DE19745664A1 - Verfahren zur Reinigung eines arsenhaltigen Fluides, Granulat und Herstellungsverfahren des Granulates - Google Patents
Verfahren zur Reinigung eines arsenhaltigen Fluides, Granulat und Herstellungsverfahren des GranulatesInfo
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Description
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren
zur Reinigung eines arsenhaltigen Fluides,
insbesondere von arsenhaltigem Grundwasser, und
einem Herstellungsverfahren eines Granulates zur
Verwendung in dem Verfahren.
Arsen kommt in der Natur sowohl in anionischer Form
als Metallarsenid, wie auch in kationischer Form als
Arsensulfid bzw. Arsenoxid vor.
Neben dem natürlichen Vorkommen werden Böden, und
damit auch das Grundwasser, mit arsenhaltigen
Abfällen verschmutzt.
Arsen ist - bei unkontrollierter Einnahme - für den
Menschen schädlich.
Zur Gewinnung von Trink-, Brauch- oder Heilwässern
wird bekanntlich das Grundwasser gefördert. Da
dieses, wie oben erläutert, teilweise arsenhaltig
ist, muß es vor dem Gebrauch durch geeignete
Maßnahmen von dem Arsen befreit werden.
In besonders belasteten Gegenden wurden bereits
Brunnen aufgrund zu hoher Arsengehalte geschlossen.
Es ist bekannt, mittels einer Umkehrosmose mit Arsen
belastetes Wasser zu reinigen. Das Verfahren
arbeitet durchaus zufriedenstellend, benötigt jedoch
einen erheblichen technischen Aufwand.
Aus der DE 43 20 003 A1 ist ein Verfahren zur
Entfernung von gelöstem Arsen mittels festem
Eisenhydroxid bei einer Wasserreinigung bekannt.
Dafür wird festes Eisen-III-Hydroxid hergestellt
und in suspendierter oder granulierter Form in einem
Suspensionsreaktor oder Festbettadsorber eingesetzt.
Das arsenhaltige Rohwasser wird, falls AS (III)
enthalten ist, oxidiert. Anschließend erfolgt über
einen bestimmten Zeitraum ein Kontakt mit dem
Eisen-III-Hydroxid, an welches sich das Arsen
bindet.
Bei diesem bekannten Verfahren wird mithin das
Eisenhydroxid technisch erst hergestellt und
anschließend mit dem arsenhaltigen Wasser in Kontakt
gebracht. Das Verfahren ist einfach und liefert gute
Ergebnisse.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem
zugrunde, das bekannte Verfahren weiter zu
vereinfachen und ein Granulat zur Verfügung zu
stellen, welches preiswert herstellbar und
hochwirksam ist.
Das Problem betreffend einem Herstellungsverfahren
für das Granulat wird durch die Merkmale des
Anspruches 1 gelöst, betreffend dem Granulat durch
die Merkmale des Anspruches 7 und betreffend dem
Verfahren durch die Merkmale des Anspruches 8.
Die Unteransprüche zeigen zweckmäßige
Ausgestaltungen auf.
Zur Herstellung des Granulates wird eine
Trägersubstanz mit Eisenpulver vermischt. Die
Trägersubstanz ist körnig ausgebildet und
reaktionsträge. Unter "reaktionsträge" wird
vorliegend verstanden, daß die Trägersubstanz den
Verfahrensprozeß, wie er später noch beschrieben
wird, nicht oder nur geringfügig nachteilig
beeinflußt. Die Menge des Eisenpulvers in dem
Gemisch beträgt bis zu 30 Gew.-%. Als besonders
vorteilhaft hat sich eine Menge vom 25 Gew.-%
herausgestellt.
Nach dem Vermengen des Gemisches wird dieses zu dem
Granulat gebrannt.
Der Brennvorgang erfolgt unter Ausschluß von
Sauerstoff, es wird also sichergestellt, daß in
einer Brennkammer keine Sauerstoffzufuhr erfolgt.
Dadurch wird ein Verbrennen des Eisenpulvers
verhindert.
Das Granulat kann zur Reinigung eines arsenhaltigem
Fluid, insbesondere von arsenhaltigem Grundwasser,
eingesetzt werden und kennzeichnet sich dadurch, daß
es gebrannt ist und als Grundsubstanz die körnig
ausgebildete, reaktionsträge Trägersubstanz und
Eisenpulver aufweist.
Zur Durchführung des Verfahrens wird das belastete
Fluid durch einen Reaktor geleitet, der mit dem
Granulat gefüllt ist. Als Reaktor kann ein
beliebiger Behälter Verwendung finden, der einen
entsprechenden Ein- und Auslaß aufweist.
Bei der Durchleitung des arsenhaltigen Fluides
verrostet das Eisenpulver. Durch gelösten Sauerstoff
werden freigesetzte Eisen-II-Ionen zu
Eisen-III-Ionen aufoxidiert und bilden mit den
Arsen-V-Anionen schwerlösliches Eisenarsenat,
welches sich am bzw. im Granulat festsetzt.
Überschüssige Eisen-III-Ionen bilden nach
hydrolytischer Spaltung des Fluides Eisenhydroxid,
also Rost. Der Rost lagert sich fein verteilt im
bzw. am Granulat ab und bindet das Arsen in dem
Fluid adsorptiv.
Falls das Fluid keinen oder zu wenig Sauerstoff für
den Oxidationsprozeß aufweisen sollte, kann eine
Sauerstoffzugabe erfolgen.
Gegenüber dem Stand der Technik wird die wirksame
Komponente Rost in dem Granulat selber gebildet,
indem Eisenpulver eingesetzt wird, welches in
beliebigen Mengen kostengünstig zu erwerben ist.
Dies senkt die Herstellungskosten erheblich.
Trotz geringem technischem Aufwand für die
Durchführung des Verfahrens ist die Wirksamkeit
überraschenderweise extrem gut. Das mit diesem
Verfahren behandelte Fluid weist einen Arsengehalt
auf, der mit der heutigen Meßtechnik nicht mehr
nachweisbar ist, der also weniger als 2 µg/l
beträgt.
Das Verfahren eignet sich sowohl für einen
großtechnischen Einsatz, als auch für einen Einsatz
im privaten Bereich, beispielsweise für eine private
Wasseraufbereitung.
Als Trägersubstanz kann Sand vorgesehen sein. Diese
Trägersubstanz ist einerseits, wie gefordert,
reaktionsträge und anderseits kostengünstig
beschaffbar.
Der mittlere Korndurchmesser der Trägersubstanz kann
zwischen 0,5 mm und 2 mm betragen. Wichtig ist, daß
das Korngrößenspektrum relativ eng begrenzt ist.
Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmung des
Granulates sichergestellt.
Die Korngröße des Eisenpulvers kann kleiner 60 µm
betragen, so daß das Eisenpulver feinkörnig
ausgebildet ist und genügend Eisen-Ionen zur
Bindung des Arsens vorliegen.
Dem Gemisch kann 2% bis 5% Kohlenpulver oder feines
Holzmehl beigemengt werden. Durch das Brennen des
Gemisches unter Zugabe von Kohlenpulver bzw.
Holzstaub wird dem Eisenpulver eingelagerter
Sauerstoff entzogen. Dadurch ist ermöglicht, ein
handelsübliches, kostengünstiges Eisenpulver zu
verwenden. Weiterhin reagiert dieses Eisenpulver
aufgrund dieser Behandlung kontrolliert, verrostet
also langsam.
Zur Reinigung des Fluides wird diese, wie es bereits
oben beschrieben ist, durch den Reaktor geleitet.
Dazu sollte die Größe des Reaktors, die Menge des
Granulates in dem Reaktor und die Menge des
eingeleiteten Fluides derart aufeinander abgestimmt
sein, daß die Kontaktzeit des Fluides mit dem
Granulat zwischen 0,5 h und 1,5 h beträgt. Eine
Verweildauer von ca. 1 h hat sich als besonders
vorteilhaft herausgestellt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
weiter erläutert.
Es zeigen, jeweils in stark schematisierter
Darstellung,
Fig. 1 Verfahrensschritte zur Herstellung
eines Granulates und
Fig. 2 Verfahrensschritte zur Reinigung von
arsenhaltigem Grundwasser.
In der Fig. 1 ist eine Trägersubstanz 1
dargestellt, die als Sand 2 ausgebildet ist. Die
Korngröße des Sandes 2 beträgt zwischen 0,5 mm und
5 mm. Der Sand 2 wird mit Eisenpulver 3 gemäß den
Pfeilen 4 und 5 in einen Behälter 6 verbracht. Das
Verhältnis vom Sand 2 zu dem Eisenpulver 3 beträgt
30 Gew.-%.
Zu dem Gemisch wird 3% Kohlepulver 7 gegeben und
diese Gemisch mittels eines Mischers 8, wie es
durch einen Pfeil 9 angedeutet ist, vermengt.
Das Gemisch wird anschließend einem Brennofen 10
zugeführt (Pfeil 11), wo es unter Ausschluß von
Sauerstoff zu einem Granulat 12 gebrannt wird.
Die Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Reinigung von
arsenhaltigem Grundwasser 13. Das Grundwasser 13
wird mittels einer Pumpe 14 über Leitungen 15, 16
einem Einlaß 17 eines Reaktors 18, der mit dem
Granulat 12 gefüllt ist, zugeführt. Der Einlaß 17
befindet sich im Bereich einer Unterseite 19 des
Reaktors 18 und mündet in einem durch die Unterseite
19 und einem Sieb 20 gebildeten Freiraum 21.
Ein zweiter Freiraum 22 ist an einer Oberseite 23
des Reaktors 18 gebildet und durch die Oberseite 23
und einem zweiten Sieb 24 begrenzt.
Zwischen den Sieben 20 und 24 ist das Granulat 12
angeordnet.
Das Grundwasser 13 wird nach einem Durchlaufen des
Reaktors 18 über einen Auslaß 25, der in dem zweiten
Freiraum 22 mündet, entnommen, wie es durch den
Pfeil 26 angedeutet ist.
Nach der Förderung des Grundwassers 13 mittels der
Pumpe 14 gelangt dieses in den Reaktor 18, in der
eine Verweildauer von ca. 1 h gegeben ist. Das
Grundwasser 13 löst geringe Mengen Eisen auf und der
in dem Grundwasser 13 gelöste Sauerstoff bewirkt
eine Oxidation des gelösten Eisens zu
Eisen-III-Ionen. Daraufhin bildet sich
Eisenarsenat, welches schwerlöslich ist und sich in
dem Granulat 12 festsetzt. Überschüssige
Eisen-III-Ionen bilden nach hydrolytischer Spaltung des
Grundwassers 13 Eisenhydroxid, welches sich fein
verteilt in dem Granulat 12 ablagert. Das
Eisenhydroxid seinerseits bindet das sich im
Grundwasser 13 befindliche Arsen adsorptiv. Nach ca.
1 h ist der Vorgang beendet und das Grundwasser 13
von dem Arsen befreit. Das gereinigte Grundwasser 13
wird über den Auslaß 25 dem Reaktor 18 entnommen.
Nach Ablauf der Standzeit des Granulates 12 kann
dieses entnommen, mittels einer Trommel gereinigt,
ausgesiebt und wiederverwendet werden. Dadurch
werden die mit Arsen belasteten Reststoffe
reduziert.
1
Trägersubstanz
2
Sand
3
Eisenpulver
4
Pfeil
5
Pfeil
6
Behälter
7
Kohlepulver
8
Mischer
9
Pfeil
10
Brennofen
11
Pfeil
12
Granulat
13
Grundwasser
14
Pumpe
15
Leitung
16
Leitung
17
Einlaß
18
Reaktor
19
Unterseite
20
Sieb
21
Freiraum
22
Freiraum
23
Oberseite
24
Sieb
25
Auslaß
26
Pfeil
Claims (9)
1. Herstellungsverfahren eines Granulates (12) zur
Reinigung eines arsenhaltigen Fluides,
insbesondere von arsenhaltigem Grundwasser
(13), bei dem
- a) ein Gemisch aus
- - einer Trägersubstanz (1),
- - die körnig ausgebildet und
- - reaktionsträge ist und
- - Eisenpulver (3) bis 30 Gew.-% hergestellt wird und anschließend
- b) das Gemisch zu Granulat (12) gebrannt wird,
- c) wobei der Brennvorgang unter Ausschluß von Sauerstoff erfolgt.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß als Trägersubstanz (1) Sand
(2) vorgesehen ist.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz
(1) einen mittleren Korndurchmesser von 0,5 mm
bis 2 mm aufweist.
4. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korngröße des Eisenpulvers (3) kleiner
60 µm beträgt.
5. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Gemisch 2% bis 5% Kohlenpulver (7) oder
feines Holzmehl vor dem Brennvorgang zugegeben
wird.
6. Granulat (12) zur Reinigung eines arsenhaltigen
Fluides, insbesondere von arsenhaltigem
Grundwasser (13), welches
- - gebrannt ist und als Grundsubstanz
- - eine körnig ausgebildete, reaktionsträge Trägersubstanz (1) und
- - Eisenpulver (3) aufweist.
7. Verfahren zur Reinigung eines arsenhaltigen
Fluides (12), insbesondere von arsenhaltigem
Grundwasser (13), mit folgenden
Verfahrensschritten:
- - das Fluid wird durch einen Reaktor (18) geleitet,
- - der mit einem Granulat (12) gemäß Anspruch 6 gefüllt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Sauerstoffzugabe in
den Reaktor (18) erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Größe des Reaktors
(18), die Menge des Granulates (12) und die
Menge des eingeleiteten Fluides derart
aufeinander abgestimmt sind, daß die
Kontaktzeit des Fluides mit dem Granulat (12)
zwischen 0,5 h und 1,5 h beträgt.
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