PFAS (per- en polyfluoralkylstoffen) zijn een groep synthetische organische verbindingen die in tal van industriële en commerciële toepassingen worden gebruikt vanwege hun unieke chemische en fysische eigenschappen. Tegelijkertijd maken hun persistentie, mobiliteit en toxicologische effecten hen tot een grote uitdaging voor de behandeling van industrieel water en afvalwater.

PFAS worden ook wel "voor altijd chemische stoffen" genoemd, omdat ze nauwelijks worden afgebroken in het milieu en zich kunnen ophopen in organismen en in water en bodem. Om ze te verwijderen zijn gespecialiseerde processen en technologieën nodig.

Chemische en fysische eigenschappen van PFAS

PFAS worden gekenmerkt door de volgende eigenschappen:

1. Chemische structuur:

   • Bestaan uit een keten van koolstofatomen die geheel of gedeeltelijk gesubstitueerd zijn met fluoratomen.
   • De C-F-binding is een van de sterkste bindingen in de chemie en geeft PFAS zijn thermische stabiliteit, chemische weerstand en hydrofobiciteit.

2. Volharding:

   • PFAS zijn extreem stabiel tegen biologische en chemische afbraak.
   • Hun halfwaardetijd in het milieu en in levende organismen is enkele jaren tot decennia.

3. Hydrofiele en lipofiele eigenschappen:

   • PFAS zijn amfifiel, d.w.z. ze hebben zowel waterafstotende (hydrofoob) als vetafstotende (lipofoob) eigenschappen.

4. Mobiliteit:

   • Lange ketens zoals PFOA (perfluoroctaanzuur) of PFOS (perfluoroctaansulfonaat) zijn zeer mobiel en kunnen grondwater en oppervlaktewater over grote afstanden verontreinigen.

Bronnen van PFAS

PFAS worden gebruikt in een verscheidenheid aan producten en processen, waaronder

1. industriële processen

PFAS worden in industriële processen gebruikt om specifieke functionele eigenschappen te benutten, zoals chemische stabiliteit, waterafstotendheid en temperatuurbestendigheid. Dit zijn enkele van de belangrijkste toepassingen:

a) Productie van blusschuim (AFFF)

• Aqueous Film Forming Foams (AFFF) op basis van PFAS worden gebruikt om snel ontvlambare vloeistoffen zoals benzine of olie te blussen.
• Ze vormen een chemisch stabiele schuimlaag die zuurstof scheidt van de brandhaard en brandbestrijding effectief maakt.
• Toepassingsgebieden: Luchthavens, petrochemische fabrieken, militaire faciliteiten.
• Probleem: residuen van deze schuimen komen vaak rechtstreeks in de bodem of het grondwater terecht, van waaruit ze zich over grote gebieden verspreiden.

b) Galvanisch verzinken en oppervlaktebehandeling

• PFAS worden gebruikt als bevochtigingsmiddelen bij galvaniseren om spatten tijdens het coatingproces te minimaliseren en om gelijkmatige lagen op metalen oppervlakken te produceren.
• Typische toepassingen: Productie van anticorrosiecoatings en duurzame metaalproducten.
• Gevaar: productieafvalwater bevat vaak hoge concentraties PFAS, die zonder behandeling in het milieu terecht kunnen komen.

c) Textiel- en leerindustrie

• PFAS worden gebruikt als water-, vuil- en vetafstotende coatings in textiel, lederwaren en tapijten.
• Voorbeelden: Geïmpregneerde outdoorkleding, waterafstotende schoenen, vlekbestendige bankhoezen.
• Milieuprobleem: afval en residuen van de productie en de uitloging van PFAS tijdens gebruik en reiniging.

2. consumentenproducten

Veel alledaagse producten bevatten PFAS omdat ze ze duurzamer, resistenter en functioneler maken. Enkele belangrijke toepassingen zijn:

a) Anti-aanbaklagen in kookgerei

• PFAS, met name PTFE (polytetrafluorethyleen), wordt gebruikt voor antiaanbaklagen in potten en pannen.
• Voordelen: Hogere hittebestendigheid en eenvoudige reiniging.
• Probleem: door slijtage van de coating tijdens het gebruik kunnen kleine hoeveelheden PFAS vrijkomen, die in het milieu of in voedsel terecht kunnen komen.

b) Impregnaties voor papier, karton en verpakking

• PFAS geven papierproducten water- en vetafstotende eigenschappen.
• Voorbeelden: Verpakking voor fastfoodproducten, pizzadozen, zakken voor magnetronpopcorn.
• Gevaar: na gebruik belandt deze verpakking in het afval en komen er tijdens de ontbinding PFAS vrij, bijvoorbeeld in het percolatiewater van stortplaatsen.

c) Reinigingsmiddelen en poetsmiddelen

• PFAS-bevattende producten worden gebruikt om water- en vuilafstotende coatings te maken voor oppervlakken zoals glas, metaal en keramiek.
• Voorbeeld: poetsmiddelen voor voertuigen, ruitenreinigers, beschermende middelen voor meubels.
• Probleem: PFAS komen in het afvalwater terecht door gebruik en naspoelen.

3. afvalwater en stortplaatsen

PFAS uit industriële processen en consumentenproducten komen uiteindelijk in het milieu terecht:

a) Productieafvalwater

• Afvalwater van industriële installaties bevat vaak hoge concentraties PFAS, vooral als het zonder adequate behandeling in waterlichamen wordt geloosd.
• Industrieën met bijzonder hoge emissies: chemische productie, textielfabrieken, metaalverwerking en kunststofproductie.

b) Stortplaats percolaat

• Met PFAS verontreinigde materialen zoals geïmpregneerde verpakkingen, textiel of resten van blusschuim worden vaak opgeslagen op stortplaatsen.
• Wanneer dit afval wordt afgebroken, komen PFAS vrij in het percolaat, dat in het grondwater of oppervlaktewater kan terechtkomen als het onbehandeld blijft.
• Uitdaging: De mobiliteit van PFAS maakt terugwinning uit percolaat moeilijk.

c) Diffuse bronnen

• PFAS komen ook vrij uit diffuse bronnen, bijvoorbeeld via atmosferische inbreng of landbouwgebieden die zijn bemest met door PFAS verontreinigd rioolslib.
• Deze inputs zijn moeilijk te controleren en dragen bij aan grootschalige verontreiniging.

Uitdagingen van PFAS in water- en afvalwaterbehandeling

1. Gezondheidseffecten:

   • PFAS zijn bioaccumulerend en worden ervan verdacht kankerverwekkend, hormoonontregelend en immunotoxisch te zijn.
   • Ze beïnvloeden de voortplanting, het hormoonsysteem en het immuunsysteem.

2. Wettelijke vereisten:

   • Strenge wettelijke limieten voor PFAS in drinkwater en afvalwater zijn al van kracht of worden wereldwijd ingevoerd.
   • In de EU geldt bijvoorbeeld een maximum van 0,1 µg/L voor PFOA en PFOS in drinkwater.

3. Technologische uitdagingen:

   • PFAS zijn moeilijk afbreekbaar en kunnen niet worden verwijderd door conventionele water- of afvalwaterbehandelingsprocessen zoals biologische zuivering of eenvoudige filtratie.

Technologieën voor de verwijdering van PFAS

De verwijdering van PFAS uit water vereist gespecialiseerde en innovatieve processen. De belangrijkste technologieën zijn

1. adsorptie door actieve kool

• Mechanisme: PFAS-moleculen worden geadsorbeerd aan het poreuze oppervlak van de actieve kool.
• Voordelen: Zeer efficiënt in het verwijderen van lange-keten PFAS (bijv. PFOS, PFOA).
• Beperkingen: Minder effectief bij PFAS met een korte keten, die minder hydrofoob zijn. Regelmatige regeneratie of vervanging van de actieve kool vereist.

2. ionenwisselaarsystemen

• Mechanisme: PFAS worden door ionische interacties aan harsoppervlakken gebonden.
• Voordelen: Zeer effectief voor PFAS met een korte keten.
• Beperkingen: Hoge bedrijfskosten en regelmatige regeneratie.

3. oxidatieproces

• UV/ozon, Fenton of UV/H2O2:
  • Gedeeltelijke ontleding van PFAS door zeer reactieve hydroxylradicalen.
  • Effectief voor bepaalde PFAS zoals PFOS, maar niet voor alle.
• Beperkingen:
  • Hoge energiebehoefte.
  • Risico op vorming van toxische tussenproducten