Three potential analytical methods to make invisible polyacrylamide visible in the aquatic environment

Polyacrylamide (PAM) is loosely used to describe any polymer mixtures that contain acrylamide monomers (as one of constituents) in the polymer (Paktinat et al., 2011). PAM is highly water-absorbing and is forming a gel when hydrated, for example in diapers (Bai et al., 2010). Polyacrylamides with only acrylamide monomers is non-ionic. The presence of other monomers can make the polyacrylamide either anionic or cationic. The molecular weight of the polymer ranges from 105 to 107 Dalton. The high molecular weight PAM (>106 Dalton) has a wide range of applications in environmental systems due to its high viscosity. PAMs are used in different sectors, but one of their main application is as a flocculant in wastewater treatment plants. They are also used as a viscosity enhancer in oil recovery and more recently as a friction reducer in high volume hydraulic fracturing and as a soil conditioning agent in agricultural applications and other land management practices (Xiong et al., 2018). PAM can be present in wastewater generated from oil and gas operations, in runoff from agricultural lands, and in surface waters contaminated by accidental spills or wastewater leakage. PAMs that are used as flocculants during wastewater treatment and drinking water production, sorb either to particulate matter or partially remain dissolved in the aqueous phase. Once they reach the ecosystems, they can follow several interrelated routes of fragmentation caused by biodegradation, oxidation, hydrolysis, photodegradation or mechanical processes. Some of these fragments can be mineralized while other persist. PAM can also partly degrade which leads to acrylamide monomer, a known toxin and potential carcinogen, in the environment (Carere, 2006). The Food and Drug Administration (FDA) and the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) regulate acrylamide in water intended for human consumption, limiting its concentration to 0.5 µg/L, while the European Commission (EC) has a stricter limit of 0.1 µg/L. Even though PAM is classified as non-toxic to the natural ecosystems, it significantly increases water viscosity and causes movement inhibition, decreased filtering rates and disruption of food capture mechanisms for aquatic life (Hashmet et al., 2014).

Samenvatting: Polyacrylamide (PAM) is een overkoepelde term om alle polymeermengsels aan te duiden die acrylamidemonomeren (als een van de bestanddelen) in het polymeer bevatten. PAM kan aanwezig zijn in afvalwater van olie- en gasoperaties, in uitspoeling van landbouwgronden en in oppervlaktewateren die verontreinigd zijn door lozingen of lekkage van afvalwater. PAM’s die worden gebruikt als vlokmiddel bij de behandeling van afvalwater en de productie van drinkwater, hechten zich aan deeltjes of blijven gedeeltelijk opgelost in de waterfase. Door het gebrek aan kennis over de productie, het gebruik en de specifieke toepassing zijn emissies van PAM grotendeels onbekend. Bovendien ontbreken ook de gegevens over het voorkomen van PAM-polymeren, -oligomeren en – monomeren grotendeels. Deze studie beoogt de evaluatie van enkele van de bovengenoemde analysetechnieken voor de bepaling van PAM in waterige matrices om het voorkomen in het aquatische milieu, de verwijdering (of emissie) door waterbehandelingstechnologieën, de blootstelling van het milieu en de mens en de effecten van PAM te kunnen beoordelen. Dit gebeurt door het experimenteel evalueren van uit de literatuur geselecteerde PAM- detectietechnieken in watermonsters. Het was niet mogelijk de PAM-concentraties in de watermonsters te kwantificeren, waardoor verder onderzoek nodig is naar de mogelijkheden om PAM’s in drinkwater en het aquatisch milieu te bepalen.