Wasseraufbereitung - PFAS Analyse und Entfernung

Definition und Wirk-/Funktionsprinzip

PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) sind hochstabile chemische Verbindungen, die in Industrieprozessen und Konsumgütern vorkommen. Typische Quellen sind Industrieabwässer, Löschschäume und beschichtete Produkte. PFAS sind persistent, reichern sich in Böden, Gewässern und Organismen an und bergen erhebliche Umwelt- und Gesundheitsrisiken, darunter Leber- und Schilddrüsenprobleme; einige gelten als krebserzeugend. 

Aufgrund ihrer Stabilität werden sie oft als „Forever Chemicals“ bezeichnet und sind schwer abbaubar. 

Reguliert sind vor allem langkettige Perfluorcarbonsäuren (PFCAs) und Perfluorsulfonsäuren (PFSAs), darunter Perfluoroctansäure (PFOA, C₈HF₁₅O₂), Perfluorononansäure (PFNA, C₉HF₁₇O₂), Perfluordekansäure (PFDA, C₁₀HF₁₉O₂), Perfluoroctansulfonat (PFOS, C₈HF₁₇SO₃⁻) und Perfluorhexansulfonat (PFHxS, C₆HF₁₃SO₃⁻). Auch Ersatzstoffe wie GenX (HFPO-DA, C₆HF₁₁O₃) und kurzkettige PFCAs (PFPeA, PFHxA, PFHpA) werden teilweise überwacht. 

In der EU regelt die REACH-Verordnung Herstellung, Verwendung und Freisetzung bestimmter PFAS; PFOS ist seit 2006 weitgehend verboten. Die Trinkwasserrichtlinie 2020/2184 legt einen Grenzwert von 0,1 µg/L für die Summe aller PFAS fest. Deutschland folgt dieser Regelung in der Trinkwasserverordnung 2023. In den USA hat die EPA Health Advisories für PFOA, PFOS, GenX und PFBS (Perfluorbutansulfonat) veröffentlicht. Viele weitere PFAS sind noch nicht einzeln reguliert, weshalb oft die Summe aller PFAS überwacht wird.

PFAS-Analysen erfordern hochsensitive Methoden, da die Konzentrationen sehr niedrig sind. Die Proben werden gefiltert und über Festphasenextraktion (SPE) angereichert. Standardmethoden sind LC-MS/MS (Goldstandard) sowie HPLC oder GC-MS. Die große Vielfalt der PFAS und Matrixeffekte erschweren die Nachweisgrenzen.

Zur Entfernung aus Wasser werden verschiedene Verfahren eingesetzt:

1. Adsorption: Aktivkohle (GAC/PAC) oder Ionenaustauscherharze binden PFAS, wobei langkettige Substanzen leichter entfernbar sind als kurzkettige. Aktivkohleadsoption kann die Konzentration langkettiger PFAS im Trinkwasser um 80–99 % reduzieren. Ionenaustauscherharze sind besonders wirksam gegen Anionen wie PFOS und PFOA, auch für einige kurzkettige PFAS besser als Aktivkohle.
2. Membrantechniken: Umkehrosmose (RO): entfernt nahezu alle PFAS (>95 %), inklusive kurzkettiger Substanzen, reduziert damit Umweltfreisetzung stark. Nanofiltration teilweise.
3. Chemische Ansätze: Advanced Oxidation Processes (UV/Peroxid) oder Reduktionsverfahren werden experimentell untersucht.Dabei ist teilweise vollständiger Abbau möglich, allerdings sollte das Risiko von Zwischenprodukten beachtet werden.
   Behandelte Materialien wie Aktivkohle oder Harze sowie Konzentratströme aus Membranen müssen sicher entsorgt oder thermisch behandelt werden.