Ziel von FABEKO ist es, Böden in Haufwerken mittels speziell auf PFAS abgestimmter Biopolymer-Verbindungen aufzureinigen. Die Biopolymere werden in einer wässrigen Lösung durch das Haufwerk perlkoliert (Phase I). Das dabei anfallende PFAS-haltige Perkolat wird zunächst über eine Flotation gereinigt (Phase II). Anschließend wird es zur Feinreinigung über spezielle elektrostimulierten Aktivkohlevliese (AKV) geführt (Phase III) und dann dem Spülkreislauf wieder zugeführt.
Die Feinreinigung des Wassers mit einer elektrostimulierten Adsorptions-/ Desorptionsstufe (Phase III) hat das Ziel, die PFAS-Konzentration der abgegebenen Wässer weiter zuverlässig zu senken und den Aufwand an teurem Biopolymer durch teilweise Rückführung zu minimieren.
Funktionsweise der Module
Aktivkohle wird in der Wasseraufbereitung eingesetzt, um Schadstoffe zu adsorbieren und aus dem Wasser zu entfernen. Die poröse Struktur der Aktivkohle bietet eine große Oberfläche, die Schadstoffmoleküle effektiv bindet. Je mehr belastetes Wasser über die Aktivkohle geführt wird, desto mehr “Andockplätze” werden durch die Schadstoffe besetzt. In FABEKO wird daran geforscht, die “Andockplätze” durch das Anlegen einer elektrischen Spannung noch attraktiver für PFAS zu machen. Dieser Prozess wird Elektroadsorption genannt.
Wenn alle “Andockplätze” in der Aktivkohle besetzt sind, wird sie normalerweise ausgebaut, getauscht und aufwändig regeneriert. In FABEKO wird nun daran geforscht, durch eine Umkehrung der an der Aktivkohle angelegten elektrischen Spannung, die Plätze schneller wieder frei spülen zu können. Dies wird Elektrodesorption genannt und kann durchgeführt werden, ohne die Aktivkohle ausbauen zu müssen. So kann Zeit und Material gespart werden.
Details für den technisch begeisterten Leser…
Als Adsorber wird Aktivkohle in Form flächiger, feinfaseriger Vliese eingesetzt, die eine speziell auf PFAS abgestimmte hohe Adsorptionsselektivität aufweisen. Die Optimierung des Aktivkohlematerials mit Blick auf die Adsorptionsselektivität von PFAS in beiden Prozessschritten (Adsorption und Desorption in Gegenwart von Biopolymer), die Kinetik der Prozesse sowie der energieeffiziente und langzeitstabile Betrieb der elektrostimulierten Adsorption konnten erfolgreich im Labormaßstab gezeigt werden. Dazu wurde ein erster Reaktor entwickelt und im Labormaßstab betrieben.
Für die Elektrosorption sind die Eigenschaften der Aktivkohleelektroden besonders wichtig. Die für die Elektroadsorption von PFAS zu verwendende Arbeitselektrode (WE) soll ein AKV sein, welches ein niedriges Potenzial für eine maximale Beladung benötigt. Die Gegenelektrode (CE) sollte im Gegensatz dazu PFAS möglichst wenig adsorbieren. Das ist notwendig, damit die PFAS im Desorptionsschritt nicht von dem kathodisch polarisierten Vlies adsorbiert werden.
Bei Erreichen der Beladungskapazität werden die AKV dann durch Elektrodesorption regeneriert. Neu ist bei der Verwendung der Aktivkohle-Adsorber die potentialgesteuerte Desorption der PFAS in ein Konzentrat geringeren Volumens. Dies konnte für die perfluorierten Tenside PFOA, PFOS und PFBA in Laborversuchen bereits belegt werden.
Ausblick
Im nächsten Schritt sind im Frühjahr 2023 an zwei Pilotstandorten Feldversuche für die Aufreinigung von Papierschlamm- und AFFF-Schäden geplant.
