Rimozione di PFAS mediante adsorbimento di carbone attivo
L'adsorbimento a carbone attivo è una delle tecnologie più adatte per la rimozione di contaminanti emergenti come ad esempio l'acqua potabile e le utenze delle acque reflue, grazie alla sua buona rimozione efficienza, facilità di aggiornamento su vasta scala e manutenzione minima richiesta.
Secondo le esperienze di Lenntech, ci sono diversi fattori da considerare quando si seleziona l'adsorbimento di carbone attivo per la rimozione di PFAS: 1) materiale/porosità del carbonio, 2) qualità dell'acqua di alimentazione, 3) caratteristiche PFAS target e 4) tempo di contatto tra PFAS e carbone attivo durante il processo di adsorbimento.
La porosità del carbone attivo gioca un ruolo importante nelle prestazioni di adsorbimento. In generale, il carbonio con una combinazione di micropori e mesopori è preferito rispetto, ad es. carbonio microporoso. Poiché il mesoporo consente una rapida diffusione degli inquinanti sui loro siti di adsorbimento finale (micropori), è quindi vantaggioso soprattutto in un filtro a carbone attivo granulare (GAC) quando il tempo di contatto tra PFAS e il carbone è fisso.
Quando si applica il carbonio per l'adsorbimento di PFAS, è sempre consigliabile conoscere la fonte dell'acqua di alimentazione e la composizione dell'acqua (mediante l'analisi dell'acqua). Ad esempio, nelle acque superficiali, l'adsorbimento di PFAS può essere ampiamente compromesso a causa della competizione di adsorbimento da parte della materia organica naturale co-presente (misurata come carbonio organico totale, TOC), tenendo presente che la concentrazione di TOC è di mg/L come rispetto a PFAS in µg/L o ng/L. Maggiore è il livello di TOC, minore è la rimozione di PFAS tramite adsorbimento. Normalmente, la rimozione di PFAS è maggiore nelle acque sotterranee rispetto alle acque superficiali perché le acque sotterranee contengono meno TOC rispetto alle acque superficiali.
La caratteristica PFAS determina anche la loro efficienza di adsorbimento. Le indagini sul filtro GAC in un impianto di trattamento dell'acqua potabile hanno mostrato una rapida scoperta dei composti PFAS a catena corta, ad es. < Acidi carbossilici C8 e < Acidi solfonici C5 [1], il che significa che i piccoli PFAS molecolari sono più problematici per l'adsorbimento di GAC. Pertanto, invece del tipico tempo di contatto a letto vuoto (EBCT), ovvero 10-20 min, è necessario un EBCT più lungo per la progettazione del filtro GAC se gli obiettivi sono piccoli PFAS.
La manutenzione del filtro GAC è importante. Dopo la saturazione dell'adsorbimento, il GAC deve essere rigenerato per ripristinare la capacità di adsorbimento (di solito tramite trattamento termico del GAC esaurito). Con una frequente rigenerazione GAC e reintegrare la perdita di massa del trucco durante la rigenerazione, è possibile mantenere la rimozione di PFAS da > 89% a > 98%; mentre senza rigenerazione, cioè prolungando il tempo di funzionamento del filtro, il tasso di rimozione è compreso tra 0 e 26% [2].
Secondo le esperienze di Lenntech, ci sono diversi fattori da considerare quando si seleziona l'adsorbimento di carbone attivo per la rimozione di PFAS: 1) materiale/porosità del carbonio, 2) qualità dell'acqua di alimentazione, 3) caratteristiche PFAS target e 4) tempo di contatto tra PFAS e carbone attivo durante il processo di adsorbimento.
La porosità del carbone attivo gioca un ruolo importante nelle prestazioni di adsorbimento. In generale, il carbonio con una combinazione di micropori e mesopori è preferito rispetto, ad es. carbonio microporoso. Poiché il mesoporo consente una rapida diffusione degli inquinanti sui loro siti di adsorbimento finale (micropori), è quindi vantaggioso soprattutto in un filtro a carbone attivo granulare (GAC) quando il tempo di contatto tra PFAS e il carbone è fisso.
Quando si applica il carbonio per l'adsorbimento di PFAS, è sempre consigliabile conoscere la fonte dell'acqua di alimentazione e la composizione dell'acqua (mediante l'analisi dell'acqua). Ad esempio, nelle acque superficiali, l'adsorbimento di PFAS può essere ampiamente compromesso a causa della competizione di adsorbimento da parte della materia organica naturale co-presente (misurata come carbonio organico totale, TOC), tenendo presente che la concentrazione di TOC è di mg/L come rispetto a PFAS in µg/L o ng/L. Maggiore è il livello di TOC, minore è la rimozione di PFAS tramite adsorbimento. Normalmente, la rimozione di PFAS è maggiore nelle acque sotterranee rispetto alle acque superficiali perché le acque sotterranee contengono meno TOC rispetto alle acque superficiali.
La caratteristica PFAS determina anche la loro efficienza di adsorbimento. Le indagini sul filtro GAC in un impianto di trattamento dell'acqua potabile hanno mostrato una rapida scoperta dei composti PFAS a catena corta, ad es. < Acidi carbossilici C8 e < Acidi solfonici C5 [1], il che significa che i piccoli PFAS molecolari sono più problematici per l'adsorbimento di GAC. Pertanto, invece del tipico tempo di contatto a letto vuoto (EBCT), ovvero 10-20 min, è necessario un EBCT più lungo per la progettazione del filtro GAC se gli obiettivi sono piccoli PFAS.
La manutenzione del filtro GAC è importante. Dopo la saturazione dell'adsorbimento, il GAC deve essere rigenerato per ripristinare la capacità di adsorbimento (di solito tramite trattamento termico del GAC esaurito). Con una frequente rigenerazione GAC e reintegrare la perdita di massa del trucco durante la rigenerazione, è possibile mantenere la rimozione di PFAS da > 89% a > 98%; mentre senza rigenerazione, cioè prolungando il tempo di funzionamento del filtro, il tasso di rimozione è compreso tra 0 e 26% [2].
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Riferimenti:
[1] Removal of perfluoroalkyl acids from the drinking water production chain, KWR
[2] PFAS: Drinking Water Treatment, EPA, Calgon Carbon, Pittsburgh PA, 1 March, 2018