Understanding transformation of organic micropollutants during plasma treatment and its ecotoxicological implications

Abstract

ENG- Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), commonly known as "forever chemicals," are of serious concern due to their strong resistance to environmental degradation and association with harmful health effects, including immune system suppression, thyroid disorders, and cancers. Although typically present in low concentrations, PFAS are highly persistent and mobile in water, creating substantial challenges for traditional wastewater treatment plants (WWTPs), which often cannot effectively remove or degrade them. Advanced oxidation processes (AOPs) have shown promise in addressing such resilient contaminants, with non-thermal plasma (NTP) emerging as a particularly efficient approach. Plasma, an ionized gas, produces reactive species—such as hydroxyl radicals, atomic oxygen, hydrogen, and nitrogen compounds—that can break down complex organic pollutants. Unlike other AOPs, plasma functions at low temperatures and atmospheric pressure, making it a more sustainable and economical option for wastewater treatment. This research focuses on the potential of plasma-based water treatment to degrade PFAS, identify resulting byproducts, and evaluate the ecotoxicological risks of both the original compounds and their transformation products, supporting a more robust regulatory framework for environmental safety. Through high-resolution mass spectrometry (HRMS) techniques, including liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), the study identifies key degradation byproducts, such as short-chain perfluoroalkyl acids (PFAAs), which may continue to pose ecological risks despite partial degradation. Additionally, the dissertation incorporates a risk assessment framework, using persistence, bioaccumulation, and toxicity (PBT) as well as persistence, mobility, and toxicity (PMT) criteria to assess the environmental risks associated with PFAS and their breakdown products

CAT- Les substàncies per- i polifluoroalquíliques (PFAS), conegudes sovint com a "químics eterns", són especialment preocupants per la seva resistència a la degradació ambiental i la seva associació amb efectes nocius per a la salut, com la supressió del sistema immunitari, trastorns de la tiroide i càncers. Tot i que habitualment es troben en concentracions baixes, els PFAS són extremadament persistents i mòbils a l’aigua, cosa que suposa un gran repte per a les plantes convencionals de tractament d’aigües residuals (WWTPs), que sovint no poden eliminar o degradar efectivament aquests compostos. Els processos d'oxidació avançada (AOPs) han demostrat ser prometedors per eliminar contaminants persistents, amb el plasma no tèrmic (NTP) emergint com una tècnica especialment eficient. El plasma, un gas ionitzat, genera espècies reactives, com radicals hidròxid, oxigen atòmic, hidrogen i compostos de nitrogen, que poden degradar molècules orgàniques complexes. A diferència d’altres AOPs, el plasma opera a baixes temperatures i a pressió atmosfèrica, convertint-se en una opció més sostenible i econòmica per al tractament d’aigües residuals. Aquesta investigació se centra en el potencial del tractament d’aigua basat en plasma per degradar PFAS, identificar els subproductes resultants i avaluar els riscos ecotoxicològics tant dels compostos originals com dels seus productes de transformació, amb l’objectiu de contribuir a un marc regulador més robust per a la seguretat ambiental. Mitjançant tècniques de espectrometria de masses d'alta resolució (HRMS), incloent la cromatografia líquida-espectrometria de masses (LC-MS), l'estudi identifica subproductes clau de la degradació, com àcids perfluoroalquílics de cadena curta (PFAAs), que poden continuar presentant riscos ecològics tot i la degradació parcial. A més, la dissertació incorpora un marc d’avaluació de riscos que utilitza criteris de persistència, bioacumulació i toxicitat (PBT), així com persistència, mobilitat i toxicitat (PMT), per avaluar els riscos ambientals associats als PFAS i els seus productes de degradació