米国防総省資金によるPFAS含有物質の処理に関する研究

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:PFAS処理技術の研究開発動向を把握するための参考になる。

🏢実務担当者:PFAS処理に関わる企業は、最新の処理技術とコスト削減の可能性を理解できる。

🏛政策担当者:PFAS規制や処理技術の政策立案に際し、技術の現状と課題を認識する必要がある。

本稿の範囲は、戦略環境研究開発プログラム（SERDP）および環境セキュリティ技術認証プログラム（ESTCP）が資金提供する、ペルフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物（PFAS）を含む物質の処理技術に関する研究、開発、および実証の状況である。SERDPとESTCPはともに米国国防総省（DoD）のプログラムであり、米国環境保護庁および米国エネルギー省と調整されている。本稿は、DoD内のプロジェクト実施チームが、水性膜形成フォーム（AFFF）の影響を受けた広範なサイト群を管理する取り組みを支援するための、研究、開発、および実証の状況に関する3部構成のフォーカス記事シリーズの1つである。本稿は処理技術に焦点を当てており、シリーズの2番目の記事は運命と輸送を扱う。3番目の概要記事は、曝露経路、分析および環境サンプリング方法、運命と輸送、特性評価、生物蓄積、生態毒性、および生態リスク評価、ならびに処理技術を簡潔に要約している。PFASは、環境中に見られる人為的化学物質の最も持続性の高いカテゴリーの1つとして認識されている。塩素化溶剤とは対照的に、これらのフッ素化化合物は、一般的な生物分解プロセスおよび従来の化学酸化プロセスに対してほぼ影響を受けない。それらは、従来型AFFFの使用により、DoDおよび地方空港にとって懸念事項である。また、消費者製品中のPFASの存在により、地域社会全体にとっても懸念事項である。場外地下水処理は、PFASの影響を受けた地下水を管理するための一般的な代替手段となっている。既存の技術がPFASの影響を受けた地下水の場外処理（例えば、粒状活性炭［GAC］などの吸着媒体に依存する）に受け入れられるものである一方で、これらの揚水・処理システムの運用は、特に米国全土でより多くのシステムを設置しなければならないため、かなりの、そして増大する費用を表している。GACやイオン交換などの技術は、場外での処理および/または処分を必要とする残留物（例えば、使用済み媒体）を継続的に生成する。PFASの影響を受けたサイトの特性評価中に、多量の調査由来廃棄物（IDW）が生成され続けている。残留物およびPFASを含むIDW材料（例えば、掘削くず、井戸開発水）の処分には、より費用対効果の高い代替手段が必要である。現在稼働中の揚水・処理システムの相当数があることを考えると、より費用対効果の高い処理技術の開発を通じて、大幅なコスト削減が実現され得る。進歩は多くの異なる形で実現され得る：交換頻度がはるかに少なくて済む改善された地下水処理用媒体、短鎖PFAS成分を除去する改善された能力を持つ媒体、地下水、使用済み媒体、再生溶液、および/またはIDWのオンサイト処理を可能にする破壊技術、ならびに残留物およびIDWのオフサイト処理のための改善された破壊技術。PFASで汚染された地下水のための効果的な原位置処理技術の開発は、もう1つの重要な目標を表している。既存の揚水・処理システムの一部を受動的な原位置処理システムに置き換えることができれば、かなりのコスト削減が実現されるであろう。我々が議論する処理技術は、大まかに場外または原位置のいずれかに分類される（図1および表1〜3）。場外処理技術については、プロジェクトは主に以下のカテゴリーに細分類される：水性媒体処理、調査由来廃棄物/土壌、および残留物。残留物には、使用済み処理媒体（GACおよびイオン交換樹脂）、およびイオン交換樹脂の再生に由来する濃縮ブラインなどの材料が含まれる。開発中の処理技術の一部は、必ずしも単一のカテゴリーに適合するとは限らない（例えば、プラズマベースの処理プロセスは、水性媒体、IDW水、およびブライン再生溶液に適用できる）。また、場外処理技術の一部は、潜在的に原位置で適用できる可能性がある。本稿は、SERDPおよびESTCPが資金提供するすべてのPFAS処理プロジェクトを包括的に網羅することを意図したものではなく、むしろ概要を提供し、代表的な処理プロジェクトの選定リストを強調することを意図している。D. Call（ノースカロライナ州立大学、ローリー、ノースカロライナ州、米国）概念実証（POC）進行中 D. Chiang（CDM Smith、ニューヨーク、ニューヨーク州、米国） M. Crimi（クラークソン大学、ポツダム、ニューヨーク州、米国）POC進行中 M. Fuller（Aptim、バトンルージュ、ルイジアナ州、米国）POCフォローオン取り組み進行中 K. Ozekin（水研究財団、デンバー、コロラド州、米国） F. Barranco（EA Engineering, Science, and Technology、ハントバレー、メリーランド州、米国）概念実証（POC）完了 T. Boving（ロードアイランド大学、サウスキングストン、ロードアイランド州、米国）POC進行中 E. Cates（クレムソン大学、クレムソン、サウスカロライナ州、米国）POCフォローオン取り組み進行中 B. Chaplin（イリノイ大学シカゴ校、イリノイ州、米国）POC進行中 H. Cho（テキサス大学アーリントン校、テキサス州、米国）POC進行中 T. Holsen（クラークソン大学、ポツダム、ニューヨーク州、米国）POC進行中 D. Jassby（カリフォルニア大学ロサンゼルス校、カリフォルニア州、米国）POC進行中 P. Koster van Groos（Aptim、プリンストン、ニュージャージー州、米国）POC進行中 S.D. Pillai（テキサスA&M大学、カレッジステーション、テキサス州、米国）POCフォローオン取り組み進行中 J. Quinnan [B]（Arcadis、ブライトン、ミシガン州、米国） C. Sales（ドレクセル大学、フィラデルフィア、ペンシルベニア州、米国）POCフォローオン取り組み進行中 T. Strathmann（コロラド鉱山大学、ゴールデン、コロラド州、米国）POC進行中 J. Wehrmann（Paragon、アンカレッジ、アラスカ州、米国） H. Yu（Amriton、ノリスタウン、ペンシルベニア州、米国）POC完了 POCフォローオン取り組み進行中 C–F結合の安定性は、固有の結合強度と結合の短い長さによるものと考えられている。C–F結合は有機化学で知られている中で最も強い単結合であり、結合解離エネルギーは（テトラフルオロメタンについて）544 kJ/molにもなる。炭素原子に結合したフッ素原子が近接しているため、外側のフッ素原子はPFAS構成成分の下にある炭素骨格を反応性種から遮蔽する。PFAS内のC–F結合の異常な安定性のため、PFAS構成成分を脱フッ素化するにはかなりのエネルギーが必要である。したがって、PFASを含む材料の破壊技術は比較的エネルギー集約的であるのに対し、非破壊的処理プロセスははるかにエネルギー集約的ではない。一般に、PFASを含む材料の破壊技術のエネルギー効率は、中程度または高濃度の廃棄物ストリームに対してより高い。しかし、ほとんどの破壊技術は、希薄または濃縮された廃棄物ストリームのいずれにも適用できる。非破壊的プロセスは、完全な処理ソリューションを達成するために破壊的プロセスと組み合わせることができる（例えば、イオン交換樹脂を使用して地下水を処理し、使用済み媒体の焼却と組み合わせる）。完全でエネルギー効率の高い処理ソリューションの開発は重要である。ライフサイクルコストと温室効果ガス排出量の両方を考慮に入れて、特定のプロセスおよびプロセスの組み合わせの利点を比較およびランク付けする必要がある。AFFF火災訓練源地域からの地下水の分析により、総有機フッ素の大部分が従来の分析方法では測定できないままであることが明らかになった（Schaeferら 2019）。DoD火災訓練源地域からの地下水サンプルを、標準的な24のPFAS分析物、総酸化可能前駆物質（TOPs）、および燃焼イオンクロマトグラフィーによる総有機フッ素（TOF–CIC）について試験した。TOPアッセイの結果を24の測定されたPFAS分析物の合計結果に加え、次にTOF–CICアッセイの結果と比較した。TOF-CICアッセイの結果ははるかに高く、結果の比較は、サンプル中に存在する有機フッ素の約65%が、TOPアッセイの結果を24の測定されたPFAS分析物の合計結果に加えても説明されないことを示した。この発見は、PFAS処理技術にとって重要な意味を持つ。測定不可能なPFAS構成成分（すなわち「ダークマター」）の存在は、吸着媒体およびイオン交換樹脂の容量に重要な影響を与える。また、測定不可能なPFAS構成成分の存在は、PFAS破壊技術のエネルギー要件を増加させ、吸着媒体の交換が必要になる時期を予測することをより困難にする。これは、サイト固有のカラム試験および/またはパイロット試験データが、本格的な処理システムの設計、処理媒体の寿命の推定、および破壊技術の電力コストの推定にとって決定的に重要である理由の1つである。水性媒体は、処理の文脈では一般に2つのカテゴリーに分けることができる：比較的希薄な廃棄物ストリーム（例えば、地下水および飲料水）、および中程度に濃縮された廃棄物ストリーム（例えば、比較的高濃度のPFASを含む流出水を収集するために使用されてきた地表水貯留池）。再生プロセスからの高濃度ブラインについては、後の「残留物の処理」のセクションで議論する。非破壊的処理プロセスには、希薄な水性媒体の処理のためのデフォルト技術となっているGACおよびイオン交換が含まれる。逆浸透および膜ろ過（RO/MF）プロセスはあまり広く使用されていないが、このカテゴリーにも含まれる。GACとイオン交換はどちらも、エネルギー集約度が低いため、一般にRO/MFプロセスよりも好まれる。RO/MFプロセスは、流入水をナノ多孔質膜に通すために比較的高い圧力を必要とする。使い捨てイオン交換樹脂は、再生可能なイオン交換樹脂よりも頻繁に使用される。流入PFASレベルが十分に高い場合、再生可能なイオン交換樹脂の選択が正当化されることがある。PFASレベルが閾値を超えると、

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The scope of the present article is the status of the research, development, and demonstrations of treatment technologies for per- and polyfluoroalkyl substance (PFAS)-laden material that are funded by the Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) and the Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP). Both SERDP and ESTCP are US Department of Defense (DoD) programs and are coordinated with the US Environmental Protection Agency and the US Department of Energy. The present article is 1 of a 3-part series of Focus articles on the status of research, development, and demonstration efforts that will assist project delivery teams, within the DoD, in their efforts to manage an expansive portfolio of aqueous film-forming foam (AFFF)-impacted sites. The present article focuses on treatment technologies, and the second article in the series covers fate and transport. A third, overview, article briefly summarizes exposure pathways; analytical and environmental sampling methods; fate and transport; characterization; bioaccumulation, ecotoxicity, and ecological risk assessment; and treatment technologies. The PFAS have been recognized as being one of the most persistent categories of anthropogenic chemicals found in the environment. In contrast to chlorinated solvents, these fluorinated compounds are largely impervious to common biological degradation processes and conventional chemical oxidation processes. They are a concern for the DoD and for municipal airports, due to the use of legacy AFFFs. They are also a concern for the community at large, due to the presence of PFAS in consumer products. Ex situ groundwater treatment has become a common alternative for managing PFAS-impacted groundwater. Although existing technologies are acceptable for ex situ treatment of PFAS-impacted groundwater (e.g., relying on adsorptive media such as granular activated carbon [GAC]), operation of these pump-and-treat systems represents a considerable and growing expense, especially as more of these systems have to be installed across the United States. Technologies such as GAC and ion exchange continually generate residuals (e.g., spent media) that require off-site treatment and/or disposal. Large quantities of investigation-derived wastes (IDW) continue to be generated during characterization of PFAS-impacted sites. More cost-effective alternatives are needed for disposal of residuals, and PFAS-laden IDW materials (e.g., drill cuttings, well development water). Given the substantial number of pump-and-treat systems that are currently in operation, sizable cost savings can be realized via development of more cost-effective treatment technologies. Advances may be realized in many different forms: improved media for groundwater treatment that require much less frequent replacement; media with improved capabilities for removing short-chain PFAS constituents; destruction technologies to allow for on-site treatment of groundwater, spent media, regenerant solutions, and/or IDW; and improved destruction technologies for off-site treatment of residuals and IDW. Development of effective in situ treatment technologies for PFAS-contaminated groundwater represents another important goal. Considerable cost savings will be realized if a portion of the existing pump-and-treat systems can be replaced with passive, in situ treatment systems. The treatment technologies we discuss are broadly classified as either ex situ or in situ (Figure 1 and Tables 1–3). For the ex situ treatment technologies, the projects are primarily subclassified under the following categories: aqueous media treatment, investigation-derived wastes/soils, and residuals. Residuals includes materials such as spent treatment media (GAC and ion exchange resin), and concentrated brines derived from regeneration of ion exchange resin. Some of the treatment technologies under development do not necessarily fit within a single category (e.g., plasma-based treatment processes can be applied to aqueous media, IDW water, and brine regenerant solutions). Also, some of the ex situ treatment technologies could potentially be applied in situ. The present article is not intended to provide comprehensive coverage of each and every PFAS treatment project being funded by SERDP and ESTCP, but rather to provide an overview, and to highlight a select list of representative treatment projects. D. Call, (North Carolina State University, Raleigh, NC, USA) Proof-of-concept (POC) in progress D. Chiang (CDM Smith, New York, NY, USA) M. Crimi (Clarkson University, Potsdam, NY, USA) POC in progress M. Fuller (Aptim, Baton Rouge, LA, USA) POC follow-on effort in progress K. Ozekin (Water Research Foundation, Denver, CO, USA) F. Barranco (EA Engineering, Science, and Technology, Hunt Valley, MD, USA) Proof of concept (POC) complete T. Boving (University of Rhode Island, South Kingston, RI, USA) POC in progress E. Cates (Clemson University, Clemson, SC, USA) POC follow-on effort in progress B. Chaplin (University of Illinois at Chicago, IL, USA) POC in progress H. Cho (The University of Texas at Arlington, TX, USA) POC in progress T. Holsen (Clarkson University, Potsdam, NY, USA) POC in progress D. Jassby (University of California, Los Angeles, CA, USA) POC in progress P. Koster van Groos (Aptim, Princeton, NJ, USA) POC in progress S.D. Pillai (Texas A&M University, College Station, TX, USA) POC follow-on effort in progress J. Quinnan [B] (Arcadis, Brighton, MI, USA) C. Sales (Drexel University, Philadelphia, PA, USA) POC follow-on effort in progress T. Strathmann (Colorado School of Mines, Golden, CO, USA) POC in progress J. Wehrmann (Paragon, Anchorage, AK, USA) H. Yu (Amriton, Norristown, PA, USA) POC complete POC follow-on effort in progress The stability of the C–F bond is believed to be due to the inherent bond strength, and the short length of the bond. The C–F bond is the strongest single bond known to organic chemistry, with a bond dissociation energy as high as 544 kJ/mol (for tetrafluoromethane). Because of the close proximity of the fluorine atoms that are bound to the carbon atoms, the outer fluorine atoms shield the underlying carbon backbone of PFAS constituents from reactive species. Owing to the extraordinary stability of the C–F bonds within PFAS, a considerable amount of energy is required to defluorinate PFAS constituents. Thus, destruction technologies for PFAS-laden materials are relatively energy intensive, whereas nondestructive treatment processes are much less energy intensive. In general, the energy efficiency of destruction technologies for PFAS-laden materials is greater for moderate or highly concentrated waste streams; however, most of the destruction technologies can be applied to either dilute or concentrated waste streams. Nondestructive processes may be coupled with destructive processes to achieve a complete treatment solution (e.g., use of ion exchange resin to treat groundwater, coupled with incineration of spent media). The development of complete and energy-efficient treatment solutions is critical. Both lifecycle costs and greenhouse gas emissions will need to be taken into consideration, to compare and rank the merits of specific processes and combinations of processes. Analysis of groundwater from AFFF fire training source areas has revealed that a large fraction of the total organic fluorine remains unmeasurable via conventional analytical methods (Schaefer et al. 2019). A groundwater sample from a DoD fire training source area was tested for the standard 24 PFAS analytes, total oxidizable precursors (TOPs), and also for total organic fluorine via combustion ion chromatography (TOF–CIC). The result from the TOP assay was added to the sum-total result from the 24 measured PFAS analytes, and then compared with the result from TOF–CIC assay. The TOF-CIC assay result was much higher, and comparison of the results indicated that approximately 65% of the organic fluorine present in the sample was not accounted for by adding the result from the TOP assay to the sum-total result from the 24 measured PFAS analytes. This finding has important implications for PFAS treatment technologies. The presence of unmeasurable PFAS constituents (i.e., “dark matter”) has an important impact on the capacity of adsorbent media, and ion exchange resins. Also, the presence of unmeasurable PFAS constituents increases the energy requirements for PFAS destruction technologies and makes it more difficult to predict when change-out of adsorbent media will be required. This is one reason why site-specific column testing and/or pilot test data are critically important for design of full-scale treatment systems, for estimating lifespan for treatment media, and for estimating electrical power costs for destruction technologies. Aqueous media can be generally divided into 2 categories for the context of treatment: relatively dilute waste streams (e.g., groundwater and drinking water), and moderately concentrated waste streams (e.g., surface water impoundments that have been used to collect run-off with relatively high concentrations of PFAS). Highly concentrated brines from regeneration processes are discussed later in the Treatment of residuals section. Nondestructive treatment processes include GAC and ion exchange, which have become the default technologies for treatment of dilute aqueous media. Reverse osmosis and membrane filtration (RO/MF) processes are less widely used, but are also included in this category. Both GAC and ion exchange are generally favored over RO/MF processes because they are less energy intensive. The RO/MF processes require relatively high pressures to force the influent through nanoporous membranes. Single-use ion exchange resins are used more frequently than regenerable ion exchange resins. If the influent PFAS levels are high enough, then selection of a regenerable ion exchange resin may be justified. When the PFAS levels exceed a thresh

• openalex https://doi.org/10.1002/etc.4836first seen 2026-08-02 16:58:21