A portrait of Kyle Doudrick wearing a white lab coat.
Kyle Doudrick副教授

土木与环境工程与地球科学系副教授凯尔·杜德瑞克(Kyle Doudrick)说:“我九博体育研究水质和水质处理已经有20年了,所以我九博体育研究过几种不同的新出现的污染物。”“在我们的历史上,有几个紧迫的污染问题,但我认为可以肯定地说,PFAS是我们必须处理的最严重的污染问题。这是一个真正的混乱,我的实验室几乎把所有的时间都用来处理它。”

Doudrick专门从事新兴污染物的物理化学处理技术,包括微塑料和纳米塑料以及全氟和多氟烷基物质,或PFAS。他的九博体育研究重点是确定可行的、具有成本效益的解决方案来处理新出现的污染物,并改进传统的水处理工艺。

在国防部的资助下,他的实验室目前正在进行多个与PFAS相关的项目,其中包括PFAS从受污染的路面渗入周围环境的九博体育研究。

A close up picture of a rock flying into pieces after being smashed by a hammer.
Doudrick实验室的九博体育研究人员分析了PFAS被混凝土吸收了多少。

Doudrick说:“如果你看看在军事设施中消防员训练时发生的情况,路面就像海绵一样,但不是一个很好的海绵。”“它吸收了PFAS,然后,随着时间的推移,例如下雨时,PFAS渗出并从人行道上流入周围环境。然后更多的雨水使它通过土壤渗透到地下水中。其结果是一个巨大的、不断扩大的污染区域。”

Doudrick使用几种分析技术来测量PFAS浓度,包括使用PIGE快速和经济有效地识别PFAS热点。他的目标之一是开发一个预测模型来估计污染路面的环境负荷或PFAS渗入周围环境的数量和速率。他还在测试不同的密封剂如何减少泄漏到环境中。

PFAS可以从多个来源进入供水系统。一个重要的贡献包括处理过的废水,包括市政、化工厂、造纸厂和纺织厂,以及金属电镀——这是Doudrick经常引用的一个来源。

金属电镀是一种用于汽车、航空航天和国防工业,以及电器、医疗和牙科产品以及电子产品的工艺。“烟雾是有害的,”Doudrick解释说,“所以在溶液中混合了一种烟雾抑制剂,这种抑制剂的有效成分是PFAS。金属电镀公司几十年来一直在使用这种材料,有几家公司直接将废物排放到城市污水处理设施中。”

Doudrick和他的实验室正在九博体育研究使用吸附膜作为饮用水中PFAS的有效过滤器,EPA最近开始对其进行监管。这项技术还可以用于管理废水处理设施中的PFAS污染,这是Doudrick最担心的问题之一:生物固体。

“在处理废水的过程中,会产生污泥,”杜德瑞克说。这些污泥——从液体中分离出来的固体废物,沉淀在污水处理设施的沉淀池底部——变成了生物固体。

A类生物固体被认为是“营养丰富”和安全的,因为它们不含病原体或有害污染物。杜德瑞克说,它们作为有机肥料包装、销售和销售。

它们被PFAS污染了。

Doudrick说:“我们实际上是把PFAS的所有来源集中在生物固体中,然后把它散布到任何地方。”“这些生物固体被认为是一种可持续的产品,它们被免费提供给农民,他们把它捡起来,撒在他们的土地上,我告诉你,这是我们有过的最糟糕的主意。”我们会后悔的。要么是水银,要么是铅。”

在农业中使用含有pfas的生物固体会污染土壤、在土壤中生长的农产品、从土壤中生长并喂养牲畜的饲料,以及用于灌溉作物或作为人类和动物饮用水来源的地下水。农民们已经开始自我教育PFAS的危害,但他们并不是生物固体的唯一消费者。

“你可以去家得宝(Home Depot)买一袋,”杜德里克说。“他们把它作为‘绿色’或有机肥料推销,它确实是,但问题是,它含有PFAS,你把它撒在你的院子里——你的孩子们去院子里玩。”

不过,问题仍然存在:如果我们能把所有含有pfas的生物固体从商店货架上拿下来,从人行道上提取出来,从土壤中移除……我们如何处理这些废物?

Doudrick也在九博体育研究这个。

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A man wearing safety goggles over glass looks closely at an incinerator.
杜德瑞克实验室的博士后助理九博体育研究员夏贝尔·阿布·哈利勒(Charbel Abou Khalil)正在监控一个用于模拟全尺寸危险废物焚烧炉的实验级焚烧炉。
The incinerator used in Kyle Doudrick's lab, bright orange from heat.
使用氢氧化钙(水合石灰),Doudrick的实验室能够在低于500摄氏度的温度下焚烧废物中的PFAS。
A close up picture of a square piece of cement being placed into a liquid solution.
Doudrick的实验室九博体育研究了在降水事件中路面上PFAS的浸出。
A student putting cement samples in a solution while Kyle Doudrick oversees the process.
杜德瑞克实验室的博士生蒋梦林(Mae)将一块混凝土浸泡在溶液中,看看它吸收了多少PFAS。

焚烧是一种常见的、推荐的危险废物处理方法。垃圾、土壤,甚至那些从军事设施和机场挖掘出来的大块路面,都被送入焚化炉,在极高的温度下将这些材料分解。Doudrick的实验室正在九博体育研究焚烧如何帮助处理被污染的路面。

但当涉及到被PFAS污染的废物时,这个过程被证明是棘手的。

即使在1000摄氏度(1832华氏度)或更高的温度下焚烧,pfas也并不总是完全分解。焚化炉产生废气。不完全破坏意味着PFAS最终会通过废气排放到大气中。

Doudrick说,在某些情况下,在用于处理含有PFAS的废物的焚化炉附近进行空气质量测量,“结果显示大气和土壤沉积物中PFAS含量升高”。

他的实验室正在采取一种不同的方法。

A female student wearing safety goggles adjusts knobs on machinery.
蒋梦林(Mae)在Doudrick的实验室里监视着台式焚化炉。

Doudrick在焚烧前将水合石灰与含有PFAS的废物混合。石灰提高了焚烧过程,在较低的温度下——低于450摄氏度(842华氏度)——完全分解PFAS。它还可以作为洗涤器,在废气排放到大气中之前进行清洁。

“我们可以在更低的温度下完全摧毁它,”Doudrick说。“而用石灰,你最终得到的是无害的矿物质。它的工作速度很快,而且还能去除焚烧过程中产生的任何其他副产品,因此将其用作添加剂有很多好处。”

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通过2021年两党基础设施法,联邦政府已承诺投入100亿美元用于解决水中新出现的污染物,包括PFAS,国防部最近要求投入16亿美元用于清理PFAS污染的场所。近年来,对PFAS九博体育研究的兴趣和资助呈指数级增长,形成了对九博体育研究生和博士后的竞争。

还有很多工作要做。Doudrick认为,校园内的专业知识,快速PIGE分析和质谱分析的能力,以及专业焚烧技术的使用,使圣母大学在解决PFAS现在和未来的固有挑战方面处于独特的地位。

“作为一所拥有独特工具和专业知识的大学,我们的位置很好,”杜德里克说。“我们可以用小猪做的是独一无二的。我们已经为它开发了所有的方法,我们已经能够在它的基础上建立新的技术和以各种方式测量PFAS的能力。我们现在势头强劲。”