Wie effektiv reduziert die ReNaWa®-Technologie von Acala PFOA und PFBA im Wasser?
PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) sind eine große Gruppe industriell hergestellter Chemikalien. Aufgrund ihrer hohen Stabilität werden sie in der Umwelt nur sehr langsam abgebaut und häufig als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet. Einige PFAS stehen im Zusammenhang mit gesundheitlichen Risiken, weshalb ihre Belastung im Trinkwasser zunehmend in den Fokus rückt.
Für unsere Untersuchung wurden mit PFOA (Perfluoroctansäure) und PFBA (Perfluorbutansäure) zwei unterschiedliche Vertreter der PFAS-Gruppe ausgewählt. PFOA zählt zu den langkettigen, PFBA zu den kurzkettigen PFAS.
Untersucht wurden eine Ausgangsprobe mit erhöhten Konzentrationen von PFOA und PFBA sowie das Wasser nach der Filtration mit der ReNaWa®-Technologie.
Die Messergebnisse zeigen unter den Bedingungen dieser Untersuchung eine deutliche Reduktion beider geprüften PFAS-Verbindungen. Damit belegt die Untersuchung die Filterwirkung gegenüber den konkret getesteten Stoffen PFOA und PFBA.
Wie das Testergebnis zu verstehen ist
In der Untersuchung wurde für PFOA eine Reduktion von 96,75 % und für PFBA eine Reduktion von 95,78 % ermittelt. Die Ausgangskonzentrationen lagen bei 28.000 µg/l PFOA beziehungsweise 90.000 µg/l PFBA.Diese Konzentrationen liegen deutlich über den Werten, die üblicherweise im Trinkwasser vorkommen. Für die Untersuchung wurden Proben mit erhöhten Ausgangskonzentrationen verwendet, damit sich die Veränderung durch die Filtration analytisch eindeutig bestimmen lässt.
Die genannten Reduktionswerte beziehen sich auf die Bedingungen dieser Untersuchung. Sie zeigen, dass die beiden untersuchten PFAS-Verbindungen PFOA und PFBA in den getesteten Proben deutlich reduziert wurden.
Hier kommt die Wissenschaft ins Spiel
Bei der Filtration mit Aktivkohle spielt Adsorption eine zentrale Rolle. Dabei werden die Stoffe nicht einfach wie bei einem Sieb mechanisch zurückgehalten. Vielmehr lagern sich Moleküle an der sehr großen inneren Oberfläche und in den Poren der Aktivkohle an.
Wie stark ein Stoff gebunden wird, hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören die chemischen Eigenschaften des jeweiligen PFAS, seine Konzentration, die Struktur und Porengröße der Aktivkohle, die Kontaktzeit sowie weitere im Wasser vorhandene Stoffe.
Um solche Adsorptionsvorgänge wissenschaftlich zu beschreiben, werden unter anderem die Langmuir- und die Freundlich-Isotherme verwendet. Beide Modelle betrachten den Zusammenhang zwischen der Konzentration eines Stoffes im Wasser und der Menge, die von einem Adsorptionsmaterial aufgenommen wird. Sie setzen dabei jedoch unterschiedliche Schwerpunkte.
Langmuir-Isotherme
Das Langmuir-Modell geht vereinfacht davon aus, dass auf einer Oberfläche eine begrenzte Zahl von Bindungsstellen zur Verfügung steht. Moleküle können diese Plätze besetzen, bis sich die Oberfläche zunehmend einer Sättigung nähert.
Auf Aktivkohle übertragen bedeutet das: Zu Beginn stehen viele freie Bindungsstellen zur Verfügung. Mit zunehmender Beladung werden immer mehr davon besetzt, sodass die verbleibende Aufnahmekapazität nach und nach abnimmt.
Gerade dieser Gedanke ist für einen Filter wichtig: Aktivkohle kann große Mengen bestimmter Stoffe adsorbieren, ihre Kapazität ist aber nicht unbegrenzt.
Auch bei Untersuchungen zur Adsorption von PFAS an Aktivkohle wird das Langmuir-Modell eingesetzt, um das Adsorptionsverhalten und mögliche Kapazitätsgrenzen zu beschreiben.
Freundlich-Isotherme
Die Oberfläche echter Aktivkohle ist jedoch wesentlich komplexer als die idealisierte Oberfläche des Langmuir-Modells. Sie besitzt unterschiedlich große Poren und Bindungsstellen, an denen Stoffe unterschiedlich stark gebunden werden können.
Hier setzt die Freundlich-Isotherme an. Sie beschreibt Adsorption an solchen heterogenen Oberflächen und berücksichtigt damit, dass nicht jede Stelle auf der Aktivkohle die gleichen Eigenschaften besitzt.
Auch dieses Modell wird in der PFAS-Forschung häufig verwendet. Je nach PFAS-Verbindung, Aktivkohle und Versuchsbedingungen können Messdaten eher dem Langmuir-Modell, eher dem Freundlich-Modell oder teilweise beiden Modellen entsprechen.
Beide Modelle helfen somit, das Verhalten von PFAS an Aktivkohle besser zu verstehen. Sie verdeutlichen zugleich, warum Faktoren wie die Eigenschaften des jeweiligen PFAS, die Struktur der Aktivkohle und deren aktuelle Beladung Einfluss auf die Adsorption haben.
