Проблема ПФАС: свалки готовятся к новой экологической битве

ПФАС известны как «вечные химикаты» из-за их стойкости в окружающей среде. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) активно разрабатывает новые правила для решения проблемы обнаружения соединений ПФАС в фильтрате свалок и других местах. Агентство объявило о планах пересмотра Руководящих принципов ограничения выбросов (ELG) для сброса фильтрата. Это решение последовало за исследованием 200 свалок, проведенным в 2021 году, в ходе которого ПФАС были обнаружены в 95 процентах протестированных образцов фильтрата и идентифицировано 63 различных соединения ПФАС. EPA пришло к выводу, что необходимы новые руководящие принципы для свалок, сбрасывающих фильтрат.

На полигонах твердых бытовых отходов ПФАС не образуются сами по себе; на них поступают отходы, содержащие ПФАС, от потребительских и промышленных товаров. Рассматриваемые технологии обработки включают активированный уголь, ионный обмен, пенофракционирование, методы физического разрушения и обратный осмос. Агентство по охране окружающей среды (EPA) еще не опубликовало окончательные правила или сроки их внедрения. Представители отрасли, такие как WM, Republic Services и SWANA, активно участвуют в обсуждениях с EPA. Дополнительные меры могут включать классификацию ПФАС как опасных веществ, что существенно повлияет на ответственность за загрязнение полигонов и требования к очистке. Приравнивание ПФАС к другим опасным веществам может серьезно нарушить работу полигонов.

В США насчитывается около 7000 систем питьевого водоснабжения, где были обнаружены фторированные полимеры ПФАС, во многих из которых их концентрация превышает пределы, которые планирует регулировать Агентство по охране окружающей среды (EPA). Эти химические полимеры производятся десятилетиями, не разлагаются и распространились по окружающей среде. Сейчас ПФАС можно обнаружить повсюду, включая дождевую воду. Хотя ПФАС подозреваются в создании угрозы для здоровья, необходимы дополнительные исследования для определения конкретных опасностей. К ПФАС относятся сотни фторированных химических веществ, используемых в потребительских товарах. Эти химические вещества сохраняются благодаря чрезвычайно прочной ковалентной связи углерод-фтор. Поскольку ПФАС распространились по окружающей среде и обнаруживаются в питьевой воде, усилия по регулированию их сброса в сточные воды будут усилены для предотвращения загрязнения источников водоснабжения.

Борьба с ПФАС

Полифторалкильные вещества (ПФАС) находятся в центре внимания природоохранных организаций по всему миру. Хотя широкое распространение ПФАС в окружающей среде известно уже много лет, значительное внимание к этой проблеме привлекли лишь недавно. В то время как тысячи научных исследований посвящены парниковым газам, сравнительно мало исследований посвящено оценке потенциальной опасности ПФАС для здоровья человека. Предполагается, что ПФАС вызывают рак и другие проблемы со здоровьем, но это еще не полностью изучено. Безопасные пороговые уровни для ПФАС остаются неопределенными, и неясно, какие из сотен соединений ПФАС представляют наибольший риск.

Вероятно, полигонам для захоронения отходов потребуется подготовиться к этим изменениям, установив или модернизировав системы очистки фильтрата для удаления ПФАС перед сбросом. Системы очистки обходятся дорого, особенно для небольших или расположенных в сельской местности полигонов. Полигоны могут столкнуться с повышенной ответственностью, если ПФАС будут признаны опасными веществами, что может повлечь за собой обязательства по очистке. Новые правила ELG потребуют от полигонов соблюдения более строгих стандартов сброса, и не всем полигонам разрешено принимать опасные отходы.

Перед полигонами твердых бытовых отходов стоит двойная задача: во-первых, они не являются экспертами в области очистки сточных вод, а во-вторых, существует множество технологий удаления ПФАС, многие из которых носят экспериментальный характер. Как оператору полигона выбрать оптимальный вариант для очистки фильтрата? Доступные технологии очистки делятся на три основные категории:

1. Адсорбция

• Гранулированный активированный уголь (ГАУ)

• Фракционирование пены

• Ионообменные смолы

2. Окисление и разрушение

• Электрохимическое окисление

• Плазменная обработка

• Фотокатализ и процессы на основе УФ-излучения

• Сжигание (>1100°C)

3. Мембранное разделение

• Традиционный спиральный обратный осмос (РО)

• Усовершенствованные мембранные системы обратного осмоса (VSEP)

Помимо множества различных технологий, конкурирующих за внедрение, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Их необходимо сравнивать с помощью сложной матрицы, включающей эффективность удаления, стоимость, масштабируемость, управление остаточными отходами и зрелость технологии.

Гранулированный активированный уголь (ГАУ)

Существует зрелая технология с низкими капитальными затратами, эффективная для длинноцепочечных ПФАС (таких как ПФОА, ПФОС). Однако она может быть неэффективна для короткоцепочечных ПФАС и потребует частой замены фильтрующего материала. Необходимо учитывать утилизацию отработанного активированного угля.

Ионообменные смолы

Обладает большей емкостью и селективностью, чем активированный уголь. Хорошо подходит как для длинноцепочечных, так и для короткоцепочечных ПФАС. Потребуется замена и/или очистка смоляного материала. Следует рассмотреть вопрос утилизации отработанной смолы и чистящих растворов. Низкие капитальные затраты, но значительные эксплуатационные расходы.

Фракционирование пены

В этом методе используются пузырьки воздуха, вводимые в воду в местах адсорбции ПФАС на границе раздела воздух-вода. Пузырьки поднимаются, собирая ПФАС, и образуют пену на поверхности, которую затем снимают. Эффективен для длинноцепочечных ПФАС, обладающих гидрофобными свойствами. Менее эффективен для короткоцепочечных ПФАС, которые менее гидрофобны. Этот метод не является самостоятельным способом обработки, поскольку остаточные ПФАС остаются в обработанной воде, и для разрушения пенного концентрата потребуется другой метод.

Электрохимическое окисление

Расщепляет ПФАС на более мелкие, менее вредные соединения. Эффективность удаления может варьироваться в зависимости от типа ПФАС, и 100-процентное удаление может быть невозможно.

Плазменная обработка

Использует высокоэнергетическую плазму для уничтожения ПФАС. Широко не применяется. Экономически выгоден только для небольших объемов из-за потребляемой мощности.

Фотокатализ и процессы на основе УФ-излучения

Эффективность ограничена, если не сочетается с другими методами.

Сжигание (>1100°C)

Используется для твердых веществ или концентратов, содержащих ПФАС. Необходимо обеспечить полное уничтожение веществ во избежание образования вредных побочных продуктов. Неэкономично при больших скоростях потока.

Традиционный спиральный обратный осмос (РО)

Высокоэффективен для удаления ПФАС из воды. Производит концентрированный рассол, требующий дальнейшей обработки. При использовании для фильтрата полигонов твердых бытовых отходов этот тип мембраны потребует значительной предварительной обработки, что усложнит процесс, и позволит получить относительно небольшой объем очищенной воды из фильтрата по сравнению с передовыми системами обратного осмоса.

Усовершенствованные мембранные системы обратного осмоса

Существует несколько систем обратного осмоса со специальными конструкциями, позволяющими повысить степень извлечения воды. Они требуют больших капитальных затрат, но позволяют добиться почти 100-процентного удаления ПФАС. Каждая из них будет генерировать концентрированный рассол, который необходимо будет утилизировать. К числу таких передовых мембранных систем относятся системы, в которых традиционная спиральная конструкция модифицирована путем изменения направления потока подаваемой воды или периодического перекрытия слива. Они по-прежнему требуют предварительной обработки, а степень извлечения воды будет выше, но все еще ограничена. Другой тип использует параллельные круглые мембраны в конструкции, создающей сильную турбулентность для очистки мембраны. Третий тип — это мембрана обратного осмоса VSEP, в которой используется крутильное колебание мембраны, перемещающейся вперед и назад 50 раз в секунду. Это создает очень высокое сдвиговое напряжение на поверхности мембраны, которое нарушает концентрационную поляризацию и устраняет любые ограничения растворимости, обеспечивая максимально высокую степень извлечения воды.

Изучение ваших вариантов

Методы адсорбции могут иметь ограниченные возможности удаления и не широко используются для очистки фильтрата полигонов твердых бытовых отходов. Испарение давно используется для очистки фильтрата полигонов твердых бытовых отходов. Этот метод эффективен и позволяет получить очень небольшой объем осадка, содержащего ПФАС, но эксплуатационные расходы высоки.

Усовершенствованная система обратного осмоса VSEP установлена ​​более чем на 25 полигонах твердых бытовых отходов с 1987 года и является проверенным методом очистки фильтрата. В ходе недавних испытаний системы VSEP было протестировано восемь ПФАС-веществ. Четыре из них были измерены как необнаружимые после двух проходов через мембраны обратного осмоса. Остальные четыре показали содержание <5 частей на триллион, что значительно ниже пределов, рассматриваемых Агентством по охране окружающей среды (EPA). Преимущество использования мембран заключается в том, что они удаляют не только ПФАС-вещества, но и все другие загрязняющие вещества, такие как аммиак, тяжелые металлы и органические вещества.

Предстоящие нормативные акты станут непростой задачей для операторов полигонов твердых бытовых отходов. Агентство по охране окружающей среды (EPA) будет рассматривать этот вопрос, и, вероятно, будут доступны гранты для покрытия расходов на строительство очистных сооружений. Хотя до окончательного утверждения правил может пройти несколько лет, операторам полигонов было бы разумно начать изучать свои возможности и исследовать, что может подойти именно им.

Усовершенствованная система обратного осмоса VSEP установлена ​​более чем на 25 полигонах твердых бытовых отходов с 1987 года и является проверенным методом очистки фильтрата. В ходе недавних испытаний системы VSEP было протестировано восемь ПФАС-веществ. Четыре из них были измерены как необнаружимые после двух проходов через мембраны обратного осмоса. Остальные четыре показали содержание <5 частей на триллион, что значительно ниже пределов, рассматриваемых Агентством по охране окружающей среды (EPA). Преимущество использования мембран заключается в том, что они удаляют не только ПФАС-вещества, но и все другие загрязняющие вещества, такие как аммиак, тяжелые металлы и органические вещества.

Предстоящие нормативные акты станут непростой задачей для операторов полигонов твердых бытовых отходов. Агентство по охране окружающей среды (EPA) будет рассматривать этот вопрос, и, вероятно, будут доступны гранты для покрытия расходов на строительство очистных сооружений. Хотя до окончательного утверждения правил может пройти несколько лет, операторам полигонов было бы разумно начать изучать свои возможности и исследовать, что может подойти именно им.

Источник: https://wasteadvantagemag.com/the-pfas-problem-landfills-brace-for-a-new-environmental-battle/