Um Aussagen über die Höhe der bislang mit der Einzelsubstanzanalytik auf bekannte per- und polyfluorierte Verbindungen (PFAS) nicht erfassbaren Gehalte an Organofluor in Böden zu erhalten, wurde in diesem Vorhabens ein Analysenverfahren mit dem Titel EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor) erarbeitet, das unabhängig von der Verfügbarkeit von Analysenstandards von Zielverbindungen ist.
Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche wurden verschiedene Verfahrensvarianten zur Bestimmung des EOF geprüft und ein Verfahren festgelegt. Es basiert auf der zweifachen Extraktion (Ultraschall und Vortexmischen) des Bodens oder eines anderen Feststoffs mit Methanol, gefolgt von einem Clean-up-Schritt zur Entfernung des anorganischen Fluorids aus dem Extrakt. Der verbleibende Organofluorgehalt wird als EOF definiert und durch Verbrennungsanalyse gekoppelt mit der Ionenchromatografie (Combustion Ion Chromatography, CIC) als Fluorid bestimmt. Diese Methode weist eine Bestimmungsgrenze von 50 myg/kg TS auf und ist geeignet, eine Priorisierung von PFAS-belasteten Flächen für weitere Detailuntersuchungen zu treffen.
Der Vergleich der Einzelsubstanzanalytik auf PFAS einschließlich zweier homologer polyfluorierter Phosphatdiester (6:2 und 8:2 diPAP) zeigte, dass in allen Fällen, in denen ein positives Messergebnis für das EOF resultierte, die Summe des Organofluors aus bekannten Einzelverbindungen zum Teil erheblich vom EOF abwich. Der nicht erklärbare Anteil lag in der Mehrzahl der untersuchten Proben in der Größenordnung zwischen etwa 40 % bis zu über 90 %. Dies impliziert die Anwesenheit weiterer, nicht bekannter Organofluorverbindungen. Dabei könnte es sich um sog. Präkursoren, also derzeit mit der Einzelsubstanzanalytik nicht erkannte fluorierte Verbindungen handeln, die im Boden vorhanden sind und zu messbaren perfluorierten Endprodukten abgebaut werden können. Die inzwischen in einigen belasteten Flächen aus dem Raum Baden-Baden/Rastatt nachgewiesenen zwei Vertreter der diPAP zeigen, dass hier zumindest diese Stoffklasse einen bedeutenden Anteil am EOF haben kann, da es noch eine Reihe weiterer Homologe gibt, für die jedoch nur für sehr wenige analytische Standards zur Verfügung stehen. Dass diese Stoffklasse - wenn auch nicht vollständig - mit der erarbeiteten Methode erfasst wird, ergaben Wiederfindungsversuche für eine Auswahl fluorierter Referenzverbindungen. Hiernach wird das organisch gebundene Fluor der untersuchten diPAP und triPAP sowie des diSAmPAP, die als aktive Wirkstoffe in Produkten zur Papierimprägnierung enthalten waren, zu etwa 30 % bis 90 % analytisch erfasst. Diese Fluor-Wiederfindungen wurden in diesem Bericht bei der Ermittlung des nicht erklärbaren EOF-Anteils noch nicht eingerechnet. Berücksichtigt man die Fluor-Wiederfindungen der nachgewiesen diPAP, ergibt sich ein noch etwas größerer Anteil an nicht erklärbarem EOF. (Text gekürzt)
Die Aufgabe des Projekts war es eine Pilotanlage zur Fluoridentfernung aus Grundwasser aufzubauen, zu testen und vor Ort im HAI Institute of Technologie, Moshi, Tansania in Betrieb zu nehmen. Die Anlage nutzt das Prinzip der Nanofiltration und wird komplett autonom mittels Photovoltaik betrieben. Die Anlage wurde erfolgreich aufgebaut und in Betrieb genommen und produziert seit Juli 2015 problemlos täglich etwa 200 L Trinkwasser, welches vollständig den Trinkwasseranforderungen von Tansania genügt. Insbesondere ist der Fluoridgehalt des behandelten Wasser stets < 1 mg/L (Grenzwert: 1,5 mg/L). Der Großteil des Konzentrats der Nanofiltration wird zum Waschen und zur Toilettenspülung genutzt und anschließend über eine Sickergrube entsorgt. Das Personal am HAI Institut wurde für an der Anlage geschult und sorgt für einen problemlosen Betrieb der Pilotanlage.
The aim of the research project is to further develop and compare the acceptability and technical performance of fluoride removal filters and to explore ways of sustainably implementing these in rural Ethiopia. According to estimates of the Ethiopian Ministry of Water Resources more than 14 million people in Ethiopia rely on drinking water contaminated by fluoride in the Rift Valley region. Over 40Prozent of deep and shallow wells are contaminated and concentrations, up to 26 mg/L, are significantly higher than the present international WHO guideline value of 1.5 mg/L. The main source of fluoride are the basaltic rocks in the Rift Valley. Over 80Prozent of children suffer from different degrees of dental fluorosis and skeletal fluorosis is increasing, mainly among older people. The mitigation of this health problem has been hampered mainly by the lack of a suitable, inexpensive removal method. A switch to treated surface waters for drinking is being discussed, but it is accepted that fluoride removal systems for rural communities are required. To date there has been no successful implementation of such a system in Ethiopia. This project aims to combine technical and social research at both Eawag and University of Addis Ababa, including field work together with NGOs to find a solution to the mitigation of fluorosis. Not only the suggested removal techniques but also the inter- and transdisciplinary research approach is innovative. Intensive interaction of engineering and social sciences is indispensable in this project, because even the best technical solution is useless when it is not accepted by the population. This collaborative project also has an important goal of capacity and human resource development in Ethiopia. It aims at strengthening the knowledge and research capacity of the Ethiopian university and the participation of NGOs will consolidate the ties between research and implementation. Furthermore, the results will be applicable not only to Ethiopia but also for other fluorosis-affected developing countries. Two fluoride removal systems that can cope with the elevated fluoride concentrations will be further developed and tested in the field. The first, based on filtration with aluminium (Al) oxide, has been developed in the Chemistry Department of Addis Ababa University. Laboratory tests have shown a very high removal capacity, but still further laboratory and field testing is required. The second filter material is based on a calcium hydroxyapatite, including bone char, that is successfully being developed and currently implemented by the Catholic Diocese of Nakuru (CDN) in Kenya. Preliminary implementation studies with bone char filtration in Ethiopia, carried out by the NGO consortium Swiss Interchurch Aid (HEKS) / Oromo Self-Help Organisation (OSHO) in collaboration with CDN and Eawag have shown that the water composition, the high fluoride concentrations,
The aim of the research project is to optimize the function of a calcium phosphate filter material for implementation in developing countries. It is estimated that more than 200 million people worldwide rely on drinking water with fluoride concentrations exceeding the WHO guideline of 1.5 mg/L. Excess fluoride intake causes different types of fluorosis, primarily dental and skeletal fluorosis, depending on the level and period of exposure. Fluoride is the 13th most abundant element in the earth crust and often has a natural rock-derived origin in groundwater. Fluoride levels appear to be controlled by the precipitation of a calcium fluoride mineral (fluorite). Groundwaters with low dissolved calcium contents appear to have higher fluoride concentrations. For similar reasons alkaline sodic groundwaters in which calcium is not soluble, mainly found in arid climates appear to have elevated fluoride contents. While industrialized countries commonly use activated alumina to remove fluoride from drinking water, fluoride removal is yet uncommon in low and middle-income countries. Insufficient removal efficiency, complicated maintenance and/or unaffordable costs particularly for rural population are the main reasons why implementation in developing countries is still rare. Bone char as a filter media is available and has been implemented on a local scale in different countries such as Kenya, Tanzania, and Thailand. Bone char contains hydroxyapatite, a Ca phosphate mineral. Fluoride is primarily removed by the exchange of the hydroxide ion for fluoride. Filter life can be prolonged by a factor of ten with the addition of dissolved calcium and phosphate ions that precipitate on available hydroxyapatite surfaces. It is desirable to develop apatite-based filter materials that do not depend on bone char, which is difficult to produce and may not be accepted because of ethical reasons in some countries. Preliminary experiments have demonstrated the feasibility of using hydroxyapatite granules instead of bone char. It is proposed to examine the processes that control surface precipitation on hydroxyapatite. In model systems, the surface precipitation rate of fluor/hydroxyapatite with addition of dissolved calcium and phosphate will be examined under neutral to slightly alkaline pH conditions. The influence of silicate, sulphate and carbonate, which are known to be incorporated in apatite minerals, will be studied. The structure of bone char and hydroxyapatite granules will be examined using spectroscopic, microscopic and wet-chemical techniques and the results will be used to interpret column experiments. This work is part of cooperative project with a Kenyan non-governmental organization that is currently the main producer of bone char-based filtration systems in the Rift Valley. . The ultimate aim is to develop a Rift-Valley network of organizations that can produce and maintain fluoride removal filter units.
Fuer kleinere Feuerungsanlagen mit einer Feuerungsleistung zwischen ca 5 und 50 MW ist ein Verfahren zur trockenen Abscheidung von Stickoxiden zu entwickeln, das weitgehend simultan mit der Abscheidung anderer saurer Gasbestandteile (SOx, HCl und HF) sowie der Feststoffabtrennung arbeitet. Die entstehenden Produktionsstoffe sollen nach Moeglichkeit umweltvertraeglich oder marktfaehig, zumindest aber deponiegeeignet sein.