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

Beschrijving

Het verwijderen van PFAS uit bemalingswater 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 moet 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;
• Niet-thermisch plasmabehandelingstechnologie (lage debieten).

De behandeling van bemalingswater wordt over het algemeen gekenmerkt door grote capaciteiten/debieten met weinig complexe samenstelling en lage concentratie PFAS. Daardoor zijn er vaak geen of slechts een beperkt aantal andere organische en anorganische componenten in de matrix aanwezig die de verwijdering van PFAS mogelijk negatief kunnen beïnvloeden. Hierdoor is het in de meeste gevallen voldoende om één of een beperkte combinatie van adsorptietechnieken toe te passen. In de meeste gevallen zijn er in het bemalingswater ijzer, mangaan en zwevende stoffen aanwezig die verwijderd moeten worden door voorbehandelingstechnieken zoals bijvoorbeeld een beluchte buffertank en een zandfilter om het negatieve effect van deze componenten op de PFAS verwijdering te vermijden. In specifieke gevallen kunnen, afhankelijk van de locatie, specifieke parameters of (historische) andere verontreinigingen voorkomen alsook hoge PFAS concentraties aanwezig zijn in het bemalingswater. In deze specifieke gevallen is een combinatie van verschillende technieken noodzakelijk.

De selectie van de techniek of combinatie van technieken voor de behandeling van het met PFAS belast bemalingswater is afhankelijk van verschillende factoren waaronder het type PFAS, concentratie van PFAS in het influent, de aard van de matrix, de capaciteit/het debiet dat moet behandeld worden, de eindconcentraties die behaald moeten worden, de duur van de bemaling en plaatsbeperkende factoren op de werf of exploitatie. 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 bemalingswater 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 bemalingswater (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).

In deze BBT-studie worden bemalingen in functie van twee factoren opgedeeld in drie categorieën^[1]:

• Categorie “Zeer korte bemalingen met zeer lage debieten”: niet ingedeelde of in de derde klasse ingedeelde lozingen van bemalingswater (toekomstige rubriek 3.8) (vb. aanleg septische put, aanleg regenput, herstelling van leidingen t.g.v. calamiteiten);
• Categorie ”Korte bemalingen met lage debieten”: in de tweede klasse ingedeelde lozingen van bemalingswater (toekomstige rubriek 3.8) (vb. bouw van particuliere woningen en constructies met beperkte oppervlaktes, aanleg lijninfrastructuur);
• Categorie “Lange bemalingen of bemalingen met hoge debieten”: in de eerste klasse ingedeelde lozingen van bemalingswater (toekomstige rubriek 3.8) (vb. grotere constructieprojecten).

Noot: De voorbeelden vermeld bij bovenstaande categorieën zijn uitsluitend illustratief om het onderscheid tussen de categorieën te verduidelijken, waarbij dergelijke types van werken onder deze categorieën kunnen vallen. Het is echter mogelijk dat in de praktijk bepaalde types van werken toch in een andere categorie vallen door de aard van het bemalingsdebiet en/of de bemalingsduur in die specifieke situatie.

Toepasbaarheid

De technische haalbaarheid voor de zuivering van met PFAS belast bemalingswater wordt hoofdzakelijk bepaald door het bemalingsdebiet en de bemalingsduur. De zuivering van PFAS belast bemalingswater bij grote bemalingen of hoge bemalingsdebieten wordt algemeen technisch haalbaar geacht. Voor zeer korte bemalingen met zeer lage debieten en korte bemalingen met lage debieten is de technische haalbaarheid afhankelijk van de specifieke situatie. Technisch gezien is de keuze voor één adsorptietechniek op zichzelf in de meeste gevallen voldoende voor de verwijdering van PFAS in bemalingswater zolang er voldoende filters in serie worden geplaatst. Dit wordt technisch haalbaar geacht voor bemalingswater met eenvoudige matrices en beperkte PFAS concentraties. Zelfs in de aanwezigheid van beperkte concentraties korte keten PFAS kan de toepassing van GAC voldoende zijn bij korte bemalingen van enkele dagen tot enkele weken. Het is 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 paragraaf 4.1.3). Voor bemalingen met een langere looptijd moet per situatie bekeken worden welke combinatie van adsorptietechnieken voldoende is voor de verwijdering van PFAS. In specifieke situaties kunnen verhoogde concentraties anionen (zoals sulfaten, chlorides of bicarbonaten), en humus- en fulvinezuren aanwezig zijn in het bemalingswater die een negatieve invloed kunnen hebben op de verwijdering van PFAS via adsorptietechnieken (Held & Reinhard, 2020). Bovendien kunnen er afhankelijk van de locatie en mogelijke (historische) verontreiniging van bodem en grondwater ook andere parameters in het bemalingswater aanwezig zijn, zoals BTEX, PAK’s, zware metalen, hoge geleidbaarheid, etc. (Input leden BC, 2022). Voor deze situaties en voor bemalingswater met hoge PFAS concentraties zouden zeer hoge hoeveelheden adsorbentia nodig zijn. Dit is eveneens het geval voor situaties met vooral hoge concentraties korte keten PFAS zoals PFBA omdat hier snel doorbraak zal optreden en daardoor frequente filterwissels nodig zullen zijn. Hierdoor kan dit in die situaties als niet technisch haalbaar worden geacht en zorgt dit bovendien voor een grote milieu-impact door de productie en uiteindelijke verwerking (reactivatie, regeneratie of verbranding) van de adsorbentia. Dit weegt mogelijk niet op ten opzichte van de milieuwinst. Daardoor zal in deze specifieke gevallen een combinatie van technieken noodzakelijk zijn waarbij drie sporen gevolgd kunnen worden analoog aan de behandeling van bedrijfsafvalwater:

• 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 die 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 plasmabehandelingstechnologie bij beperkte debieten.

De karakterisatie van het te behandelen bemalingswater 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 bemalingswater 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 bemalingswater 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 niet technisch 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). Op werven of exploitaties waar plaatsgebrek een knelpunt is, zijn dergelijke parallelle uitvoeringen van een bepaalde techniek niet altijd praktisch haalbaar bij bemalingen (Input leden BC, 2022 & 2023).
• Naast het debiet kunnen bij bemalingen bijkomende tijds- en plaatsbeperkende factoren de keuze van de techniek of combinatie van technieken beïnvloeden. Bij korte bemalingen van enkele dagen tot enkele weken met laag debiet wordt in de meeste gevallen geopteerd voor de toepassing van één of een combinatie van adsorptietechnieken zoals GAC. In deze gevallen worden de technieken zo gedimensioneerd dat vervanging van de filters niet nodig zal zijn (Input leden BC, 2022). Voor lange bemalingen of bemalingen met hoge debieten moet per situatie bekeken worden welke combinatie van technieken voldoende is voor de verwijdering van PFAS. Een belangrijk aspect bij bemalingen is dat de concentratie van de verschillende parameters wijzigt in functie van de tijd. Hierdoor kan de dimensionering en optimalisatie van de waterbehandelingstechniek(en) moeilijker zijn in vergelijking met meer constante afvalwaterstromen. Bovendien kunnen tijdens bemalingen puntvervuilingen van andere locaties aangetrokken worden, die in het opgepompte bemalingswater terecht kunnen komen (Input leden BC, 2022).

Milieuvoordeel

De verwijdering of afbraak van PFAS in het bemalingswater 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, is er vorming van al dan niet PFAS-houdende afvalstoffen die verder verwerkt/verbrand moeten worden, een toename van het energieverbruik, een toename van het 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 hier snel oplopen. Daardoor kan in sommige situaties de combinatie met andere technieken resulteren in een meer efficiënte en goedkopere verwijdering. Dit dient bij de selectie van de techniek of de 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 bemalingswater tot op een bepaald niveau wordt economisch haalbaar geacht bij lange bemalingen of bemalingen met een hoog debiet. Voor korte bemalingen met een laag debiet moet de economische haalbaarheid per situatie ingeschat worden. Voor zeer korte bemalingen met zeer laag debiet wordt de zuivering niet economisch haalbaar geacht.