Zowel regenereerbare ionenuitwisselaars (IER) als zeer selectieve harsen voor eenmalig gebruik kunnen per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) verwijderen om zo te voldoen aan de wettelijke grenswaarden voor waterbehandeling. Dit artikel beschrijft de toepassing van een innovatief en meerfasig proces. Hierbij spelen de voordelen van het selectieve anionenuitwisselingshars een bijzondere rol bij de fijne reiniging en de reductie van perfluorobutaanzuren (PFBA) tot niet-detecteerbare waarden – en dit bij een hoge capaciteitsbenutting. Efficiënte verwijdering van PFBA is een van de grootste uitdagingen op het gebied van waterbehandeling in de toekomst.

Australië heeft een voortrekkersrol op zich genomen bij de opsporing en neutralisatie van met PFAS verontreinigd grondwater. In 2018 werd een intergouvernementele overeenkomst tussen het Commonwealth en de deelstaten en territoria van kracht om consequent te reageren op PFAS-verontreiniging, het milieu en – als voorzorgsmaatregel – de menselijke gezondheid te beschermen. Hoe doeltreffend deze uniforme aanpak is, blijkt uit een casestudy uit de deelstaat Victoria in het zuidoosten van Australië: hier werden hoge PFAS-concentraties tot 200 ppb verwijderd uit het afvalwater van het voormalige brandweer-opleidingscentrum van de Country Fire Authority (CFA). Jarenlang werd op deze locatie een waterig blusschuim gebruikt dat PFAS bevatte, waardoor persistente chemicaliën het grondwater verontreinigden.

Er bestaat geen standaardproces voor het verwijderen hiervan. Elk PFAS-behandelingsproject is uniek en gaat gepaard met zijn eigen uitdagingen en variabelen. Daartoe behoren de moleculaire samenstelling van de totale PFAS-concentratie, de aanwezigheid van co-contaminanten, het ontvangende milieu, de naleving van toepasselijke voorschriften, de huidige markt voor afvalverwijdering alsook het budget, de locatie, en de tijdsdruk. Rekening houdend met deze parameters heeft de Australische aanbieder van waterzuiveringsinstallaties Haldon Industries een geavanceerde waterzuiveringsinstallatie ontwikkeld die gebruik maakt van een selectief meerfasig ionenuitwisselingsproces.

Haldon Industries verleent mobiele afvalverwerkingsdiensten specifiek gericht op de plaatselijke behandeling van met PFAS verontreinigd afval. Hierbij worden verschillende adsorptie- en anionuitwisselingsmedia aangewend in een volgorde die is afgestemd op de unieke kenmerken en behandelingsdoelstellingen van elk project.

Op het terrein van het voormalige brandweer-opleidingscentrum werd de mobiele installatie gerund met een verwerkingscapaciteit van 125.000 liter per dag, waarbij hoge concentraties PFAS werden verwijderd en werd voldaan aan de strenge Australische EPA-normen.

De IER-configuratie omvatte de Lewatit^® MP 62 WS regenereerbare zwak basische hars, gevolgd door de zeer selectieve anionenwisselaar voor eenmalig gebruik Lewatit^® TP 108 in een lead/lag-configuratie. Het met Lewatit^® MP 62 WS gevulde filter reduceerde het grootste deel van alle PFAS (grijs). Het resterende slip (voornamelijk PFBA) werd door het gebruik van Lewatit^® TP 108 effectief gereduceerd tot een ondetecteerbaar niveau. Opvallend is dat met Lewatit^® TP 108 een hoge bruikbare capaciteit (afbeelding 2) van 10.000 bedvolumes (BV) werd bereikt. Hierdoor werden de OPEX-kosten die samengaan met de verwijdering van het gebruikte hars aanzienlijk verlaagd.

Belangrijke ontwerp- en bedrijfsparameters

• De met Lewatit^® TP 108 gevulde polyamideharskolommen werden gebruikt in een lead-lag-polisher-configuratie. Het gemiddelde debiet bedroeg 20 m³/h.
• De specifieke bedrijfsdoorvoercapaciteitdebiet bedroeg 10-20 BV/h.
• De pH-waarde van de feed werd tussen 5 en 7 gehouden.

Schema 1: Processtroomdiagram samenvatting van het meerfasige proces. Het proces omvat oxidatie, pH-aanpassing, flocculatie, scheiding van vaste stoffen, mediafiltratie, korrelige actieve kool voor DOC-verwijdering, ionenuitwisseling en adsorptie met behulp van zwak- en sterk basische anionenuitwisselingsharsen.

Keuze van harsen voor het meerfasige proces

Er moest worden voldaan aan de volgende specificaties/grenswaarden van de Australische drinkwaterrichtlijnen:

• Perfluoroctaansulfonaat (PFOS) en perfluorohexaansulfonaat (PFHxS) samen minder dan 0,07 ppb
• Perfluoroctaanzuur (PFOA) minder dan 0,56 ppb
• PFAS met korte keten, bijv. PFBA, tot aan de detectielimiet

De efficiënte verwijdering van PFBA vormt een uitdaging bij veel saneringsprojecten. PFBA is moeilijker te verwijderen door middel van adsorptie met behulp van gegranuleerde actieve kool (GAK) en traditionele ionenwisseling doordat de interactie tussen de korte perfluorketen en de hydrofobe adsorbentia geringer is. Om zulke korteketenverbindingen efficiënt te verwijderen, is de selectieve anionische ionenuitwisselingshars Lewatit^® TP 108 van LANXESS ontwikkeld.

Een ander uniek kenmerk van de PFAS-selectieve ionenuitwisselingshars voor fijne reiniging is de reductie van de harsinventaris dankzij de snelle kinetiek en de korte leegbedcontacttijd xxx (EBCT). Er werden compacte polijstharskolommen gebruikt die in een container passen, wat helpt de kosten te drukken. Dit maakt Lewatit^® TP 108 aanzienlijk efficiënter in vergelijking met GAK, waarvoor gewoonlijk een vier keer langere EBCT nodig is.

Afbeelding 1: Algemene efficiëntie van de PFAS-verwijdering met de multi-barrièreaanpak. Stream-beschrijvingen: Influent Lewatit^® MP 62 WS (grijs), effluent Lewatit^® MP 62 WS (zwart), effluent Lewatit^® TP 108 (rood, eind-effluent).

Bron: LANXESS, International Water Conference 2021

Afbeelding 2: Verwijderingsefficiëntie van Lewatit^® TP108 voor PFBA

Bron: LANXESS, International Water Conference 2021

De combinatie van de LANXESS ionenuitwisselingsharsen Lewatit MP 62 WS als werkfilter en Lewatit^® TP 108 als polisher maakte het mogelijk om ondanks hoge influentconcentraties gedurende het hele project een directe lozing met niet-detecteerbare PFAS-waarden te bewerkstelligen. Zelfs PFBA werden effectief verwijderd door het efficiënte gebruik van Lewatit^® TP 108.

Sinds de ingebruikname van de installatie in augustus 2019 werd meer dan 54 miljoen liter behandeld water doorlopend in het milieu geloosd, waarbij aan de Australische EPA-limieten en drinkwaterrichtlijnen werd voldaan!

Het project dat eind 2021 werd voltooid geldt als een van de meest succesvolle PFAS-waterbehandelingsprogramma’s in Australië.

Contact:

LANXESS Deutschland GmbH

Dr. Dirk Steinhilber, Technical Marketing Manager

Afdeling Liquid Purification Technologies

Kennedyplatz 1

50569 Keulen, Duitsland

E-Mail dirk.steinhilber@lanxess.com

LANXESS Pty Ltd.

Rajeev Bhavaraju, Head of Technical Services and Business Development (APAC)

Afdeling Liquid Purification Technologies

Unit 1/2D Factory Street

Granville NSW 2142, Australië

E-Mail: rajeev.bhavaraju@lanxess.com

Lanxess Belgium NV 

Bart Goossens, Technical Sales Manager

Afdeling Liquid Purification Technologies

Ketenislaan 2

9130 Kallo, Belgium

E-Mail : bart.goossens@lanxess.com

Disclaimer:

„Deze casestudy en de hierin opgenomen informatie is naar eer en geweten opgesteld, maar wordt verstrekt zonder enige verklaring of garantie (expliciet of impliciet) van welke aard dan ook. Wij behouden ons het recht voor om wijzigingen aan te brengen.

Voordat u met een van de in deze casestudy genoemde producten gaat werken, dient u de beschikbare informatie omtrent de gevaren en het juiste gebruik van en de omgang met deze producten te lezen en u hiermee vertrouwd te maken. De informatie is beschikbaar in verschillende vormen, bijvoorbeeld in veiligheidsinformatiebladen, productinformatie en productetiketten. De toepassing, het gebruik en de verwerking van onze producten en de producten die u op basis van ons technisch toepassingsadvies produceert, vallen buiten onze controle en zijn daarom uitsluitend uw verantwoordelijkheid. Wij wijzen u erop dat het van essentieel belang is dat u onze producten, technische ondersteuning en informatie test om naar eigen tevredenheid te bepalen of ze al dan niet geschikt zijn voor het door uw beoogde gebruik en toepassingen.

De verkoop van onze producten is onderworpen aan onze meest recente algemene verkoop- en leveringsvoorwaarden.“

Auteurs: Rajeev Bhavaraju en Dr. Dirk Steinhilber, LANXESS