Die Rolle von Aktivkohle bei der Reduzierung von Desinfektionsnebenprodukten im Trinkwasser

Desinfektionsnebenprodukte und natürliche organische Stoffe

Natürliche organische Stoffe sind in allen Süßwasserquellen vorhanden und stammen aus dem Abbau organischer Stoffe wie Algen und Vegetation. Während des Desinfektionsschritts in der Trinkwasseraufbereitung können diese organischen Stoffe mit Chlor, Ozon, Chlordioxid oder anderen Desinfektionsmitteln reagieren und unerwünschte toxische Desinfektionsnebenprodukte (DBPs) bilden. Dazu können sowohl organische Verbindungen wie Trihalomethane (THMs) als auch anorganische Verbindungen wie das Bromat-Ion gehören.

Trihalomethane sind im Wesentlichen ein Nebenprodukt des Wasseraufbereitungsprozesses, bergen jedoch potenzielle Gesundheitsrisiken und sind daher in den Wasserkontrollvorschriften enthalten.

Die aktualisierte Trinkwasserrichtlinie (EU) 2020 (2020/2184) schützt die Qualität des Trinkwassers und ist Teil der Regulierung der Wasserversorgung und -entsorgung in der Europäischen Union.

Die Reduzierung des Gehalts an natürlichen organischen Stoffen oder sogenannten Vorläufern wie Huminsäuren ist eine wirksame Methode, um die Bildung von Trihalomethanen im Endwasser zu verringern. Weniger organischer Gesamtkohlenstoff im Wasser vor dem abschließenden Chlorierungsschritt bedeutet, dass weniger organische Stoffe mit dem Chlor reagieren und somit weniger THMs gebildet werden.

Normalerweise werden die meisten natürlichen organischen Stoffe in den Stufen vor der Chlorierung entfernt, was aber nicht immer der Fall ist. Daher kann ein Medienfilter wie z. B. körnige Aktivkohle verwendet werden, um die organischen Stoffe weiter zu reduzieren.

Grundwasseranwendungen weisen typischerweise einen geringeren organischen Gesamtkohlenstoffgehalt auf als Oberflächenwasser und weisen daher im Allgemeinen geringere DBP-Konzentrationen auf.

Entfernung von Trihalomethanen (THMs)

Trihalomethane entstehen, wenn natürliche organische Stoffe wie Huminsäuren – sogenannte Vorläufer – mit Chlor reagieren, das zur Aufbereitung des Wassers verwendet wird. Die Bromverbindungen entstehen, wenn natürlich im Wasser vorhandenes Bromid mit dem Chlor reagiert. Diese gelten als Umweltschadstoffe, weshalb die THM-Konzentrationen in der öffentlichen Wasserversorgung streng kontrolliert werden.

THMs sind organische Chemikalien, bei denen drei der vier Wasserstoffatome von Methan (CH₄) durch Halogenatome ersetzt sind. Trihalomethane mit allen gleichen Halogenatomen werden als Haloforme bezeichnet.

THMs und Halogenkohlenwasserstoffe weisen eine unterschiedliche Adsorptionsfähigkeit an Aktivkohle auf, von schwach bis stark. Je höher die Chlorsubstitution in einem Molekül ist, desto stärker wird es an Kohlenstoff adsorbiert, da Kohlenstoff-Chlor- oder Kohlenstoff-Brom-Verbindungen besser adsorbiert werden als Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen.

Chloramin-Entfernung

Die Chlorierung von Trinkwasser kann auch zur Bildung von Chloramin-Nebenprodukten im Wasser führen. Diese Verbindungen kommen im Wasser in drei Formen vor: Monochloramin (NH₂Cl, bei pH>7), Dichloramin (NHCl₂, bei pH 4,4-7) oder Trichloramin (NCl₃, bei pH <4,4).

Aufgrund des pH-Bereichs ist Monochloramin am häufigsten. Chloramine, insbesondere Trichloramin, sind hauptsächlich für den größten Teil des „Chlorgeruchs“ von Schwimmbecken verantwortlich und wirken reizend.

In der Vergangenheit war diese Verbindung mit Aktivkohle nur schwer zu entfernen. Die CENTAUR®-Kohle von Chemviron verfügt jedoch sowohl über katalytische als auch über Adsorptionseigenschaften, wodurch CENTAUR® besonders wirksam für die Monochloramin-Entfernung ist. Folglich ist die Entfernung aller Arten von Chloramin machbar und kostengünstig.

Wenn der Wasseraufbereitungsprozess mit DBP-Konzentrationen zu kämpfen hat, kann anstelle von Chlor Chloramin im Desinfektionsschritt verwendet werden. Obwohl Chloramin die Bildung von THMs und HAAs reduziert, bildet es jedoch andere DBPs wie Halo-Nitrile und Halo-Nitromethane.

Halogenessigsäuren (HAAs)

Dies sind die nächst häufigsten halogenierten Verbindungen und gelten als giftiger als THMs, kommen aber normalerweise in geringeren Konzentrationen vor. Sie haben jedoch eine hohe Löslichkeit, wodurch sie weniger leicht an Aktivkohle adsorbiert werden.

Welche Desinfektionsnebenprodukte können mit Aktivkohle entfernt werden?

Aktivkohle in körniger oder pulverförmiger Form ist eine der besten verfügbaren Technologien zur Entfernung einer Vielzahl organischer Schadstoffe aus Trinkwasser.

Körnige Aktivkohle wird auch häufig als zusätzliches Mittel verwendet, um gelöste organische Stoffe aufzufangen, die während der Koagulationsphase der Verarbeitung entgehen können. Diese befinden sich normalerweise in einem Primär- oder Grobfilter mit grobkörnigen Aktivkohletypen, um einen Druckabfall zu vermeiden. Für solche Installationen können bestehende Schnellschwerkraftfilter nachgerüstet werden, um Aktivkohle aufzunehmen. Obwohl diese möglicherweise kurze Kontaktzeiten im leeren Bett haben, verfügen sie möglicherweise dennoch über ausreichende Kapazität, um die organische Belastung zu reduzieren.

Die Adsorption von Schadstoffen an die Kohle wird hauptsächlich durch die Diffusionskinetik bestimmt. Es handelt sich nicht um einen sofortigen Prozess, daher sind eine ausreichende Kontaktzeit und die richtige Aktivkohle erforderlich, um das gewünschte Behandlungsziel zu erreichen.

Einige dieser Substanzen, einschließlich Desinfektionsnebenprodukte, die mit Aktivkohletechnologie effektiv entfernt werden können, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Informationen zu Pestiziden, POPs und der Entfernung von chlorierten organischen Stoffen finden Sie in unserem Artikel.

Informationen zur Geschmacks- und Geruchsentfernung finden Sie in unserem Artikel.

Informationen zu PFAS-Entfernungspestiziden finden Sie in unserem Artikel.

Wie kann Chemviron helfen?

Die wirksamste zu verwendende Kohle kann von der Art der organischen Verunreinigung, der Höhe ihrer Konzentrationen und den beteiligten Gesamtbehandlungsschritten abhängen.

Da jede Wasserquelle anders ist, ist es manchmal angebracht, eine Laboruntersuchung an einer repräsentativen Wasserprobe durchzuführen, um die Wirksamkeit der Aktivkohleanwendung zu beurteilen.

Leistungsbewertung zur Sicherstellung der Auswahl der effektivsten Lösung

Isothermentests zur Bewertung der Entfernung organischer Stoffe mit Aktivkohle können verwendet werden, um den wahrscheinlichen TOC-Abfluss und damit die wahrscheinliche Wirksamkeit von GAK zu bestimmen. Bench-Scale- oder Standort-Pilotversuche werden immer als viel effektiver angesehen, um die wahrscheinliche Kohlenstoffnutzung anzuzeigen. Chemviron kann Sie mit unseren Pilotanlagen unterstützen und beraten, zu denen auch unsere Auswahl an kleineren mobilen Kohlefiltern gehört.

Alternativ ist der Accelerated Column Test (ACT), der von unserem Unternehmen entwickelt wurde, eine verbesserte Technik, die die Geschwindigkeit eines Isothermentests mit der Genauigkeit einer Pilotkolonne kombiniert. Der ACT ist ein Bench-Scale-Verfahren, das ein System im Originalmaßstab simuliert, um Durchbruchtestdaten für die Entfernung organischer Verunreinigungen im Wasser, jedoch in viel kürzerer Zeit, bereitzustellen.

Darüber hinaus verfügt Chemviron über eine umfangreiche Referenzbibliothek mit Leistungsdaten, die zur Bereitstellung einer geeigneten technischen Lösung beitragen.

Aktivkohlen für hohe Leistung

Chemviron bietet eine breite Palette an pulverförmigen und körnigen Aktivkohlen für diese Anwendungen an. Die körnigen FILTRASORB®-Aktivkohlen werden seit vielen Jahren weltweit zur Entfernung von Desinfektionsnebenprodukten und Trihalomethanverbindungen eingesetzt.

FILTRASORB®-Kohlen sind die am weitesten verbreiteten körnigen Aktivkohlen für die Trinkwasseraufbereitung. Dies ist in erster Linie auf ihre ausgezeichnete Adsorptionskapazität, die nachgewiesene Lebensdauer und die hohe Haltbarkeit für mehrere Reaktivierungszyklen zurückzuführen. FILTRASORB®-Aktivkohlen werden aus ausgewählten Sorten von bituminöser Kohle in einem zweistufigen Verfahren hergestellt, bei dem das Produkt vor der Dampfaktivierung erneut agglomeriert wird.

Mit unserer umfassenden Erfahrung in diesem Bereich kann Chemviron mit Ihnen zusammenarbeiten, um Sie bei der Auswahl der geeigneten Kohlen für Ihre spezifische Anwendung zu beraten und sicherzustellen, dass diese effektiv eingesetzt wird. Dies umfasst praktische Unterstützung vor Ort, z. B. beim Rückspülen, das erforderlich ist, um einen gleichmäßigen Durchfluss durch das Bett zu gewährleisten.

Recycling von verbrauchter Kohle und mobile Kohlefilter für Nachhaltigkeit und Kosteneinsparungen

Körnige Aktivkohle, die in Wasserwerken installiert wurde, kann durch thermische Reaktivierung recycelt werden. Die reaktivierte Kohle kann dann an das Wasserwerk zurückgegeben werden, von dem sie gesammelt wurde, und für mehrere weitere Jahre wieder in Betrieb genommen werden. Die thermische Reaktivierung umfasst die Behandlung der verbrauchten Kohle in einem Hochtemperaturofen, in dem die unerwünschten organischen Stoffe auf der Kohle thermisch zerstört werden. Das Recycling von Aktivkohle durch thermische Reaktivierung ist eine nachhaltige und umweltfreundliche Technologie, die alle unsere Ziele zur Minimierung von Abfall und zur Reduzierung der CO₂-Emissionen erfüllt.

Wenn die Anwendung für ein Grundwasser, eine temporäre oder eine Spitzenbehandlung erforderlich ist, sollten Sie die Verwendung von mobilen Kohlefiltern in Betracht ziehen, die zur Miete erhältlich sind. Dies sind Aktivkohlefilter, die vor Ort sowohl als Wasserreinigungsbehälter verwendet als auch zum und vom Standort transportiert werden können, ohne dass ein Kohleaustausch vor Ort erforderlich ist.

Chemviron verfügt über eine Reihe von Einheiten unterschiedlicher Größe und Leistungsfähigkeit, darunter kleinere mobile Kohlefilter, die als Pilotanlagen eingesetzt werden können. Wenn ein mobiler Kohlefilter verwendet wurde, kann die verbrauchte Kohle problemlos im mobilen Kohlefilter zur Verarbeitung an unser Reaktivierungszentrum zurückgegeben werden.

Wenn Sie technische Unterstützung bei der Bewertung der vorgeschlagenen Behandlung, Hilfe bei der Auswahl der Aktivkohle, unserem Reaktivierungsservice, der Nutzung unseres mobilen Kohlefilterservices oder einfach nur eine weitere Beratung benötigen, kontaktieren Sie uns – kontaktieren Sie unser technisches Team.