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Adsorption: Was ist das?
Das Wort „Absorbieren“ bzw. „Absorption“ kennen die meisten. Aber Adsorption, mit d statt b? Keine Sorge, wenn Sie hier passen müssen. Wir erklären Ihnen, was es mit dem Begriff auf sich hat und wo er Verwendung findet.
Inhaltsverzeichnis
Der Begriff „Adsorption“ geht auf das lateinische Wort „adsorbere“ zurück, was „ansaugen“ oder „an sich ziehen“ bedeutet. Von Adsorption spricht man, wenn Gase oder gelöste Stoffe an der Oberfläche eines festen Stoffes haften bleiben und sich dort anlagern. Dieser Vorgang beruht übrigens einzig und allein auf physikalischen Kräften, nicht etwa auf chemischen Vorgängen, also der Verbindung zweier Stoffe. Grundsätzlich adsorbiert eine Oberfläche umso besser, je poröser und größer sie ist. Eines der am häufigsten benutzten Mittel zur Adsorption ist Aktivkohle, um damit Wasser zu reinigen. Was Aktivkohle ist und inwiefern sie bei adsorptiven Verfahren hilft, erläutern wir gleich.
Interessant zu wissen: Es gibt auch das Phänomen der chemischen Adsorption, die sogenannte Chemisorption, bei der es zu einer chemischen Bindung zwischen adsorbierter Substanz und Oberfläche kommt. Von dieser soll hier aber nicht die Rede sein.
Bei Adsorptionsverfahren werden hauptsächlich unpolare organische Substanzen aus dem Wasser entfernt oder besser gesagt durch Aktivkohlefilter aufgenommen. Im Unterschied dazu entfernt man anorganische Materialien, Salze bzw. geladene Teilchen mit einem Ionenaustauscher (z. B. Kationenaustauscher) oder Vollentsalzer aus dem Wasser.
Adsorption: Der Unterschied zu anderen chemischen Verfahren der Wasseraufbereitung
Genauso wie oftmals Adsorption und Absorption verwechselt werden, liest man immer mal wieder von Adsorption im Zusammenhang mit gereinigtem bzw. vollentsalztem Wasser (VE-Wasser), das mittels Ionenaustausch oder Umkehrosmose behandelt wird. Dieser thematische Bezug ist jedoch falsch! Bei Adsorption geht es um das Entfernen ungeladener Teilchen (organische Stoffe). Im Gegensatz dazu funktioniert Vollentsalzung nach dem Austauschprinzip geladener Ionen (anorganische Stoffe). Das geschieht entweder durch einen Vollentsalzer oder mittels einer Umkehrosmose. Mit Vollentsalzer-Anlagen lässt sich Leitungswasser, das unerwünschte Salze (Magnesium, Kalzium, Chlorid, Sulfate) enthält, in entmineralisiertes bzw. vollentsalztes Wasser aufbereiten. Vollentsalzer funktionieren auf der Basis eines lonenaustauschverfahrens, wobei sowohl die negativ geladenen Anionen als auch die positiv geladenen Kationen der Salze, die im Wasser enthalten sind, gegen Wasserstoff- (H+) und Hydroxid(OH-)-Ionen ausgetauscht werden. Bei der Umkehrosmose wird Rohwasser mit hohem Druck gegen eine halbdurchlässige Membran gepresst, die Wasser hindurchlässt, Unreinheiten und Salze jedoch nicht. Als Resultat sammelt sich auf der einen Seite der Membran sauberes Wasser (Permeat genannt) und auf der anderen Seite die aufkonzentrierten Verunreinigungen.
Sie erhalten bei GROSS Wassertechnik sowohl Mischbett-Vollentsalzer und Ionenaustauscher als auch Umkehrosmoseanlagen für den gewerblichen und industriellen Gebrauch.
Wo wird Adsorption im Alltag gebraucht?
Adsorption kommt in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens zum Einsatz. Vor allem wird sie zur Reinigung von Flüssigkeiten und Gasen genutzt. So adsorbieren beispielsweise Zigarettenfilter schädliche Stoffe, die im Tabakrauch enthalten sind, und Dunstabzugshauben filtern schlechte Gerüche. Ganz besonders wichtig ist die Adsorption, um Wasser aufzubereiten; dazu werden bei der Trinkwasseraufbereitung sowie Abwasserbehandlung unter anderem Aktivkohlefilter eingesetzt.
Adsorption bei der Trinkwasseraufbereitung
Die Adsorption wird genutzt, um herkömmlichem Leitungswasser sämtliche organische Substanzen (ungeladene Teilchen) zu entziehen. Das Verfahren der Adsorption wird innerhalb der Trinkwasseraufbereitung mittels Filtration mit Aktivkohle angewendet. Durch den Aktivkohlefilter werden geruchs- und geschmacksstörende Stoffe sowie Bakterien und Keime aufgenommen.
Adsorption stellt aber lediglich eine Stufe bei der Aufbereitung von Trinkwasser dar. Grund- bzw. Oberflächenwässer enthält eine Vielzahl an natürlichen anorganischen und organischen Stoffen (sie sind teilweise auch industriell bedingt mit Schadstoffen belastet), die durch mehrere miteinander kombinierte Verfahren aufbereitet werden. Neben der Adsorption sind folgende Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung relevant:
- Entsäuerung (Entfernen von überschüssigem CO₂),
- Entkarbonisierung (Entfernen von überschüssigem Kalk),
- Enteisenung (Entfernung von Eisen),
- Entmanganung (Entfernung von Mangan),
- Desinfektion (zur Gewährleistung der Keimfreiheit bis zum Haushalt),
- sowie Flockung, Filtration, Membranverfahren und Ionenaustausch.
Adsorption und Abwasserbehandlung
Hierbei ist „adsorptive Abwasserreinigung“ das Stichwort. Mittels Adsorption werden aus dem Abwasser organische Verunreinigungen entfernt: Dazu gehören Farbstoffe, biologisch schwer bzw. nicht abbaubare Bakterientoxine, Medikamenten- sowie Hormonrückstände und auch halogenierte Kohlenwasserstoffe (AOX). Vor allem bei der Reinigung von Deponiesickerwasser, bei der Behandlung von Abwässern in der Metall- und Textilindustrie sowie bei kommunalen Kläranlagen kommt das physikalische Verfahren der adsorptiven Abwasserreinigung zum Einsatz. Zum Grundverständnis kann man sich Adsorption innerhalb der Abwasserbehandlung am Beispiel einer Kläranlage wie folgt vorstellen:
- Zunächst wird das Abwasser in der ersten Stufe mittels mechanischer Verfahren vorbehandelt.
- In der zweiten Reinigungsstufe, der biologischen Stufe, werden über 95 Prozent der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe abgebaut. Genauer gesagt werden dabei organische Verbindungen durch Mikroorganismen abgebaut und zudem Ammonium in Nitrat und anschließend in normalen Luft-Stickstoff umgewandelt.
- Anschließend folgt die chemische Behandlung durch Fällung und Flockung. Zum Einsatz kommen dafür entweder Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat. Somit dient die dritte Stufe dem Ziel, Phosphat aus dem Wasser zu entfernen und einer Eutrophierung der Gewässer vorzubeugen.
- Innerhalb der vierten Reinigungsstufe kommen chemisch-physikalische Verfahren zum Einsatz. Diese letzte Stufe ist meist der Moment, in dem das vorbehandelte Wasser adsorptiv gereinigt wird, sprich schwer abbaubare organische Inhaltsstoffe bzw. Rückstände (z. B. Röntgenkontrastmittel oder Medikamentenrückstände) mittels Aktivkohle entfernt werden. Wird das Verfahren der Adsorption am Ende einer Abwasserreinigung eingesetzt, ist es besonders effizient und effektiv, da nur noch ein sehr kleiner Anteil an organischen Verunreinigungen im Wasser enthalten ist. Der Großteil wurde zuvor bereits in der biologischen Stufe von Mikroorganismen abgebaut und in CO2 umgewandelt. Dasselbe Prinzip wird im Übrigen bei Adsorption biologisch resistenter Reaktivfarbstoffe aus der Textilindustrie genutzt.
Zudem machen sich folgende Branchen das Prinzip der Adsorption zu Nutze:
Aquaristik
Da jede Fischart nur in einer speziellen Wasserzusammensetzung überleben kann, ist es in der Aquaristik entscheidend, ihr genau dieses Wasser zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise geht es darum, ob es sich um Süßwasser- oder Salzwasserfische handelt, und entsprechend darum, den Salzgehalt (Härtegrad) des Wassers korrekt zu kalibrieren. Ebenso nutzt man Aktivkohlefilter sowie destilliertes Wasser in der Aquaristik. Aktivkohle dient als Filtermedium im Aquarienfilter und hat die Aufgabe, organische Verbindungen wie etwa unerwünschte Gerbstoffe aus dem Aquariumswasser zu filtern.
Galvanik
Adsorption mittels Aktivkohlefiltration wird in Galvaniken eingesetzt. Galvanisieren ist ein elektrochemisches Verfahren zur Veredelung von Werkstoffen, bei dem Bauteile in spezielle Abscheidungsbäder (Elektrolyte) eingetaucht werden. Nach diesem Prozess muss das Bauteil jedoch von überschüssigen Elektrolyten befreit werden (um Verschleppung zu vermeiden), indem es in mehrere Spülbäder eingetaucht wird. Das dafür benötigte Spülwasser muss vollentsalzt und tensidfrei sein, sodass sich keine Flecken auf den Bauteilen bilden. Mittels Adsorption können organische Verunreinigungen sowie Tensid-Rückstände aus dem Spülwasser entfernt werden.
Medizin
Bei der Herstellung von Medizinprodukten wird für die Reinigung und Desinfektion gereinigtes Wasser mit besonders hohen Anforderungen benötigt. Sogenanntes Reinstwasser enthält keinerlei Mineralien mehr und hat eine besonders niedrige Leitfähigkeit, außerdem ist es keimfrei und steril. Es wird gewonnen, indem Wasser mittels verschiedener Verfahren und in einem Kreislauf sämtliche Schadstoffe, Partikel und Ionen entzogen werden. Dafür eignen sich Techniken wie zum Beispiel Umkehrosmose, Ionenaustausch und UV-Strahlung – und eben auch das physikalische Verfahren der Aktivkohlefiltration.
Die Wirkungsweise von Aktivkohle
Der Einsatz von Aktivkohle ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden, um via Adsorption Wasser aufzubereiten und von organischen Schadstoffen und Gerüchen zu befreien. Dabei werden die jeweiligen Substanzen von der Aktivkohle aufgenommen und reichern sich in der Kohlenstoffoberfläche an. Aktivkohle wird beispielsweise genutzt für
- die Teil-Reinigung von verschmutztem Grundwasser (z. B. Entfernung von Schwermetallen),
- die Feinreinigung von Abwasser bei Kläranlagen und
- die Entchlorung von Prozesswasser.
Was genau ist Aktivkohle?
Bei Aktivkohle handelt es sich um einen feinkörnigen, porösen Kohlenstoff, der eine große innere Oberfläche hat. Aktivkohle wird entweder als Pulver eingesetzt, in granulierter, gestifteter Form oder gepresst in Form von Tabletten. Sie wird auch als A-Kohle oder medizinische Kohle bezeichnet. Aktivkohle zur Wasseraufbereitung ist als Aktivkohleaustauscher und Aktivkohlefilter erhältlich.
Unglaublich, aber wahr: Die Oberfläche von 1 Gramm Aktivkohle beträgt ganze 500 bis 2.000 Quadratmeter! Schon wenige Gramm Aktivkohle entsprechen also der Fläche eines Fußballfelds.
Beachten Sie allerdings, dass Aktivkohle geladene Teilchen (Ionen) kaum beeinflussen kann. Möchten Sie per Adsorption Wasser von diesen befreien und gegen Natrium ersetzen, greifen Sie stattdessen zu einer Enthärtungsanlage, die wie bereits erwähnt auf Basis eines Ionenaustauschers funktioniert. Möchten Sie darüber hinaus vollentsalztes Wasser haben, ist ein Vollentsalzer bzw. Mischbettaustauscher die richtige Wahl.
Diese Vorteile haben Aktivkohlefilter im Haushalt
Grundsätzlich ist das aufbereitete Wasser sehr sauber und frei von gefährlichen Stoffen, wenn es vom Wasserwerk zu den jeweiligen Haushalten fließt. Die in der Trinkwasserverordnung zugelassenen Grenzwerte für das Trinkwasser sind sehr hoch. Es kann jedoch sein, dass sich auf dem Weg vom Wasserwerk zum eigenen Wasserhahn Verunreinigungen aus älteren Wasserleitungen bzw. der öffentlichen Wasserleitung lösen und somit ins Trinkwasser gelangen. Durch Adsorption von Wasser mittels Aktivkohle lassen sich etwaige Verunreinigungen im Trinkwasser wie Blei, Medikamentenrückstände oder Rückstände von Pestiziden filtern. Mit Wasser-Adsorption filtern Sie Ihr Trinkwasser unkompliziert, bevor Sie es trinken, und tun so etwas, um Ihre Gesundheit zu erhalten, da sich solche Verunreinigungen bereits in geringen Mengen gesundheitlich negativ auf Sie auswirken.
Wie lange kann man einen Aktivkohleaustauscher bzw. Aktivkohlefilter nutzen?
Wie lange ein Aktivkohleaustauscher bzw. Aktivkohlefilter im Einsatz bleiben kann, ist abhängig vom jeweiligen Wasser bzw. Abwasser: Handelt es sich um stark belastetes Industriewasser, ist der Zeitraum deutlich geringer, als wenn es um die Aufbereitung von Trinkwasser geht, zum Beispiel für die Nutzung in einem Aquarium. Wollen Sie es ganz genau wissen, kommen Sie nicht darum herum, das Wasser im Ablauf des Austauschers einer Wasseranalyse zu unterziehen. Grundsätzlich gilt allerdings: Die Austauscher bzw. Filter sollten spätestens nach einem halben Jahr ausgetauscht werden, um zu verhindern, dass sich Keime auf der Aktivkohle bilden. Zudem ist die Aktivkohle nach einer gewissen Zeit vollständig beladen, d. h. sie kann keine Substanzen mehr aufnehmen. Manche Arten Aktivkohle können zum Zwecke der Wasser-Adsorption gewaschen oder erhitzt werden und regenerieren dadurch ihre Aufnahmefähigkeit. Wir raten Ihnen jedoch dazu, Aktivkohle für den privaten Gebrauch nicht selbst zu regenerieren.
Jedoch beraten wir Sie gern, wie Sie Aktivkohle länger nutzbar machen können. Wir freuen uns auf Ihre Nachricht.
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