Neues Verfahren filtert Hormone effizient aus Wasser

1. Oktober 2020 | Von Gerald Ondrey

Trinkwasser kann mit Mikroverunreinigungen belastet sein, darunter Steroidhormone, die als medizinische Substanzen und Verhütungsmittel verwendet werden. Auch wenn ihre Konzentration im Abwasser nur wenige Nanogramm pro Liter beträgt, kann bereits diese geringe Menge die menschliche Gesundheit schädigen und sich negativ auf die Umwelt auswirken. Aufgrund der geringen Konzentration und geringen Größe der Moleküle sind Steroidhormone nicht nur schwer zu erkennen, sondern auch schwer zu entfernen – herkömmliche Abwasserbehandlungstechnologien reichen nicht aus.

Um dieses Problem zu lösen, haben Professorin Andrea Iris Schäfer, Leiterin des Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT; Deutschland; www.kit.edu), und ihr Team ein Verfahren entwickelt, das Ultrafiltration (UF) mit kombiniert Aktivkohleadsorption in einem einzigen Filtermedium.

Forscher des IAMT haben dieses Verfahren gemeinsam mit dem Filterhersteller Blücher GmbH (Erkrath, Deutschland; www.bluecher.com) weiterentwickelt und verbessert, während Kollegen vom Institut für Funktionelle Grenzflächen, dem Institut für Angewandte Materialien des KIT und der Karlsruher Nano Micro Facility das Material charakterisierten . Die Studie wurde in der Ausgabe von Water Research vom 15. Oktober veröffentlicht.

Dabei (Grafik) werde Wasser zunächst durch eine semipermeable Membran gepresst, die größere Verunreinigungen und Mikroorganismen eliminiere, erklärt Schäfer. „Dann fließt Wasser durch die Schicht aus Kohlenstoffpartikeln dahinter (die Membran), die die Hormonmoleküle binden.“

Die Wissenschaftler verwendeten modifizierte Kohlenstoffpartikel (polymerbasierte sphärische Aktivkohle; PBSAC). Der Schlüssel bestand darin, den optimalen Durchmesser der Kohlenstoffpartikel zu bestimmen. Mithilfe einer 2 mm dicken Aktivkohleschicht verringerten die Forscher den Partikeldurchmesser von 640 auf 80 µm und konnten so 96 % des im Wasser enthaltenen Östradiols eliminieren. Durch die Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Aktivkohle konnte die Adsorptionskinetik weiter verbessert und eine Abtrenneffizienz von Östradiol von über 99 % erreicht werden. „Die Methode ermöglicht einen hohen Wasserdurchfluss bei niedrigem Druck, ist energieeffizient und trennt viele Moleküle, ohne dass schädliche Nebenprodukte entstehen“, sagt Schäfer. „Mit unserer Technologie können wir den von der Europäischen Kommission vorgeschlagenen Referenzwert von einem Nanogramm Östradiol [dem physiologisch wirksamsten Östrogen] pro Liter Trinkwasser erreichen.“