Filtern
Dokumenttyp
Schlagworte
- Adsorbtion (1)
- Aktivkohle (1)
- Fraktionierte Filtration (1)
- Microplastic (1)
- Mikroplastik (1)
- Mikroplastikreferenzmaterial (1)
- Organic contaminants (1)
- Principal component analysis (1)
- Probennahme (1)
- Proximatanalyse (1)
Organisationseinheit der BAM
Water treatment with activated carbon (AC) is an established method for the removal of organic micropollutants and natu ral organic matter. However, it is not yet possible to predict the removal of individual pollutants. An appropriate material characterization, matching adsorption processes in water, might be the missing piece in the puzzle. To this end, this study examined 25 diferent commercially available ACs to evaluate their material properties. Frequently reported analyses, including N2 adsorption/desorption, CHNS(O), point of zero charge (PZC) analysis, and X-ray photoelectron spectroscopy, were conducted on a selected subset of powdered ACs. Inorganic elements examined using X-ray fuorescence and X-ray difraction spectroscopy revealed that relative elemental contents were distinctive to the individual AC’s raw material and activation procedure. This study also is the frst to use thermogravimetric analysis (TGA) coupled to Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) to conduct quantitative analyses of functional surface oxygen groups (SOGs: carboxylic acid, anhydride, lactone, phenol, carbonyl, and pyrone groups) on such a large number of ACs. The comparably economical TGA method was found to provide good surrogates for the PZC by pyrolytic mass loss up to 600 ◦C (ML600), for the oxygen content by ML1000 and for the carbon content by oxidation. Mass loss profles depict the AC’s chemistry like fngerprints. Furthermore, we found that SOG contents determined by TGA-FTIR covered a wide individual range and depended on the raw material and production process of the AC. TGA and TGA-FTIR might therefore be used to identify the suitability of a particular AC for a variety of target substances in diferent target waters. This can help practitioners to control AC use in waterworks or wastewater treatment plants.
Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein.
Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert.
• Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen.
• Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust.
• Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt
• Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm.
• Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden.
• Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren.
Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden.
Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser.
• In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden.
• Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht.
• Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung.
• In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert.
• Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden.
Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt.
Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt.
The occurrence of small particles consisting of organic polymers, so-called microplastic (MP), in aquatic Environments attracts increasing interest in both public and science. Recent sampling campaigns in surface Waters revealed substantial numbers of particles in the size range from a few micrometers to a few millimeters. In order to validate sample preparation, identification and quantification and to investigate the behavior of MP particles and potential toxic effects on organisms, defined MP model particles are needed. Many studies use spherical compounds that probably behave differently compared to irregularly shaped MP found in environmental samples.
However, preparation and handling of MP particles are challenging tasks and have been systematically investigated in the present study. Polystyrene (PS) as a commonly found polymer with a density slightly above that of water was selected as polymer type for milling and fractionation studies. A cryogenic ball mill proved to be practical and effective to produce particles in the size range from 1 to 200 μm. The yield of small particles increased with increasing pre-cooling and milling durations. Depending on the concentration and the size, PS particles do not completely disperse in water and particles partly creep vertically up along glass walls. Stabilized MP suspensions without use of surfactants that might harm organisms are needed for toxicological studies. The stabilization of PS particle suspensions with ozone treatment reduced the wall effect and increased the number of dispersed PS particles but increased the dissolved organic carbon concentration and changed the size Distribution of the particles.
In diesem Beitrag wird der Einfluss des Aktivkohleprodukts auf die Adsorption von Spurenstoffen aus Kläranlagenablauf gezeigt und diskutiert. Im zweiten Teil wird das Material Aktivkohle analytisch charakterisiert und die Eigenschaften systematisiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden mit Bezug zu Praxislösungen zusammengefasst.