Indampen/vacuümverdamping

Toepasbaarheid

Op het moment van schrijven is indampen/vacuümverdamping reeds een gevestigde techniek voor het concentreren van (bedrijfsafval)waterstromen in verscheidende sectoren in Vlaanderen. Voor de specifieke verwijdering van PFAS bevindt de technologie zich op het moment van schrijven in de pilootfase voor bedrijfsafvalwater met beperkte toepassingen op grote schaal (TRL 7 – 9).

• Toepasbaar in vaste installaties;
• Enkel toepasbaar op bedrijfsafvalwater;
• Met commerciële installaties kunnen debieten van 0,05 - 100 m³/u behandeld worden. Door het hoog energieverbruik per behandeld volume is deze techniek op het moment van schrijven mogelijk gelimiteerd tot beperktere debieten;
• Indampen/vacuümverdamping laat een significante reductie (5 – 50:1) van het volume bedrijfsafvalwater toe;
• Stromen met hoge concentraties vluchtige gehalogeneerde stoffen kunnen niet behandeld worden. Vluchtige stoffen in het algemeen kunnen niet afgescheiden worden via deze techniek.

PFAS verwijderingsefficiëntie

In de praktijk kan via indampen/vacuümverdamping korte en lange keten PFAS efficiënt verwijderd worden:

• Lange keten PFAS: 99%;
• Korte keten PFAS: 99%.

PFCA’s worden beter verwijderd dan PFSA’s die op hun beurt beter verwijderd worden dan perfluoralkylamides. De verwijderingsefficiëntie is hoofdzakelijk afhankelijk van de vluchtigheid van de aanwezige PFAS, waardoor ze meer of minder gevoelig zijn voor het overgaan in het destillaat. Vluchtige PFAS kunnen daardoor toch aanwezig zijn in het destillaat waaronder enkele perfluoralkylamides zoals MePFBSA en vluchtige FTOH. Afhankelijk van het type PFAS en de influentconcentraties kunnen bijkomende nabehandelingen van het destillaat nodig zijn om concentraties lager dan de huidige rapportagegrens van 20 ng/l voor de kwantitatieve PFAS en 50 ng/l voor de indicatieve PFAS voor individuele PFAS te bereiken.

Matrixeffecten en voorbehandelingstechnieken

Onderstaande parameters kunnen een invloed hebben op de PFAS verwijdering bij de toepassing van indamping/vacuümverdamping:

• Fe, Mn (neerslag);
• Hoge concentratie zouten (neerslag & corrosie);
• Stromen met hoge concentraties vluchtige gehalogeneerde stoffen kunnen niet behandeld worden;
• Hoge pH kan zorgen voor betere verwijdering van PFAS.

In het geval van hoge concentratie Fe, Mn en/of zwevende stoffen is het aangeraden een voorbehandeling toe te passen (vb. zandfilter, DAF, MF, …) voor deze techniek. Voor de rest heeft de aard van de matrix geen specifieke invloed op de verwijderingsefficiëntie van PFAS. Hierdoor is deze techniek mogelijk geschikt voor bedrijven met complexe, geconcentreerde, maar beperkte afvalwaters die niet eenvoudig te behandelen zijn via de courant gebruikte technieken zoals GAC of ionenwisselingsharsen of waar lozing niet mogelijk is.

Optimalisatie

Bij opschaling van de techniek dient aandacht besteedt te worden aan de overdracht van PFAS naar het destillaat door schuimvorming of meesleep van druppels. Deze overdracht van PFAS kan beperkt of behandeld worden door toepassing van antischuimmiddelen en demisters (Input leden BC, 2022).

Bij bedrijfsafvalwater met beperkte volumes, hoge concentraties PFAS en complexe matrix is het mogelijk economisch meer interessant om deze te verwerken stromen eerst op te concentreren via indamping in vergelijking met klassieke adsorptietechnieken. De werkingskosten van deze techniek worden hoofdzakelijk bepaald door het energieverbruik. De energiekosten moeten daardoor afgewogen worden ten opzichte van kosten van materiaalverbruik en verwerkingskosten van afgevoerde stromen bij de alternatieve toepassing van bijvoorbeeld adsorptietechnieken. In situaties waar voldoende restwarmte beschikbaar is, kunnen de energiekosten verder worden gedrukt.

Combinatie met andere technieken

Deze techniek kan op zichzelf toegepast worden op deelstromen van bedrijfsafvalwater met beperkte debieten. In de meeste gevallen zal deze techniek toegepast worden als onderdeel van een behandelingstrein voor de verwijdering van PFAS, in combinatie met andere technieken, die reeds zorgen voor een volumereductie van de te behandelen stroom. Indamping/vacuümverdamping kan op verschillende manieren toegepast worden binnen een waterbehandeling voor de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater/bemalingswater:

• Op zichzelf als losstaande techniek voor het concentreren van bedrijfsafvalwater;
• Indampen/vacuümverdamping gevolgd door polishing van het destillaat met adsorptietechnieken zoals GAC, ionenwisselingsharsen en/of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen;
• Indampen/vacuümverdamping gevolgd door nabehandeling van het concentraat met adsorptietechnieken zoals GAC, ionenwisselingsharsen en/of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen;
• NF of RO gevolgd door verder concentreren van de gevormde concentraatstroom met indampen/vacuümverdamping eventueel gevolgd door polishing van het destillaat;
• Schuimfractionatie of ozofractionatie gevolgd door verder concentreren van de gevormde PFAS-houdende schuimfractie met indampen/vacuümverdamping eventueel gevolgd door polishing van het destillaat.

Voorbeeldsituaties

Hieronder worden enkele niet-limitatieve voorbeeldsituaties geschetst waarin indamping/vacuümverdamping zou toegepast kunnen worden voor de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater. Hier worden enkel algemene situaties geschetst. Voor elke specifieke situatie zal afzonderlijk moeten geëvalueerd worden of de voorgestelde behandeling van toepassing zijn.

• Bedrijfsafvalwater met beperkte debieten, lage PFAS concentraties (vb. < 2µg/l) en complexe matrix: indamping/vacuümverdamping + verbranding concentraat of nabehandeling concentraat via adsorptietechnieken (GAC, ionenwisselingsharsen of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen);
• Bedrijfsafvalwater met beperkte debieten, hoge PFAS concentraties (vb. > 2µg/l) en complexe matrix: indamping/vacuümverdamping + polishing destillaat via adsorptietechnieken (GAC, ionenwisselingsharsen of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen) + verbranding concentraat;
• Bedrijfsafvalwater met hoge debieten, lage PFAS concentraties en weinig complexe of complexe matrix: voorbehandeling (DAF, zandfiltratie of UF) + NF of RO + indampen/vacuümverdamping op concentraat;
• Bedrijfsafvalwater met hoge debieten, hoge PFAS concentraties en weinig complexe of complexe matrix: voorbehandeling (DAF, zandfiltratie of UF) + NF of RO + indampen/vacuümverdamping op concentraat + polishing destillaat via adsorptietechnieken (GAC, ionenwisselingsharsen of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen);
• Bedrijfsafvalwater met hoge debieten, hoge PFAS concentraties en complexe matrix: schuimfractionatie of ozofractionatie + indampen/vacuümverdamping op schuimfractie + polishing destillaat via adsorptietechnieken (GAC, ionenwisselingsharsen of oppervlakte gemodificeerde kleimineralen);

De beperkte volumes van het gevormde concentraat kunnen afgevoerd worden voor verbranding, verder geconcentreerd worden via bijkomende indamping/vacuümverdamping of behandeld worden door een andere PFAS afbraak-/destructietechniek zoals niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie.

Case-informatie

In een concrete case van een bedrijf voor oppervlaktebehandeling van metalen werd PFAS hoofdzakelijk verwijderd via de ionenwisselingsharsen die ingezet werden voor de terugwinning van metalen. Afhankelijk van het behandelde water konden resterende PFAS concentraties gemeten worden in het effluent van de ionenwisseling dat verder behandeld werd via een vacuümverdamper. In het destillaat van de vacuümverdamper werden geen resterende PFAS concentraties boven de huidige rapportagegrens van 20 ng/l voor de kwantitatieve PFAS en 50 ng/l voor de indicatieve PFAS vastgesteld. Het destillaat werd intern hergebruikt en het concentraat werd afgevoerd voor verbranding.

Zocchi et al. (2022) beschrijft een case waar een opstelling op grote schaal werd toegepast voor de behandeling van 10 m³/u percolaatwater van een stortplaats. In deze waterbehandeling worden verschillende voorfiltratiestappen toegepast waarna het afvalwater behandeld wordt door omgekeerde osmose met drie membraaneenheden. Het gevormde concentraat van de tweede en derde eenheid werd terug behandeld door de eerste eenheid waardoor een sterk geconcentreerde concentraatstroom gevormd werd uit deze eerste eenheid. Het permeaat werd steeds verder behandeld door de volgende eenheid. De maximale capaciteit was 200 m³/d waaruit maximaal 60 m³/d concentraat werd gevormd (140 m³/d werd minimaal geloosd). Het gevormde concentraat werd vervolgens verder opgeconcentreerd door een reeks van drie vacuümverdampingstappen in serie om PFAS-houdende afvalfase verder te reduceren. Het uiteindelijk gevormde concentraat werd afgevoerd voor verbranding. Het destillaat werd terug mee behandeld vanaf de tweede omgekeerde osmose eenheid. De totale PFAS influentconcentratie was gemiddeld 12,3 µg/l. Alle PFAS konden verwijderd worden tot < 10 ng/l. Via deze waterbehandeling kon bijkomend CZV, BZV en ZS verwijderd worden.

Verdere informatie over specifieke cases kon op het moment van schrijven niet worden aangeleverd.