Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are organic synthetic compounds used in several industries because of their unique properties and thermal and chemical stability. Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) and perfluorooctaonic acid (PFOA) are two of the most prominent PFAS that are undegradable and accumulate in nature. To study the impact of PFOS and PFOA on the liver in a controlled environment, organoids can be used. A sensitive and selective LC-MS/MS method for individual and simultaneous analysis of PFOS and PFOA in liver organoid media and equipment used in organoid analyses was developed. For detection of low concentrations, ability to analyse complex organoid samples, and limit background contamination, a solid phase extraction (SPE) column, automatic filter (AFFL) and a trap column was included. The AFFL-SPE-LC-MS/MS was optimised efficiently through Design of Experiment (DoE) regarding the loading phase in the LC and six MS parameters for PFOS and PFOA. Validation was controlled against Eurachem’s guideline showing high sensitivity, detecting LOD at 6 pg/mL. The method demonstrated high repeatability with an RSD below 8 % for most samples. Simultaneous analysis of PFOS and PFOA demonstrated high selectivity. Nevertheless, the method showed low intermediate precision and varying reliability, as well as persistent background contamination limiting detection of lower concentrations. The method was fit for purpose and allowed rapid analysis of PFOS and PFOA in organoid media and equipment used in organoid analyses. Result from studies of PFAS in liver organoids through analysis with this method can aid in understanding the connection between PFAS and metabolic diseases. / Populärvetenskaplig sammanfattning Per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) är en grupp av människoskapta, syntetiska ämnen med unika egenskaper. Dessa egenskaper gör att de är olja- och vattenavvisande, och har många applikationsområden. De finns i textiler, livsmedelsförpackningar, brandsläckningsskum och andra industriprodukter. De är väldigt termiskt och kemisk stabila, vilket gör att de inte bryts ner och därmed ackumulerar i miljön. Flera studier har också visat koppling mellan PFAS och många kroniska sjukdomar, som hormonstörningar, cancer, immunsuppression och metabolt associerad fettlever (MAFLD, tidigare nonalkoholisk fettlever (NAFLD)). Kopplingen mellan MAFLD och PFAS har fått mycket uppmärksamhet då levern har visats sig vara ett målorgan för PFAS. Eftersom PFAS är ihärdiga, har ett komplicerat spridningsbeteende och ackumulerar i naturen är det svårt att studera kopplingen mellan MAFLD och PFAS i en kontrollerad miljö. För att studera effekten av PFAS kan man använda organoider, laboratorieodlade 3D modeller gjord från stamceller för att imitera ett äkta organ.    Någon av de mest omtalade PFAS ämnen är perfluoroktansyra (PFOA) och perfluoroktansulfonat (PFOS), vilket är fokus för detta arbete. Leverorganoiderna kan utsättas för PFOS och PFOA, och mediet de ligger i kan extraheras och studeras med konventionella analytiska metoder för att få en bild av hur PFAS påverkar levern. I detta arbete vill analysen ske via vätskekromatografi med masspektrometri som detektion (LC-MS/MS). Med LC-MS/MS separeras den studerade molekylen, analyten från lösningen baserat på dess kemiska egenskaper. Analyten detekteras baserat på dess massa, mer bestämd massa/laddning-fördelningen (m/z). För att anpassa LC-MS metoden till injektion av komplexa organoidprover inkluderades ett automatiskt filter (AFFL) samt ett extra automatiskt separationssteg med en kolonn med fastfasextraktion (SPE). I övrigt ger SPE möjligheten att små mängder PFAS kan uppkoncentreras och fokuseras på kolonnen, vilket ger en sensitiv metod som kan detektera låga koncentrationer. SPE och AFFL implementerades båda för att bättre kunna separera och detektera PFOS och PFOA från andra ämnen, samt filtrera bort föroreningar och stora molekyler som kan skada LC-MS/MS instrumentet i längden. Då PFAS hopar upp sig i vår omgivning, visade det sig att kontamination av PFAS från systemet blev en utmaning under metodutvecklingen. Därför implementerades PFAS fritt utstyr, samt en extra kolonn för att fånga PFAS från systemet och på så sätt minska bakgrundskontaminationen som detekterades.    AFFL-SPE-LC-MS/MS metoden optimerades via en maskininlärningsbaserad optimeringsmetod baserad på parametrar i LC och MS. Metoden baserar sig på att, med tre värden för varje parameter, uppger programmet ett antal experiment som måste utföras för att kunna beräkna ett optimalt värde för varje parameter. Med resultatet från experimenten kan modellen matematiskt, genom en Bayes baserat Gaussian modell, uppskatta optimala värden för metoden. På så sätt kunde metoden optimeras systematiskt och tidseffektivt.    Innan rutinanvändning måste den optimerade metoden valideras. Validering blev gjord genom at följa Eurachem’s riktlinjer. Metoden visade hög repeterbarhet, selektivitet och riktighet. Den har hög sensitivitet, och kan detektera låga mängder, men bakgrundskontaminationen kunde inte elimineras totalt, och gör att man måste korrigera för detta i rutinanalyser. Komplexiteten av AFFL-SPE-LC-MS/MS med flera kolonner och filter gjorde att metoden visade låg robusthet och behövde justeras ofta. AFFL-SPE-LC-MS/MS metoden gör det möjligt att snabbt studera PFOS och PFOA i leverorganoider och utstyr använt i organoidanalyser, och kan bidra i forskningen för att bättre förstå hur PFAS påverkar levern. / Health Effects of Persistent Organic Pollutants

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have drawn great attention recently, due to their environmental persistence, potential toxicity and global distribution. PFAS is a large family of substances, characterized by a perflourinated carbon chain and a functional group. All PFASs are synthetic and have been widely used since the 1950s due to their unique properties of being both hydrophobic and oleophobic, making them useful for many industries. To be able to predict the fate of PFASs in the environment and to obtain detailed understanding of the transport processes, their partitioning behavior between soil particles and water depending on a range of parameters must be investigated. The aims of this study was to investigate the effects of pH, cation composition, functional group and perfluorocarbon chain length on sorption of PFASs to soil particles, by batch sorption experiment in laboratory scale. The laboratory-scale experiments were combined with modelling of the net charge to evaluate if net charge is a good predictor for sorption of PFASs to soil particles. 14 PFASs of varying length and functional groups were studied (PFBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFDoDA, PFTeDA, PFBS, PFHxS, PFOS and FOSA). The effect on sorption of Na+, Ca2+ (two different concentrations) and Al3+ were investigated at pH-range 3-6. Modelling of net charge was carried out in the geochemical model Visual MINTEQ. The soil had 45% organic carbon content. The adsorption of PFASs was strongly correlated with perfluorocarbon chain length, showing a stronger adsorption to particles with increasing perfluorocarbon chain length (i.e. more hydrophobic). The relation between sorption (represented by the distribution coefficient log Kd) and perfluorocarbon chain length was linear for all PFSAs and C3 to C10 PFCAs. The PFSAs (sulfonate functional group) sorbed stronger to soil particles than the PFCAs (carboxylic functional group), and FOSA (sulfonamide functional group) sorbed the strongest. For most PFCAs, (C5-C13) there was a trend of decreasing log Kd (i.e. decreased sorption) with increasing pH, due to pH-dependent changes of the soil particle surfaces. For short and intermediate perfluorocarbon chain length PFCAs (C5-C8) and for PFHxS among the PFSAs, cations had a clear effect on sorption. Aluminium ions (trivalent, Al(NO3)3) had the largest effect, followed by calcium (divalent, Ca(NO3)2) where higher concentration resulted in stronger sorption. Sodium (univalent, NaNO3) had the least influence on sorption. The net charge modelled with Visual MINTEQ takes into account many parameters (including pH) that affect the surface charge and sorption of PFASs to soil particles. When comparing log Kd for the different PFASs with pH and net negative charge, net charge was a better predictor of sorption of PFASs to soil particles than solution pH alone. / Per- och polyfluoroalkylsubstanser (PFAS:er) har dragit stor uppmärksamhet till sig på senare tid, på grund av deras persistenta egenskaper, potentiella toxicitet och globala utbredning. PFAS är en stor grupp ämnen, kännetecknad av en perflourinerad kolkedja och en funktionell grupp. Alla PFAS är syntetiska och har använts i stor utsträckning sedan 1950-talet på grund av deras unika egenskaper av att vara både vatten- och fettavstötande, vilket gör dem användbara för många industriella tillämpningar. För att kunna förutsäga var dessa föroreningars hamnar i miljön och få mer detaljerad förstående för transportprocesserna, måste deras fördelningbeteende mellan jordpartiklar och vattenundersökas för en rad olika parametrar. Syftet med denna studie var att undersöka effekterna av förändrat pH, katjonsammansättning, funktionell grupp och perfluorkolkedjelängd på sorption av PFAS:er till jordpartiklar. Detta gjordes med sorptionsexperiment i laboratorieskala. Laboratorieexperimentet kompletterades med modellering av nettoladdning, för att se huruvida detta väl kunde förklara sorptionen till jordpartiklar. 14 PFAS:er av varierande längd och med tre olika funktionella grupper studerades (PFBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFDoDA, PFTeDA, PFBS, PFHxS, PFOS och FOSA). Effekten på sorption av Na+, Ca2+ (två olika koncentrationer) och Al3+ undersöktes vid pH-intervallet 3-6. Modellering av nettoladdning utfördes i den geokemiska modellen Visual MINTEQ. Jorden som användes hade en halt av organiskt kol på 45%. Adsorptionen av PFAS:er var starkt positivt korrelerad med kedjelängden på de perfluorinerade kolkedjan. Ju längre kolkedja (dvs. mer hydrofob), desto starkare adsorption till partiklar. Relationen mellan sorptionen (här uttryckt som partitioneringskofficienten log Kd) och kedjelängd var linjär för alla PFSA och för C3 till C10 för PFCA. PFSA (sulfonat) adsorberade starkare än PFCA (karboxyl), och FOSA (sulfonamid) adsorberades starkast. För de flesta PFCA, (C5-C13) fanns en allmän trend där log Kd (dvs. sorption) minskade med ökande pH, på grund av pH-beroende förändringar på jordpartiklarna. För korta och medellånga PFCA (C5-C8) och för PFHxS hade katjonsammansättningen en tydlig effekt på sorptionen. Aluminiumjoner (trevärd, Al(NO3)3) hade den största effekten, följt av kalcium (tvåvärd, Ca(NO3)2) där den högre koncentrationen resulterade i starkare sorption. Natrium (envärd, NaNO3) hade minst påverkan på sorptionen till jordpartiklar. Visual MINTEQ tar hänsyn till många parametrar (inklusive pH), när nettoladdningen på jordpartiklarnas yta räknas ut. När log Kd för olika PFAS:er jämfördes med endera pH eller negativ nettoladdning, drogs slutsatsen att nettoladdning korrelerade bättre med sorption än pH.

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are a group of artificial chemicals which have been used in a wide area of applications such as surface protection agents in cloths and different industrial applications. It has been found that PFASs are potentially toxic and are frequently found in the environment due to their persistent and mobile properties. Effluents from wastewater treatment plants (WWTPs) have been identified as an important point source of PFASs. Bark, by-product from the paper and wood industry, is a low-cost adsorbent and has the potential to be used as a filter material for PFASs in WWTPs. In this study, the removal of PFASs in wastewater has been investigated using granulated active carbon (GAC) (n = 2) and bark (n = 2) in a pilot scale experiment at Kungsängsverket, Uppsala over a period of five weeks. The specific objects included: i) investigate the influence of flow-rate (10, 30 40 and 60 Ld-1 ) on the removal efficiency of PFASs in the GAC and bark filters, ii) investigate the influence of particle size of bark on the removal efficiency of PFASs and iii) establish what circumstances that potentially promotes removal of PFASs in GAC and bark filters. The results showed that GAC was the most effective method compared to bark, with a reduction of 73-93%, with increasing efficiency under low flow (10-30 L d-1 ) conditions. The removal efficiency of bark was 45% with a particle size of 2-5 mm and under low flow conditions (10-30 L d-1 ), while under high flow conditions (60 L d-1 ) with the same particle size the removal of PFASs was not efficient, instead the total PFAS concentration increased with 40%. In contrast, bark with a particle size of 5-7 mm proved to be not efficient in removing PFASs (removal efficiency = 0%). In general, the removal efficiency increased with smaller particle size of the adsorbent and lower flow rate. The results indicate that bark may be a low-cost alternative in reducing PFASs from wastewater, under certain conditions. / Per- och polyfluroalkyla ämnen (PFAS) är en familj av artificiella fluorerade organiska föreningar som har använts sedan 1950-talet i en rad olika applikationer, såsom impregnering i kläder. Studier har visat att PFAS är potentiellt toxiska och att de förekommer globalt på grund av deras persistenta och mobila egenskaper. Spillvatten från avloppsreningsverk etablerats som en betydande källa för PFAS. Bark, vilket är en biprodukt från pappers- och träindustrin, är ett poröst material vilket möjligen kan användas som adsorbent av PFAS. Denna studie har jämfört effektiviteten hos granulerat aktivt kol (GAC) och bark för att minska PFAS i avloppsvatten. Experimentet var utformat som ett småskaligt kolonn-experiment vid Kungsängsängsverket, Uppsala, och pågick under en fem veckors period. Frågeställningen var att i) studera vilka effekter flödes-hastigheten (10, 30, 40 och 60 L d-1 ) har på reduktionen av PFAS hos GAC och barkfiltren, ii) studera vilka effekter partikelstorleken hos bark har på reduktion av PFAS och iii) redogöra vilka förhållanden som potentiellt gynnar reduktionen av PFAS i GAC och bark filtren. Resultaten visade att GAC var det mest effektiva av de två materialen, med en total reduktion på 73- 93% av PFAS, med ökande effektivitet under låga flödesförhållanden (10-30 L d-1 ). Bark minskade den totala mängden av PFAS med 45% då partikelstorleken var 2-5 mm och under låga flödesförhållanden (10-30 L d-1 ) medan bark med samma partikelstorlek under ökade flödesförhållanden (60 L d-1 ) visade en ökning på 40% av PFAS i det utgående vattnet. Bark med en partikelstorlek på 5-7 mm visade ingen reduktion av PFAS. Generellt visade resultaten att reduktionen av PFAS ökar under låga flödesförhållanden och minskad partikelstorlek. Resultaten visade att bark kan vara ett alternativt material för att minska PFAS i avloppsvatten förutsatt att gynnsamma förhållanden upprätthålls.

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) is a group of man-made, highly persistent chemicals. Due to the specific surface-active attributes of these molecules, applications are numerous and feed an economically important industry. During the last decade, PFASs have been detected globally in the environment, living organisms and tap water. The combination of toxic properties and high bioaccumulative potential, together with the discovery that conventional water treatment methods do not remove PFAS, renders further research on purification methods highly needed.  Three techniques of purifying water from PFASs were examined. Nanofiltration technology (NF) is a membrane filtration technique, which produces a purified product (the permeate) by generating an effluent of high contaminant concentration (the reject water). To decontaminate the reject water, adsorption by granular activated carbon (GAC) or anion exchange (AE) have been proposed. The efficiency of these three technologies was studied at Bäcklösa drinking water treatment plant (DWTP) in Uppsala. A nanofiltration pilot with two 270NF membranes (Dow Filmtech™), connected in series, was used. A high removal efficiency (>90%) was found for all PFASs. Furthermore, it was confirmed that the concentration in the permeate water was a function of the concentration in the incoming raw water; increased PFAS raw water concentration resulted in increased PFAS permeate concentration. Size-exclusion and electrostatic repulsion were deemed important mechanisms. For the comparison of GAC (Filtrasorb 400®) and AE (Purolite® A-600), a column experiment was set up. The perfluoroalkane (-alkyl) sulfonic acids (PFSAs) and perfluorooctanesulfonamide (FOSA) had similar removal efficiencies using both GAC and AE, and the efficiency increased with increasing chain length. AE was found to have a higher average removal efficiency of perfluoroalkyl carboxylic acid (PFCAs) (62-95%) than GAC (49-81%). In conclusion, longer chain length PFASs were removed more effectively than shorter-chained, and the PFSAs and FOSA showed higher removal efficiency compared to the PFCAs. Furthermore, linear isomers were removed more effectively than branched for GAC and AE. In contrast, the opposite was found for the NF membrane, where branched isomers were better retained. / Per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) är en grupp syntetiska, ytterst persistenta kemikalier. På grund av deras ytaktiva egenskaper är de lämpliga för användning i många produkter och tillverkningsprocesser, och är således viktiga för en ekonomiskt betydande industri. Under det senaste årtiondet har PFAS påträffats i miljön, levande organismer och kranvatten världen över.  Kombinationen av toxiska egenskaper, en hög bioackumuleringspotential och upptäckten att konventionella reningsmetoder inte avlägsnar substanserna från vatten, gör att vidare forskning av reningsmetoder för PFAS är mycket angelägen. Tre reningsteknikers förmåga att rena vatten från PFAS undersöktes. Nanofiltrering (NF) är en membranfiltreringsteknik som utöver den renade produkten, permeatet, även framställer en biprodukt av hög föroreningsgrad, rententatet. För att rena rententatet har adsorption till granulärt aktivt kol (GAC) eller jonbytarmassa (AE) föreslagits. Teknikerna utvärderades på Bäcklösa Vattenverk i Uppsala.  Nanofiltreringen undersöktes i en pilotanläggning där två 270NF (Dow Filmtech™) membran var seriekopplade. En hög reningsgrad (>90%) konstaterades för alla typer av PFAS. Vidare visades PFAS-koncentrationen i permeatet vara en funktion av PFAS-koncentrationen i råvattnet; en ökad råvattenkoncentration gav en ökad permeatkoncentration. Storleksseparation och elektrostatisk repulsion befanns vara viktiga mekanismer som påverkade reningsgraden. För att undersöka de mekanismer som påverkar PFAS-adsorption jämfördes GAC (Filtrasorb 400®) och AE (Purolite® A-600) i ett kolonnexperiment. Reningsgraden för GAC och AE av perfluorerade sulfonsyror (PFSA) och perfluorooktan sulfonamider (FOSA) var lika hög och reningseffektiviteten ökade med ökande kolkedjelängd. AE återfanns ha en högre genomsnittlig reningsgrad av perfluorkarboxylsyror (PFCA) (62-95%) än GAC (49-81%). Sammanfattningsvis avlägsnades PFAS av längre kolkedjelängd mer effektivt än kortare kolkedjor, och PFAS med sulfonsyror och sulfonamider som funktionella grupper uppvisade en högre reningsgrad än karboxylsyrorna. Vidare renades linjära isomerer mer effektivt än grenade både genom GAC och AE. Däremot konstaterades det motsatta för NF-membranen, där grenade isomerer renades mer effektivt. / SafeDrink

The aim of this study was to develop an analytical method for fluorinated silanes. Furthermore, as a secondary aim, to explore if there would be possible to detect 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl triethoxysilane (6:2 PTrEtSi) and 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl triethoxysilane (8:2 PTrEtSi) in two different matrices, sludge and cosmetic extract. The method development included experiments using LC-MS, LC-MS/MS, UPC2, GC-MS and APGC-MS/MS and was carried out using standards containing 6:2 PTrEtSi and 8:2 PTrEtSi. The analytical method that worked best for the compounds was GC-MS/MS and an analytical method using APGC-MS/MS was developed for fluorinated silanes. The IDL for 6:2 PTrEtSi was 0.0012 μg/mL and 1.32 μg/mL for 8:2 PTrEtSi. This makes the developed method suitable for high contaminated samples, such as extracts from cosmetic products. It was concluded that a method using LC as the analytical instrument would not work for the two target compounds since they were too reactive with the mobile phase. However, LC could be a good choice for siloxanes, compounds that are formed from hydrolysis and condensation of fluorinated silanes. The samples analyzed in this study were three sludge extracts and one extract from a cosmetic product. 6:2 PTrEtSi was expected to be detected in the cosmetic sample since the compound was stated on the table of contents of the cosmetic product. No detection of 6:2 TrEtSi or 8:2 TrEtSi could be made in either of the samples. The reason for this was suspected to be transformation or degradation of the compounds into other compounds. Therefore, a full scan of the cosmetic sample using LC-MS/MS was included in the experiment as an addition to verify the suspicions that compounds such as siloxanes could have been formed. An interesting peak was discovered with m/z 947 which could be a disiloxane of 6:2 PTrEtSi.

No description available.

<p> Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are a class of persistent environmental contaminants that have become ubiquitous, resulting in widespread exposure among humans and wildlife. Amphibians are regularly exposed in the field, making them susceptible to sublethal effects of PFAS exposure. In amphibians exposed to PFAS, deleterious effects have been observed, including reduction in body condition measured using the scaled mass index (SMI) and degraded hepatic condition, among others. PFAS may dysregulate lipid metabolism by altering signaling cascades regulated by peroxisome proliferator activated receptors (PPAR), but whether changes in energy stores can explain changes in amphibian SMI and/or hepatic condition remain underexplored. Since lipids are a critical energy reserve for anurans, understanding whether lipid metabolism is being perturbed is critical. The central objective of this thesis was to investigate the effect of PFAS on lipid homeostasis in <em>Xenopus laevis </em>tadpoles within the context of a PPAR mechanism of action (MOA), considering apical, molecular, and lipidomic endpoints. I conducted three studies: (a) a study to characterize SMI and the relative expression of the hepatic xPPARα/β/γ during metamorphosis, (b) a pharmaceutical exposure to assess the <em>in vivo</em> effects of xPPARα/β/γ agonism on hepatic gene expression for select downstream targets (<em>apoa5, fabp1, acox1,​ pck1</em>), and (c) a chronic PFAS exposure to investigate the effects of environmentally relevant concentrations (PFOS, PFHxS, PFOA, PFHxA at 0.5 ppb; binary mixture of PFOS:PFHxS at 1 ppb) on lipid homeostasis through apical endpoints (mass, snout vent length, SMI, hepatic condition), relative hepatic gene expression, and Multiple Reaction Monitoring (MRM) profiling of the hepatic lipidome for changes in relative class abundance. In study (a), I identified SMI and hepatic expression of <em>xPPARα/β/γ</em> is dynamic during late metamorphosis, indicating the potential for heightened susceptibility. However, in study (b), pharmaceutical agonists had no effect on <em>X. laevis</em> at high doses. For study (c), I did not observe effects on a majority of apical endpoints, including SMI, but detected a significant sex-specific reduction in hepatic condition for male<em> X. laevis</em> tadpoles exposed to single-chemical perfluorosulfonic acid (PFSA) treatments. For gene expression, I observed a transient downregulation for apolipoprotein-V (<em>apoa5</em>) at Nieuwkoop and Faber (NF) stage 62 for <em>X. laevis</em> tadpoles exposed to single-chemical perfluorocarboxylic acid (PFCA) treatments. Lipid profiling detected transient dysregulation of predominantly membrane lipids in-response to short-chain PFAS treatments at NF 58. Overall, our findings indicate PFAS may exert toxicity during anuran metamorphosis through multiple mechanisms of action (MOA) with sex-specific and developmental-stage specific outcomes.</p>

Spridning av läkemedelsrester och andra prioriterade mikroföroreningar i miljön har uppmärksammats och stor oro väckts kring problematiken. Bland observationer som forskare har noterat till följd av antibiotika, hormoner och läkemedel i vattenmiljöer är bland annat bakteriell resistens, könsbyte och sterilitet hos fisk och groddjur. Persistenta föroreningar som per- och polyfluor alkalysyror (PFAS) bryts inte heller ner i naturen och mikroskräppartiklar kan anrikas i vattendrag och orsaka negativa effekter på vattenlevande organismer. Gemensamt för mikroföroreningar är att dessa förekommer oftast i små halter och kan härstamma från olika mänskliga aktiviteter. Avloppsreningsverk (ARV) är inte primärt anpassade för att avskilja mikroföroreningar utan främst för att avlägsna kväve, fosfor och organiskt material. Uppströmsarbete är inte heller tillräckligt effektivt för att avlasta reningsprocessen vilket medför att mängden mikroföroreningar ökar i vattenmiljöer och sätter ytterligare påtryckningar på ARV. Utmaningar som ARV står inför idag med nya mikroföroreningar och förekomsten av dessa i miljön har väckt frågor både nationellt och internationellt. Stockholm Vatten och Avfalls (SVOA) beslut att implementera membranbioreaktor (MBR) på Henriksdals reningsverk av porstorleken 0,04 μm är en åtgärd för att rusta upp inför framtida hydrauliska volymer men även potentiella striktare reningskrav. Fördelen med MBR-processen är att den förhindrar föroreningar som förekommer partikulärt att passera membranen och på så sätt hindras skadliga ämnen att passera reningsprocessen. I dagsläge saknas krav på ARV att rena avloppsvatten från de flesta mikroföroreningar. Det förväntas dock att kommande lagstiftning omfattar läkemedel och andra organiska föroreningar. I detta projekt undersöktes mikroföroreningar i form av läkemedelsrester, antibiotika, hormoner, PFAS och mikroskärp i en MBR-process samt förekomsten av adsorberbara och extraherbara organiska halogener (AOX, EOX) som potentiellt bildas under rengöring av membranen till följd av reningsprocessen. Resultat från detta projekt med MBR-processen visade en generell högre reduktion av prioriterade mikroföroreningar i avloppsvatten än tidigare undersökningar på konventionella ARV, med undantag för några substanser som visade på en liknande sämre reduktion. Läkemedlen diklofenak, oxazepam, citalopram med flera visade på en sämre reduktion och lika så för antibiotikumen clindamycin, claritomycin och erytromycin där reduktionen var negativ och visade på en återkommande trend. Östrogena hormoner reducerades i reningsprocessen och likaså för mikroskräp där 60 partiklar/m3 mikroplast av porstorleken större än 300 μm passerade membranen. Mikroplast av en porstorlek i intervallet mindre än 300 men större än 50 μm passerade 140 partiklar/m3 membranen. För AOX och EOX var halten i MBR-processen typiska och i nivå med tidigare undersökningar genomförda på konventionella ARV. Eftersom membranen inte kan avskilja partiklar på molekylnivå visades sig även att det passerade fortfarande mikroföroreningar som undersöktes. En slutsats från detta projekt är att endast ett få tal ämnen reducerades helt medan majoriteten av de prioriterade mikroföroreningarna reducerades delvis i avloppsvatten. För att kunna reducera dessa prioriterade mikroföroreningar i reningsprocessen ytterligare om striktare reningskrav skulle bli aktuella krävs vidare efterbehandling efter MBR-processen. / Release of pharmaceutical residues and other emerging substances in the environment has been highlighted and raised a great concern regarding the issue. Among observations that scientists have noted as a result of antibiotics, hormones and pharmaceutical residues in the aquatic environment are bacterial resistance, sex change and sterility in fish and batrachians. Persistent pollutants such as perfluorinated-alkylated substances (PFAS) are also not degraded in nature, and microscopic debris particles can be enriched in aquatic systems and cause adverse effects on aquatic organisms. The common aspect with these substances is that they usually occur in small quantities and can derive from different human activities. Wastewater treatment plants (WWTP) are not primarily designed to separate emerging substances of concern (ESOC), but primarily to remove nitrogen, phosphorus and particulate organic matter. Upstream work is also not sufficiently effective to relieve the purification process, which means that the amount of pollutants increases in aquatic environments and puts additional pressure on the WWTP. The challenges facing WWTP today with ESOC and their presence in the environment has raised issues both nationally and internationally. Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) decision to implement a membrane bioreactor (MBR) with poresize of 0,04 μm at Henriksdal WWTP is a step to prepare for future hydraulic volumes, but also potentially stricter treatments requirements regarding ESOC. The advantage of the MBR process is that it prevents contaminants that appear to be particulate to pass the membranes and end up in the receiving waters. Today, WWTP are not required to treat wastewater in order to remove pharmaceutical residues, antibiotics, hormones, PFAS or microscopic debris particles. However, it is expected that future legislations will include pharmaceuticals and other organic pollutants. In this project, ESOC such as pharmaceutical residues, antibiotics, hormones, PFAS and microscopic debris in the MBR-process are studied as well as the presence of adsorbable and extractable organic halogens (AOX, EOX) that are possibly formed during the cleaning or maintains of the membranes. Results from this study showed a higher general reduction of the studied ESOCs in wastewater with the MBR-process than previous studies in conventional WWTP, except of some substances that showed a poor reduction. Pharmaceuticals such as diclofenac, oxazepam and citalopram showed a weak reduction as well as the antibiotics clindamycin, clarithromycin and erythromycin where they showed a higher outcome levels than the incoming to the treatment process. Estrogenic hormones were reduced in the purification process as well as microplastics where only 60 particles/m3 of pore size higher than 300 μm passed the membranes. Microplastics of the pore size smaller than 300 and larger than 50 μm were detected to 140 particle/m3 in the effluent water. For AOX and EOX, the level of MBR process showed typical values and were in line with previous studies on conventional ARV. However, since the membranes cannot treat contaminants at molecular level, it was also shown that some ESOC that were studied bypassed the treatment process. A conclusion from this project is that only a few numbers of substances were fully reduced while the majority of ESOCs were partially reduced in wastewater. In order to reduce further ESOCs and in case of stricter treatment were to be applied, additional post-treatment is also needed for the MBR process.

The theoretical part of this diploma thesis consists of current matters regarding the presence of perfluorinated organic compounds in living environment elements. The attention has been focused on perfluoroktanoic acid (PFOA), (PFOS), and (FOSA). Physical-chemical characteristics of these organic pollutants and their toxicological and environmental aspects have been described. Possible ways of the pollutants analytical determination have been specified. The experimental part has explored effects of extraction techniques (sonication, pressurized solvent extraction, solid-phase extraction) used for PFAS separation from seats of fire soil sample. Identification of the analytes have been achieved by liquid chromatography/mass spektrometry.

Im ersten Teil wurde Probenvorbereitungs-Methoden und instrumentelle Methoden zur Organofluor-Bestimmung verglichen, um Vor- und Nachteile bei der Summenparameter-Analytik von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) zu identifizieren. Daher wurden Oberflächenwasserproben aus der Spree in Berlin und Industrieabwasserproben mit zwei PFAS-Summenparametern analysiert – dem extrahierbaren (EOF) und dem adsorbierbaren organisch gebundenen Fluor (AOF). Beide PFAS-Summenparameter wurden mit zwei fluorsensitiven Detektionssystemen analysiert – Hochauflösender Kontinuumstrahler-Graphitofen Molekülabsorptionsspektrometrie (HR-CS-GFMAS) und combustion Ionenchromatographie (CIC). HR-CS-GFMAS erwies sich im Vergleich zu CIC als der empfindlichere und schnellere Ansatz mit höherer Präzision. Im zweiten Teil wurde eine neue Methode zur PFAS-Summenparameteranalyse und EOF-Bestimmung in Bodenproben auf Basis von HR-CS-GFMAS entwickelt und optimiert. EOF-Massenanteile wurden bei mehrfacher Extraktion und Nutzung der Festphasenextraktion (SPE) zur Entfernung anorganischen Fluors untersucht. Bei einem Vergleich der optimierten Methode mit und ohne SPE zeigte sich eine drastische Diskriminierung von Organofluor-Verbindungen mittels SPE. Im dritten Teil wurden Organofluor-Massenbilanzen in aquatischen Systemen anhand von Oberflächenwasser- und Schwebstoffproben (SPM) untersucht. SPM-Proben wurden mit vier komplementären Analysemethoden analysiert – target und non-target, direct total oxidizable precursor assay (dTOPA) und EOF. Daher wurden drei Organofluor-Massenbilanzansätze für die räumlich und zeitaufgelöste SPM-Probenanalyse verwendet: (I) Identifizierung von oxidierbaren PFAS-Vorläufer, (II) Identifizierung des Anteils der identifizierten und nicht identifiziertes EOF und (III) PFAS-target, PFAS dTOPA, non-target-Screening und EOF-Analyse, um das nicht identifizierte EOF aus Ansatz (II) weiter zu entschlüsseln. / In the first part, a comparison of sample preparation and instrumental methods for organofluorine determination was used to identify advantages and disadvantages in sum parameter analysis of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs). Therefore, surface water samples from the Spree River in Berlin, Germany and industrial effluent samples were analyzed using two PFAS sum parameters – the extractable (EOF) and adsorbable organically bound fluorine (AOF). Both PFAS sum parameters were analyzed using two fluorine sensitive detection systems – high-resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS) and combustion ion chromatography (CIC). HR-CS-GFMAS turned out to be the more sensitive and faster approach accompanied with higher precision compared to CIC. In the second part, a new method for PFAS sum parameter analysis and EOF determination in soil samples based on HR-CS-GFMAS was developed and optimized. EOF mass fractions were investigated upon multiple extraction and utilization of solid phase extraction (SPE) for inorganic fluorine removal. In a comparison of the optimized method with and without SPE, a highly biased discrimination of organofluorines using SPE was shown. In the third part, organofluorine mass balances were investigated in aquatic systems using surface water and suspended particulate matter (SPM) samples. SPM samples were analyzed using 4 complementary analytical methods – target and non-target HRMS, direct total oxidizable precursor assay (dTOPA) and EOF. Therefore, 3 organofluorine mass balance approaches were used for SPM sample analysis in spatial and time resolved manner: (I) Identification of oxidizable PFAS precursors, (II) Identification of the proportion of identified and unidentified EOF and (III) PFAS target, PFAS dTOPA, non-target screening and EOF analysis to further unravel the unidentified EOF from approach (II).