Per- ja polyfluorattujen alkyyliyhdisteiden poistaminen yhdyskuntajätevedestä

Abstract

Per- ja polyfluorattuja alkyyliyhdisteitä (PFAS) on käytetty teollisuudessa ja kulutustuotteissa, koska ne hylkivät likaa, rasvaa ja vettä sekä sietävät korkeita lämpötiloja. PFAS-yhdisteet ovat biokertyviä ja kulkeutuvat luonnossa pitkiä matkoja. Ne altistavat ihmisiä sydän- ja verisuonitaudeille, hengityselinsairauksille ja aikuistyypin diabetekselle. Ne huonontavat kognitiivista kehitystä sekä ovat myrkyllisiä munuaisille ja maksalle. Pitkäketjuisten PFAS-yhdisteiden (C≥6) käyttöä on alettu rajoittamaan niiden aiheuttamien haittojen vuoksi, jonka vuoksi tuotanto on siirtynyt lyhytketjuisiin PFAS-yhdisteisiin, joiden on myös havaittu olevan haitallisia. PFAS-yhdisteet eivät poistu perinteisen jätevedenpuhdistamon prosesseissa.

Tässä opinnäytetyössä selvitettiin tehokkaita PFAS-yhdisteiden poistomenetelmiä yhdyskuntajätevedenpuhdistamoille. Menetelmien kustannuksia ja kestävyyttä arvioitiin yleisellä tasolla. Selvitettiin, millaisia esikäsittelymenetelmiä edellytetään jäteveden käsittelylle ennen PFAS-yhdisteiden poistoa. Tapaustutkimuksessa mitoitettiin rakeinen aktiivihiili (GAC) ja vaihtoehtoisesti käänteisosmoosi (RO) todelliselle yhdyskuntajätevedenpuhdistamolle, ja arvioitiin niiden energiankulutusta ja kustannuksia kirjallisuuden perusteella.

Yhdyskuntajätevedenpuhdistamoille sopivimpia PFAS-yhdisteiden poistomenetelmiä ovat GAC, ioninvaihto (IX) ja RO. GAC ja IX poistavat useita PFAS-yhdisteitä yli 89 % ja 90 % tehokkuudella. Selektiivisyys lyhytketjuisia PFAS-yhdisteitä kohtaan on heikompi kuin pitkäketjuisia PFAS-yhdisteitä kohtaan. RO poistaa eri pituisia PFAS-yhdisteitä yli 95 % tehokkuudella.

Veden esikäsittelyä vaaditaan, jotta edellä mainitut poistomenetelmät toimivat tehokkaasti. Koagulaatiolla, mikrosuodatuksella (MF) tai ultrasuodatuksella (UF) poistetaan kiintoaineita. RO:ssa pH:n säätäminen ja kalkinestoaineen lisääminen estävät kalkkikertymiä kalvolla, ja hapettimien käytöllä ehkäistään mikro-organismien kasvu kalvon pinnalle.

GAC on edullinen, helppokäyttöinen ja kestävä menetelmä PFAS-yhdisteiden poistamiseksi jätevedestä. Haasteena on käytetyn väliaineen hävittäminen. Käytetty väliaine voidaan regeneroida, jolloin vähennetään neitseellisen hiilen tarvetta ja kustannuksia. Terminen regeneraatio ja korkeanlämpötilan poltto ovat energiaintensiivisiä prosesseja, joissa PFAS-yhdisteet tuhoutuvat.

Vaikka IX on materiaalina kalliimpi kuin GAC-väliaine, on sen käyttö pitkällä aikavälillä edullisempaa. Kestävyyden näkökulmasta on välttämätöntä ratkaista regeneroitavan IX-hartsin regeneroinnissa syntyvän regenerointiliuoksen hävittäminen. Regenerointiliuokset ovat haitallisia ja sisältävät hartsista poistettuja PFAS-yhdisteitä. Käytetyn hartsin hävittäminen polttamalla tai varastoimalla voi aiheuttaa toissijaista saastumista.

RO:ssa on korkea energiankulutus ja kustannukset. Suurimpia haasteita ovat kalvon likaantuminen ja rejektiveden hävittäminen. PFAS-yhdisteet eivät tuhoudu RO:ssa, joten rejektiveden hallinta on tärkeää. Mahdollisia ratkaisuja ovat rejektiveden tilavuuden pienentäminen, syväkaivoinjektio, kaatopaikkasijoitus tai PFAS-yhdisteitä tuhoava fluorinpoisto.

Kirjallisuuteen perustuvassa tapaustutkimuksessa RO:n kustannukset ja energiankulutus olivat merkittävästi korkeammat kuin GAC-suodatuksen. Yhdistelemällä eri poistomenetelmiä ja jätteiden käsittelyä kehittämällä sekä prosessiolosuhteita optimoimalla parannetaan PFAS-yhdisteiden poistamisen kestävyyttä yhdyskuntajätevedestä.