Niet-thermisch plasma en schuim-gebaseerde remediatie van PFAS-bevattend grondwater

Tussentijdse resultaten:

Analysetechnieken:

De analytische ondersteuning die VITO levert aan het pFRESCO project laat toe om de performantie van de gebruikte remediëringstechniek te evalueren. Het gebruik van de standaard PFAS analysemethoden laat toe om een kwantitatieve meting uit te voeren van de aanwezige PFAS verbindingen. Om mogelijke omzettingen van PFAS verbindingen te onderzoeken, werden eveneens non-targeted analyse of niet-gericht analyse (NTA) en een ‘total oxidisable precursor assay’ of totaal-oxideerbare precursor (TOPA) analyse uitgevoerd.

De aanwezigheid van schuimvormende verbindingen bleek een zeer beperkte invloed te hebben op de meting van PFAS verbindingen in de stalen, in het bijzonder in het schuim concentraat. Dit valt mogelijk te verklaren door de toegepaste verdunning of door het gebruik van vaste-fase extractie met een anionenwisselaar. Enerzijds zal door het verder verdunnen van stalen eveneens de concentratie van matrixverbindingen verlaagd worden, waardoor ook potentieel hun invloed op de meting vermindert. Anderzijds wordt een staalopzuivering toegepast, initieel met een anionenwisselaar en later een anionenwisselaar in combinatie met GCB (graphitized carbon black). Deze staalopzuivering blijkt effectief om de matrixachtergrond voldoende te beperken en zo een robuuste meting mogelijk te maken.

Foam Fractionation:

1/ Proefopstelling: De test bestond uit een continue doorstroomtest waarbij zowel het effluent als de schuimstroom werden opgevangen. Gedurende de test werden de niet-variabele operationele parameters continu gemonitord en bijgestuurd om hun constantheid te waarborgen. De belangrijkste parameters waren de hydraulische verblijftijd in de reactor, het geïnjecteerde luchtdebiet en de schuim/influent-ratio.

De test werd opgezet in drie opeenvolgende stappen:

• Stap 1: Foam fractionation op het ruwe bemalingswater.
• Stap 2: Foam fractionation op het effluent afkomstig uit stap 1.
• Stap 3: Foam fractionation op het schuim afkomstig uit stap 1 en stap 2.

2/ Resultaten test 1

• De resultaten van stap 1 tonen aan dat foam fractionation zonder additief in een hoge verwijderingsefficiëntie resulteert voor 6:2 FTS, PFHxS, PFOA en PFOS. In stap 2 worden diezelfde componenten opnieuw aan een hoog rendement verwijderd. De problematische PFAS bij foam fractionation zonder additief waren PFPeA, PFHxA, PFBA en PFHpA.
• Foam fractionation op de neergeslagen primaire schuimfractie (uit stap 1 en stap 2) haalde een goede opconcentratie voor de meeste PFAS. De componenten die slecht opconcentreerden in stap 1 en stap 2 worden bij stap 3 opnieuw beperkt opgeconcentreerd. De samenstelling van het effluent na stap 3 is vergelijkbaar met het originele bemalingswater (= influent stap 1). Dit effluent is bijgevolg geschikt om te recirculeren naar het influent. Netto wordt de bulk aan PFAS dus geconcentreerd in 5% van het originele volume.
• Ultra korte keten PFAS (<C4) werden niet verwijderd tijdens de foam fractionation batchtesten zonder dosering.
• PFCA-precursoren worden tijdens foam fractionation efficiënt geconcentreerd in het schuim. Dit is een belangrijk gegeven aangezien deze precursoren na verloop van tijd aanleiding kunnen geven tot PFAS-carbonzuren.

3/ Resultaten test 2

De verwijderingsefficiëntie is algemeen hoger bij de test met additief. Foam fractionation zonder additief had een beperkt rendement voor bepaalde componenten (PFPeA, PFHxA, PFBA en PFHpA). Uit test 2 blijkt dat foam fractionation met additief de verwijdering van deze componenten significant verhoogd tot >85%, behalve voor PFBA waar het rendement slechts 37% bedraagt.

Niet thermische plasma

De labtesten via niet-thermische plasmadestructie zijn succesvol verlopen. De hoofdcomponenten konden zo goed als volledig afgebroken en gemineraliseerd worden en de gevormde kleinere componenten konden tot een hoog niveau gemineraliseerd worden aan de hand van NTP Max. Het gebruik van NTA heeft een bijkomende blik geworpen op de analyses waardoor een dichting uit de labo/test opstelling vervangen kon worden. Andere analyses van specifieke PFAS componenten dienen wel in nader detail bekeken te worden met de projectpartner VITO die deze analyses uitvoert aangezien bepaalde analyseresultaten mogelijk uitbijters zijn, onverwacht of gewoon onmogelijkkvanuit chemisch standpunt.

De resultaten van de labtesten laten toe de instellingen en operationele parameters verder te verfijnen en bij te sturen in functie van de geplande piloottesten.

Tussentijds besluit: De resultaten tonen aan dat de combinatie van foam fractionation en NTP een goede behandelingstrein kan zijn; alle waarden liggen onder de (te verwachten) lozingsnormen van de individuele PFAS.