A per- és polifluoralkil anyagok (PFAS) adszorpciós technológiával történő eltávolítása hatékony eljárás, de önmagában csak fázisátvitelt jelent. A valódi megoldást a környezeti körforgás megszakítása, azaz a molekulák mineralizációja kínálja. A KWR és a Bath-i Egyetem közös kutatása azt vizsgálta, mi történik a PFAS-vegyületekkel a granulált aktív szén (GAC) magas hőmérsékletű regenerálása közben.

‍

A legtöbb hagyományos vízkezelési eljárás – a koagulációtól az oxidációig – hatástalan a PFAS-szal szemben. Jelenleg az aktív szenes adszorpció és a membránszűrés a két legelterjedtebb technológia a „vegyületek örökkévalóságának” megtörésére. Azonban az adszorpció során a szennyeződés nem semmisül meg, csupán koncentrálódik a szén felületén. A fenntarthatósági és környezetvédelmi szempontok miatt kritikus kérdés:

‍

A telített szén újraaktiválása során valóban lebomlanak-e ezek a stabil vegyületek?

‍

Adszorpciós sajátosságok: lánchossz és szerkezet

‍

A PFAS-eltávolítás hatékonyságát alapvetően meghatározza a molekulaszerkezet. A kutatások megerősítik, hogy:

‍

• A hosszú láncú szénatom vegyületek jobban adszorbeálódnak.
• A szulfonsavak (pl. PFOS) erősebben kötődnek, mint a karbonsavak (pl. PFOA).
• Az elágazó láncú izomerek hamarabb áttörnek a szűrőrétegen, mint az egyenes láncúak.

‍

Amint a szénágy telítődik, a GAC-ot regeneráló üzembe szállítják, ahol többlépcsős termikus folyamatnak (szárítás, pirolízis, aktiválás) vetik alá 800–900 °C-on, oxigénmentes atmoszférában.

‍

A reaktiválás mechanizmusa: lebomlás vagy csak deszorpció?

‍

A termikus folyamat során négy elvi lehetőség van a PFAS sorsát illetően: eltávolítás (deszorpció), lebomlás (fragmentáció), átalakulás (más PFAS-ok képződése) vagy teljes mineralizáció.

‍

Az ideális cél a mineralizáció, ahol a C-F kötések felszakadnak, és a folyamat végén ártalmatlan fluoridionok keletkeznek.

‍

A kísérleti eredmények

‍

A Bath-i Egyetem és a KWR egy speciális regeneráló kemencében vizsgálta a PFOS-szal és PFOA-val terhelt szenet 300, 500, 700 és 900 °C-on. Az eredmények a következőket mutatták:

‍

1. Hőmérsékleti küszöb: 300 °C-on még kimutatható volt a maradék PFOS és PFOA a szénen. 500 °C felett azonban mindkét modellanyag teljesen eltűnt az aktív szén felületéről.

‍

2. Bomlástermékek: Alacsonyabb hőmérsékleten (300 °C) a PFOA esetében rövidebb láncú bomlástermékeket (C₂ - C₅ lánchosszúságban) azonosítottak a gázfázis kondenzátumában. Ez igazolja, hogy a lebomlás lépcsőzetes.‍

‍

3. A GAC katalitikus szerepe: Az aktív szén felülete katalizátorként segíti a mineralizációt. Míg a tiszta PFAS égetéséhez 1 200 °C feletti hőmérséklet szükséges, az adszorbeált állapotban zajló pirolízis már alacsonyabb tartományban is hatékony lehet.

‍

A fluorid-mérleg kihívásai

‍

Bár az elméleti mineralizáció során a fluor 100%-ának fluoridion formájában kellene megjelennie, a gyakorlatban ezt rendkívül nehéz mérni. A kísérletek során a számított fluoridmennyiségnek csak töredékét (kb. 0,004%-át) sikerült detektálni. Ennek oka valószínűleg a nagy reakcióképességű hidrogén-fluorid (HF) képződése, amely reakcióba lép a berendezés falaival (Si-fluoridok) vagy a szénben lévő kalciummal (C_aF₂).

‍

Konklúzió és környezeti lábnyom

‍

A kutatás igazolja, hogy az 500 °C feletti reaktiválás hatékonyan távolítja el a PFOS/PFOA vegyületeket a szénből, és elindítja azok lebomlását. Ugyanakkor rámutat a technológia árnyoldalára is: a PFAS-mentesítéshez a szén gyakoribb regenerálására van szükség.

‍

Ez a gyakorlatban:

‍

• megnövekedett energiaigényt,
• gyakoribb szállítást és logisztikai terhet,
• nagyobb nyersanyag-felhasználást (szénveszteség pótlása) jelent.

‍

Bár a technológia képes megtörni az „örök vegyi anyagok” körforgását, az ivóvízbiztonság növelése egyúttal az ökológiai lábnyom növekedésével is jár. A jövő feladata a mineralizációs folyamatok pontosabb nyomon követése és az utóégető rendszerek hatékonyságának optimalizálása a légszennyezés elkerülése érdekében.

‍

Forrás: H2O/Waternetwerk