Forscher der Oxford Brookes University haben eine innovative Methode entwickelt, um eine der hartnäckigsten Umweltbedrohungen der Welt zu bekämpfen – giftige Chemikalien in der globalen Wasserversorgung.
Sie haben eine neue Maschine namens hydrodynamischen Reaktor entwickelt, die Blasen nutzt, die sich aufgrund von Druckänderungen bilden und kollabieren, ein Prozess, der Kavitation genannt wird. Der Reaktor entfernt giftige Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), auch bekannt als „Forever Chemicals“, aus dem Wasser. Das Papier ist veröffentlicht im Zeitschrift für Chemieingenieurwesen.
PFAS-Chemikalien wurden in den 1930er Jahren erfunden und in Convenience-Produkten wie wasserdichter Kleidung, Pizzakartons, antihaftbeschichteten Pfannen und schmutzabweisenden Teppichen verwendet. In den 1970er Jahren wurden Bedenken hinsichtlich der Giftigkeit dieser Chemikalien geäußert und Anfang der 2000er Jahre von Wissenschaftlern bestätigt. Es wurde festgestellt, dass sie ein Gesundheitsrisiko darstellen und weltweit in die Wasservorräte eingedrungen sind. Die Chemikalien werden mit Krankheiten wie Colitis ulcerosa, Schilddrüsenproblemen, erhöhtem Cholesterinspiegel, Leberschäden und Krebs in Verbindung gebracht.
Die Entfernung von PFAS-Chemikalien aus Wasserquellen ist eine globale Herausforderung. Sie gelangen über Industrieabwässer, Deponien mit kontaminierten Produkten, häusliches Abwasser, Abwasser und landwirtschaftliche Abwässer in Wasserquellen.
Professor Iakovos Tzanakis, der sich auf technische Materialien an der Oxford Brookes University spezialisiert und einer der führenden Forscher ist, sagte: „Sobald kontaminiertes Wasser in Flüsse, Seen und Meere gelangt, gelangt es schließlich in unsere öffentlichen Wasservorräte, einschließlich unseres häuslichen Trinkwassers.“ Die Herausforderung bestand darin, einen Weg zur effektiven Wasseraufbereitung zu finden, um PFAS-Chemikalien nachhaltig und in großem Maßstab zu entfernen.“
Im Vereinigten Königreich hat die Royal Society of Chemists eine ins Leben gerufen Kampagne zur Reduzierung den PFAS-Gehalt in unseren Wasservorräten. Die EU plant, den Einsatz von PFAS-Chemikalien mit neuen Vorschriften im Jahr 2024 einzuschränken. In Amerika wurden auch gesetzlich durchsetzbare PFAS-Werte festgelegt, um die öffentliche Sicherheit zu schützen.
Professor Tzanakis sagte: „Bisher waren Methoden zur Entfernung von PFAS aus Wasser kostspielig und zeitaufwändig unter Verwendung von Chemikalien und auf den Labormaßstab beschränkt. Aber Untersuchungen, die ich mit meinem Kollegen Dr. Morteza Ghorbani durchgeführt habe, haben eine mögliche Lösung identifiziert.“
Professor Tzanakis und Dr. Ghorbani, ein Royal Society-Newton Fellow an der Oxford Brookes, arbeiteten bei der Entwicklung mit der Sabanci-Universität (Türkei), dem Haushaltsgerätehersteller Beko (Türkei), dem KTH Royal Institute of Technology (Schweden) und dem schwedischen Umweltforschungsinstitut IVL zusammen und testen Sie den hydrodynamischen Kavitationsreaktor.
Der Reaktor nutzt sich schnell bewegende Flüssigkeit in winzigen Räumen, um viele kleine Blasen zu erzeugen und zum Platzen zu bringen – ein Prozess, der zur Reinigung des Wassers beiträgt.
Professor Tzanakis sagte: „Diese Technologie hat das Potenzial, die Abwasseraufbereitung zu revolutionieren und sie für Gemeinden auf der ganzen Welt sicherer und nachhaltiger zu machen. Die Fortschritte in der grünen hydrodynamischen Kavitation bieten eine skalierbare Alternative zu aktuellen Methoden und überwinden deren Einschränkungen.“
Als der umweltfreundliche und energieeffiziente hydrodynamische Kavitationsreaktor in der schwedischen Kläranlage Hammarby Sjöstad getestet wurde, waren die Ergebnisse weitaus besser als erwartet.
Der Reaktor erreichte eine Abbaurate von fast 36 % von 11 gängigen PFAS-Varianten in nur 30 Minuten und benötigte keine zusätzlichen Chemikalien.
Dr. Ghorbani, der ebenfalls der Sabanci-Universität angehört, sagte: „Die Ergebnisse waren beeindruckend. Wir hatten nicht erwartet, dass in so kurzer Zeit ein solches Ausmaß an PFAS-Verarbeitung erreicht wird. Wir untersuchen jetzt eingehend die grundlegenden Mechanismen der PFAS-Entfernung.“ an der Oxford Brookes University, um den Prozess besser steuern und optimieren zu können.
„Unser nächster Schritt ist die Erweiterung unseres Reaktors, um größere Mengen an PFAS-haltigem Abwasser zu behandeln. Unser Ziel ist es, bis zu 20 Liter Abwasser mit PFAS zu behandeln. Der Reaktor dafür wurde bereits gebaut. Danach ist es unser Ziel, Mengen zu behandeln.“ bis zu 200 Liter in einer Kläranlage in Schweden.
„Unser Ziel ist es, diesen vielversprechenden Ansatz durch die Enthüllung der komplizierten Physik, die die Technologie antreibt, durch den Einsatz verschiedener Reaktoren in verschiedenen Ländern voranzutreiben. Wir möchten sicherstellen, dass diese Technologie in naher Zukunft und gemäß den Vorgaben der EU 2035 für die tatsächliche Abwasserbehandlung bereit ist.“ Strategie, bei der alle PFAS-haltigen Abfälle behandelt werden müssen.“
Weitere Informationen:
Farzad Rokhsar Talabazar et al., Entfernung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) aus Abwasser mithilfe des hydrodynamischen Kavitation-on-a-Chip-Konzepts, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.153573