Aktivkohlefilter

Anlage mit Aktivkohle zur adsorptiven Rückhaltung von Stoffen. Im Bereich Abwasser ist dieses Verfahren insbesondre geeignet für gelöste Stoffe, die sich biologisch entweder sehr schwer oder gar nicht abbauen lassen. Aktivkohlefilter werden sowohl bei der weitergehenden Abwasserbehandlung (dritte Reinigungsstufen) als auch in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt (darüber hinaus auch in der Luftreinigung).

In großtechnischen Anlagen bestehen sie aus mehrere Meter dicken Schichten aus gekörnter Aktivkohle (Körnchen mit etwa 1 bis 3 mm Durchmesser). Im Gebrauch belädt sich die Aktivkohle mit den unerwünschten Wasser- und Luftinhaltsstoffen: Nach einer bestimmten Zeit muss sie aus dem Filterentfernt und regeneriert werden. Geschieht dies nicht rechtzeitig, können die adsorbierten Schadstoffe wieder herausgewaschen werden (man sagt, der Filter "bricht durch"). Dies ist insbesondere kritisch bei Haushalts-Wasserfiltern, die mit Aktivkohlefiltern ausgestattet sind, da deren Beladungs-Zustand nicht - wie etwa im Wasserwerk - regelmäßig analytisch kontrolliert wird. Im Sanierungsbereich werden ganz überwiegend säulenförmige Festbettadsorber eingesetzt. Es handelt sich dabei im wesentlichen um zylindrische Behälter mit einer Aktivkohlefüllung und mit Ein- und Ausgang.

Auslegung eines Aktivkohlefilters

Bei der Auslegung eines Festbettadsorbers ( siehe Festbettreaktor) erfolgt die Dimensionierung des Apparats derart, dass die oft gegenläufigen Einflussfaktoren zu einem möglichst optimalen Kompromiss vereinigt werden. Neben Durchmesser, Höhe und Aktivkohlesorte müssen unter anderem Druckverlust und Kosten berücksichtigt werden.

• Der Durchmesser der Festbettadsorber wird Durch die notwendige Verweilzeit bestimmt. Bei der Wasserreinigung werden wegen der langsameren Diffusion längere Verweilzeiten benötigt. Der Behälter wird i.d.R. so ausgelegt, dass das Wasser eine Filtergeschwindigkeit von 5 - 20 m/h erreicht.
• Die Höhe des Aktivkohlebettes im Adsorber soll möglichst groß sein im Verhältnis zur Dicke der Adsorptionszone, damit die Kohle gut ausgenutzt werden kann. Die Betthöhen liegen in der Praxis meist zwischen 1 und 3 m. Durch hintereinanderschalten von mehreren Filtereinheiten lassen sich höhere Betten simulieren.
• Der Druckverlust in einer Säule wird von der Größe und der Form der Aktivkohle-Partikel beeinflusst. Der Druckverlust in einem Aktivkohlefilter ist wichtig bei der Dimensionierung der Pumpen und Gebläse, denn dem Druckverlust muss mit entsprechendem elektrischen Energieaufwand entgegen gewirkt werden. Dies erzeugt Schadstoffemissionen in den Kraftwerken und beim Betreiber Stromkosten.

Regeneration der Aktivkohle

Ziel der Regeneration einer beladenen Aktivkohle ist die Wieder herstellung der ursprünglichen Adsorptionsleistung. Dies geschieht in der Praxis durch Desorption der Schadstoffe bei erhöhten Temperaturen. Im wesentlichen werden dazu zwei Verfahren angewandt: Durchströmen mit Heißdampf (etwas über 100 °C) oder Reaktivierung bei sehr hohen Temperaturen wie bei der Herstellung.

Die Reaktivierung ähnelt dem Herstellungsprozess der Aktivkohle. Zunächst wird die Kohle getrocknet. Dabei verdampft Wasser und die leichtflüchtigen CKW beginnen zu desorbieren. Einige Stoffe, wie zum Beispiel Huminsäuren, lassen sich nur schlecht desorbieren. Diese werden bei höherer Temperatur pyrolytisch zersetzt. Im Porensystem bleibt bei dieser Zersetzung ein Rückstand zurück, der im Bereich von 400 - 800 °C verkokt wird, d.h. es werden die Wasserstoff- und Sauerstoff-Anteil ausgetrieben. Der zurückbleibende Zersetzungskoks blockiert die Mikroporen. Analog zu der ersten Aktivierung der Kohle bei der Herstellung wird zwischen 900 und 1000 °C dieser Koksrückstand vergast, d.h. in der Reaktion mit Wasserdampf zu CO₂, CO und H₂ umgesetzt. Durch Abrieb geht dabei ein Teil der Aktivkohle verloren. Die Schadstoffe werden letztendlich zu Kohlendioxid, Wasser und Salzsäure verbrannt. Geringe Mengen der Schadstoffe bleiben aber auch hier auf der Kohle zurück.