Die zunehmende Verbreitung von Kunststoffen in der aquatischen und terrestrischen Umwelt gibt Anlass zur Sorge, da über daraus resultierende öko- und humantoxikologische Gefahren nur wenig bekannt ist; sie sind Gegenstand wissenschaftlicher Studien. Aufgrund der hohen Persistenz von Kunststoffen in der Umwelt ist von einer weiter fortschreitenden Akkumulation auszugehen.

Vor diesem Hintergrund wurde am wfk – Cleaning Technology Institute e.V. in Kooperation mit dem TFI – Institut für Bodensysteme an der RWTH Aachen e.V. ein dielektrophoretischer Filter zur Entfernung von Mikroplastik aus industriellen Prozess- und Abwässern entwickelt.

Bei der dielektrophoretischen Filtration werden die Partikel in sog. „Feldkäfigen“ gefangen, die durch Wechselwirkungen eines homogenen elektrischen Felds mit dem Filtermedium (nicht ideales Dielektrikum) erzeugt werden; somit können die Strömungskanäle im Filtermedium um ein Vielfaches größer sein als die abzutrennenden Partikel. Folglich sind dielektrophoretische Filter weniger von Fouling betroffen.

Als Filtermedium wurden spezielle textile Strukturen, sog. „Tuftingstrukturen“, entwickelt, die aus elektrisch leitenden Garnen (Elektroden) und dazwischen eingebrachten nicht-leitenden Garnen bestehen. Die leitenden Garne erzeugen das elektrische Feld, das von den nicht-leitenden Garnen gestört wird. Dies führt zur Ausbildung der „Feldkäfige“, in denen die Partikel gefangen werden.

Zunächst wurde der Einfluss der Konstruktionsparameter (Elektrodenabstände, verwendete Materialien etc.) und der Partikeleigenschaften (Größe, Ladung) sowie der Betriebs- und Feldparameter (z.B. Massenstrom, Frequenz, Spannung) auf die Partikelrückhaltung simulativ analysiert.

Basierend auf den Ergebnissen wurden spezielle Filtermuster entwickelt, anhand derer die Simulationsergebnisse überprüft wurden. Dabei zeigte sich, dass die Partikelrückhaltung nicht ausschließlich in Feldkäfigen erfolgte, sondern auch durch herkömmliche Filtrationseffekte (z.B. Adsorption an Garnfilamenten, Siebeffekte).

Bei mehrfacher Filternutzung nahm der Abscheidegrad ab; ein Einfluss von Foulingbildnern auf die Partikelrückhaltung wurde nicht beobachtet. Eine Filterregeneration war sowohl durch Spülen mit Wasser als auch durch mechanische Krafteinwirkung (Vibration) nach Trocknung des Filtermusters möglich.

Bei Filtration einer Grundreinigerflotte (bei Grundreinigung elastischer Bodenbeläge anfallendes Abwasser) sowie einer Spülflotte aus der Textilaufbereitung (Prozesswasser) ließ sich die Partikelrückhaltung im Filtermuster durch das elektrische Feld deutlich steigern. Ferner wurden Verfahrensempfehlungen und ein Konzept für ein Filtermodul erarbeitet.

Der Forschungsbericht ist auf Anfrage bei FRT erhältlich.