Resine per la rimozione selettiva dei PFAS dalle acque destinate al consumo umano
L’acqua, si sa, è uno dei beni più preziosi che abbiamo. È, perciò, da tutelare. Anche perché i fattori di rischio sono molteplici: spreco e inquinamento su tutti. Parlando proprio di inquinamento, c’è un capitolo che ha destato clamore e timori negli ultimi anni. E ha un nome difficile da pronunciare: PFAS. Acronimo di “sostanze perfluoroalchiliche”. Questione che riguarda da vicino anche l’Italia, in particolare il Veneto. In questo articolo vediamo cosa sono i PFAS, scoprendo l’efficacia e i vantaggi delle resine per la loro rimozione selettiva.
Quando l’inquinamento non ha odore né colore: che cosa sono i PFAS?
I PFAS sono composti chimici sintetici creati dall’industria a metà ‘900 per rendere più resistenti i materiali. Si trovano in tanti prodotti e oggetti che usiamo quotidianamente: dai detersivi alle pentole antiaderenti, dai cosmetici ai tessuti impermeabili. I PFAS più diffusi sono l’acido perfluoroottanoico (PFOA) e l’acido perfluorottanosulfonato (PFOS). Ma i PFAS sono anche persistenti. Resistono, cioè, ai tipici processi di degradazione e si diffondono nell’ambiente, specie in quello acquoso. Tendono, poi, a bio-accumularsi negli organismi, compreso l’uomo. E, ad alte concentrazioni, queste sostanze sono estremamente tossiche. La principale fonte di esposizione per la popolazione è l’ingestione di acqua potabile e di cibi contaminati. Si può anche essere esposti attraverso il contatto con superfici o suoli contaminati e l’inalazione di polveri contenenti PFAS. Da anni queste sostanze sono sotto la lente d’ingrandimento dei ricercatori. Gli scienziati di Niehs e Ntp, le massime autorità statunitensi, hanno evidenziato possibili disfunzioni del sistema immunitario, disturbi endocrini e problemi allo sviluppo cognitivo e neurocomportamentale dei bambini. Una recente indagine dell’Università di Padova, pubblicata sull’International Journal of Molecular Sciences, ha aggiunto un ulteriore tassello. E cioè che questi inquinanti possono attivare le piastrine, rendendole più suscettibili alla coagulazione. Ciò predispone a un aumento del rischio cardiovascolare. Insomma, un nemico invisibile ma estremamente pericoloso.
Rimozione dei PFAS: meglio carboni attivi o resine? I dati dello studio di Pragma Chimica
Resistenti e versatili da un lato, dunque, persistenti e nocivi dall’altro. Il trattamento dei PFAS in fase acquosa e la rimozione di queste sostanze si sta rivelando alquanto impegnativa per noi addetti ai lavori. La soluzione vincente è l’utilizzo di carboni attivi granulari (GAC) o di resine selettive. Ma meglio i primi o le seconde? Abbiamo condotto uno studio in materia. Attraverso un impianto pilota sperimentale (nella foto) abbiamo acquisito informazioni analitiche e fluidodinamiche su diverse tipologie di acque con diversi carichi di inquinanti. Abbiamo, poi, comparato il funzionamento di vari carboni attivi sia di tipo minerale, sia di tipo vegetale.
Dall’indagine emerge come, grazie all’alta affinità, le resine siano in grado di abbattere tutti i PFAS a catena lunga e corta, fino a concentrazioni non misurabili. Ovvero < 1 ppt (parti per trilione), che equivale a zero PFAS. Ciò consente di rispettare le più stringenti normative italiane ed europee in materia. Si ha, inoltre, un’acqua trattata di qualità superiore rispetto a qualunque altro tipo di trattamento oggi esistente. Anche i carboni attivi testati si sono dimostrati affidabili nella rimozione dei PFAS, ma in generale presentano una minor durata.
Vantaggi e svantaggi delle resine
Nel nostro studio la resina selettiva ha dimostrato cinetiche di scambio/adsorbimento molto più veloci rispetto ai vari carboni attivi testati. Nel dettaglio, carboni di 6 tipologie differenti, 3 minerali e 3 vegetali. Per questo necessita di tempi di contatto molto più bassi: 2-3 minuti contro i 13-20 minuti dei carboni granulari. Di conseguenza, è possibile installare minori quantità di prodotto e realizzare filtri di dimensioni inferiori rispetto a quelli per i carboni attivi. Ciò comporta un significativo risparmio economico. Inoltre, in termini di capacità di adsorbimento, la resina selettiva supera di gran lunga tutti i migliori carboni attivi presenti al momento in commercio. Vari test certificano che la vita utile della resina è fino a 20 volte maggiore di quella dei carboni. Ciò si riflette in sostituzioni meno frequenti e costi operativi decisamente più bassi. Inclusi quelli di caricamento, scaricamento e smaltimento del materiale esausto. La resina selettiva per i PFAS, poi, è certificata per usi potabili. È, dunque, la soluzione ottimale, sia dal punto di vista tecnico che economico, per la sostituzione del carbone impiegato in filtri esistenti, così come per nuovi impianti da installare, per la rimozione di queste sostanze. Le applicazioni possono essere sia in campo acquedottistico, sia in impianti industriali, sia per piccoli sistemi domestici o cartucce dedicate al punto d’uso.
Questi, in sintesi, i vantaggi delle resine rispetto ai carboni attivi:
- Alta affinità per PFAS a catena corta ⇨ Migliore qualità migliore dell’acqua trattata e rispetto dei limiti normativi
- Tempi di contatto inferiori ⇨ Filtri di dimensioni più piccole; impianti meno costosi
- Alta capacità operativa ⇨ Lunga durata; no ioni interferenziali; sostituzioni meno frequenti
Acqua con più inquinanti diversi? Meglio optare per i carboni attivi o la combo carboni-resine
D’altro canto, le resine si dimostrano selettive unicamente sui PFAS. Sono, dunque, difficilmente impiegabili su acque con potenziali altri inquinanti da rimuovere. Il carbone attivo è, invece, efficace su uno spettro più ampio di sostanze indesiderate: pestici, erbicidi, cloro libero, composti organici, eccetera. Qualora emerga che l’acqua da trattare ha altre tipologie di inquinanti di rimuovere, un filtro a carbone attivo rappresenta la migliore soluzione: più costosa, sì, ma anche più completa. Si può eventualmente adottare una combinazione di entrambe le tecniche. Ovvero carbone attivo + resina selettiva di finissaggio. Ciò Specialmente in caso di presenza di parecchie catene corte.
Ecco un confronto delle prestazioni resine/carboni attivi:
Rimozione PFAS a catena lunga VS. carbone attivo minerale
Abbiamo indicato il limite dell’EPA (Environmental Protection Agency, l’agenzia statunitense per la protezione dell’ambiente) pari a 70 ppt (o ng/l). L’acqua grezza presentava un valore di PFOA di 253 ppt e PFOS pari a 661 ppt. Il limite americano di obiettivo come concentrazione massima è di circa 15 ppt. Come si vede nel grafico, la resina richiede un tempo di contatto (EBCT, Empty Bed Contact Time) decisamente inferiore rispetto ai carboni attivi. La shelf-life delle resine è, invece, molto più elevata. Ciò grazie alla loro incredibile selettività, dovuta alla totale assenza di ioni interferenziali che possono alterare il processo di adsorbimento. Un tempo di contatto molto veloce sul carbone attivo (ad esempio EBCT < 13 min) causa nel tempo una inevitabile “fuga” di inquinanti.
Rimozione PFAS a catena corta VS. carbone attivo vegetale
Si nota qui la grande affidabilità nel tempo della resina selettiva in merito all’adsorbimento delle catene corte. Il carbone attivo testato è di matrice vegetale e derivato dalle noci di cocco. È molto efficace anch’esso sulle catene corte. Richiede, tuttavia, un tempo di contatto di almeno 13,6 minuti e ha una durata estremamente ridotta rispetto alla resina.
La soluzione, insomma, c’è. Anche per i PFAS: si tratta di studiare nel dettaglio il caso specifico e trovare il miglior modo di agire. Partendo sempre e comunque dall’analisi dell’acqua ingresso: un’azione fondamentale per progettare un sistema di trattamento acqua efficace.