Actief kool om PFAS uit water te verwijderen
Vakartikelen
20 december 2019
Bij een calamiteit is PFAS-houdend blusschuim in afvalwater terecht gekomen. Zuivering over een actief koolfilter bleek een geschikte methode om alle geanalyseerde PFAS-verbindingen vrijwel volledig te verwijderen.
Geschreven door Bram Rutten, Anne Jans en Rob Berbee (Rijkswaterstaat)
Fluorhoudend blusschuim wordt in Nederland in grote hoeveelheden opgeslagen en gebruikt. Vaak bevat blusschuim verschillende typen PFAS (per- en polyfluoralkylstoffen), die mogelijk schadelijk zijn voor in water levende organismen. In verschillende onderzoeken zijn verscheidene effecten op organismen aangetoond die gerelateerd kunnen zijn aan blootstelling met PFAS [1], [2], [3], [4], [5].
Vanwege de mogelijke milieu- en gezondheidsrisico’s is het van belang om verontreiniging van het oppervlaktewater met deze producten zoveel mogelijk te voorkomen. Helaas blijkt dat veel blusschuim via verschillende routes in het oppervlaktewater terecht komt, bijvoorbeeld tijdens brandoefeningen, bij brand of bij een afvalverwerker.
Blusschuim in water
De giftige, niet-afbreekbare en bio-accumulatieve stoffen PFOS (perfluoroctaansulfonzuur) en PFOA (perfluoroctaanzuur) werden vroeger gebruikt in blusschuim. Tegenwoordig zijn deze stoffen veelal vervangen door de stof 6:2 fluortelomeer (6:2 FTS), maar het is nog steeds mogelijk dat er sporen van PFOA worden gevonden.
Ook het gebruik van de vervangende typen PFAS in blusschuim is milieuhygiënisch ongewenst. De redenen hiervoor zijn dat ook deze stoffen slecht afbreekbaar en mogelijk giftig zijn en zich daarnaast makkelijk verspreiden in water. Blusschuim verdunt snel in water en bij incidenten moeten er vaak grote hoeveelheden verontreinigd water afgevoerd worden naar een verwerker.
Uit onderzoek van onder anderen de Inspectie Leefomgeving en Transport (ILT) blijkt dat in Nederland in veel gevallen PFAS-houdend afvalwater via afvalverwerkers ongezuiverd terug komt in het milieu [6]. Vaak zijn de zuiveringsinstallaties namelijk niet ingericht op verwijdering van PFAS. Vanuit zowel milieuhygiënisch als financieel oogpunt is deze situatie ongewenst. De veroorzaker betaalt een aanzienlijk bedrag om de verontreiniging op te ruimen en af te voeren, terwijl dit voor het milieu niet tot verbetering leidt.
Literatuurstudie naar het verwijderen van PFAS uit water
Er zijn verschillende onderzoeken uitgevoerd naar het verwijderen van PFAS uit water. Veel PFAS-stoffen zijn niet vluchtig, goed oplosbaar in water en persistent in het milieu. Deze eigenschappen bemoeilijken het reinigen van met PFAS vervuild water [7], [8]. PFAS-stoffen zijn bovendien ongevoelig voor behandeling met hitte, zuren, basen, ozon of UV-licht en worden ook niet biologisch afgebroken [9], [10]. Doordat ze vaak in erg lage concentraties in het water voorkomen, zijn technieken als flocculatie en zandfiltratie niet effectief [8], [9].
Desondanks is er een aantal technieken bewezen effectief om PFAS grotendeels te verwijderen uit water. Het gebruik van actief kool bij verontreinigd (afval)water wordt momenteel gezien als de meest effectieve, werkbare en goedkope methode om PFAS te verwijderen uit afvalwater, grondwater en drinkwater [7], [8], [11], [12], [13]. De effectiviteit van de behandeling met actief kool verschilt wel sterk per type PFAS [8], [12], [13], [14]. PFAS met lange ketens (bijvoorbeeld PFOS en PFOA) hechten beter aan actief kool dan PFAS met korte ketens (bijvoorbeeld PFBS en PFBA). Voor elke extra perfluorkoolstof in een PFAS-molecuul verbetert de adsorptie met 10-12% (bijvoorbeeld PFOS; 8 perfluorkoolstoffen in vergelijking met PFHpS, 7 perfluorkoolstoffen). In tabel 1 zijn de afkortingen van de stoffen toegelicht.
PFAS met een sulfonzuurgroep (PFSA’s, perfluoroalkyl sulfonic acids), zoals PFOS, adsorberen beter aan actief kool dan PFAS met een carbonzuurgroep (PFAA’s, perfluoroalkyl acids, bijvoorbeeld PFOA). De vertakte stoffen (bijvoorbeeld sverttPFOS/Br_PFOS) adsorberen slechter aan actief kool dan de lineaire stoffen (bijvoorbeeld L_PFOS).
Over het algemeen geldt dat de PFAS-stoffen die goed aan de bodem adsorberen, ook goed aan actief kool adsorberen, en stoffen die goed in water oplossen slechter aan actief kool hechten.
Bij een mengsel van verschillende PFAS-verbindingen kan er competitie optreden. De PFAS-verbindingen die het beste adsorberen, hechten dan eerst, waarna er minder adsorptiecapaciteit ‘over’ is voor andere PFAS-verbindingen [11], [12].
Desondanks is er een aantal technieken bewezen effectief om PFAS grotendeels te verwijderen uit water. Het gebruik van actief kool bij verontreinigd (afval)water wordt momenteel gezien als de meest effectieve, werkbare en goedkope methode om PFAS te verwijderen uit afvalwater, grondwater en drinkwater [7], [8], [11], [12], [13]. De effectiviteit van de behandeling met actief kool verschilt wel sterk per type PFAS [8], [12], [13], [14]. PFAS met lange ketens (bijvoorbeeld PFOS en PFOA) hechten beter aan actief kool dan PFAS met korte ketens (bijvoorbeeld PFBS en PFBA). Voor elke extra perfluorkoolstof in een PFAS-molecuul verbetert de adsorptie met 10-12% (bijvoorbeeld PFOS; 8 perfluorkoolstoffen in vergelijking met PFHpS, 7 perfluorkoolstoffen). In tabel 1 zijn de afkortingen van de stoffen toegelicht.