The Potential of Dissolved Air Flotation for PFAS Reduction in Norrvatten's Future Waterworks

Abstract: Norrvatten är en av Sveriges största dricksvattenproducenter. Med ett ökande behov av en större produktionskapacitet och nya regleringar, planerar dem att förbättra sin reningsprocess. En aspekt som kräver omfattande undersökning är val av reningsmetod för att nå den nya gränsen från Livsmedelsverket för fyra PFAS kemikalier. PFAS är en grupp kemikalier som är mänskligt producerade sedan 1950-talet, vilka är persistenta och farliga för människors hälsa. Deras stabilitet i miljön leder till att de ackumulerar i naturen och hamnar i mat och dricksvatten. För att uppnå de nya regleringarna måste Norrvatten minska sin PFAS4 koncentration från cirka 5.7 ng/L till 4 ng/L. PFAS-separationen är planerad att genomföras via antingen aktivt kol eller en kombination där flotation även implementeras. Aktivt kol har en bevisad möjlighet att separera och destruera PFAS4, men nyligen har indikationer på en potential hos flotation uppenbarats. Dock är forskningen kring dess effektivitet begränsad vilket medför ett behov av att utvärdera dess användbarhet. Denna rapport syftar till att förse Norrvatten med ett underlag på effektiviteten och gynnsamheten med flotation inför beslutet att implementera flotation. Av den anledningen undersöktes separationseffektiviteten som uppnås i en befintlig flotationsbassäng i Norrvattens vattenverk. Genom att mäta PFAS4 koncentrationen i inflödet, utflödet och slammet kunde en borttagningseffektivitet på 19-38% bestämmas för olika belastningar. Slamkoncentrationen mättes till ungefär 200-700 ng/L. Felkällor kunde identifieras i mätningarna eftersom massbalansen inte stämde överens trots att mätosäkerheten från analysen adderades. Dessutom gjordes en omanalys av två prover som skilde sig från det förväntade resultatet, vilket gav avsevärda skillnader i resultatet. Trots att några felkällor kunde identifieras kunde inte en fullständig förklaring till avvikelserna fastställas. Trots detta kunde slutsatser dras att den uppmätta separationseffektiviteten och slamkoncentrationen kunde förse ett korrekt intervall. Dessutom indikerade resultaten att flotation inte kan appliceras enskilt för att nå koncentrationsmålet utan bör kombineras med kompletterande kolfilter f ̈or att nå gränsvärdet. Flotation ger upphov till en mer koncentrerad ström av PFAS som kräver behandling för att eliminera kemikalierna från miljöns kretslopp. Flera potentiella behandlingsmetoder identifierades för hur slammet kan hanteras. Jämförelsen inkluderade aktivt kolfilter, jonbytare, membran, oxidationsprocesser, sonolys, förbränning, deponi, jordrening, flotation, skumfraktionering, behandling på reningsverk och återanvändning för jordförbättring. Metoderna jämfördes utifrån bevisad robusthet, kostnad och applicerbarhet. Ett möjligt slamhanteringsalternativ visade sig vara ett sekundärt steg med flotation, förbränning av det uppkoncentrerade slammet och behandling av permeatet med jonbytare. Med den föreslagna slamhanteringen kunde implementering av flotation utvärderas baserat på maximal PFAS destruktion, ekonomi, koldioxidutsläpp och energiförbrukning. Det visade sig att energiförbrukningen är större för processen som inkluderar flotation men koldioxidutsläppen är mindre. Dock är det möjligt att avgränsningarna för koldioxid kan ha gynnat flotationsprocessen eftersom utsläpp från reaktivering av kolfilter inkluderades men inte utsläpp från förbränning eller energiproduktion. PFAS destruktionen blev ungefär 1-2% större för processen med exklusivt kolfilter eftersom flotationsprocessen innehåller ytterligare en ström som släpper ut PFAS efter behandling med jonbytare. Det mest ekonomiska alternativet visade sig bero på koncentrationsgränsen där implementering av flotation var dyrare för en PFAS4 koncentration på 4 ng/L i dricksvattnet, men billigare vid en gräns på 3 ng/L. Slutligen upptäcktes det att volymen av sekundärt slam som beräknades att skickas till förbränning har en stor påverkan på driftkostnaderna. Därför bör optimeringar genomföras för att minimera den sekundära slamvolymen om flotation implementeras.