PFAS-onderzoek voor de watersector: welke vragen spelen er?

Eerst kijken we naar onze kustlijn. Duinwaterbedrijven gebruiken daar geïnfiltreerd oppervlaktewater om hieruit drinkwater te bereiden. Het is bekend dat rivierwater PFAS bevat. Hoe zit het met de PFAS-concentraties in het water dat uit duinwaterwinningen wordt opgepompt?

Kantelpunt in bewustzijn

“Rond 2008 verschenen de eerste rapporten met meetreeksen in de duinen waaruit bleek dat hier PFAS worden aangetroffen”, vertelt KWR-onderzoeker Bas van der Grift. “Op dat moment werden PFAS nog niet als een probleem gezien. Er bestond nog geen wettelijke norm voor. Maar in de wereldwijde wetenschappelijke wereld nam de aandacht voor deze stoffen toe.” Het besef brak door dat deze man-made chemicals zeer hardnekkig zijn en niet worden afgebroken. En dat ze mogelijk ook toxisch zijn. Rond 2012 begon het bewustzijn te kantelen, pas in 2017 stelde het RIVM de eerste voorlopige gezondheidskundige advieswaarden vast. In 2020 heeft het RIVM een strengere drinkwaterrichtwaarde voor PFAS vastgesteld van 4,4 nanogram per liter, uitgedrukt als PFOA-equivalenten. Deze richtwaarde zal mogelijk in de toekomst als wettelijke kwaliteitseis in het Drinkwaterbesluit worden opgenomen.

Het lot van PFAS in de duinen

Binnen het collectieve onderzoeksprogramma van de duinwaterbedrijven rees de vraag: wat is het lot van PFAS in de duinen? Van der Grift: “De duinwaterbedrijven wilden weten wat de bronnen van PFAS zijn. En wat dit betekent voor de toekomstbestendigheid van de duinwaterwinningen. Voor antwoord op die vraag hebben we metingen gedaan aan PFAS-concentraties in infiltratievijvers en de bijbehorende onttrekkingsputten en grondwatermonitoringsputten. We hebben bestaande technieken toegepast, die lage concentraties PFAS kunnen opsporen. De resultaten tonen aan dat tussen het infiltreren en onttrekken van water de PFAS-concentraties toenemen. We hebben nog niet precies de vinger achter hoe dat komt. Voor duinwaterbedrijven zijn de resultaten bruikbaar om ontwikkelingen van PFAS in het grondwater te kunnen doorgronden en de bedrijfsvoering hierop aan te passen.”

Sea spray

Als mogelijke bron van PFAS in de duinen noemt Van der Grift de zogenoemde ‘sea spray aerosolen’. Dit zijn minuscule deeltjes die direct aan het zeeoppervlak worden gevormd. Via de wind komen ze in hogere luchtlagen terecht. Recentelijk zijn deze deeltjes in verband gebracht met PFAS-verontreiniging in de atmosfeer. “Sea spray aerosolen slaan neer op de duinen”, legt Van der Grift uit. “Via de bodem kunnen ze het grondwater bereiken en naar de onttrekkingsputten stromen. In een nieuw project met de duinwaterbedrijven gaan we de invloed van sea spray aerosolen nader onderzoeken. We zetten boringen in de onverzadigde zone van de duinen, dus boven het grondwater. Op verschillende diepten willen we meten hoe het PFAS-gehalte zich daar ontwikkelt. Zo hopen we te ontdekken of als gevolg van depositie van sea spray aerosolen uitloging van PFAS in het grondwater optreedt.”

Nalevering uit het verleden

Voor nu is de meest logische verklaring van de verhoogde PFAS-concentraties in onttrekkingsputten een nalevering uit het verleden, gaat Van der Grift verder. “In voorgaande tijden bevatte het rivierwater dat voor duininfiltratie wordt gebruikt, hogere PFAS-concentraties dan nu. Dat is toen de ondergrond ingegaan. Deels zijn de PFAS gebonden aan bodemdeeltjes, vooral aan organisch materiaal. Intussen bevat het infiltratiewater minder van deze stoffen, en vindt het omgekeerde proces plaats. De PFAS komen vrij, wat betekent dat het sediment gaat naleveren. In andere projecten kijken we naar de vraag: hoe werkt die adsorptie tussen PFAS, water en de ondergrond? PFAS-moleculen hebben een kop en een staart, met verschillende eigenschappen. Ze steken hun kop in het water, hun staart in de lucht. Daardoor begeven zij zich graag op het grensvlak tussen die twee media. In onverzadigde bodemzones kom je heel veel van die grensvlakken tegen. Dit heeft invloed op het transport van deze stoffen.”

Het lot van PFAS tijdens reactivatie van actieve kool

Het volgende voorbeeld van PFAS-onderzoek komt van KWR-onderzoeker Martijn van Veggel en is uitgevoerd binnen het collectieve onderzoeksprogramma van de watersector, Waterwijs. “In de drinkwaterbereiding wordt gebruik gemaakt van actieve kool om PFAS uit het water te halen, zodat het drinkwater aan de wettelijke norm voldoet. De PFAS blijven aan de kool ‘plakken’, zodat dit na enige tijd moet worden gereactiveerd om opnieuw te kunnen gebruiken. Door PFAS moet dit reactiveren vaker gebeuren dan wanneer deze stoffen niet aanwezig zijn. De behandeling gebeurt bij hoge temperatuur, in een atmosfeer zonder zuurstof. Drinkwaterbedrijven hadden de vraag: omdat PFAS zo persistent zijn, wat gebeurt er tijdens dit reactiveren? Worden de PFAS alleen verdampt, of ook afgebroken? Zorgt dit proces ervoor dat de hardnekkige verbinding tussen koolstof en fluor wordt verbroken?”

Niet rondpompen

Om antwoord op deze vragen te geven , bootste Van Veggel het proces van reactivatie op kleine schaal na. Hij gebruikte PFOS en PFOA – twee bekende hardnekkige PFAS-soorten – als modelstoffen en liet actieve kool hiermee vollopen. Bij de Universiteit van Bath (U.K.) maakte de onderzoeker gebruik van een speciale oven met eigenschappen om bij verschillende temperaturen de gewenste experimenten te kunnen doen. “Vanaf 500 graden Celsius vinden we de PFAS niet meer terug op de kool”, vertelt Van Veggel. “De verwerkingsbedrijven die de reactivatie doen, passen 800 graden Celsius in het proces toe. Daarmee zitten ze dus veilig. Bij het analyseren van de gasstroom die bij het verhitten van de kool vrijkomt, konden we de originele PFAS niet terugvinden. En we meten een minimale hoeveelheid kleine afbraakproducten. Dit betekent dat de drinkwaterbedrijven geen PFAS aan het rondpompen zijn in het milieu. Ze vangen het af met de actieve kool, die ze laten reactiveren. Hoewel we geen cijfers hebben kunnen hangen aan dit proces, zagen we wel dat de hoeveelheid bijproducten van PFAS lager is dan wat oorspronkelijk als intacte PFAS vast zat aan de kool. Dit maakt het aannemelijk om te veronderstellen dat tijdens de reactivatie omzetting, afbraak of mineralisatie van PFAS plaatsvindt. Drinkwaterbedrijven handelen dus met de best beschikbare methode die er nu is. En ze dragen bij aan het verlagen van de totale hoeveelheid PFAS om ons heen.”

Korte en lange ketens

De effectiviteit van actieve kool om PFAS uit water te verwijderen, hangt af van het type van deze stoffen. PFAS-moleculen met lange ketens – zoals de eerder genoemde PFOS en PFOA – blijven wel aan de kool ‘plakken’. Die met korte ketens glippen ertussendoor. KWR-onderzoeker Elvio Amato weet welke vragen dit voor de watersector veroorzaakt. “Korte keten-PFAS, zoals trifluorazijn ofwel TFA, duiken steeds vaker op in het wetenschappelijk debat. Dat komt omdat op veel plekken heel hoge concentraties hiervan worden aangetroffen, onder andere in water. TFA is een niet-afbreekbaar eindproduct van de afbraak van andere verbindingen die bijvoorbeeld worden gebruikt in koeltechnologieën of in pesticiden. Tot nu toe is volgens het RIVM de verwachting dat TFA minder toxisch is dan andere PFAS. In tegenstelling tot lange keten-PFAS hebben korte keten-PFAS minder de neiging om zich op te hopen in weefsels van levende organismen. Maar ze zijn extreem mobiel in de omgeving, waardoor ze bijvoorbeeld moeilijk uit het water zijn te verwijderen. Voor drinkwaterbedrijven vormen ze daarom een hoofdpijndossier. Binnen het Waterwijs-programma hebben we onderzoek gedaan om te begrijpen wat de bronnen van TFA zijn, welke zuiveringstechnieken bruikbaar zijn en of ze worden aangetroffen in grondwater. De resultaten hiervan zijn onlangs gepubliceerd.”

Uit de lucht vallen

Uit de literatuurstudie die is uitgevoerd om de bronnen van TFA te achterhalen, blijkt dat gefluoreerde gassen in de atmosfeer en pesticiden het belangrijkst zijn. Voornamelijk door atmosferische depositie en de afbraak van pesticiden komt TFA op de grond en via regen dringt het de bodem binnen. “Voor drinkwaterbedrijven betekent dit dat zij, zolang er moleculen zijn die resulteren in TFA, hier rekening mee moeten houden”, zegt Amato. “Het valt gewoon uit de lucht, daar kunnen zij niets aan doen. We concluderen dat omgekeerde osmose de enige effectieve manier is om TFA uit water te halen. Deze filtratiemethode met hoogwaardige membranen wordt al op een aantal locaties door drinkwaterbedrijven toegepast. Deze zuiveringsmethode levert echter een concentraatstroom. Daarnaast vraagt omgekeerde osmose om een grotere waterinname, terwijl dat water er niet altijd is.”

Oud en jong grondwater

Een ander resultaat van het onderzoek laat zien dat in oud, niet-kwetsbaar grondwater geen TFA is aangetroffen, zoals al werd aangenomen. Voor jong, kwetsbaar grondwater ligt dat anders: daarin zijn lage TFA-concentraties gemeten. Amato: “Niet-kwetsbaar grondwater zit heel diep in de grond, of het is beschermd door kleilagen die ervoor zorgen dat verontreiniging met TFA niet gemakkelijk optreedt. Voor kwetsbaar grondwater geldt dat TFA wel tot grotere diepten kan doordringen. Behalve recente monitoring hebben we ook oude datasets van drinkwaterbedrijven bij het onderzoek betrokken. Daarin zien we dezelfde patronen. Hoewel TFA nog niet onderhevig is aan wettelijke normen voor drinkwater, verwacht ik dat dit wel gaat gebeuren. Als de concentraties blijven stijgen of de wettelijke normen strenger worden, kan dit de druk op drinkwaterbedrijven verhogen. Zij zijn verplicht om aan steeds strengere eisen voor de waterkwaliteit te voldoen. De TFA-niveaus in het milieu zijn al hoog en er is regelgeving nodig voor de emissie van deze stof.”

Praktische sleutel

Gevraagd naar toekomstige kennisbehoeften van de watersector over PFAS, bevestigen alle drie onderzoekers dat er voorlopig nog genoeg werk is te doen. Er is bijvoorbeeld zowel behoefte aan een verbeterd inzicht in het gedrag van PFAS in verschillende bodemtypen als in het optimaliseren van de waterzuiveringen. Waterkwaliteit en gezondheid, behoren tot één van de maatschappelijke opgaven waar KWR zich op richt. “Bij KWR benaderen we PFAS op allerlei verschillende manieren”, zegt Van Veggel. “We schatten de waarde van bestaande technieken voor de watersector in en pakken de toepassing hiervan snel op. En als de oplossing nog niet op de plank ligt, bouwen we het zelf. De praktische sleutel vinden tot het juiste antwoord, daar draait ons werk om.”

Meer weten over PFAS en de nieuwste kennis hierover die je als waterexpert niet mag missen? Lees hier het verhaal dat we hierover publiceerden, eerder dit jaar. Volg ook onze nieuwspagina en blijf op de hoogte!