PFAS-Entfernung durch Aktivkohleadsorption

Aktivkohleadsorption ist eine der am besten geeigneten Technologien für die Entfernung von aufkommenden Schadstoffen, z. B. in Trinkwasser- und Abwasserversorgungsunternehmen, aufgrund ihrer guten Entfernungseffizienz, der einfachen Nachrüstung im großen Maßstab und des minimalen Wartungsbedarfs.

Nach den Erfahrungen von Lenntech müssen bei der Auswahl der Aktivkohleadsorption für die PFAS-Entfernung mehrere Faktoren berücksichtigt werden: 1) Kohlenstoffmaterial/Porosität, 2) Speisewasserqualität, 3) Ziel-PFAS-Eigenschaften und 4) Kontaktzeit zwischen PFAS und Aktivkohle während des Adsorptionsprozesses.

Die Porosität von Aktivkohle spielt eine wichtige Rolle bei der Adsorptionsleistung. Im Allgemeinen wird Kohlenstoff mit einer Kombination von Mikroporen und Mesoporen bevorzugt als z.B. mikroporöser Kohlenstoff. Da Mesoporen eine schnelle Diffusion von Schadstoffen an ihre endgültigen Adsorptionsorte (Mikroporen) ermöglichen, ist es dann insbesondere in einem granulierten Aktivkohlefilter (GAC) von Vorteil, wenn die Kontaktzeit zwischen PFAS und der Kohle festgelegt ist.

Beim Einsatz von Kohle zur PFAS-Adsorption ist es immer ratsam, die Speisewasserquelle und die Wasserzusammensetzung (durch Wasseranalyse) zu kennen. Beispielsweise kann die PFAS-Adsorption in Oberflächengewässern aufgrund der Adsorptionskonkurrenz durch gleichzeitig vorhandenes natürliches organisches Material (gemessen als Gesamter organischer Kohlenstoff, TOC) stark beeinträchtigt werden, wenn man bedenkt, dass die TOC-Konzentration in einer mg/l-Größenordnung liegt als im Vergleich zu PFAS in µg/L oder ng/L. Je höher der TOC-Gehalt, desto weniger PFAS wird durch Adsorption entfernt. Normalerweise ist die Entfernung von PFAS im Grundwasser höher als im Oberflächenwasser, da Grundwasser weniger TOC enthält als Oberflächenwasser.

Die PFAS-Eigenschaft bestimmt auch ihre Adsorptionseffizienz. Untersuchungen an GAC-Filtern in einer Trinkwasseraufbereitungsanlage zeigten einen schnellen Durchbruch von kurzkettigen PFAS-Verbindungen, z.B. < C8-Carbonsäuren und < C5-Sulfonsäuren [1], was bedeutet, dass kleinmolekulare PFAS für die GAC-Adsorption problematischer sind. Anstelle der typischen Leerbettkontaktzeit (EBCT), d. h. 10-20 min, ist daher eine längere EBCT für das GAC-Filterdesign erforderlich, wenn kleine PFAS das Ziel sind.

Die Wartung des GAC-Filters ist wichtig. Nach der Adsorptionssättigung muss GAC regeneriert werden, um die Adsorptionskapazität wiederherzustellen (normalerweise durch thermische Verarbeitung von verbrauchtem GAC). Mit einer häufigen GAC-Regeneration und dem Ausgleich des Massenverlusts während der Regeneration kann eine PFAS-Entfernung von > 89 % bis > 98 % aufrechterhalten werden; ohne Regeneration, d. h. Verlängerung der Filterlaufzeit, liegt die Abscheiderate zwischen 0 und 26 % [2].

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References:

[1] Removal of perfluoroalkyl acids from the drinking water production chain, KWR

[2] PFAS: Drinking Water Treatment, EPA, Calgon Carbon, Pittsburgh PA, 1 March, 2018