De persistente per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) kunnen via het afvalwater in het oppervlaktewater terechtkomen en zich bijvoorbeeld via rivieren verder verspreiden. Waterschappen worstelen met de verwijdering van deze stoffen en andere verontreinigingen uit afvalwater in hun waterzuiveringen. PFAS wordt nu vaak uit (afval)water afgevangen met behulp van granulair actief kool, waarna de verontreinigde actiefkool wordt verbrand bij meer dan 1200 °C, een milieuonvriendelijke en inefficiënte techniek.

Maar alternatieve, duurzame methodes zijn in ontwikkeling. Een pilot uit 2023 bij de rioolwaterzuivering in Lelystad van waterschap Zuiderzeeland laat zien dat cyclodextrinepolymeren (CDP´s) kanrijk zijn als adsorbens voor het afvangen van zowel PFAS als medicijnresten. Destructie van de afgevangen verontreinigingen vindt vervolgens plaats met een kogelmolen. Dit laat Witteveen+Bos, het ingenieursbureau dat de pilot begeleidt, weten in een persbericht.

Kogelmolen

Cyclodextrine is een makkelijk verkrijgbare cyclisch polysaccharide, gebaseerd op maiszetmeel. Door het polymeer met een specifieke crosslink agent te combineren, zijn er veel mogelijkheden om een stofspecifieke adsorptie te krijgen.

Het Amerikaanse bedrijf Cyclopure paste het polymeer toe in het zogenoemde DEXSORB, een herbruikbaar filtermateriaal met cyclodextrines in de vorm van selectieve cupjes waar precies een medicinaal afbraakproduct of PFAS-molecuul in past.

Nadat het filterbed verzadigd is, kun je het materiaal zonder hoge temperaturen regenereren door meerdere regerenatierondes met methanol of ethanol. Na de regeneratie blijft er een mengsel van de afgevangen PFAS en medicijnresten in ethanol over. Dit kun je indikken en vervolgens mineraliseren met een kogelmolen (ball mill), een destructietechniek waarbij door hoogenergetische botsingen van metalen ballen van verschillende formaten een zeer hoge temperatuur kan worden bereikt. De kogelmolen kan zo PFAS verwijderen op een duurzame manier, omdat er vergeleken met verbranding weinig energie nodig is voor deze techniek.

Langere contacttijd nodig

Tijdens het pilotonderzoek in Lelystad bleek dat ten minste 70% van de verontreinigingen en zeker 80% PFAS zo verwijderd kunnen worden, maar volgens het Amerikaanse bedrijf moet een rendement van 95% PFAS-afbraak mogelijk zijn.

In het gezuiverde afvalwater in Lelystad liepen onderzoekers echter tegen twee uitdagingen aan. Allereerst was er te weinig PFAS aanwezig om de mate van verwijdering goed te kunnen bepalen. Voor andere microverontreinigingen lukte dit wel. Ook was de contacttijd in de filterkolom van het water met het adsorbens nog niet optimaal genoeg tijdens de eerste pilot. Om de techniek op grotere schaal in te kunnen zetten, is een langere contacttijd in de filterkolom nodig om de microverontreinigingen goed te verwijderen. Hierdoor is ook nog onbekend wanneer het desorptie-evenwicht wordt bereikt tussen de regeneratie-oplossing en DEXSORB. Inzicht in de benodigde contacttijd in de filterkolom om de maximaal haalbare desorptie te bereiken, kan de regeneratie efficiënter maken en het regeneratieproces optimaliseren.

Op naar full-scale toepassing

Dat willen de waterschappen en Witteveen+Bos verder gaan onderzoeken op een andere rioolwaterzuivering, rwzi Dordrecht van Waterschap Hollandse Delta. Op 25 november 2024 arriveerde de proefinstallatie op de Dordtse rioolwaterzuivering. Op de rwzi zijn in het ontwerp van het filter en het terugspoelregime optimalisaties doorgevoerd om de adsorptiecondities te verbeteren. ´Geweldig dat ons pilotonderzoek in Lelystad een vervolg heeft gekregen in Dordrecht’, aldus Tiza Spit, procestechnoloog bij Witteveen+Bos. ‘Dit sluit bovendien perfect aan bij ons onderzoek om afgevangen PFAS met een ballmill [kogelmolen,red.] te vernietigen. Op naar full-scale toepassing!’

Het eerste succes zit hem vooral in het duurzame hergebruik, want het gebruikte adsorbens is chemisch regeneratief. Verder verwacht Witteveen+Bos dat, na opnieuw succesvolle resultaten in Dordrecht, de volgende stap het valideren van de destructieroute met de kogelmolen op pilotschaal zal zijn. Met toepassing van deze techniek kun je in de toekomst PFAS niet alleen uit de waterfase verewijderen, maar wordt ook de PFAS-circulatie en verdere opeenhoping in het milieu doorbroken.

Tenslotte is deze nieuwe techniek ook belangrijk om te voldoen aan de nieuwe Europese richtlijn Stedelijk Afvalwater, met name om medicijnresten te verwijderen. De PFAS-verwijdering is dan een fijne bijkomstigheid. De richtlijn stelt dat zowel grote als kleine rioolwaterzuiveringen die lozen op kwetsbaar water vanaf 2045 minimaal 80% van alle microverontreinigingen uit het afvalwater moeten halen. Dat lukt de waterschappen met de huidige technieken nog onvoldoende.