Mikroforurenende stoffer forurener vandet på verdensplan. Blandt dem er steroidhormoner, der ikke kan elimineres effektivt ved konventionelle processer. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu udviklet et innovativt filtreringssystem, der kombinerer en polymermembran med aktivt kul. Da størrelsen af kulstofpartiklerne er meget lille, er det muligt at nå referenceværdien på 1 nanogram østradiol - det fysiologisk mest effektive østrogen - pr. liter drikkevand foreslået af Europa-Kommissionen. Den forbedrede metode er rapporteret i Water Research.
At forsyne mennesker med rent vand er en af de største udfordringer i det 21. århundrede på verdensplan. Ofte er drikkevand forurenet med mikroforurenende stoffer. Blandt dem er steroidhormoner, der bruges som medicinske stoffer og præventionsmidler. Deres koncentration i en liter vand, som renset spildevand tilføres, er muligvis kun nogle få nanogram, men denne lille mængde kan allerede skade menneskers sundhed og påvirke miljøet. På grund af den lave koncentration og lille størrelse af molekylerne er steroidhormoner ikke kun svære at opdage, men også svære at fjerne. Konventionelle spildevandsbehandlingsteknologier er ikke tilstrækkelige.
Referenceværdi for Europa-Kommissionen er nået
Professor Andrea Iris Schäfer, leder af KIT's Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) og hendes team har nu udviklet en innovativ metode til hurtig og energieffektiv eliminering af steroidhormoner fra spildevand. Deres teknologi kombinerer en polymermembran med aktivt kul. "Først presses vand gennem en semipermeabel membran, der eliminerer større urenheder og mikroorganismer," forklarer Schäfer. "Derefter strømmer vand gennem laget af kulstofpartikler bagved, som binder hormonmolekylerne." Hos IAMT har forskere videreudviklet og forbedret denne proces sammen med filterproducenten Blücher GmbH, Erkrath. Kolleger ved KIT's Institute of Functional Interfaces (IFG), Institute for Applied Materials (IAM) og Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) støttede denne videreudvikling ved at karakterisere materialet. Det rapporterer forskerne i Water Research. "Vores teknologi gør det muligt at nå referenceværdien på 1 nanogram østradiol pr. liter drikkevand foreslået af Europa-Kommissionen," siger professoren i vandprocesteknik.
Partikelstørrelse og iltkoncentration er vigtige
Forskere studerede processerne i det aktive kullag mere detaljeret og brugte modificerede kulstofpartikler (polymerbaseret sfærisk aktivt kul - PBSAC)."Det hele afhænger af diameteren af kulstofpartiklerne," forklarer Matteo Tagliavini fra IAMT. Han er den første forfatter til publikationen. "Jo mindre partikeldiameteren er, jo større er den ydre overflade af det aktive kullag tilgængeligt for adsorption af hormonmolekyler." I et aktivt kullag på 2 mm tykkelse reducerede forskerne partikeldiameteren fra 640 til 80 µm og lykkedes med at fjerne 96 % af østradiolen i vandet. Ved at øge iltkoncentrationen i det aktiverede kul blev adsorptionskinetikken yderligere forbedret, og en separationseffektivitet af østradiol på mere end 99 % blev opnået. "Fremgangsmåden giver mulighed for en høj vandgennemstrømningshastighed ved lavt tryk, er energieffektiv og adskiller mange molekyler uden at producere skadelige biprodukter. Den kan bruges fleksibelt i systemer af varierende størrelse, fra vandhanen til industrianlæg," Schäfer siger.
