PFAS in afvalwater: Hoe komen we ervanaf?

PFAS staat voor poly- en perfluoralkylstoffen, een verzamelnaam voor duizenden synthetische chemicaliën die vanwege hun water-, vuil- en vetafstotende eigenschappen worden gebruikt in allerlei industriële toepassingen en consumentenproducten zoals textiel, voedselverpakkingen en brandblusschuim. Via lozingen van industrieën en huishoudens komen ze ‘forever’ in het milieu. Ook in het afvalwater vormen ze een probleem, aangezien conventionele biologische zuiveringsproces sen niet in staat zijn PFAS effectief te verwijderen. Daarom lopen er diverse onderzoeken om bronnen en verspreidingsroutes beter in kaart te brengen.

Aanwezigheid in rwzi’s

Recent onderzoek richtte zich op de aanwezigheid van PFAS in afvalwater bij acht rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s). Deze installaties varieerden van voornamelijk huishoudelijk afvalwater tot locaties met veel industrieel afvalwater. De resultaten toonden aan dat zowel in binnenkomend (influent) als uitgaand afvalwater (effluent) concentraties PFAS aanwezig zijn, variërend van 10 tot 1000 nanogram per liter. Ook in het zuiveringsslib werden PFAS gevonden (10-100 microgram/ kg). Ondanks deze lage concentraties vormt PFAS vanwege de hoge toxiciteit een ernstig gezondheidsrisico. Nederland kent echter nog geen normen voor PFAS-concentraties in afvalwater of zuiveringsslib.

Actuele methoden voor PFAS-verwijdering

In Nederland worden diverse methoden toegepast en onderzocht om PFAS uit afvalwater te verwijderen. Hieronder volgt een overzicht van enkele actuele technieken met hun voor- en nadelen:

1. Actieve koolfiltratie
2. Ionenwisselaarharsen
3. RO en NF membraantechnologieën
4. Oxidatieprocessen
5. Innovatieve adsorbentia

1. Actieve koolfiltratie

PFAS-moleculen worden geadsorbeerd op de poreuze structuur van actieve kool, waardoor ze uit het water worden verwijderd.

Voordelen:

• Effectief in het verwijderen van een breed scala aan PFAS, vooral die met langere ketens.
• Relatief kostenefficiënt en breed inzetbaar.

Nadelen:

• Beperkt effectief voor korte-keten PFAS.
• Regelmatige vervanging of regeneratie van de kool is noodzakelijk, wat extra kosten en milieubelasting met zich meebrengt.

2. Ionenwisselaarharsen

Specifieke harsen wisselen ionen uit met PFASmoleculen in het water, waardoor deze worden verwijderd.

Voordelen:

• Hoge selectiviteit en efficiëntie, vooral voor korte-keten PFAS.
• Kan zeer lage PFAS-concentraties bereiken.

Nadelen:

• Hogere operationele kosten vergeleken met actieve kool.
• Regeneratie van harsen kan complex en energie- intensief zijn.

3. RO en NF membraantechnologieën

Omgekeerde osmose (RO) en nanofiltratie (NF) Membraantechnologieëndie PFAS uit water filteren door middel van semipermeabele membranen.

Voordelen:

• Zeer effectieve verwijdering van zowel lange als korte-keten PFAS.

Nadelen:

• Hoge operationele kosten en energieverbruik.
• Productie van geconcentreerde afvalstromen die verdere behandeling vereisen.

4. Geavanceerde oxidatieprocessen

Technieken zoals elektrochemische oxidatie en superkritische wateroxidatie die PFAS-moleculen afbreken onder extreme omstandigheden.

Voordelen:

• Mogelijkheid tot volledige afbraak van PFAS tot onschadelijke componenten.

Nadelen:

• Hoge operationele kosten en energiebehoefte.
• Technologieën bevinden zich nog in de ontwikkelings- en testfase.

5. Innovatieve adsorbentia

Filtratie met nieuwe adsorbentia zoals Dexsorb en Fluorosorb.

Voordelen:

• Hoge adsorptiecapaciteit, potentieel duurzaam.

Nadelen:

• Nog niet grootschalig toegepast, hogere kosten.

Op de zuivering van Waterschap Zuiderzeeland in Lelystad is de werking van een zogenoemd DEXfilter onderzocht. Met dit filter kunnen microverontreinigingen, zoals medicijnresten, PFAS en brandvertragers uit het afvalwater worden gezuiverd. De eerste onderzoeksresultaten van het innovatieve filter zijn positief. Het DEX-filter kan 70% van de microverontreinigingen uit rioolwater verwijderen. Tot nu toe zuiverde het waterschap het afvalwater op een biologische manier. Daarmee worden chemische deeltjes onvoldoende uit het water gefilterd.

Innovaties in PFAS-verwijdering

Er een groeiende focus op bronaanpak en het ontwikkelen van geavanceerde zuiveringstechnieken om de aanwezigheid van PFAS in het milieu te verminderen. Door technologische innovatie zijn er veelbelovende nieuwe technieken in ontwikkeling:

1. Fotokatalytische afbraak
2. Elektrochemische afbraak
3. Elektrochemie + laser
4. Plasma-gebaseerde technologieën
5. Oxyle oxidatie

1. Fotokatalytische afbraak

Deze techniek maakt gebruik van UV-licht en katalysatoren om PFAS af te breken tot minder schadelijke stoffen zoals fluoride en koolstofdioxide.

2. Elektrochemische afbraak

Speciaal ontworpen elektroden zoals grafeensponzen worden gebruikt om PFAS elektrochemisch af te breken. Dit is effectief, maar vergt verdere ontwikkeling voor grootschalige toepassing.

3. Elektrochemie + laser

Aan de Universiteit van Rochester (NY) heeft het team van assistent-professor chemische technologie Astrid Müller een andere methode ontwikkeld voor de zuivering van water dat vervuild is met PFAS. Met elektrochemie en een laser worden de PFAS vernietigd, waardoor er geen schadelijke delen meer overblijven. Wat er wel overblijft kan hergebruikt worden. De methode heeft zich op PFOS en PFOA gericht, de soorten PFAS die het meest voorkomend in het water.

4. Plasma-gebaseerde technologieën

Gebruik van hoog-energetisch plasma dat PFAS volledig vernietigt. De techniek heeft potentie, maar moet nog verder worden ontwikkeld en opgeschaald.

5. Oxyle oxidatie

Een andere methode is die van het Zwitserse bedrijf Oxyle die een innovatieve technologie heeft ontwikkeld voor het volledig verwijderen van PFAS uit water. Deze technologie springt eruit door zijn enorme effectiviteit en lage energieverbruik. In tegenstelling tot traditionele technieken, die PFAS alleen concentreren of gedeeltelijk verwijderen, vernietigt de Oxyle-technologie ruim 99% van de PFAS-moleculen. Dit resultaat wordt bereikt via een geavanceerd driestappenproces bestaande uit schuimfractiescheiding, katalytische vernietiging en slimme optimalisatie met machine-learning, waarmee real-time monitoring mogelijk is. Het proces werkt met adsorptie (op een nanoporeuze katalysator), waarna turbulentie de piezo-elektrische katalysator activeert. De kortstondige elektrische lading creëert reactieve reductieve en oxidatieve deeltjes, die de PFAS volledig afbreken tot onschadelijke minerale bestanddelen zoals kooldioxide en fluoriden. Oxyle’s techniek verlaagt PFAS-concentraties van 8.700 ng/l naar minder dan 14 ng/l in grondwater, en verwijdert tot 99,8% van 11 verschillende PFAS-soorten uit bodemspoelwater. De innovatieve aanpak gebruikt slechts 1 kWh energie per m3 gezuiverd water, wat 15 keer efficiënter is dan conventionele technieken.

Toekomst: meersporenbeleid

Hoewel de huidige methoden en innovaties hoop bieden, blijft het verwijderen van PFAS uit afvalwater complex en kostbaar. Voor de toekomst wordt daarom een meersporenbeleid gevolgd, en wordt onderzoek gedaan naar:

• Verlagen van kosten en verhogen van duurzaamheid van verwijderingsmethoden, bijvoorbeeld door het optimaliseren van regeneratieprocessen.
• Opschalen van innovatieve technologieën zoals plasma-technologie, fotokatalyse en het DEX-filter.
• Bronaanpak door productieprocessen aan te passen om het gebruik van PFAS te beperken of te vervangen door veiliger alternatieven.

Voorkomen: totaalverbod op PFAS

Om het probleem met PFAS op te lossen pleiten Waterschappen voor een totaalverbod PFAS. Zij ondersteunen initiatieven van andere EU-landen voor strengere toelatingseisen voor schadelijke stoffen in REACH. REACH is het Europese stoffenbeleid en staat voor Registratie, Evaluatie, Autorisatie en restrictie van Chemische stoffen. Zo trekt Nederland samen op met een vijftal landen die pleiten voor een totaalverbod op PFAS.

Onderzoek naar PFAS in Nederland

Nederland kent verschillende gespecialiseerde instituten die zich bezighouden met PFAS-onderzoek:

• Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) bestudeert de verspreiding en gezondheidsrisico’s van PFAS en adviseert over beleidsmatige aanpak.

• Expertisecentrum PFAS, opgericht door Arcadis, TTE Consultants en Witteveen+Bos, houdt zich bezig met het toegankelijk maken van actuele kennis en technische innovaties omtrent PFAS.

• Eurofins is een laboratorium gespecialiseerd in geavanceerde analyse van PFAS in water en bodem.

• Wageningen University & Research (WUR) onderzoekt duurzame alternatieven en methoden voor monitoring en verwijderen van PFAS.

Deze instituten werken samen aan oplossingen en kennisdeling om het PFAS-probleem effectief aan te pakken.