Verwijdering van PFAS uit bedrijfsafvalwater door toepassing van één of een combinatie van technieken

Beschrijving

Het verwijderen van PFAS uit bedrijfsafvalwater kan gerealiseerd worden door toepassing van één of een combinatie van technieken die beschreven worden in hoofdstukken 3.4.1 en 3.4.2. Deze selectie van de techniek(en) voor elke specifieke situatie kan ondersteund worden door het vergelijkend overzicht van de technieken in Tabel 16 en de handvaten in paragraaf 3.6. De overzichtstabel laat toe een snelle vergelijking te maken tussen de verschillende technieken op basis van verschillende criteria. Deze tabel mag niet als een losstaand gegeven gebruikt worden, maar moet steeds in het globale kader gezien worden dat geschetst wordt in deze BBT-studie. Dit betekent dat men zowel rekening dient te houden met de inhoud van de tabel en de beschrijving van de waterbehandelingstechnieken in hoofdstukken 3.4.1 en 3.4.2. Op basis van Tabel 16 komen onderstaande technieken op het moment van schrijven mogelijk in aanmerking voor de behandeling van met PFAS belast afvalwater in Vlaanderen:

• Actief kool (specifiek geselecteerd voor de verwijdering van PFAS);
• Ionenwisselingsharsen (specifiek geselecteerd voor de verwijdering van PFAS);
• Natuurlijke en oppervlakte gemodificeerde kleimineralen/zeolieten (specifiek geselecteerd voor de verwijdering van PFAS);
• Coagulatie/flocculatie;
• Membraan gebaseerde technieken (NF en/of RO);
• Schuimfractionatie en ozofractionatie;
• Indampen/Vacuümverdamping;
• Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie;
• Thermische degradatie en verbranding (beperkte volumes).

Bedrijfsafvalwater heeft over het algemeen een complexe samenstelling. Naast de aanwezigheid van PFAS zijn er andere organische en anorganische componenten in de matrix aanwezig die de verwijdering van PFAS mogelijk negatief kunnen beïnvloeden. Hierdoor is de toepassing van één techniek vaak niet voldoende om PFAS efficiënt te kunnen verwijderen en is er nood aan een combinatie van technieken.

De techniek of combinatie van technieken die geselecteerd worden voor de behandeling van het met PFAS belast afvalwater zijn afhankelijk van verschillende factoren, waaronder het type PFAS, concentratie van PFAS in het influent, de aard van de matrix, de capaciteit/debiet dat moet behandeld worden en de eindconcentraties die behaald moeten worden. Hierdoor is er geen algemene techniek die past voor elke situatie en dringt er zich een individuele benadering op voor elke specifieke situatie. Hierbij dient de keuze van de techniek of combinatie van technieken ondersteund te worden door een karakterisatie van het bedrijfsafvalwater eventueel aangevuld met bijkomende labo/piloot testen. Daarenboven moet het ontwerp en het beheer van deze techniek(en) geoptimaliseerd zijn voor de verwijdering van PFAS uit bedrijfsafvalwater (zie hoofdstuk 4.1.3), moeten de noodzakelijk voorbehandelingstechnieken toegepast worden (zie hoofdstuk 4.1.2) en dient de techniek correct opgevolgd en gemonitord te worden (zie hoofdstuk 4.1.1).

Toepasbaarheid

Het zuiveren van met PFAS belast bedrijfsafvalwater tot op een bepaald niveau wordt algemeen toepasbaar geacht. Technisch gezien is de keuze voor één adsorptietechniek op zichzelf geschikt voor de verwijdering van PFAS uit bedrijfsafvalwater zolang er voldoende filters in serie worden geplaatst. Dit wordt technisch haalbaar geacht voor bedrijfsafvalwater met eenvoudige matrices en beperkte PFAS concentraties. Hierbij is het belangrijk dat het meest optimale type adsorptiemateriaal (type actief kool, ionenwisselingshars of kleimineraal/zeoliet) geselecteerd wordt specifiek voor het type PFAS dat dient verwijderd te worden (vb. korte en/of lange keten PFAS) (zie hoofdstuk 4.1.3). Voor bedrijfsafvalwaters met complexe matrices en hoge PFAS concentraties zijn mogelijk zeer grote hoeveelheden adsorbentia nodig indien slechts één adsorptietechniek op zichzelf wordt toegepast. Dit kan eveneens het geval zijn voor situaties met vooral hoge concentraties korte keten PFAS zoals PFBA omdat hier snel doorbraak zal optreden en daardoor frequente filterwissels nodig zullen zijn. Dit zorgt voor een grote milieu-impact door de productie en uiteindelijke verwerking (reactivatie, regeneratie of verbranding) van de adsorbentia en weegt dit mogelijk niet op ten opzichte van de milieuwinst. Daardoor zal in de meeste gevallen voor dergelijke situaties een combinatie van technieken noodzakelijk zijn. Hierbij kunnen drie sporen gevolgd worden:

• Een techniek of combinatie van technieken voor de initiële bulk verwijdering van PFAS gevolgd door één of meerdere polishingstappen op basis van adsorptietechnieken om de resterende PFAS concentraties te verwijderen;
• Een techniek of combinatie van technieken voor het concentreren van de PFAS verontreiniging tot een kleiner volume concentraatstroom die verder behandeld kan worden met andere technieken of afgevoerd kan worden voor verbranding. Een eventuele polishingstap door adsorptietechnieken kan eveneens noodzakelijk zijn. Het concentreren van PFAS kan zorgen voor de verbetering van de efficiëntie van de nageschakelde technieken zowel op vlak van verwijderingsefficiëntie als op vlak van energieverbruik (Riegel et al., 2020);
• Rechtstreekse afbraak van PFAS door toepassing van niet-thermisch plasmabehandelingstechnieken of door het afvoeren van beperkte volumes voor rechtstreekse verbranding van het afvalwater of de gevormde concentraatstroom.

De karakterisatie van het specifiek te behandelen bedrijfsafvalwater is steeds noodzakelijk om de gebalanceerde keuze van de techniek(en) te ondersteunen. Daarnaast kunnen in bepaalde situaties aanvullende, verkennende labo-/piloottesten, noodzakelijk zijn om deze keuze van de techniek of combinatie van technieken verder te ondersteunen. Onderstaande parameters kunnen de keuze van de techniek of combinatie van technieken bepalen:

• Het verschil tussen de influent PFAS concentraties en de gewenste eindconcentraties/opgelegde normen bepaalt de totale verwijderingsefficiëntie die nodig zal zijn. Dit bepaalt welke technieken hiervoor mogelijk in aanmerking komen of voor die specifieke situatie technisch haalbaar worden geacht;
• Het type PFAS dat verwijderd dient te worden uit het bedrijfsafvalwater bepaalt mee de keuze van de techniek of combinatie van technieken. Indien slechts een beperkte set PFAS aanwezig is in het afvalwater, kan de noodzakelijke waterbehandeling relatief eenvoudig zijn in vergelijking met afvalwater met een brede set aan zowel korte als lange keten PFAS. Over het algemeen worden lange keten PFAS meer efficiënt verwijderd dan korte keten PFAS. Indien het bedrijfsafvalwater voornamelijk bestaat uit enkel korte of enkel lange keten PFAS zal dit een andere techniek of combinatie van technieken vereisen voor een efficiënte verwijdering;
• De aard van de matrix bepaalt welke technieken of combinatie van technieken mogelijk zijn in die specifieke situatie. Voor sommige matrices kunnen specifieke voorbehandelingen toegepast worden om de efficiëntie te verbeteren en de werking van de waterbehandelingstechnieken te beschermen. Voor andere matrices (zoals bijvoorbeeld bij hoge ionenconcentraties) kunnen bepaalde technieken technisch niet haalbaar zijn. Over het algemeen laten weinig complexe matrices eenvoudige waterbehandelingen toe en vereisen complexe matrices de toepassing van een combinatie van verschillende technieken.
• Het debiet dat behandeld dient te worden bepaalt mogelijk de keuze van de techniek of combinatie van technieken. Sommige technieken kunnen maar tot een bepaald debiet op een technisch en/of economisch haalbaar niveau worden toegepast. Dit kan in sommige situaties mogelijk opgelost worden door meerdere uitvoeringen van dezelfde techniek in parallel te plaatsten (Input leden BC, 2022).

Milieuvoordeel

De verwijdering of afbraak van PFAS in het bedrijfsafvalwater is het belangrijkste milieuvoordeel. Bij elk van de technieken zijn er echter nadelige cross-media effecten (afhankelijk van de aard en de samenstelling van het afvalwater, en de techniek in kwestie), waaronder de vorming van al dan niet PFAS-houdende afvalstoffen die verder verwerkt/verbrand moeten worden, verhoogd energieverbruik, verhoogd materialenverbruik, potentiële (PFAS) emissies naar de lucht en/of een specifieke impact op de keten. Deze milieu-impact wordt voor elk van de technieken afzonderlijk besproken in hoofdstukken 3.4.1 en 3.4.2, en samengevat in hoofdstuk 3.7.

Voor elke situatie en alle geselecteerde technieken moet afgewogen worden of de milieuwinst van de verwijdering van PFAS opweegt ten opzichte van de cross-media effecten. Algemeen zal dit meer het geval zijn bij hogere PFAS concentraties.

Financiële aspecten

De kosten van de toegepaste techniek(en) zijn zeer uiteenlopend. Over het algemeen zijn op het moment van schrijven de adsorptietechnieken het goedkoopst, maar bij hoge concentraties en de aanwezigheid van korte keten PFAS kunnen de kosten snel oplopen. Daardoor kan in sommige situaties de combinatie met andere technieken resulteren in een meer efficiënte en goedkopere verwijdering van PFAS. Dit dient bij de selectie van de techniek (of combinatie van technieken) voor elke specifieke situatie in overweging genomen te worden. Indampen/Vacuümverdamping, niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie, en thermische degradatie en verbranding zijn de meest kost-intensieve technologieën die slechts in een beperkt aantal situaties het meest economisch gunstig zijn. In de meeste gevallen worden deze technieken gecombineerd met technieken die concentraatstromen produceren om het te behandelen volume te reduceren. De zuivering van met PFAS belast bedrijfsafvalwater tot op een bepaald niveau wordt algemeen economisch haalbaar geacht.