レガシーPFASやその他のフルオロテラーの除去DOMが豊富な水域における再生戦略の最適化

Removal of legacy PFAS and other fluorotelomers: Optimized regeneration strategies in DOM-rich waters.

• Fuhar Dixit
• Benoit Barbeau
• Shadan Ghavam Mostafavi
• Madjid Mohseni

抄録

本研究では、表面排水や処理排水から難分解性のパーフルオロアルキル物質やポリフルオロアルキル物質（PFAS、GenXを含む）を除去する際のアニオンイオン交換（IX）樹脂の再生戦略の最適化を検討した最初の研究を紹介する。IX再生研究は、環境の観点から非常に重要です。特に、現在（PFAS除去用の）IXを単一の使用・廃棄モードで運用している水道事業者にとっては、この知識が不可欠である。本研究では、PFOA/PFOSなどのレガシーPFASを、他の有害な短鎖PFAS（PFBA/PFBS）や他の有害なパーフルオロ置換体（GenX）とともに試験しました。研究は、合成水（スワンニー川天然有機物（SRNOM）、フルボ酸（SRFA）、腐植酸（SRHA）を添加したもの）、表流水、廃水を対象に実施し、再生はバッチ式撹拌反応器で行った。また、再生の有無にかかわらず、バックグラウンド有機物の存在下での樹脂寿命を調査した。超純水では、100,000床体積(BV)以上の運転で全てのPFAS(C〜10μg/L,天然水と同程度の濃度)が効果的に除去された。これは、SRNOM(C=5mgC/L)存在下では約23,500BV, SRFA存在下では約20,500BV, SRHA存在下では約8500BVまで減少し、飽和樹脂の再生が必要となった。さらに重要なことは、すべての樹脂のブレークスルー（PFAS＞70ng/L）は、IX負荷を最適化するために不可欠な情報である樹脂サイトの飽和度（meqs）が90％以上に対応していたことである。競合溶存有機物（DOM）画分は、IAST-EBCモデルで推定された初期DOCの約5〜9%と推定されました。最後に、IXの再生効率は食塩水との接触時間の増加に伴って改善したが、食塩水濃度が10%(W/V)を超えると効果は急激に低下することが明らかになった。しかし、10%NaCl溶液を用いて2時間の接触時間で再生することが、合成水及び天然水でのIX操作に最適であることが明らかになりました。したがって、本研究は、DOMとPFAS除去のためにIXの運転パラメータを最適化するための重要な知識を提供するものであり、現在、使用と廃棄モードでIXを運転しているシステムにとって非常に価値のあるものである。

We present the first study investigating optimized regeneration strategies for anionic ion exchange (IX) resins during the removal of persistent per- and poly-fluoroalkyl substances (PFAS, including GenX) from surface and treated wastewater effluents. IX regeneration studies are of critical importance from environmental perspectives. Specifically, the knowledge is essential for water utilities who presently operate IX (for PFAS removal) in a single use-and-dispose mode. In this study, legacy PFAS such as PFOA/PFOS were tested along with other harmful short-chained PFAS (PFBA/PFBS) and other toxic perfluorinated substitutes (GenX). Studies were performed on synthetic water (spiked with Suwannee River Natural Organic Matter (SRNOM), Fulvic Acid (SRFA) and Humic Acid (SRHA)), surface water, and wastewater effluents, and the regeneration was performed in batch stirred reactors. The resin service life with and without regeneration was investigated in the presence of background organic matter. In ultra-pure waters, all PFAS (C ∼10 μg/L, concentrations similar to that of natural waters) were effectively removed for >100,000 Bed Volume (BV) of operation. This was reduced to ∼23,500 BV in the presence of SRNOM (C = 5 mg C/L), 20,500 BV in SRFA and 8500 BV in SRHA, after which the saturated resins required regeneration. More importantly, all resin breakthrough (PFAS> 70 ng/L) corresponded to > 90% resin site saturation (in meqs), an essential information for optimizing IX loading. The competitive dissolved organic matter (DOM) fractions were estimated to be approximately 5-9% of the initial DOC, as estimated by the IAST-EBC model. Finally, it was identified that IX regeneration efficiency improved with increasing brine contact time but effectiveness plateaued for brine concentrations above 10% (W/V). Nonetheless, a regeneration with 10% NaCl solution with a contact time of 2 h was found to be optimal for IX operations in synthetic and natural waters. Therefore, this study provides key knowledge essential for the scientific community and the water industry on optimizing IX operational parameters for DOM and PFAS removal and would be highly valuable for systems which presently operate IX in a use-and-dispose mode.

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