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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Reinigen
von Wässern, wie Trinkwasser, Abwässern etc.. Das neue Verfahren ist dadurch ausgezeichnet,
daß in dem Wasser gelöste Verunreinigungen, insbesondere metallische und ganz besonders
Schwermetallverbindungen ausgefällt werden.
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Die Reinigung von Wässern geschieht auf unterschiedliche Weise (5.
z.B. GWA, Ausgabe No. 43, "Literaturstudie zur weitergehenden Abwasserreinigung,"
RW Techn. Hochschule Aachen 1980), beispielsweise durch Klärung unter Zusatz von
Aluminium- und/oder Eisenverbindungen, mittels Ionenaustauschern oder neuerdings
unter Verwendung von Polyelektrolyten. In jüngster Zeit ist ein neuartiges, MRS
(Metal Recovery Sorbent) genanntes Fällungsmittel vorgeschlagen worden (Literaturberichte
über Wasser, Abwasser, Luft und feste Abfallstoffe, Bd. 29, Heft 2, S. 100-247).
Damit wird zwar im allgemeinen eine zufriedenstellende Reinigung erzielt, jedoch
sind die heute angewandten Wasserrreinigungsverfahren relativ kostspielig und verlangen
umfangreiche Anlagen.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß Wässer unterschiedlicher Art
und Herkunft auf eine höchst einfache Weise wirksam gereinigt und insbesondere von
solchen gesundheitsschädigenden Stoffen, wie Schwermetallen befreit werden können,
indem die Wässer mit einer alkalischen Lösung von Natriumhydrogenphosphat behandelt
werden. Na2HPO4 hat sich als ein äußerst wirksames und gründliches Fällungsreagenz
herausgestellt, das mit den im Wasser enthaltenen Verunreinigungen teils reagiert,
teils diese Verunreinigungen in einem sich bildenden, meist flockigen Niederschlag
mitreißt. Die vorstehend genannte Ausfällung, bzw. Bildung eines groben Niederschlags
ist jedoch von der gleichzeitigen Anwesenheit von
Calzium-Ionen
abhängig. Der in den üblichen Wässern vorliegende Calziumgehalt ist jedoch im allgemeinen
ausreichend; erst bei Wässern mit einer Härte von weniger als etwa 70dH ist bei
der Zugabe der Na2HPO4-Lösung zugleich die Zugabe einer Calzium-Ionen enthaltenden
Lösung erforderlich. Hieraus kann geschlossen werden, daß es sich bei dem Niederschlag
um ein Natrium-Calzium-Phosphat, bzw. bei Anwesenheit von Schwermetallen,um ein
komplexes Natrium-Calzium-Schwermetallphosphat handelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordentlich leicht durchzuführen,
da es nur der Zugabe einer Na2HPO4-Lö sung und gegebenenfalls einer Ca-Ionen enthaltenden
Lösung bedarf, und da der Fällungsniederschlag sich leicht bildet und unschwierig
abzutrennen ist, beispielsweise durch Sedimentieren, Filtrieren oder Zentrifugieren.
Der erforderliche Chemikalienbedarf ist gering, da es sich gezeigt hat, daß eine
völlige Entfernung von z.B. Blei- und Kadmium-Verunreinigungen mit meist geringeren
Mengen an dem erfindungsgemäßen Fällungsmittel möglich ist als mit herkömmlichen
Fällungsmitteln. Da auch keine komplizierte Anlage erforderlich ist und der abgetrennte
Schlamm keine Umweltprobleme mit sich bringt, ist das erfindungsgemäße Verfahren
in Betrieben jeder Größe und Eigenart anwendbar, und bereits vorhandene Flockungseinrichtungen
(Dosiergefäße, Rührer, Becken usw.) können benutzt werden.
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Die verwendeten Fällungsmittel sind wässrige Lösungen. Die Konzentration
der in ihnen gelösten Salze kann zwar innerhalb eines schmalen Bereiches variieren,
soll jedoch bei etwa 10-20 %, vorzugsweise bei etwa 14 % für Na2HPO4 und bei etwa
2 - 6 %, vorzugsweise bei etwa 4 % für CaCl2 liegen; ihre Volumina werden dann dem
jeweiligen Anwendungsfall angepaßt. Auch die Reinheit der zur Anwendung kommenden
Salze kann den Erfordernissen entsprechend gewählt werden, je nachdem, ob es um
die Reinigung von Trinkwasser oder um die Klärung von Abwässern geht.
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Da, wie bereits erwähnt wurde, die Mitverwendung einer Calzium-Ionen
enthaltenden Lösung von der Härte des zu reinigenden Wassers abhängt, ist diese
vorher nach bekannten Methoden zu bestimmen. Auch der pH-Wert des Wassers ist vorher
zu bestimmen; gegebenenfalls ist mittels Säuren oder Alkalien das Wasser zu neutralisieren,
da die besten Ergebnisse bei pH-Werten von etwa 6 - 8 erzielt werden.
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Schließlich ist es empfehlenswert, den Gehalt des zu reinigenden Wassers
an Verunreinigungen, insbesondere an Metallen zu bestimmen, um den Einsatz der Fällungsmittel
in engsten Grenzen halten zu können. Derartige Voruntersuchungen sind jedoch mit
geringstem Aufwand und herkömmlichen Mitteln leicht durchführbar. Die Erfindung
wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert: Beispiel 1: Reinigung von
Abwässern aus der Kunstfasererzeugung Die Abwasserproben, von verschiedenen Arbeitsprozessen
stammend, enthielten 30 - 80 mg/l Zink,waren sauer und besassen eine Härte von etwa
40dH. Es wurde mit NaOH-Lösung auf pH 7 neutralisiert. Zu dem Abwasser wurde langsam
eine etwa 14-%ige wässrige, leicht alkalische Lösung von Na2HPO4 in einer Menge
von 2-3 ml/l und gleichzeitig eine etwa 4-%ige wässrige Lösung von CaCl2 in einer
Menge von 1-1,5 ml/l gegeben, bjs eine deutliche Trübung erkennbar war. Zu diesem
Zeitpunkt wurde die Fällungsmittelzugabe abgebrochen. Aus der Trübung entwickelten
sich bald grobe Flocken, die sich nach etwa 10 min. auf dem Boden des Fällungsgefäßes
absetzten. Das Wasser wurde filtriert und analysiert; sein pH-Wert war unverändert,
der Zinkgehalt betrug bei allen Versuchen 2 - 8 % des Ausgangswertes.
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Die Na2HPO4-Lösung war folgendermaßen zubereitet worden: 20 Gewichtsteile
Na2HPO4 . 12 H20 (19,6 % P205) ) von tech-
nischer Reinheit, wurden
in 250 Volumenteilen Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung wurden 100 Volumenteile
5 %-ige NaOH-Lösung gegeben.
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Die CaCl2-Lösung war wie folgt zubereitet worden: 4 Gewichtsteile
CaCO3 (gekörnter Marmorabfall) wurden mit 50 Volumenteilen Wasser vermengt. Zu dieser
Suspension wurde 6 n HCl (technische Qualität) gegeben, bis sich das CaCO3 gelöst
hatte. Dann wurde mit Wasser auf 600 Volumenteile aufgefüllt und mit 5 %-iger NaOH-Lösung
auf pH 8,5 eingestellt.
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Beispiel 2: Reinigung des Abwassers aus einem Galvanisierungsbecken
Dieses Abwasser enthielt große Mengen an Nickel, Kadmium und anderen Metallen und
war stark sauer. Es wurde vor der Reinigung mit Leitungswasser auf etwa das 5 -
10-fache Volumen verdünnt und mit einer 10 %-igen NaOH-Lösung neutralisiert.
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Die Fällung erfolgte wie in Beispiel 1 angegeben. In dem gereinigten
Wasser wurde ein Nickelgehalt bestimmt, der 5 % des Ausgangswertes entsprach, und
Kadmium konnte überhaupt nicht mehr nachgewiesen werden.
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Beispiel 3: Reinigung von Abwässern aus Bleibergwerken Die Abwässer
stammen aus unterschiedlichen Arbeitsprozessen.
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Ihr pH-Wert lag im Durchschnitt bei etwa 5. Da die Wasserhärte bei
etwa 90dH lag, genügte als Fällungsreagenz eine Na2HPO4-Lösung gemäß Beispiel 1,
jedoch wurde zunächst neutralisiert. Die Weiterbehandlung erfolgte wie in Beispiel
1 beschrieben. In dem gereinigten Wasser konnte kein Blei mehr nachgewiesen werden.
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In allen beschriebenen Beispielen konnte das gereinigte Wasser ohne
weitere Behandlung in den Vorfluter geleitet werden. Der
Phosphatgehalt
überstieg in keinem Falle 2 mg/l. Der Rest-Phosphatgehalt kann gegebenenfalls durch
eine Nachfällung mit CaCl4-Lö sung auf noch niedrigere Werte gebracht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann chargenweise durchgeführt werden;
es kann aber auch kontinuierlich erfolgen, wobei die Fällungsmittellösungen dem
seiner Zusammensetzung nach bekannten Wasser mittels Dosimeter zugeführt werden
und der anfallende Schlamm über geeignete Sedimentations- oder Filtriervorrichtungen
abgetrennt wird. Ein Abstehen des Wassers für etwa 15 min ist jedoch in jedem Falle
zweckdienlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirksam bei der Entfernung
von Blei und Kadmium aus Wässern beliebiger Art. Bei dem Verfahren wird jedoch auch
die Härte des Wassers um etwa 50 % vermindert. Feinteilige dispergierte Partikeln
werden mit dem voluminösen, flockigen Niederschlag mitgerissen.
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Das neue Verfahren hat gegenüber den herkömmlichen Reinigungsverfahren
wesentliche Vorteile: Der pH-Wert des gereinigten Wassers ist unverändert, also
neutral, während bisher wegen der mehr oder weniger starken alkalischen Reaktion
eine zusätzliche Neutralisation erforderlich ist. Die Kosten des Verfahrens sind
niedrig und liegen bei etwa DM 0,01 -3 0,10/m3 Wasser.