PFAS-verwijdering uit grondwater

De aanwezigheid van PFAS (poly- en perfluoralkylstoffen) in grondwater kan voor grote uitdagingen zorgen. Deze kennispagina geeft een overzicht van beschikbare technieken voor de verwijdering van PFAS uit grondwater. Hierbij ligt de focus op volwassen technologieën die direct inzetbaar zijn op grote schaal. Veel toegepaste technieken zijn actieve koolfiltratie, ionenwisseling en membraanfiltratie. Daarnaast wordt ook gekeken naar opkomende verwijderings- en destructietechnieken.

Actieve koolfiltratie

Eén van de meest gangbare technieken voor verwijdering van PFAS uit water is adsorptie middels actieve koolfiltratie (AKF). Hierbij hecht het PFAS aan het granulaire actieve kool, waardoor zowel lange als korte PFAS-ketens verwijderd worden tot zeer lage concentraties. Na verloop van tijd raakt het actieve kool verzadigd en zal PFAS uitspoelen. Om dit te voorkomen dient het het kool op tijd vervangen te worden. Bij grotere PFAS hoeveelheden neemt de vervangingsfrequentie toe. Dit is een minder gangbare maar wel veelbelovende methode voor het verwijderen van hoge concentraties PFAS. Doorontwikkeling is nog wel nodig voor het optimaliseren van de poederkooldosering ten behoeve van de kosteneffectiviteit en verbeteren van het afvangen van poederkool in het waterzuiveringsproces. Het kool kan worden geregenereerd voor hergebruik; tijdens dit proces wordt PFAS afgebroken. Actieve kool kan ook toegepast worden in de vorm van poederkool. Dit wordt gedoseerd in de waterstroom waarna het weer afgevangen dient te worden. Hierbij is regeneratie niet gebruikelijk. Dit is een minder gangbare maar wel veelbelovende methode voor het verwijderen van hoge concentraties PFAS. Doorontwikkeling is namelijk nog nodig voor het optimaliseren van de poederkooldosering. Dit ten behoeve van de kosteneffectiviteit en het verbeteren van het afvangen van poederkool in het waterzuiveringsproces.

Naast actieve kool zijn ook alternatieve adsorbens beschikbaar (voor voorbeelden zie H2O publicatie, 2024). Dit zijn organische adsorbens welke een hogere adsorptiecapaciteit hebben dan actieve kool. Deze technieken zijn echter nog niet zo ver doorontwikkeld maar tonen wel potentie vanwege een hoge adsorptiecapaciteit.

Ionenwisseling

Bij Ionenwisseling (IX, ion exchange) worden harsen toegepast die specifiek ontworpen zijn voor PFAS-verwijdering. Hierbij worden PFAS -ionen (zowel lange als korte ketens) in het water uitgewisseld met andere ionen die aan het harsmateriaal gebonden zijn (veelal chloride). Hiermee is verwijdering tot zeer lage concentraties mogelijk. Met IX kunnen hogere adsorptiecapaciteiten behaald worden dan met AKF. De productprijs van het hars is echter ook hoger. Afhankelijk van het type hars, kunnen harsen net als actief kool worden geregenereerd. Voor PFAS specifieke harsen is dit echter niet altijd mogelijk waardoor het hars vervangen moet worden.

Membraanfiltratie

Bij membraanfiltratie wordt water onder druk door een semi-permeabel membraan geperst, dat fungeert als barrière voor PFAS. Omgekeerde osmose (RO, reverse osmosis) is zeer effectief in het verwijderen van vrijwel alle PFAS (zowel lange als korte keten). Wel wordt hierbij een geconcentreerde reststroom gegenereerd waarbij aanvullend nabehandeling nodig is om PFAS eruit te halen. Naast RO kan ook nanofiltratie (NF) worden toegepast. NF is minder energie-intensief dan RO, maar de verwijderingsefficiëntie varieert afhankelijk van het membraantype en de specifieke PFAS-verbinding. NF is met name effectief voor lange keten PFAS-verwijdering. Hoewel membraanfiltratie een hoge verwijderingsefficiëntie heeft, zijn de kosten en het produceren van een moeilijk afzetbare reststroom significante nadelen.

Schuimtechnieken

Naast bovenstaande conventionele technieken zijn met name schuimtechnieken in opkomst. Deze maken gebruik van de schuimvormende eigenschappen van (met name lange keten) PFAS. Een prominente methode is Foam Fractionation, waarbij lucht wordt ingebracht in water (ook wel met toevoeging van surfactants) wat PFAS-moleculen naar de oppervlakte drijft. Het PFAS-houdend schuim wordt vervolgens afgescheiden en dient verder behandeld te worden. Naast Foam Fractionation is ook ozonfractionatie in ontwikkeling. In deze methode wordt ozon i.p.v. lucht ingebracht. Dit om de schuimvorming te optimaliseren en zo PFAS efficiënter te concentreren aan het lucht/water-interfase, wat lijdt tot een hogere verwijderingsefficiëntie (We et al. 2024).

Destructietechnieken

De meest gangbare vernietigingsroute voor PFAS is momenteel thermische degradatie in verbrandingsovens, bij kortstondige, hoge temperatuur (richting 1.200 °C). Dit is een energie-intensieve methode. Verschillende alternatieve technieken voor destructie van PFAS zijn in ontwikkeling, waaronder (geavanceerde) oxidatieprocessen. Deze technieken genereren reactieve radicalen, waaronder hydroxylradicalen, die in staat zijn om PFAS-moleculen te oxideren en af te breken. Voorbeelden hiervan zijn non-thermisch plasma (Palma et al. 2022) en fotochemische-, sonochemische- en elektrochemische oxidatie. Ook hierbij zijn de energiekosten vaak hoog en kan de effectiviteit variëren, afhankelijk van de specifieke PFAS-soorten en de samenstelling van het grondwater. Daarnaast bestaat de mogelijkheid tot vorming van schadelijke bijproducten.

Andere opkomende alternatieve destructietechnieken zijn superkritische wateroxidatie (SCWO, super critical water oxidation) en ballmill. SCWO maakt gebruik van hoge temperatuur en druk om PFAS af te breken (EPA, 2022). Ballmill breekt PFAS af door mechanische krachten in een kogelmolen. Deze technieken zijn potentieel inzetbaar in combinatie met toekomstige chemische regeneratie van adsorbentia (STOWA, 2024). Deze technieken resulteren in destructie van PFAS, maar vereisen veel energie en zijn nog niet altijd op grote schaal beschikbaar.

Links en rapporten

Dit stuk is tot stand gekomen in samenwerking met: