Adsorbimento con carbone attivo e processo di ozonizzazione combinati per la rimozione di PFAS da acque reflue

The presence of PFAS in wastewater is of growing concern because of the potential environmental and human health risks associated with the ecotoxicity and persistence characteristics of these compounds. Adsorption on activated carbon is the most promising process for PFAS removal. In real matrices, a competitive effect on PFAS adsorption related to the presence of organic matter is observed. Oxidation with ozone, while not directly degrading PFASs, is useful in this context as a pre-treatment aimed at reducing the organic content in the real matrix. To evaluate the performance of both processes, both individually and in combination, the present thesis work involved the execution of filtration tests of real matrices taken in the upstream and downstream sections of the ozonation process of a wastewater treatment plant, through a pilot plant (FAPP) and a laboratory scale plant (RSSCT). The adsorption of 14 PFAS was studied, using three activated carbons in different configurations (single column or filters in series). It was found that the hydrophobicity of the chain significantly influences the process: column breakthrough time decrease as the length of the alkyl chain decreases. Ozone affects PFAS removal more significantly than using a series column configuration. The use of ozonated matrix not only allows to extend the useful life of GAC filters, but also helps to cancel the chromatographic effect by dampening the PFAS peaks in the output. By comparing the results obtained at the different scales, comparable removal trends were observed, and a correlation emerged between PFAS and organic matter (evaluated in terms of absorbance at 254 nm and fluorescence) removal. Finally, from the laboratory-scale experiments conducted for the characterization of an activated carbon produced from leather scraps, a discrete PFAS removal performance was observed, but a simultaneous release of chromium limits its possibilities of usage.

La presenza di PFAS in acque reflue è fonte di crescente preoccupazione per via dei potenziali rischi ambientali e per la salute umana, legati alle caratteristiche di ecotossicità e persistenza di tali composti. L'adsorbimento su carbone attivo è il processo più promettente per la rimozione dei PFAS. In matrici reali si osserva un effetto competitivo sull'adsorbimento dei PFAS, legato alla presenza di sostanza organica. L'ossidazione con ozono, pur non degradando direttamente i PFAS, risulta utile in questo contesto come pretrattamento volto a ridurre il contenuto di organico nella matrice reale. Per valutare le prestazioni di entrambi i processi, sia singolarmente che in combinazione, il presente lavoro di tesi ha previsto l'esecuzione di prove di filtrazione di matrici reali prelevate nelle sezioni a monte e a valle del processo di ozonizzazione di un impianto di trattamento di acque reflue, attraverso un impianto pilota (FAPP) e uno a scala di laboratorio (RSSCT). È stato studiato l'adsorbimento di 14 PFAS, impiegando tre carboni attivi in differenti configurazioni (colonna singola o configurazione in serie). È emerso che l'idrofobicità della catena influenza significativamente il processo: i tempi di perforazione delle colonne si riducono al diminuire della lunghezza della catena alchilica. L’ozono influisce in maniera più significativa sulla rimozione dei PFAS, rispetto all’utilizzo di una configurazione di colonne in serie. L’impiego di matrice ozonizzata consente non solo di allungare la vita utile dei filtri GAC, ma contribuisce ad annullare l’effetto cromatografico, smorzando i picchi dei PFAS in uscita. Dal confronto dei risultati ottenuti alle differenti scale, sono stati osservati andamenti di rimozione confrontabili ed è emersa una correlazione tra la rimozione dei PFAS e della sostanza organica, valutata in termini di assorbanza a 254 nm e fluorescenza. Infine, dagli esperimenti a scala di laboratorio condotti per la caratterizzazione di un carbone attivo prodotto da scarti di pelle e cuoio, sono state osservate discrete performance di rimozione dei PFAS, ma un contestuale rilascio di cromo che ne limita le possibilità di impiego.