelse, det vil si utelukkelser av molekylær størrelse og generell omkalsitranse til nedbrytning. Eventuelle miljøforpliktelser er en konsekvens av rest telomerer i de formulerte sluttbruksproduktene og enhver nedbrytning av polymerene med høy molekylvekt. Følgende diskuterer telomer miljøgiftighet.

i tillegg til vurderingen av både akutt og kronisk toksisitet hos vannlevende organismer, er DET utført studier som evaluerer EFFEKTEN AV PFOS på DET endokrine systemet med hensyn til steroidogenese, endokrine relatert genuttrykk, effekter på hypofyse-hypothalamus-tyreoidalaksen og reproduktive endepunkter. PFOS har vist seg å påvirke det endokrine systemet og reproduktive endepunkter ved de evaluerte konsentrasjonene. I tillegg utviklet endrede kjønnsforhold, indusert nedsatt gonadeutvikling hos menn og hos f1− embryoer avledet fra langtidseksponerte høye doser (250 µ l-1) eksponerte kvinner alvorlige deformiteter i tidlige utviklingsstadier og resulterte i 100% larvedødelighet 7 dager etter befruktning. DET er imidlertid verdt å merke seg at i noen tilfeller VAR KONSENTRASJONEN AV PFOS-eksponering signifikant høyere enn det som ble funnet i feltprøver, og konsekvensene av disse resultatene i form av risikovurdering anses derfor usikre.

for PFOA har de fleste akvatiske økotoksisitetsstudier blitt utført med ammoniumsaltet (APFO) av preffluoroktansyren. UNDER miljørelevante forhold i vandige miljørom vil PFOA eksistere som den fullt ioniserte komponenten (COO -−. SIDEN en sannsynlig utslippsvei av fluoropolymerer vil være VIA WWTF-avløp, HAR toksisiteten AV PFOA til bakterier blitt evaluert. 30 min OG 3 h EC50-verdiene for studier med slaminhibering varierte fra > 1000 til > 3300 mg l− 1. For alger var de laveste 96 h EC50-og NOEC-verdiene rapportert for alganalyser ved Bruk Av Pseudokirchneriella subcapitata henholdsvis 49 og 12,5 mg l− 1. SAMLET sett varierte 96 h EC50-verdier (basert på veksthastighet, celletetthet, celletall og tørrvekt) fra 49 til > 3330 mg l− 1. Noec-verdiene varierte fra 12,5 til 430 mg l− 1. BASERT PÅ USEPA TSCA-kriterier, VIL PFOA bli karakterisert som lav bekymring for algearter. Daphnid 48 h EC50 verdier (basert på immobilisering) varierte fra 126 til > 1200 mg l− 1. 10-dagers NOEC for Sedimentboende Chironomus tentans ble vist å være > 100 mg l− 1. I laboratoriestudier var det heller ingen effekt på c. tentaner etter 10 dagers eksponering FOR PFOA ved konsentrasjoner opp til 100 mg l-1. BASERT på disse toksisitetsendepunktene, vil PFOA karakteriseres i HENHOLD TIL USEPA TSCA kriterier som av liten betydning for akvatiske virvelløse arter. Med hensyn til virveldyr fiskearter, målt 96 h LC50 verdier varierte fra 280 til 2470 mg l-1. BASERT PÅ LC50-verdiene for fisk, VIL PFOA karakteriseres som lav bekymring i HENHOLD TIL USEPA TSCA-kriteriene.

tilgjengelige kroniske toksisitetsdata inkluderer 14 daysay algal EC50− verdier på 43 og 73 mg L-1 (i tillegg til 96 h NOEC-verdiene), 21-dagers daphnid-reproduksjons-Noec som spenner fra 20 til 22 mg l− 1, 35-dagers blandet zooplanktonfellesskap LOECs fra ferskvannsmikrokosmstudier som spenner fra 10 til 70 mg l-1 og kronisk fisk NOECs som spenner fra 0.3 mg l− 1 for steroidhormonnivåer hos hannfisk målt i 39-dagers mikrokosmos-studier til 40 mg l− 1 basert på overlevelse og vekst fra en 85-dagers regnbueørretstudie i tidlig liv. Reduksjonene i steroidhormonnivåene hos fisk var ledsaget av bare begrensede økninger i tid til første oviposisjon og begrensede reduksjoner i total rognproduksjon. Hormonelle svingninger indusert av kronisk EKSPONERING for PFOA har derfor begrensede, moderate konsekvenser for fiskens reproduksjonsevne. Det foreligger imidlertid en viss usikkerhet om de langsiktige konsekvensene AV PFOA-eksponeringer og reproduksjonskapasitet hos eksponerte populasjoner. IFØLGE USEPA TSCA-kriteriene vil PFOA karakteriseres som lav kronisk bekymring for alger og lav til moderat kronisk bekymring for hvirvelløse dyr og fisk. Basert på tilgjengelige data anses økotoksisiteten TIL PFOA som lav for vannlevende organismer. Det er imidlertid bemerkelsesverdig at litteraturen om fluoropolymerer vokser raskt. En omfattende gjennomgang og oppsummering av fluoropolymer litteratur er langt utenfor rammen av dette kapitlet. Vi anbefaler at leseren konsulterer gjeldende spesifikk litteratur for deres spesifikke sak og gjennomgangen som er gitt for videre lesing.