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Common way PFAS is disseminated into nature

Trattamento di livello mondiale per PFAS, PFAS-4, PFAS-11 e PFAS-21

I composti perfluorurati (PFC), come gli acidi alchilici perfluorurati (PFAA), il perfluoroottano solfonato (PFOS) e le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS), sono gruppi eterogenei di strutture chimiche sintetiche con proprietà uniche: sono termicamente stabili e hanno la capacità di creare superfici lisce che respingono acqua, olio e sporco. Sviluppati negli anni '70, questi composti sono stati sintetizzati su larga scala grazie alla loro utilità superiore per varie applicazioni di rivestimento con caratteristiche idrorepellenti. Ciò rende i PFC componenti utili in un'ampia varietà di prodotti di consumo e industriali. Questi prodotti includono conservanti, lubrificanti, vernici, schiume, pentole antiaderenti, imballaggi alimentari, indumenti impermeabili, protettivi per tessuti e schiume antincendio. I PFAS e i PFOS sono tra i composti più noti, comunemente definiti come molecole perfluorurate contenenti otto atomi di carbonio fluorurato.

Una delle applicazioni più comuni è la schiuma antincendio, utilizzata per spegnere efficacemente gli incendi. L'uso diffuso a livello globale di queste schiume, attraverso campi di esercitazione antincendio e simili, ha causato la penetrazione di PFAS e PFOS nelle falde acquifere sotterranee. Ciò ha portato a un'estesa contaminazione dell'acqua potabile con un'emivita estremamente lunga. La stabilità chimica dei PFC provoca un grave bioaccumulo nei tessuti vegetali, animali e umani. È quindi importante applicare soluzioni di trattamento sostenibili al fine di prevenire la contaminazione e, di conseguenza, il consumo umano.

In termini semplici, i composti PFAS hanno tutti strutture molecolari stabili con catene di carbonio di lunghezza variabile, protette da legami carbonio-fluoro (C-F) estremamente forti. Ciò conferisce loro proprietà idrorepellenti. Tuttavia, sono anche solubili grazie ai loro singoli gruppi acidi o gruppi solfonici. Pertanto, possono migrare liberamente tra le fasi acquose e i tessuti adiposi.

Esempi di composti PFAS con catene di carbonio di lunghezza variabile con legami C-F, che li rendono stabili e bioaccumulabili.

Inquinanti emergenti e direttive

Grandi volumi di PFAS sono stati prodotti a partire dagli anni '50 e, negli ultimi anni, la produzione si è spostata maggiormente verso composti a catena corta, perfluoroeteri carbossilici e acidi solfonici. Possiamo già notare gli effetti di questo cambiamento nelle nostre fonti idriche naturali. Tuttavia, questi composti specifici rappresentano solo una frazione dei PFAS commercializzati a livello globale. Inoltre, parte della produzione è stata sostituita da altri composti altamente fluorurati, come gli alcoli fluorotelomerici che possono degradarsi lentamente in PFOA.

I PFC sono riconosciuti da una parte sempre più ampia della comunità scientifica come inquinanti ambientali emergenti a causa della loro stabilità chimica e dei loro effetti tossici, in combinazione con la loro presenza ubiquitaria nell'ambiente, nella biota e nell'uomo. Le vie di esposizione diretta per l'uomo non sono del tutto chiare e negli ultimi anni sono cresciute notevolmente le preoccupazioni generali relative alle fonti idriche inquinate dai PFC. L'acqua del rubinetto e l'acqua in bottiglia sono due potenziali fonti di PFC, il che spiegherebbe in parte perché questi composti sono presenti nel sangue umano.

Nel 2020, il Parlamento europeo ha emanato direttive aggiornate sulla qualità dell'acqua destinata al consumo umano (direttiva UE 2020/2184). Ciò ha portato all'attuazione a livello locale e regionale di nuovi livelli consentiti di PFAS, come 2 ng/L per l'acqua potabile in Danimarca e 4 ng/L in Belgio e Svezia. L'Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA) ha stabilito limiti di 4 ng/L per il PFAS 4*, che vengono gradualmente applicati in tutta l'UE e in altri paesi. Sono inoltre in fase di studio e implementazione vari limiti relativi al PFAS 11, al PFAS 20 e al PFAS 21*.

PFAS in drinking water has been a problem for more than 50 years, now being regulated in the EU and USA

Sfide nel trattamento dei PFAS

Alla luce dei requisiti di conformità stabiliti dagli organismi di regolamentazione di tutto il mondo dall'inizio del 2023, sono stati presentati sul mercato una serie di metodi di trattamento proposti. Questi metodi includono, tra gli altri, letti di media attivi a stadio singolo, separazione fisica con agenti schiumogeni e varie iniziative di ricerca incentrate su prove avanzate su piccola scala. I processi di adsorbimento sono generalmente efficaci, ma richiedono un pretrattamento sufficiente dei volumi d'acqua che contengono i composti PFAS.

È importante comprendere che i composti PFAS costituiscono solo una frazione della quantità totale di sostanze organiche e inorganiche disciolte nelle fonti idriche, in particolare nelle riserve di acque sotterranee e nelle acque reflue raccolte nei bacini. Un nuovo punto critico per i PFAS è rappresentato dai cantieri edili, dove la falda acquifera contaminata viene esposta durante il processo di bonifica del suolo e i lavori di preparazione del terreno. Questi processi vengono eseguiti prima della costruzione di nuovi complessi residenziali o edifici.

La tabella seguente riassume le sfide più imminenti relative alla rimozione sostenibile dei PFAS dai corpi idrici che possono avere vie di accesso all'uomo, sia direttamente attraverso, ad esempio, l'acqua potabile, sia indirettamente attraverso la flora e la fauna acquatiche che l'uomo consuma, come il pesce o gli alimenti di origine vegetale.

Construction sites which expose ground water and may cause PFAS contamination into nearby water bodies

Fonti idriche tipicamente contaminate da PFAS, problemi correlati e sfide per fornire un trattamento efficace

Tipo di fonte idrica	Sfida	Soluzione generale
Acque sotterranee	I composti PFAS possono essere presenti a livelli superiori a 500 ng/L. Sono necessari metodi speciali per garantire risultati di trattamento sufficienti che soddisfino le linee guida locali o regionali. Le portate tipiche sono di 5-10 m3/h. A seconda delle condizioni idrogeologiche, i livelli di salinità possono essere da moderati ad elevati. È probabile che vi sia una quantità moderata di particelle, il che comporta un carico aggiuntivo sul sistema di trattamento.	Livelli elevati di PFAS possono essere ridotti a livelli standard inferiori a 4 ng/L solo se il tasso di rimozione complessivo è almeno del 95%. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario dimensionare le fasi di filtrazione tipiche in modo da consentire tassi di adsorbimento e tempi di ritenzione sufficienti, il che richiederà una ridondanza dell'installazione. Nella maggior parte dei casi sarebbe necessario implementare soluzioni mobili che contengano e proteggano i macchinari di filtrazione. Se i livelli di salinità sono elevati, sarebbe necessaria la filtrazione a membrana come processo di pretrattamento per separare i sali. La rimozione dei PFAS verrebbe quindi ottenuta attraverso varie resine o altri letti di assorbimento. Al fine di mantenere elevati livelli di trattamento, si raccomanda di separare le particelle attraverso la sedimentazione o la filtrazione a sabbia.
Raccolta in bacini da esercitazioni antincendio	Elevate concentrazioni di solidi sospesi, metalli pesanti, altri composti recalcitranti e sostanze organiche totali. Al fine di massimizzare le prestazioni del trattamento PFAS e ridurre l'impronta del processo di trattamento richiesto, è necessario considerare attentamente i sistemi di rimozione delle particelle a monte, il trattamento delle sostanze organiche disciolte e la rimozione dei metalli pesanti. Esigenze di trattamento stagionali in aree isolate con servizi limitati disponibili che potrebbero aiutare a sostenere una soluzione di trattamento a lungo termine. I flussi tipici sono 1-5 m3/h.	Questo è uno degli scenari di bonifica PFAS più comuni ed è indispensabile prendere in considerazione più fasi di pretrattamento. Al fine di combattere sfide quali livelli elevati di particelle con un'ampia distribuzione granulometrica, potenziale crescita di alghe e biofilm all'interno delle apparecchiature di processo, la soluzione finale includerà probabilmente la separazione fisica delle particelle, la filtrazione delle particelle, agenti biocidi, la rimozione delle sostanze organiche disciolte e, infine, la rimozione mirata dei PFAS. Ciò può essere ottenuto con unità di flocculazione, filtrazione a sabbia, ozonizzazione e adsorbimento, accuratamente dimensionate per adattarsi all'interno di unità mobili containerizzate o altri contenitori resistenti alle intemperie.
Corpi idrici potabili	È necessario trattare grandi volumi, anche se la contaminazione residua è generalmente bassa. Sono necessari un potenziale ampliamento dell'impianto di potabilizzazione dell'acqua e un'intensa progettazione ingegneristica preliminare.	Queste soluzioni vengono normalmente implementate negli impianti di acqua potabile esistenti come progetto di retrofit. Vengono inoltre implementate nei nuovi impianti di acqua potabile situati in aree in cui è possibile dimostrare la presenza di PFAS nelle fonti idriche utilizzate per la produzione di acqua potabile. È improbabile che queste fonti idriche contengano livelli elevati di PFAS, anche se ciò può variare notevolmente. Le concentrazioni tipiche variano tra 10 e 100 ng/L, livelli sufficientemente elevati da richiedere un trattamento per soddisfare le direttive UE ed EPA. Poiché questi processi seguono normalmente i processi di trattamento a monte esistenti, una soluzione non includerebbe normalmente misure di separazione delle particelle pesanti o di riduzione della salinità. La sfida è rappresentata dalla capacità idraulica rispetto alle soluzioni multitecnologiche, come la raccolta in bacini o il trattamento delle acque sotterranee. Le soluzioni tipiche includono letti di adsorbimento attivi non pressurizzati o resine.
Acque reflue urbane	Grandi volumi con matrici idriche moderatamente complesse. Il pretrattamento e il trattamento biologico funzionante sono entrambi necessari per massimizzare i tassi di rimozione dei PFAS. Generalmente richiede una fase di trattamento quaternario con un ampliamento dell'impianto che accolga il processo di trattamento dei PFAS.	In alcune occasioni, gli impianti di trattamento delle acque reflue urbane possono riscontrare livelli elevati di PFAS nelle acque reflue, soprattutto se vi è un'infiltrazione naturale nella rete fognaria della stazione di pompaggio o se le industrie pesanti rilasciano i loro effluenti nel sistema di gestione delle acque reflue urbane. In questi casi, la rimozione dei PFAS verrebbe implementata come fase di trattamento quaternario, dopo le fasi di trattamento primario, secondario e terziario. I PFAS sono presenti probabilmente a livelli tracciabili, con un massimo di 10 ng/L. Come possibili soluzioni di trattamento, l'ossidazione avanzata o l'adsorbimento sarebbero alternative valide per raggiungere un livello di trattamento di almeno il 50%. Tuttavia, sarebbe necessario includere nel processo fasi di filtrazione delle particelle al fine di proteggere la fase di rimozione dei PFAS.

Metodi e tecnologie sostenibili per il trattamento dei PFAS

Mellifiq vanta una comprovata esperienza nella fornitura di processi di trattamento efficaci e adatti a qualsiasi sfida legata ai PFAS.

Processi di ossidazione e ossidazione avanzata (AOP)

I metodi di ossidazione possono servire a molti scopi nei processi di rimozione completa dei PFAS. L'ossidazione è un'ottima scelta di pretrattamento che riduce le sostanze organiche generalmente disciolte mediante degradazione chimica; Previene efficacemente la formazione di biofilm e mantiene sotto controllo le alghe, soprattutto nelle fonti d'acqua di bacini aperti. Può anche essere utilizzata per scomporre i composti PFAS a catena lunga in composti a catena corta, rendendo più efficace l'ulteriore trattamento con resine o adsorbimento. Il miglioramento generale della qualità dell'acqua prolungherà anche la durata dei media e ridurrà la loro saturazione di oltre il 50%.

Mellifiq applica l'ossidazione per tali scopi utilizzando sistemi di ozonizzazione completi che eliminano la necessità di utilizzare sostanze chimiche. I nostri sistemi possono essere forniti come unità containerizzate o come configurazioni autonome chiavi in mano attraverso le nostre linee Ozonetech RENA Vivo e Tellus lines.

Per amplificare gli effetti di degenerazione dei PFAS, i processi di ozonizzazione possono essere combinati con processi catalitici o UV dei nostri sistemi Saniray UV-systems per formare radicali altamente reattivi. Questi sono in grado di penetrare le barriere protettive formate dai legami di fluoruro o bromuro che costituiscono una parte significativa di tutte le sostanze PFAS e PFC.

Flocculazione per separare le particelle

La flocculazione può svolgere un ruolo fondamentale in un processo completo di rimozione dei PFAS, soprattutto se la fonte idrica contiene livelli elevati di particelle di grandi dimensioni che possono compromettere in modo significativo altre unità di trattamento. La flocculazione viene eseguita mescolando rapidamente l'acqua di processo con prodotti chimici flocculanti specificamente selezionati, un processo che potrebbe anche rimuovere parzialmente le sostanze PFAS legate alle particelle formando flocculi con le particelle in entrata. I flocculi formati vengono quindi lasciati sedimentare, dopodiché l'acqua può essere trasferita ad altre fasi di trattamento.

Mellifiq fornisce sistemi di sedimentazione completi, i nostri sistemi di sedimentazione, our Water Maid AquaFloc , che possono fungere da elementi chiave nei processi di rimozione dei PFAS. A seconda della distribuzione delle dimensioni delle particelle e del flusso, le unità AquaFloc possono essere configurate per impiegare sia il controllo attivo del pH che il dosaggio automatico al fine di garantire i massimi livelli di trattamento. In questo modo, l'efficienza complessiva di rimozione dei PFAS viene migliorata.

Mobile system for treating PFAS in remote areas consisting of advanced oxidation, particle filtration and adsorption

Soluzione mobile, compresa l'ozonizzazione, utilizzata per il trattamento dei PFAS nelle acque sotterranee.

Adsorbimento per la cattura di basse concentrazioni

Come metodo monostadio, dopo le fasi di trattamento delle particelle e delle sostanze organiche disciolte, l'adsorbimento può essere utilizzato con successo per adsorbire le catene PFC, sia corte che lunghe. Le sostanze a catena corta riducono generalmente la necessità di cambiare frequentemente i mezzi, poiché è possibile utilizzare una maggiore quantità di volume dei mezzi porosi. Per questo motivo, si raccomanda di implementare una fase di degradazione chimica a monte che utilizzi l'ossidazione. Nella maggior parte dei casi, lo spazio necessario per effettuare un trattamento adeguato è limitato, soprattutto per le soluzioni temporanee in loco. Oltre a considerare le fasi di pretrattamento adeguate, è anche fondamentale scegliere il tipo di mezzo attivo più adatto, che dovrà poi essere adattato ai composti PFAS specifici.

Mellifiq fornisce sistemi con letti di media attivi selezionati con cura, garantendo parametri di adsorbimento dello iodio e dimensioni dei granuli adeguati. Questi sistemi includono Water Maid FlexKarb-Cspesso con letti di media attivi PFAS-1000 . Una volta configurati completamente, tali sistemi includono anche il controlavaggio automatico e il monitoraggio della pressione per garantire un funzionamento privo di particelle.

Separazione di particelle e solidi disciolti

La filtrazione delle particelle può essere utile in varie fasi di un processo completo di rimozione dei PFAS, a seconda della dimensione media delle particelle presenti nel flusso d'acqua in entrata. Si sconsiglia di far entrare solidi sospesi superiori a 10 um nelle unità di trattamento avanzato che gestiscono, ad esempio, fasi di ossidazione avanzata o adsorbimento ad alta velocità. Pertanto, la separazione delle particelle è raccomandata e persino richiesta per la maggior parte delle implementazioni a causa dei bassi limiti ufficiali di PFAS per gli effluenti. Mellifiq impiega tipicamente la filtrazione a sabbia fine delle particelle utilizzando i nostri sistemi Water Maid FlexKarb-S systems.

Se si desidera rimuovere particelle con un'ampia distribuzione dimensionale o se tutte le particelle inferiori a 10 um devono essere rimosse, è possibile utilizzare sistemi di ultrafiltrazione personalizzati. Al fine di ridurre i livelli di salinità o gli alti livelli di cloruro, è possibile prendere in considerazione l'osmosi inversa per proteggere le strutture di adsorbimento attivo nei letti di carbone o di media pressurizzati. Sebbene le fasi di filtrazione delle particelle o di rimozione del cloruro non mirino direttamente alle sostanze PFAS, esse costituiscono una parte fondamentale del processo di trattamento progettato da Mellifiq per i PFC e gli inquinanti simili.

Servizi completi di appalto e analisi

Per progettare correttamente una soluzione che miri ai microinquinanti come i PFAS, sono necessarie sia esperienza che competenza. L'immagine mostra un ingegnere Mellifiq che preleva campioni in modo da poter garantire livelli di trattamento adeguati in un sistema mobile di filtrazione a membrana Water Maid. Ci piace che i nostri livelli di PFAS siano pari a zero tanto quanto ci piacciono i nostri sistemi a scarico liquido zero (ZLD).

Offriamo sempre la progettazione, la costruzione, l'installazione e la messa in servizio di processi per progetti di rimozione dei PFAS su piccola e grande scala; possiamo anche realizzare installazioni permanenti e temporanee. La nostra ampia gamma di unità di trattamento integrate di alta gamma garantisce livelli di scarico dell'acqua che superano tutte le aspettative dei clienti. Su richiesta, offriamo servizi di campionamento e analisi utilizzando laboratori accreditati e raccomandiamo metodi di analisi adeguati in base al tipo di fonte idrica.

Containerized membrane filtration to remove micropollutants. An engineer is taking water samples.

Progetti pilota

Ridurre o eliminare i PFC è un compito complesso e, per garantire la massima tranquillità ai nostri clienti, possiamo personalizzare un progetto pilota utilizzando l'ampia piattaforma interna di Mellifiq dedicata ai progetti pilota. Dopo una valutazione iniziale delle condizioni essenziali del sito e dei livelli di scarico, possiamo applicare più tecnologie in sequenza al fine di personalizzare il processo di rimozione più efficace per il compito da svolgere.

Utilizzando campioni d'acqua reali, siamo in grado di simulare il sistema su larga scala, consentendoci di dimensionarlo e adattarlo a quasi tutti i flussi. Possiamo quindi determinare l'ingombro richiesto, le utenze e la corretta configurazione del processo. I risultati vengono sempre verificati da laboratori terzi con metodi di analisi adeguati e sintetizzati in una relazione tecnica.

Pilot project system for in-house treatment with various advanced water treatment technologies

*PFAS 21 è la definizione di 21 diversi tipi di sostanze PFAS: acido perfluorobutanoico (PFBA), acido perfluoropentanoico (PFPA), acido perfluoroesanoico (PFHxA), acido perfluoroeptanoico (PFHpA), acido perfluoroottanoico (PFOA), acido perfluorononanoico (PFNA), perfluorodecano (PFDA), acido perfluoroundecanoico (PFUnDA), acido perfluorododecanoico (PFDoDA), acido perfluorotridecanoico (PFTrDA), acido perfluorobutano solfonico (PFBS), acido perfluoropentano solfonico (PFPS), acido perfluoroesano solfonico (PFHxS), acido perfluoroeptano solfonico (PFHpS), acido perfluoroottano solfonico (PFOS), acido perfluorononanoico (PFNS), acido perfluorodecanoico (PFDS), acido perfluoroundecanoico (PFUnDS), acido perfluorododecanoico (PFDoDS), acido perfluorotridecanoico (PFTrDS), acido perfluorotelomerico (6:2 FTS) .

PFAS 4 include: acido perfluoroottanoico (PFOS), acido perfluoroottanoico (PFOA), acido perfluorononanoico (PFNA), acido perfluoroesanoico (PFHxS).

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