Reningstekniker för PFAS-förorenat vatten

För PFAS-förorenat vatten kan både jonbytare och kol användas, men också den nya hållbara tekniken SAFF -Surface Active Foam fraction, där PFAS renas med hjälp av luft. Vilken metod som lämpar sig bäst beror på vilken typ av PFAS-ämnen som skall renas, vilka flöden som skall hanteras och typ av vatten. Då vi på Envytech driver utvecklingen av reningstekniker för PFAS i Sverige, designar vi system som erbjuder den mest effektiva lösningen för just er PFAS-problematik, både ur ett ekonomiskt, praktiskt och miljömässigt perspektiv.

SAFF-anläggning

SAFF – Surface Active Foam Fractionation

Envytech erbjuder i samarbete med OPEC Systems åtgärdstekniken SAFF. Den första hållbara åtgärdstekniken för PFAS-förorenat vatten. SAFF använder inga filtermaterial, endast luft och el, och är därmed helt okänslig för såväl andra föroreningar såsom metaller eller organiska ämnen, partiklar, pH, näringsämnen eller annan vattenkemi.

STEG 1

SAFF-processen utnyttjar PFAS-föreningars fysiokemiska benägenhet att fästa vid fina luftbubblor som en följd av dess hydrofoba och hydrophilica egenskaper. Vid tillsats av bubblor och genom att låta dem stiga i en smal vattenpelare, blir bubblorna exceptionellt effektiva för att samla upp PFAS-föreningar som är löst bundna till vattenmolekylerna. Väl vid ytan kan PFAS enkelt avlägsnas genom separation och koncentration genom ett passivt ”spill över kanten”-system och ett aktivt vakuumsystem. Behandlat (luftat) vatten kan sedan släppas till recipient. Det uppsamlade PFAS-koncentratet leds vidare till ett andra fraktioneringssteg för att koncentreras ytterligare till ett högkoncentrat av relativt liten volym som lämpar sig för destruktion via permanenta destruktionstekniker så som termisk förbränning, Super Critical Water Oxidation (SCWO) eller Elektrokemisk Oxidation (EO).

Systemet har betydande fördelar i jämförelse med samtliga andra tekniker på marknaden då systemet är robust – SAFF fungerar utan reducerad effekt oavsett om vattnet innehåller stora mängder suspenderat material, föroreningar av olika slag, inklusive olja samt biologiska ämnen, eller andra föroreningar. Systemet är inte känsligt för höga koncentrationer och är inte pH-känsligt. Systemet inte är i behov av några förbehandlingssystem, men för att minimera servicearbeten så kan vatten omfattande större partiklar med fördel passera via t.ex. en lamellavskiljare.

SAFF-systemet fungerar genom att PFAS-föreningarna ackumuleras överst i den första behandlingskolonnen där det första fraktioneringssteget sker. När luft injekteras i botten av kolumnen och stiger i kolumnen i en skapad vortex, fäster PFAS-ämnena på bubblorna och flyter med bubblorna till ytan. Skum och vatten rinner över en designad ”kant” högst upp i kolonnen (se figur 2) och kallas därför ”the wet cut”, då man både avlägsnar det skapade skummet samt underliggande vatten. Detta då PFAS stratifierar i toppen av kolonen då de kortare PFAS-ämnena inte har samma skumpotential som de längre kedjorna.

Figur 2: Foto taget vid utförande av det första fraktioneringssteget i en fullskalig anläggning. Här ser vi hur man i det första steget låter skum ”rinna” över kanten i det centrerade inner-röret i kolonnen. Man ser också skummet som samlas under avskiljningen och det översta vatten där de mindre skumbenägna PFAS- ämnena samlas.

Innan det första fraktioneringssteget avslutas hjälps även det vatten som samlats överst i kolumnen över kanten, så att så mycket av de stratifierade PFAS-ämnena som möjligt kommer med till steg två. Det första fraktioneringssteget ökar PFAS-koncentrationerna med ca 10 gånger.

STEG 2

I det andra fraktioneringssteget sker samma process som i steg 1, men då halterna i vattnet/skummet för fraktionering nu är ca 10 gånger högre erhålls ett torrare skum som avlägsnas med vakuum. Behållaren där det andra fraktioneringssteget utförs är utrustad med noga kalibrerade sensorer som styr en vakuumpump och dess avstånd till aktuella skumnivåer. Det hyperkoncentrat som denna process genererar, leds till en uppsamlingsbehållare där det lagras i väntan på steg 3. I detta andra fraktioneringssteg ökas koncentrationen/ minimeras volymen ytterligare upp till 1 500 gånger inledande mängder, vilket innebär att den totala koncentrationsökningen nu är 10 000 gånger inledande halter.

Figur 3: Foto taget vid utförande av det andra fraktioneringssteget i en fullskalig anläggning. Här ser man hur det torra skummet bildas och avlägsnas med vakuum.

STEG 3

I det tredje fraktioneringssteget, som utförs på samma sätt som steg 2, erhålls ytterligare koncentrationsökningar. Total koncentrationsökning som erhålls över de tre stegen är mellan 50 000 – 2 000 000 gånger de koncentrationer som det obehandlade vattnet innehöll. Förväntade mängder avfall beror på vad för typ av vatten som behandlas, men från utförda projekt ser vi att förväntad avfallsmängd för lakvatten uppgår till mindre än 1m3 per 40 000m3 behandlat vatten, och för grundvatten till ca 10 liter per 40 000m3 behandlat vatten.

För att summera informationen ovan angående möjliga koncentrationsökningar, så erhålls följande koncentrationer i de olika fraktioneringsstegen:

FÖRVÄNTADE RESULTAT

Hittills har 3 st fullskaleprojekt omfattande PFAS utförts med SAFF. OPEC Systems har under ca 3 års tid utfört rening av PFAS-förorenat grundvatten med hjälp av ett SAFF-system vid en aktiv militär flygbas i Australien, där omfattande brandövningar har utförts. Totalt har över 60 000 m3 vatten behandlats under perioden. Utgående vatten har aldrig överstigit halterna för Australiens riktlinjer för dricksvatten. I Södertälje renar Envytech lakvatten från Telge Återvinnings deponi, och sedan februari 2021 har över 70 000 m3 vatten behandlats under samtliga åtgärdsmål. Envytech utför även rening av lakvatten vid NSR deponi i Helsingborg sedan 1 månad och totalt har över 7 000 m3 vatten renats.

Samtliga projekt utförs utan förbehandlingssystem eller känsliga filter. Resultaten för rening med SAFF är liknande oavsett vilket vatten som renas. För en sammanställning av åtgärdsmetodens effekt på de PFAS som ingår Sveriges riktvärden, se tabell 1.

Notera att samtliga resultat erhålls utan förbehandling, pH korrigering eller andra kompletterande åtgärder. Vattnen omfattar såväl höga BOD, COD och DOC halter, suspenderade material, andra föroreningar, olika pH samt både mycket höga och lägre halter PFAS. Något som SAFF anläggningen inte påverkas av.

Tabell 1: Tabell redovisande SAFF reningseffekter på grundvatten på de PFAS-ämnen som ingår i SLV Summa PFAS 11. Tabellen redovisar medeleffekten som uppmätts över tid i systemet samt den maximala reduktion som erhållits för varje ämne.

KAPACITET

Kapaciteten för en 40-fots anläggning, SAFF40, med möjlighet till tre fraktioneringssteg och intern lagring av hyperkoncentrat beror på vilken typ av vatten man vill rena och vilka PFAS som är i fokus. Detta då olika PFAS-ämnen kräver olika cykeltider, samt att vattnets potential att skumma bestämmer hur mycket energi som pumparna kan ge. Från erfarenhet ser vi att en SAFF40 kan rena lakvatten med en kapacitet av 20–40m3/h beroende på vattnets benägenhet att skumma, medan man för grundvatten klarar att rena ca 40 m3/h med samma utrustning och fokus på PFAS ämnen med 6 kolatomer eller fler (<C6). I det fall man vill få ut fler av de korta ämnena kan längre behandlingstider behövas vilket ger minskad flödeskapacitet. Envytech erbjuder också SAFF20 system med en maxkapacitet på 20 m3/h.

PRISBILD

Prisbilden för ett behandlingsystem för vatten består oftast av följande delar:

Nedan redovisar vi prisuppskattningar för varje steg för det system vi ser aktuellt för projektet.

Etablering
Etablering omfattar transporter av utrustning samt inkoppling och driftsättning av reningssystemet. Total etableringstid uppskattas till 3–5 dagar och kostnaden till mellan 50 000–100 000 SEK. Förbehandlingssystem Då SAFF är en oerhört robust teknik som drar fördel av PFAS starka bindningsförmåga till luft behövs oftast ingen förbehandling, men för vatten med stor del större partiklar kan en lamellavskiljare med fördel användas för att minimera behovet av rengöring under driften. I det fall att projektet redan har befintlig förbehandlingsteknik på plats, som minimerar mängden partiklar och slam som når systemet, kan detta användas istället. En lamellavskiljare med kapacitet av upp till 50 m3 /h kostar via Envytech ca 500 SEK per kalenderdag att hyra.

Behandlingssystem
Kostnad för att hyra eller köpa en SAFF anläggning erhålls på förfrågan och varierar beroende på projektets längd.

Drift- och servicekostnader
En annan viktig kostnad att ta med i beräkningarna vid jämförande av olika behandlingstekniker är driftskostnader samt behov av servicearbeten. Driftkostnaden för SAFF20 samt SAFF40 uppgår till mellan 0,4–0,7 kWh per behandlad kubikmeter. Då olika PFAS kräver olika långa cykeltider varierar kostnaderna per kubikmeter. För kortare kedjor krävs längre cykeltider och mer el. För de längre kedjorna (C6 och längre) behövs kortare cykeltider, vilket ger att man kan behandla mer vatten per kWh. Priset per kWh är satt till 1,40 SEK. Kostnader för servicearbeten med en SAFF-anläggning är minimala. Detta då samtliga pumpar, valv och sensorer är uppkopplade mot ett digitalt övervaknings- och loggningsprogram där både vi och OPEC kan följa anläggningens drift- och effektdata. I det fall ett fel noteras med någon pump eller valv får vi kännedom om detta och kan åtgärda detta omgående, oftast genom justeringar i programvaran på distans, alternativt att vi kommer ut till platsen. Vi behöver därmed inte heller åka ut för servicebesök i det fall all data rapporterar enligt förväntningar. Systemet är också enkelt att sköta, ett s.k. ”plug and play” system, och vi kan lära upp kundens egen personal för löpande tillsyn, drift och skötsel i det fall detta önskas. Uppskattad servicetid uppgår till ca 8 timmar per månad. Vid dessa servicebesök noteras status på samtliga pumpar och valv, och utbyte av delar utförs i det fall behov av detta påvisas.

Samtliga komponenter är hämtade från lantbruks/ byggindustrin och finns hos vanliga reservdelsåterförsäljare. I det fall något går sönder innebär detta att man enkelt kan ersätta delen samt att priset på den kommer att vara ”rimligt”. Inga delar behöver specialanpassas eller specialbeställas.

Avfallshantering
SAFF-anläggningen och dess processer genererar endast avfall bestående av ett hyperkoncentrat av PFAS. Då avfallet omfattar mycket höga halter av PFAS är rekommenderas att avfallet går för destruktion, vilket kan utföras med flera olika tekniker. Super Critical Water Oxidation är en metod, förbränning en annan samt att avfallet även kan destrueras via Elektrokemisk Oxidation, (EO). Envytech kommer inom kort kunna erbjuda destruktion av avfallet på plats med EO. För övriga kostnader kan pris erhållas från lokala mottagare.

Avetablering
Vid avetablering rengörs systemet med sugbil på plats. Kostnaden för rengöring omfattar uppskattningsvis ca 20 000 SEK i arbetskostnader för tekniker och ca 20 000 SEK för sugbil och rengöringsavfall. Transportkostnader för utrustning tillkommer också.

Klicka på länken för att läsa om våra referensprojekt

Referensprojekt – Lakvatten


Filterlösningar, kol och jonbytare

Envytech erbjuder effektiva och moderna filtersystem för rening av samtliga föroreningar, inklusive PFAS. Lösningarna omfattar kolonner av olika storlek, där önskat filtermaterial kan installeras och där storleken på kolonnen är beroende av vilket flöde som önskas hanteras.

I det fall grundvatten eller processvatten ska renas kan det räcka med filtersteg omfattande sand eller glasmedia för partikelgrening, och sedan 1-3 kolonner med kol eller jonbytare, beroende på aktuell PFAS-signatur. Vid rening av ytvatten, lakvatten, avloppsvatten eller liknande mer komplexa vatten, där både partiklar och andra föroreningar kan påträffas, bör filterkolonner föregås av förbehandling så som lamellavskiljare och/eller steg med fällning/flockning, för att på så vis öka filtermassans effekt och livslängd.

Envytech erbjuder komplett design omfattande både förbehandlingssystem, rekommendationer och val av filtermedia samt storlek på uppställning för att erhålla en så ekonomisk och effektiv reningsprocess som möjligt.