Reaktivierung von verbrauchter Aktivkohle zur PFAS-Entfernung

Aktivkohle ist eine Standardtechnologie zur Entfernung von PFAS-Molekülen aus Rohwasser oder Abwasser durch Adsorption, ohne dass potenziell toxische Nebenprodukte entstehen.

Die thermische Reaktivierung, ein etabliertes Hochtemperaturverfahren, mineralisiert die an der Aktivkohle adsorbierten PFAS-Moleküle, um diese persistenten Schadstoffe aus dem Wasserkreislauf zu entfernen. Während dieses Prozesses kann die verbrauchte Aktivkohle zurückgewonnen und somit wiederverwendet werden. Verbrauchte Aktivkohlen, die PFOS, PFOA und andere PFAS enthalten, werden von Chemviron seit über 15 Jahren reaktiviert.

Chemviron verarbeitet die gesättigte Kohle in speziellen thermischen Reaktivierungsöfen bei hoher Temperatur, um die für die Anwendung erforderlichen Aktivitätsgrade der Adsorption wiederzuerlangen und die adsorbierten organischen PFAS-Spezies zu mineralisieren. Diese thermischen Reaktivierungsöfen sind speziell konstruierte Einheiten für diesen Zweck, die die lokalen Umweltanforderungen erfüllen.

Es gibt jedoch einen wesentlichen Unterschied zwischen dem Prozess der Kohlenstoffreaktivierung und dem der Kohlenstoffregeneration, da die Begriffe manchmal synonym verwendet werden.

Aktivkohle-Reaktivierung

Bei der Kohlenstoffreaktivierung wird verbrauchte Kohle in einem Mehretagenofen oder Drehrohrofen reaktiviert, indem die adsorbierten Schadstoffe verflüchtigt und zerstört und die Aktivkohle in eine wiederverwendbare Qualität zurückversetzt wird. Alle verbrauchten Aktivkohlen werden einer Qualitätskontrolle unterzogen, um die richtigen Reaktivierungsbedingungen für diese Arten von gebrauchter Aktivkohle zu ermitteln.  

Die Reaktivierungstemperatur und die Anforderungen an den Durchsatz können je nach den Adsorbatbelastungseigenschaften der verarbeiteten verbrauchten Kohle variieren. Die Temperaturen in industriellen Reaktivierungsöfen liegen im Allgemeinen bei etwa 900-950 °C, ähnlich wie bei Verbrennungsbedingungen, jedoch in einer sauerstoffarmen Umgebung.

Das aktuelle Betriebsverfahren für die Kohlenstoffreaktivierung von mit PFAS beladener Aktivkohle wird regelmäßig überprüft und kann wie folgt zusammengefasst werden:  

  • Die Zerstörung von Adsorbaten auf verbrauchter Aktivkohle ist ein zweistufiger Prozess. Zuerst werden die Adsorbate von der Kohlenstoffoberfläche verflüchtigt oder desorbiert. Einige der desorbierten Schadstoffe werden im Reaktivierungsofen zerstört.
  • Adsorbate, die entfernt und nicht im Ofen zerstört werden, werden durch ein Abgasreinigungssystem geleitet, das aus einem thermischen Oxidationsmittel/Nachbrenner, einem Säuregaswäscher und einem Schlauchfilter besteht. Das Abgasreinigungssystem ist so konzipiert, dass es organische Stoffe mit einem Wirkungsgrad von mindestens 99 % zerstört, Säuregase neutralisiert, die während des Prozesses entstehen, und Partikel auffängt. Die Effizienz und Funktionalität des Abgasreinigungssystems wird durch von der Behörde genehmigte und verifizierte Kaminprüfungen nachgewiesen.  

Unser Reaktivierungsverfahren unterscheidet sich stark von einem „Regenerations“-Verfahren. Die Kohlenstoffregeneration hat nicht die gleichen Temperaturanforderungen wie das Reaktivierungsverfahren von Chemviron und kann mit Dampf oder heißem Stickstoff durchgeführt werden, der selten über 100 °C erreicht. Infolgedessen bleiben Aktivkohlen, die einen Regenerationsprozess durchlaufen haben, teilweise verbraucht und enthalten einige oder potenziell alle ursprünglichen Adsorbate.  

Es gibt eine Reihe von Literaturhinweisen und Daten von Drittanbietern, die die Zerstörung von PFAS bei Temperaturen unterstützen, die unseren Reaktivierungsbedingungen ähnlich sind. Hier sind einige Beispiele als Referenz:  

  • Eine Studie über verbrauchte Kohle, die in der Trinkwasseraufbereitung verwendet wurde und PFAS enthielt, ergab, dass bei Temperaturen über 700 °C in Stickstoff keine PFAS auf der Kohle verblieben. [i] 
  • Eine Reihe von Studien deuten darauf hin, dass PFAS und Fluorpolymere unter Bedingungen, die der Reaktivierung ähnlich sind, wirksam zerstört werden. [ii], [iii]
  • Es hat sich gezeigt, dass PFOA und seine verschiedenen Salze bei Temperaturen von 350 °C vollständig zerstört werden[iv], [v]
  • Es wird berichtet, dass PFOS bei 600 °C vollständig zerstört wird.[vi], [vii]
  • Eine Studie über die thermische Stabilität von PFAS auf verbrauchtem GAC kam zu dem Schluss, dass „…eine wirksame thermische Zerstörung von PFAS während der GAC-Reaktivierung in CO2/N2 oder während der Verbrennung/Verbrennung von mit PFAS beladenen Materialien (z. B. Siedlungsabfälle) sehr wahrscheinlich ist, vorausgesetzt, es werden hohe Temperaturen (≥ 700 °C) verwendet.“ [viii]
  • Es wird berichtet, dass die poröse und Elektronenstruktur der Aktivkohle den Grad der Zersetzung von adsorbierten PFAS während der thermischen Verarbeitung erhöht. [ix]
 

Basierend auf umfangreichen F&E-Arbeiten, die sowohl intern als auch von Dritten durchgeführt wurden, und verschiedenen Literaturhinweisen ist Chemviron zuversichtlich, dass PFAS durch den Reaktivierungsprozess von Chemviron desorbiert und reduziert werden. 

Wenn Sie Fragen oder Bedenken haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren. 

i Watanabe, N., Takemine, S., Yamamoto, K., Haga, Y., Takata, M. Residual organic fluorinated compounds from thermal treatment of PFOA, PFHxA and PFOS adsorbed onto granular activated carbon (GAC). Journal of Material Cycles and Waste Management, 2016, 18:625–630.

ii Yamada, T., Taylor, P. H., Buck, R. C., Kaiser, M. A., Giraud, R. J. Thermal degradation of fluorotelomer treated articles and related materials. Chemosphere, 2005, 61(7), 974 – 984.

iii Lemieux, P. M., Strynar, M., Tabor, D. G., Wood, J., Cooke, M., Rayfield, B., Kariher, P. Emissions of fluorinated compounds from the combustion of carpeting. Proceedings of the 2007 International Conference on Incineration and Thermal Treatment Technologies, Phoenix, AZ.

iv Krusic, P. J., and Roe, D. C. Gas-phase NMR technique for studying the thermolysis of materials: Thermal decomposition of ammonium perfluorooctanoate. Analytical Chemistry, 2004, 76(13), 3800–3803.

v Krusic, P. J., Marchione, A., Roe, D. C. Gas-phase NMR studies of, the thermolysis of perfluorooctanoic acid. Journal of Fluorine Chemistry, 2005, 126(11-12), 1510–1516.

vi Office of Pollution Prevention & Toxics, Docket AR226-1366, ed. Laboratory-Scale Thermal Degradation of Perfluorooctanyl Sulfonate and Related Substances. Washington DC: US Environmental Protection Agency, 2003, 13.

vii Office of Pollution Prevention & Toxics, Docket AR226-1367, ed. Final Report: Laboratory-Scale Thermal Degradation of Perfluoro-Octanyl Sulfonate and Related Substances. Washington DC: US Environmental Protection Agency, 2003, 142.

viii Xiao, F., Sasi, P. C., Yao, B., Kubatova, A., Golovko, S. A., Golovko, M. Y., Soli, D. Thermal stability and decomposition of perfluoroalkyl substances on spent granular activated carbon. Environmental Science & Technology Letters, 2020, 7, 343-350.

ix Baghirzade B.S., Zhang y., Reuther J.F., Saleh N.B. Venkatesan A.K., Apul O. G. Thermal regeneration of spent granular activated carbon to break the forever PFAS Cycle. Environmental Science & Technology, 2021, 55, 9, 5608 – 5619.

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