DE4320003A1 - Verfahren zur Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem Eisenhydroxid bei der Wasserreinigung - Google Patents
Verfahren zur Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem Eisenhydroxid bei der WasserreinigungInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von gelöstem
anorganischem Arsen, insbesondere in der fünfwertigen Form, durch Adsorption an zuvor
hergestelltem Eisen-III-Hydroxid in feindisperser oder granulierter Form, welches nach
Erschöpfung der Kapazität entweder ausgespült und entsorgt oder chemisch regeneriert wird.
Arsen kann als natürlicher oder anthropogen bedingter Schadstoff die Nutzung von Wässern für
Trink- und Brauchzwecke, als Mineral-, Heil- oder Badewasser oder die Ableitung industrieller
oder gewerblicher Abwässer beeinträchtigen. In diesen Wässern tritt Arsen üblicherweise in 2
Redoxstufen als As(III) und As(V) auf, wobei nach dem Stand der Technik nur das fünfwertige
Arsen mit unterschiedlichen Verfahren effektiv entfernt werden kann [1]. As(III) muß zuvor zu
As(V) oxidiert werden.
Als geeignetes Verfahren zur Arsenentfernung kann die Fällung mit Eisen-III-Salzen,
Aluminiumsalzen und mit Calciumhydroxid ("gelöschter Kalk") verwendet werden [1] [2], wobei
dem zulaufenden Wasser kontinuierlich diese Chemikalien sowie evtl. saure oder basische Stoffe
zur pH-Werteinstellung zugegeben werden. Die Fällungsprodukte müssen anschließend einer
Flockung unterworfen werden, wobei je nach Verfahrensart noch polymere Flockungshilfsmittel
zur verbesserten Flockenbildung zudosiert werden. Die Abtrennung der Flocken und Feststoffe
erfolgt entweder über Sedimentation und Filtration, Flotation und Filtration oder über Filtration
allein. Die anfallenden Schlämme sind mit Arsen angereichert und müssen daher sicher entsorgt
werden.
Ein weiteres technisch angewandtes Verfahren ist die Adsorption an kommerziell erhältlichen
granulierten aktivierten Aluminiumoxiden ("Aktivtonerde") in Festbettadsorbern [3], wobei nach
Durchbruch des Arsens die chemische Regeneration erfolgt, die zu einer arsenhaltigen Ablauge
führt. Die Nachteile dieses Verfahrens betreffen die bei ungünstigen Rohwasserqualitäten kurzen
erreichbaren Beladungszeiten bzw. spezifischen Durchsätze (Bettvolumina), die mögliche
Schädigung des aktivierten Aluminiumoxids, verbunden mit Kapazitätsverlusten und die
problematische Entsorgung und Behandlung des alkalischen Regenerats.
Zur Arsenentfernung ist weiterhin die Membrantechnik der Umkehrosmose einsetzbar, wobei eine
Trennung des Wassers in einen Permeatstrom (ohne oder mit Spuren Arsen) und einen
Konzentratstrom (angereichert mit Arsen) erfolgt [2]. Die Abtrennung des Arsens aus dem
Konzentratstrom kann, wie bereits beschrieben, mittels Fällung oder Adsorption erfolgen. Beide
Membranverfahren eignen sich damit auch zur Vorkonzentration des Arsens, um den
Volumenstrom zur eigentlichen Arsenentfernung zu vermindern.
Die beschriebenen Arsenentfernungsverfahren weisen einige Nachteile auf, insbesondere
hinsichtlich eines höheren verfahrenstechnischen Aufwands und des Chemikalienbedarfs mit
Dosier- und Lageranlagen.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur möglichst selektiven
adsorptiven Abtrennung des Arsens, insbesondere des As(V), zu finden, bei dem durch
betreuungsarme Betriebsweise, dem geringeren Gesamtaufwand an Chemikalien und bei den
Entsorgungsproblemen für arsenhaltige Rückstände Verbesserungen erzielt werden.
Diese Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß festes Eisen-III-Hydroxid hergestellt und in
suspendierter oder granulierter Form in Suspensionsreaktoren oder Festbettadsorbern eingesetzt
wird, wobei das zuvor ggf. oxidierte Rohwasser (falls AS(III) vorkommt) in ausreichend langen
Kontakt mit diesem Eisen-III-Hydroxid gebracht wird.
Das Eisen-III-Hydroxid läßt sich auf folgende Weise herstellen bzw. gewinnen
- 1. Als Suspension: Fe3+ + 3 OH- → Fe(OH)₃Zu einer sauren Fe3+-Salzlösung (FeCl₃, Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO₄)₃ oder andere Fe3+-Salze) wird entsprechend der Stöchiometrie der obigen Reaktion Lauge (NaOH, KOH od. ä.) zugegeben, bis der pH-Wert bei 6-8 stabil bleibt und Fe(OH)₃ quanitativ gefällt ist. Die Suspension wird gewaschen und steht dann für die Konditionierung von Festbettreaktionsfiltern zur Verfügung.
- 2. Als granuliertes Material:
Herstellung einer Suspension wie unter 1. beschrieben, die nach dem Waschen durch Zentrifugation in ein Hydroxidgel überführt wird. Durch Gefrierkonditionierung bei Temperaturen unter -5°C wird dieses Gel in ein granuliertes Material überführt, das direkt in Festbettreaktionsfiltern eingesetzt werden kann.
Die feinen, suspendierten Eisen-III-Hydroxidprodukte können zur Arsenentfernung eingesetzt
werden, wenn sie vor dem Einsatz in Festbettfiltern, gefüllt mit gekörntem Material oder anderen
Trägern hoher äußerer oder innerer Porosität, eingebracht werden. Hierzu wird die Eisen-III-
Hydroxidsuspension durch Kreislaufführung in das Festbettfilter eingetragen und dort
abgeschieden, wobei möglichst hohe Beladungen zu erreichen sind. Anschließend wird das
arsenhaltige Rohwasser durchgesetzt und das Arsen über die Anlagerung an das Eisen-III-
Hydroxid entfernt. Nachdem die Adsorptionskapazität erschöpft ist, wird das Eisen-III-Hydroxid
mechanisch über Spülung mit Luft und Wasser entfernt, entweder weiter behandelt und als
Schlamm entsorgt oder einer chemischen Regeneration unterworfen, damit es wiederverwendet
werden kann.
Granuliertes Eisen-III-Hydroxid läßt sich als Adsorbermaterial in einen Festbettreaktor einfüllen
und zur Arsenentfernung verwenden. Nach der Ausnutzung der Kapazität wird es im Filterbehälter
oder extern nach dem Herausnehmen chemisch mit NaOH-Lösung regeneriert und kann für den
nächsten Beladugnszyklus eingesetzt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik handelt es sich bei dem beschriebenen Verfahren um eine
Verbesserung, weil die Adsorptionskapazitäten der hergestellten Eisen-III-Hydroxide für
Arsen(V) wesentlich höher und damit die Beladungszyklen länger sind, verglichen mit den
aktivierten Aluminiumoxiden. Diese Tatsache wirkt sich besonders günstig aus, wenn pH-Werte
über 7 und wenn konkurrierende Stoffe, wie Phosphat, im Rohwasser vorliegen. Bei der
chemischen Regeneration mit Lauge ist weiterhin die geringe Löslichkeit gegenüber dem
aktivierten Aluminiumoxid (das zu Aluminat Al(OH)₄- aufgelöst wird) von Vorteil. Eine
Schädigung des Adsorptionsmaterials tritt damit kaum ein und es können höher konzentrierte
Laugen verwendet werden, die eine weitgehende Regeneration bei minimiertem Regeneratvolumen
bewirken. Die Nachbehandlung der Regenerate wird damit günstiger durchzuführen sein.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels und der schematischen
Zeichnung noch näher erläutert.
In Fig. 1 bedeuten:
(1) Brunnen zur Trinkwasserversorgung,
(2) Pumpe,
(3) Festbettreaktionsfilter,
(4) Entnahmestelle.
(1) Brunnen zur Trinkwasserversorgung,
(2) Pumpe,
(3) Festbettreaktionsfilter,
(4) Entnahmestelle.
Das aus dem Brunnen (1) mit der Pumpe (2) geförderte Wasser enthielt im Mittel 0,096 mg/l
As(V) und hatte einen pH-Wert von 7,8. Es durchfloß ein Festbettreaktionsfilter (3) mit
granuliertem, gefrierkonditionierten Eisen(III)-Hydroxid mit einer konstanten
Filtergeschwindigkeit von 4,8 m/h. Dieser Filter hatte eine Füllhöhe von 0,9 m. Die
Arsenkonzentration des behandelten Wassers an der Entnahmestelle (4) wurde regelmäßig
analysiert.
Ergebnis:
Nach 7800 Bettvolumina wurden 0,003 mg/l Arsen im Ablauf des Filters gemessen. Der ab 1996 gültige Arsengrenzwert von 0,01 mg/l wurde nach 13 600 Bettvolumina überschritten. Dies entsprach einer Betriebszeit des Filters von 102 Tagen.
Nach 7800 Bettvolumina wurden 0,003 mg/l Arsen im Ablauf des Filters gemessen. Der ab 1996 gültige Arsengrenzwert von 0,01 mg/l wurde nach 13 600 Bettvolumina überschritten. Dies entsprach einer Betriebszeit des Filters von 102 Tagen.
Zitierte Literatur:
[1] SORG, T. J. und LOGSDON, G. S.: Treatment Technology to Meet the Interim Primary Drinking Water Regulations for Inorganics, Part 2. Journal Amer. Water Works Association 70, 379-393, 1978.
[2] JEKEL, M. und van DYCK-JEKEL, H.: Spezifische Entfernung von anorganischen Spurenstoffen bei der Trinkwasseraufbereitung. DVGW-Schriftenreihe Wasser Nr. 62, Eschborn 1989.
[3] RUBEL, F. und HATHAWAY, S. W.: Pilot Study for Removal of Arsenic from Drinking Water at the Fallon, Nevada, Naval Air Station. US-EPA/600/S2-85/094, Cincinnati 1985.
[1] SORG, T. J. und LOGSDON, G. S.: Treatment Technology to Meet the Interim Primary Drinking Water Regulations for Inorganics, Part 2. Journal Amer. Water Works Association 70, 379-393, 1978.
[2] JEKEL, M. und van DYCK-JEKEL, H.: Spezifische Entfernung von anorganischen Spurenstoffen bei der Trinkwasseraufbereitung. DVGW-Schriftenreihe Wasser Nr. 62, Eschborn 1989.
[3] RUBEL, F. und HATHAWAY, S. W.: Pilot Study for Removal of Arsenic from Drinking Water at the Fallon, Nevada, Naval Air Station. US-EPA/600/S2-85/094, Cincinnati 1985.
Claims (2)
1. Verfahren zur adsorptiven Entfernung von gelösten Arsenaten bei der Trink- und
Brauchwasseraufbereitung, bei der Aufbereitung von Mineral-, Heil- und Badewässern sowie
bei der Reinigung industrieller und gewerblicher Abwässer,
dadurch gekennzeichnet,
daß Eisen-III-Hydroxid (Fe(OH)₃) hergestellt und als festes Adsorptionsmittel eingesetzt wird,
wobei das aufzubereitende Rohwasser in Suspensionsreaktoren oder Festbettreaktionsfiltern
behandelt wird, die das Eisen-III-Hydroxid enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem hergestelltes Eisen-III-Hydroxid durch eine
Gefrierkonditionierung in ein Granulat überführt und in Suspensionsreaktoren oder
Festbettreaktionsfiltern als Adsorptionsmittel zur Arsenentfernung eingesetzt wird.
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|---|---|---|---|
| DE19934320003 DE4320003A1 (de) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | Verfahren zur Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem Eisenhydroxid bei der Wasserreinigung |
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| DE19934320003 DE4320003A1 (de) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | Verfahren zur Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem Eisenhydroxid bei der Wasserreinigung |
Publications (1)
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| DE4320003A1 true DE4320003A1 (de) | 1994-12-15 |
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| DE19934320003 Withdrawn DE4320003A1 (de) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | Verfahren zur Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem Eisenhydroxid bei der Wasserreinigung |
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