Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie

Toepasbaarheid

Op het moment van schrijven wordt de transitie waargenomen van experimenten op labo-/pilootschaal naar enkele potentiële commerciële toepassingen (TRL 6 – 8). Er zijn buitenlandse leveranciers en een Vlaamse die deze techniek aanbieden met het de mogelijkheid tot de behandeling van bedrijfsafvalwater en bemalingswater.

• toepasbaar in vaste en mobiele installaties;
• verblijftijden tussen 30 – 120 min voor batchreactoren;
• verblijftijden van enkele seconden voor doorstroomreactoren. Deze kunnen verlengd worden door het aantal cycli doorheen de reactor te laten toenemen;
• typische debieten van 0,5 – 30 m³/u kunnen worden behandeld met doorstroomreactoren. Het aantal cycli doorheen de reactor kan voor een bepaalde installatie het maximumdebiet beïnvloeden. Hogere debieten zouden toegepast kunnen worden door het in parallel plaatsten van meerdere reactoren;
• De degradatie van PFAS via niet-thermisch plasma vereist enkel energie en geen bijkomende toevoeging van grondstoffen;
• Afbraak van korte en lange keten PFAS.

PFAS verwijderingsefficiëntie

Lange keten PFAS worden sneller afgebroken dan korte keten PFAS:

• Lange keten PFAS: 90% tot 99,9% (onder de huidige rapportagegrens);
• Korte keten PFAS: variabele rendementen van 0% -  99,9% afhankelijk van reactortype en procescondities.

Voor een vaste reactietijd hebben lange keten PFAS een hogere verwijderingsefficiëntie dan korte keten PFAS. Korte keten PFAS vereisen een langere contacttijd om deze volledig af te breken in vergelijking met lange keten PFAS. Totale PFAS concentratie neemt af tijdens het verloop van de waterbehandeling, maar de concentratie van korte keten PFAS kunnen tijdelijk toenemen door de aard van het afbraakproces. PFSA’s worden sneller afgebroken dan PFCA’s. De toepassing van niet-thermisch plasma zou efficiënter zijn dan andere afbraak-/destructietechnologieën. Op basis van leveranciersinformatie zouden hoge concentraties lange en korte keten PFAS afgebroken kunnen worden tot onder de huidige rapportagegrens van 20 ng/l voor de kwantitatieve PFAS en 50 ng/l voor de indicatieve PFAS met de juiste procescondities en indien voldoende reactietijd in de reactor plaatsvindt. Bovendien zou met deze technologie mogelijk ook ultrakorte keten PFAS afgebroken worden met de juiste procescondities en indien voldoende reactietijd in de reactor plaatsvindt (Input leden BC, 2023).

Matrixeffecten en voorbehandelingstechnieken

Onderstaande parameters kunnen een invloed hebben op de PFAS verwijdering bij de toepassing van niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie:

• Zwevende stoffen;
• Hoge geleidbaarheid;
• Nitraten;
• Lage pH kan een negatieve invloed hebben op PFAS verwijdering.

Op basis van leveranciersinformatie wordt aangeraden een zandfiltratie uit te voeren voor het proces om de reactoren te beschermen tegen hoge concentratie zwevende stoffen. De relatief beperkte invloed van de matrix maakt deze techniek geschikt voor zuivering van afvalwater/bemalingswater met complexe, geconcentreerde samenstelling (vb. hoge concentratie organische stoffen, zeer hoge zoutconcentraties, extreme pH, …) en beperkte capaciteit die niet eenvoudig te behandelen zijn via de courant gebruikte technieken zoals GAC of ionenwisselingsharsen of waar lozing niet mogelijk is.

Het energieverbruik is afhankelijk van de aard van de matrix en de PFAS influentconcentraties.

Optimalisatie

Hieronder worden enkele punten samengevat die de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater/bemalingswater met niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie in bepaalde situaties kan optimaliseren (voor korte keten PFAS):

• De afbraak van korte keten kan geoptimaliseerd worden door meerdere cycli over een reactor (langere reactietijden), grotere reactoren of het toevoegen van kationische oppervlakte-actieve stoffen;
• Hogere debieten zouden toegepast kunnen worden door het in parallel plaatsten van meerdere reactoren;
• Door reactorconfiguraties in serie te plaatsen en afhankelijk van de influentconcentraties kunnen verwijderingsrendementen bekomen worden waarmee eindconcentraties lager dan de huidige rapportagegrenzen van 20 ng/l voor de kwantitatieve PFAS en 50 ng/l voor de indicatieve PFAS bereikt worden. Deze reactorconfiguraties en bijhorende verwijderingsrendementen kunnen verder aangepast worden in functie van specifieke matrices;
• Door de reactorconfiguraties en elektrodeafstanden aan te passen in functie van de geleidbaarheid kunnen de gewenste verwijderingsefficiënties bekomen worden;
• De initiële pH en de pH-evolutie zijn belangrijke controleparameters in het proces. Bij zeer lage pH kan CaOH toegevoegd worden als base om een pH daling tijdens het proces tegen te gaan.

Combinatie met andere technieken

Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie kan op verschillende manieren toegepast worden binnen een waterbehandeling voor de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater/bemalingswater:

• Op zichzelf als losstaande techniek met één of meerdere reactoren in serie of parallel;
• Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie op de concentraatstromen van RO of NF;
• Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie op de PFAS-houdende schuimfractie van schuimfractionatie of ozofractionatie;
• Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie op de concentraatstromen van indampen/vacuümverdamping.

Voorbeeldsituaties

Hieronder worden enkele niet-limitatieve voorbeeldsituaties geschetst waarin niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie op zichzelf zou toegepast kunnen worden voor de zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater en bemalingswater. Hier worden enkel algemene situaties geschetst. Voor elke specifieke situatie zal afzonderlijk moeten geëvalueerd worden of de voorgestelde behandeling van toepassing is.

Bedrijfsafvalwater

• Bedrijfsafvalwater zonder biologische behandeling met CZV-gehalte hoger dan 250 mg/l^[1] met lage of hoge PFAS concentraties: zandfilter + niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie;
• Bedrijfsafvalwater met complexe matrix en hoge of lage PFAS concentraties: zandfilter + niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie;

Bemalingswater

• Lange bemalingen met weinig complexe matrix en hoge PFAS concentraties: (beluchte buffertank) + zandfilter + niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie;
• Lange bemalingen met complexe matrix en lage of hoge PFAS concentraties: (beluchte buffertank) + zandfilter + niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie;

Verder worden in voorgaande paragrafen voorbeeldsituaties aangehaald waar niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie in voorbeeldsituaties kan toegepast worden in combinatie met andere technieken.

Case-informatie

Op het moment van schrijven kon geen informatie over specifieke cases worden aangeleverd.