Globale milieu-impact

Verregaande zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater en bemalingswater vergt in de meeste gevallen de toepassing van één of een combinatie van technieken die een bepaalde hoeveelheid energie verbruiken en/of gebruik maken van chemicaliën of grondstoffen. Afhankelijk van de specifieke techniek kan er een PFAS-houdende afvalfractie of concentraatstroom gevormd worden en een emissie naar lucht mogelijk zijn. In de meeste gevallen ontstaat er bij de toepassing van deze technieken afvalwater met een lagere of een niet-detecteerbare concentratie PFAS.

Afvalwater

De verwijdering of afbraak van PFAS in het afvalwater/bemalingswater door toepassing van één of een combinatie van technieken is het belangrijkste milieuvoordeel. In de meeste technieken ontstaat er opnieuw afvalwater met een lagere of een niet-detecteerbare concentratie PFAS. Bij de toepassing van membraan gebaseerde technieken ontstaat een concentraatstroom die op een geschikte wijze verder verwerkt of behandeld moet worden.

Energieverbruik

Het energieverbruik van de waterbehandelingstechnieken voor PFAS verschillen sterk afhankelijk van de techniek. De adsorptietechnieken hebben over het algemeen een beperkt energieverbruik. Er is enkel elektriciteit nodig voor het aandrijven van pompen om de drukval over de kolom op te vangen. Voor deze technieken is energie niet de meest bepalende factor voor de toepassing ervan. De overige scheidings-/concentratietechnieken hebben een hoger energieverbruik in toenemende volgorde voor coagulate/flocculatie, schuimfractionatie, membraan gebaseerde technieken en indampen/vacuümverdamping. Dit wordt veroorzaakt door de nood aan extra filtratiestappen, gasinjectie, ozongeneratie, het aanleggen van hoge drukken of het toevoegen van warmte. Voor sommige van deze technieken, zeker in het geval van membraan gebaseerde technieken en indampen/vacuümverdamping, kan het energieverbruik een bepalende factor zijn in de keuze van de technologie.

De afbraak-/destructietechnieken zijn beide energie-intensieve technieken waardoor de kosten voor de toepassing sterk kunnen oplopen. Voor deze technieken zal de afweging gemaakt moeten worden of het energieverbruik en geassocieerde kosten opwegen ten opzichte van de milieuwinst, en hoe deze zich verhouden ten opzichte van alternatieve technieken. Desalniettemin ligt het energieverbruik van niet-thermisch plasmatechnologie lager dan voor thermische degradatie en verbranding, zeker in het geval van lage PFAS concentraties.  

Materiaalverbruik

De courant toegepaste adsorptietechnieken voor de verwijdering van PFAS maken gebruik van een significante hoeveelheid adsorbens dat in de meeste gevallen na eenmalig gebruik afgevoerd moet worden voor verbranding. In het geval van GAC is reactivatie en hergebruik mogelijk, maar dit wordt niet door alle leveranciers toegepast of aanvaard indien PFAS aanwezig is. Het voordeel van ionenwisselingsharsen is dat sommige types regenereerbaar zijn, maar voor de specifieke toepassing van PFAS wordt die nog volop onderzocht en wordt dit slechts in beperkte mate op grote schaal toegepast in het buitenland. De meeste leveranciers raden voorlopig aan om single-use harsen te gebruiken. Op het moment van schrijven worden verschillende regeneratiecondities en potentiële terugwinning van solventen onderzocht. De regeneratie van ionenwisselingsharsen biedt het potentieel voor het hergebruik van de harsen en de verdere reductie van het volume van de PFAS-houdende afvalfractie. Over het algemeen hebben ionenwisselingsharsen, oppervlakte gemodificeerde organokleimineralen en zeolieten een hogere adsorptiecapaciteit voor PFAS dan GAC waardoor het materiaalgebruik voor deze technieken lager zal liggen in vergelijking met GAC.

Voor situaties met een hoge concentratie (korte keten) PFAS kan het materiaalverbruik aan adsorbentia zeer hoog liggen indien de filters frequent gewisseld moeten worden wanneer er doorbraak optreedt. In deze gevallen moet steeds in overweging genomen worden of de inspanningen die geleverd worden om PFAS te verwijderen en het daaraan gekoppelde materiaalverbruik opwegen ten opzichte van de milieuwinst, en hoe deze zich verhouden ten opzichte van alternatieve technieken of combinaties van technieken. De toepassing van adsorptietechnieken vereisen geen toevoeging van andere hulpstoffen en heeft beperkt onderhoud nodig. Bij het toepassen van specifieke voorbehandelingen zoals coagulatie/flocculatie, zandfilters en zakkenfilters zijn bijkomende hulpstoffen noodzakelijk.

De toepassing van schuimfractionatie en ozofractionatie vereist over het algemeen geen toevoeging van hulpstoffen, maar indien de techniek geoptimaliseerd dient te worden voor korte keten PFAS kan de toevoeging van specifieke polymeren of oppervlakte-actieve stoffen noodzakelijk zijn. De toepassing van coagulatie/flocculatie vereist de toevoeging van coagulant/reactant en eventuele bijkomende additieven. Niet-thermisch plasmabehandelingstechnieken vereisen over het algemeen geen bijkomende toevoeging van chemicaliën, maar wanneer deze uitgevoerd wordt in een inerte atmosfeer is de toevoegingen van gassen zoals bijvoorbeeld argon of helium noodzakelijk. Ten slotte vereisen membraan gebaseerde technieken het gebruik van reinigingsproducten en/of anti-fouling/anti-scalant producten om het membraan op regelmatige basis te onderhouden, en de techniek operationeel te houden. Daarnaast vereisen deze technieken een intensieve voorbehandeling  waardoor bijkomende hulpstoffen noodzakelijk zijn.

Afvalstoffen

Het belangrijkste aspect van de scheidings-/concentratietechnologieën is dat steeds een PFAS-houdende afvalfractie gevormd wordt die verder behandeld of verwerkt dient te worden. Bij de adsorptietechnieken ontstaat steeds een vaste afvalfractie. Over het algemeen hebben ionenwisselingsharsen, oppervlakte gemodificeerde organokleimineralen en zeolieten een hogere adsorptiecapaciteit voor PFAS waardoor het materiaalgebruik en de resulterende afvalfractie voor deze technieken lager zal liggen in vergelijking met GAC. Bij de overige technieken ontstaat een concentraatstroom die eventueel nog verder behandeld kan worden met andere technieken ter vorming van een meer geconcentreerde stroom of vaste afvalfractie. Bij membraan gebaseerde technieken is de volumereductie beperkt en ontstaat nog een aanzienlijk volume concentraatstroom. Op het moment van schrijven is verbranding de meest toegepaste techniek in Vlaanderen voor de verwerking van deze  PFAS-houdende afvalstoffen. Een alternatief is het storten in zoutcelcondities om verder risico op verspreiding te voorkomen, maar algemeen wordt het storten van brandbare fracties ontraden (Input leden BC, 2022). Bij de implementatie van deze technieken is het belangrijk om een afweging te maken of de hoeveelheid van de gevormde afvalstoffen, en de kosten en emissies geassocieerd met de verwerking van de hoeveelheid van de gevormde afvalstoffen opwegen ten opzichte van de milieuwinst, en hoe deze zich verhouden ten opzichte van alternatieve technieken of combinatie van technieken.

Het grote voordeel van de afbraak-/destructietechnieken is dat deze zorgen voor de actieve destructie van PFAS en dat PFAS niet overdragen worden naar een ander milieucompartiment zoals dat wel het geval is bij de scheidings-/concentratietechnieken. Voor deze technieken moet echter nog verder onderzocht worden wat de mogelijke impact is op de emissies naar de lucht.

Verschillende van de waterbehandelingstechnieken vereisen in de meest gevallen de toepassing van specifieke voorbehandelingen zoals coagulatie/flocculatie, zandfilters, zakkenfilters en/of membraan gebaseerde technieken waardoor bijkomende afvalstoffen gegenereerd worden.

Emissies naar lucht

De meeste van de behandelde technieken hebben geen rechtstreekse emissies naar de lucht.  Indien er rekening gehouden wordt met de verdere verwerking en verbranding van vaste of vloeibare afvalstromen, zijn er specifieke luchtemissies aan verbonden. Dit is een belangrijk ketenaspect waarbij de verwijdering van PFAS een impact heeft op de emissies bij de verwerking van de PFAS-houdende afvalstoffen verderop in de keten (zie paragraaf 3.7.6).

Op het moment van schrijven is verbranding de meest toegepaste techniek in Vlaanderen voor de verwerking van de PFAS-houdende afvalstoffen die ontstaan bij de toepassing van de meeste waterbehandelingstechnieken. Op het moment van schrijven is er nog een onzekerheid over de volledigheid van destructie van PFAS en de potentieel gevormde bijproducten die mogelijk via de lucht geëmitteerd worden waardoor ook luchtverontreiniging een relevante verspreidingsroute van PFAS kan zijn. Dit moet verder onderzocht en opgevolgd worden bij de betrokken (afval)verbrandingsinstallaties in Vlaanderen. Hierop wordt verder ingegaan in de BBT-studie ter beperking van PFAS luchtemissies (Vander Aa et al., 2023). Bijkomend wordt thermische degradatie en verbranding gekarakteriseerd door specifieke luchtemissies waaronder CO, CO₂ en HF.

Vluchtige PFAS zoals fluortelomeeralcoholen en perfluoralkylamides kunnen mogelijk niet efficiënt verwijderd worden via indampen/vacuümverdamping waardoor deze (gedeeltelijk) mee over gaan in het destillaat. Het moet verder onderzocht worden of emissies van PFAS naar de lucht mogelijk zijn in deze situaties (Input leden BC, 2022; Tow et al., 2021). Bij schuimfractionatie en niet-thermisch plasmabehandelingstechnieken is eveneens verder onderzoek noodzakelijk over het potentieel van PFAS-emissies naar de lucht.

Materiaal- en energiestromen in de keten

Een bepaalde sector is onlosmakelijk verbonden met een aantal andere sectoren in de productketen. Binnen deze keten worden energie- en materiaalstromen uitgewisseld. De output van de ene sector vormt hierbij de input voor een andere. Milieuproblemen die zich in de ene sector voordoen, kunnen hun oorsprong (en dus ook hun oplossing) vinden in een andere sector. Met het oog op een  vergroening van de economie, is het van groot belang om niet alleen aandacht te hebben voor de rechtstreekse milieu-impact van de sector, maar om ook rekening te houden met de interacties in de keten.  

Mate van kringloopsluiting

De reactivatie van actief kool en de regeneratie van andere adsorbentia zoals ionenwisselingsharsen bieden het potentieel om het adsorbens te hergebruiken. Hierdoor kan het materiaalgebruik en de hoeveelheid gevormde PFAS-houdende afvalstoffen sterk gereduceerd worden. Bij de regeneratie van ionenwisselingsharsen kunnen grote hoeveelheden solvent en/of brijn nodig zijn. Indien het solvent eveneens kan gerecupereerd worden tijdens het regeneratieproces kan het materiaalverbruik verder gereduceerd worden. Voor actief kool is reactivatie niet altijd toepasbaar omwille van de POP-verordening (2019/1021) of is er nog onzekerheid over de volledigheid van PFAS destructie tijdens het reactivatieproces. Indien de concentratie voor PFOS en derivaten, PFOA en PFHxS en hun zouten, en hun respectievelijke aanverwante verbindingen hun specifieke grenswaarden (zie paragraaf 2.5.3.2) overschrijden in het gebruikte actief kool dan moet de vernietiging of onomkeerbare omzetting van deze POP’s worden verzekerd, door toepassing van de handelingen met de beperkingen vernoemd in bijlage V van de POP-verordening (chemische/fysische behandeling D9, verbranding D10, brandstof voor opwekken van energie R1 en bepaalde recycling/terugwinning van metalen en metaalverbindingen R4). Daarnaast is de regeneratie van ionenwisselingsharsen voor de verwijdering van PFAS nog in de onderzoeksfase en nog maar beperkt toegepast op grote schaal in het buitenland. Verder onderzoek is noodzakelijk om regeneratie van ionenwisselingsharsen toe te kunnen passen op grote schaal in Vlaanderen.

Verregaande zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater kunnen significante hoeveelheden gezuiverd water opleveren die opnieuw ingezet kunnen worden als proceswater of andere toepassingen. Dit kan het waterverbruik van de installatie mogelijk verlagen. Bodemsaneerders die PFAS-verontreinigde gronden ex-situ saneren hebben een grote hoeveelheid water nodig in de fysicochemische reiniging om de bodem te wassen en vervolgens PFAS uit te logen. In de praktijk wordt al het hierin gebruikte water in een relatief beperkte mate gezuiverd via bijvoorbeeld actief kool en terug ingezet in het proces. Doordat er geen water geloosd wordt, moet het water niet noodzakelijk tot onder de rapportagegrens gezuiverd worden. De concentratie PFAS moet enkel voldoende laag zijn om uitloging van PFAS uit de gewassen bodem mogelijk te houden (Input leden BC, 2022).

Milieuproblemen in andere sectoren die hun oorsprong vinden in de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater en bemalingswater

Zoals reeds werd aangehaald in voorgaande paragrafen is een belangrijk ketenaspect de impact van de verwijdering van PFAS op de emissies bij de verwerking van de PFAS-houdende afvalstoffen verder op in de keten. Deze kunnen mogelijk leiden tot significante emissies indien grote hoeveelheden PFAS-houdend afval geproduceerd wordt in de toepassing van de waterbehandelingstechnieken. Dit treedt voornamelijk op bij de toepassing van adsorptietechnieken indien er hoge wisselfrequenties zijn van de filters om doorbraak van PFBA te vermijden. In deze situaties worden grote hoeveelheden adsorbens gebruikt voor de zuivering van PFAS, met een grote impact van de verdere verwerking van het PFAS-houdend afval dat ontstaat.

Eveneens de productie van actief kool, ionenwisselingsharsen en andere adsorbentia moet in rekening gebracht worden indien de volledige milieu-impact van de deze technieken beschouwd wordt. Op basis van een vergelijkende levenscyclusanalyse voor GAC en ionenwisseling werd aangetoond dat de totale milieu-impact, gaande van productie, gebruik tot verwerking, voor GAC en ionenwisselingsharsen ongeveer gelijk is voor de behandeling van lage concentraties PFAS (< 0,7 µg/l). Voor hogere PFAS concentraties (>7 µg/l) werd vastgesteld dat de milieu-impact van GAC steeds groter wordt ten opzichte van die van ionenwisseling. Het grootste aandeel hierin werd veroorzaakt door de productie en verwerking van GAC (Emery et al., 2019). Regeneratie of reactivatie van de adsorbentia kan de milieu-impact van productie en verwerking van deze materialen sterk beperken door (partieel) hergebruik van het adsorbens.

Milieuproblemen in de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater en bemalingswater die hun oorsprong vinden in andere sectoren

RWZI’s, bedrijven voor externe behandeling van afvalwater en bodemsaneerders moeten stromen behandelen die een PFAS kunnen bevatten waardoor deze vervolgens mogelijk in hun eigen afvalwater terechtkomen.

• RWZI’s worden onvermijdelijk geconfronteerd met de aanwezigheid van PFAS in hun influent door lozingen van PFAS in huishoudelijk afvalwater, bedrijfsafvalwater en mogelijk de (bio)transformatie van precursoren in deze afvalwaters. Op basis van een uitgebreide studie over de aanwezigheid van PFAS in influent, effluent en zuiveringsslib van rioolwaterzuiveringsinstallaties in Nederland werd aangetoond dat de aanwezige PFAS in het influent niet of nauwelijks verwijderd worden door RWZI’s (Berksen & Baltussen, 2021). Hierdoor dringen bijkomende waterbehandelingen zich op voor de zuivering van PFAS om emissies naar het oppervlaktewater te voorkomen/beperken indien er nog PFAS gemeten worden in het effluent.
• Bedrijven voor externe behandeling van afvalwater bepalen zelf welke stromen ze kunnen behandelen door hun eigen acceptatiebeleid. Tijdens deze BBT-studie werd waargenomen dat verschillende van deze bedrijven momenteel enkel nog stromen verwerken met beperkte PFAS concentraties (< 1 µg/l) om aan hun eigen lozingsvoorwaarden voor PFAS te kunnen blijven voldoen. Hierdoor zijn er op het moment van schrijven bedrijven die hun hoge concentratie PFAS-houdende afvalwaters niet meer verwerkt krijgen (Input leden BC, 2022).
• Bodemsaneerders die PFAS-verontreinigde gronden ex-situ saneren hebben een grote hoeveelheid water nodig in de fysicochemische reiniging om de bodem te wassen en vervolgens PFAS uit te logen. In de praktijk wordt al het hierin gebruikte water hergebruikt waardoor dit niet noodzakelijk leidt tot lozing van PFAS (Input leden BC, 2022).
• Stortplaatsen die PFAS-houdend afval ontvangen en opslaan van andere industriële sectoren of huishoudelijk afval waarvan de aanwezigheid van PFAS niet gekend of bepaald is kan er verontreinigd hemelwater afstromen dat PFAS bevat. Deze percolaatwaters van stortplaatsen worden opgevangen en ondergaan een waterzuivering voordat deze geloosd worden. In het algemeen bevatten deze bedrijfsafvalwaters hogere concentraties CZV, zware metalen, natuurlijk organische componenten zoals bijvoorbeeld humuszuren en andere type verontreinigen die de zuivering van PFAS negatief kunnen beïnvloeden.