PFAS-Entfernung durch Ionenaustausch
Neben der Aktivkohleadsorption ist der Ionenaustausch eine weitere Option, die heutzutage auf dem Markt ist. Wie GAC werden Ionenaustauscherharzkügelchen in ein Gefäß gepackt und im Durchgangsmodus betrieben.
In typischem Oberflächenwasser/Grundwasser mit neutralem pH-Wert sind PFAS aufgrund der Dissoziation der funktionellen Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen in den meisten PFAS-Molekülen negativ geladen. Das positiv geladene Anionenaustauscherharz (AER) ist sehr vielversprechend für die saure PFAS-Entfernung mit Sulfonsäure-„Köpfen“, der Entfernungsprozentsatz beträgt bis zu 90-99% (es waren keine Daten zum Bettvolumen verfügbar) [1].
Im Vergleich zu granulierter Aktivkohle (GAC), die aufgrund ihrer hydrophoben Natur hydrophobe Substanzen bevorzugt, hat AER hingegen eine große Affinität zu hydrophilen PFAS, z.B. Perfluoralkylsäuren (PFAA). Der Mechanismus erfolgt hauptsächlich über den Austausch mit den Carbon- oder Sulfonsäureköpfen der PFAA-Verbindungen [2].
Wie auf einer anderen Seite erwähnt , reagiert die GAC-Adsorption von PFAS empfindlich auf die Konkurrenz durch das gleichzeitig vorhandene organische Material. Die Effizienz von AER für PFAS wird jedoch stärker durch die gleichzeitig vorhandenen Anionen beeinflusst. Falls das Speisewasser einen hohen Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) enthält, ist AER möglicherweise nicht die ideale Option für die Entfernung von PFAS.
Der Ionenaustausch ist im Vergleich zur Adsorption ein schneller Reaktionsprozess, der eine viel kürzere Kontaktzeit (normalerweise 2 - 3 Minuten) zwischen den Harzkügelchen und den Schadstoffen erfordert, was zu einer kleineren Systemkonfiguration und weniger Platzbedarf führt und Kapitalkosten spart. Es wurde auch getestet, dass der Ionenaustausch eine höhere gesamte und längere Bettlebensdauer aufweist, im Allgemeinen 6-18 Monate, im Vergleich zu 9-12 Monaten für GAC-Filter bei der PFAS-Entfernung [3].
Da der Ionenaustausch zur Kapazitätsrückgewinnung eine chemische Regeneration erfordert, wird ein hochkonzentrierter PFAS-haltiger Abfallstrom erzeugt, der sogar schwer zu behandeln ist. Um die Produktion von Abfallregenerierungsmittel zu vermeiden, wird ein einmaliger (oder einmaliger) Ionenaustausch in Betracht gezogen, die Abfallharzkügelchen (im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffmaterial hergestellt) werden dann deponiert oder verbrannt.
In typischem Oberflächenwasser/Grundwasser mit neutralem pH-Wert sind PFAS aufgrund der Dissoziation der funktionellen Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen in den meisten PFAS-Molekülen negativ geladen. Das positiv geladene Anionenaustauscherharz (AER) ist sehr vielversprechend für die saure PFAS-Entfernung mit Sulfonsäure-„Köpfen“, der Entfernungsprozentsatz beträgt bis zu 90-99% (es waren keine Daten zum Bettvolumen verfügbar) [1].
Im Vergleich zu granulierter Aktivkohle (GAC), die aufgrund ihrer hydrophoben Natur hydrophobe Substanzen bevorzugt, hat AER hingegen eine große Affinität zu hydrophilen PFAS, z.B. Perfluoralkylsäuren (PFAA). Der Mechanismus erfolgt hauptsächlich über den Austausch mit den Carbon- oder Sulfonsäureköpfen der PFAA-Verbindungen [2].
Wie auf einer anderen Seite erwähnt , reagiert die GAC-Adsorption von PFAS empfindlich auf die Konkurrenz durch das gleichzeitig vorhandene organische Material. Die Effizienz von AER für PFAS wird jedoch stärker durch die gleichzeitig vorhandenen Anionen beeinflusst. Falls das Speisewasser einen hohen Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) enthält, ist AER möglicherweise nicht die ideale Option für die Entfernung von PFAS.
Der Ionenaustausch ist im Vergleich zur Adsorption ein schneller Reaktionsprozess, der eine viel kürzere Kontaktzeit (normalerweise 2 - 3 Minuten) zwischen den Harzkügelchen und den Schadstoffen erfordert, was zu einer kleineren Systemkonfiguration und weniger Platzbedarf führt und Kapitalkosten spart. Es wurde auch getestet, dass der Ionenaustausch eine höhere gesamte und längere Bettlebensdauer aufweist, im Allgemeinen 6-18 Monate, im Vergleich zu 9-12 Monaten für GAC-Filter bei der PFAS-Entfernung [3].
Da der Ionenaustausch zur Kapazitätsrückgewinnung eine chemische Regeneration erfordert, wird ein hochkonzentrierter PFAS-haltiger Abfallstrom erzeugt, der sogar schwer zu behandeln ist. Um die Produktion von Abfallregenerierungsmittel zu vermeiden, wird ein einmaliger (oder einmaliger) Ionenaustausch in Betracht gezogen, die Abfallharzkügelchen (im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffmaterial hergestellt) werden dann deponiert oder verbrannt.
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References:
[1] PFAS: Drinking Water Treatment, EPA, Calgon Carbon, Pittsburgh PA, 1 March, 2018.
[2] Remediation technologies and methods for per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), March 2018.
[3] Webinar: Carbon and Resin Solutions For PFAS Removal in Your Community or Industry.