DD215523A1 - Verfahren zur entfernung von metallionen aus wasser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Wasser von stoerenden Metallionen bei gleichzeitiger Teilenthaertung mittels zeolithischen Molekularsiebpulvers durch Ionenaustausch.

Description

Verfahren zur Entfernung von Metallionen aus Wasser Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Verwendung von zeolithischem Molekularsiebpulver zur Entfernung von Metallkationen aus Wasser, das zum Beispiel zu Trinkwasserzwecken benutzt werden soll. Als Molekularsiebe kommen dabei natürliche oder synthetische Zeolithe in Frage. Entfernt werden sollen die Kationen der Metalle, wie zum Beispiel Blei, Cadmium, Eisen, Zinn, Kobalt, Kupfer, Mangan, Quecksilber, Nickel, Chrom, Zink oder Titan, die selbst in geringen Mengen vorhanden die Wasserqualität erheblich beeinträchtigen können.

Charakteristik der bekannten technischen !»ösungen

Es ist bekannt, daß die Trinkwasserqualität durch Härtebildner und in zunehmendem Maße durch einen Gehalt an Metallionen beeinträchtigt wird. Dabei können die letzteren nicht nur eine geschmackliche Qualitätsminderung verursachen, sondern auch eine gesundheitliche Gefährdung darstellen.·' . . '. · ...' . ''.. . ' ' ^: ; . - · " , ' ; ' ; '. ' ^Ύ[:[

Bekanntermaßen kann die Reinigung von Wasser durch Behandlung mit Ionenaustauschern und Adsorptionsmitteln erfolgen. Als Ionenaustauscher finden dabei bevorzugt organische Kondensations- oder Polymerisationsharze auf Formaldehyd- oder Styro!basis mit austauschaktiven Kat- oder Anionen Verwen-

dung (DEOS 2 362 860, USP 3 969 244)· Diese Verfahren führen meist zurVollentsalzung des Wassers, die durch Zugabe von Salzen wieder auf einen physiologisch notwendigen Mindestgehalt gebracht werden muß. Zusätzlich wird dabei der pH-Wert des Wassers unzulässig herabgesetzt, es treten Verkeimungen des Wassers auf und oft auch Geschmacksbeeinträchtigungen von den Kunstharzaustausehern, die durch weitere Zusätze, zum Beispiel von Aktivkohle, beseitigt werden müssen. Andere Verfahren verwenden amorphe Alumosilikate, Bleicherden, Bentonite, Kieselgur sowie granulierte synthetische Zeolithe (DSOS 1 767713, DBOS 2 754 488, USP 3 859 210, USP 4'-116'828). zur Wasserenthärtung. Auf Grund ihrer Struktur sind besonders bei den amorphen Stoffen die erreichbaren Kapazitäten gering und demzufolge die benötigten Einsatzmengen recht groß, hinzu kommen die meist langen Reaktionszeiten und die störenden Trübungen des Wassers bei ihrer Anwendung.

In der DEOS 2 504 688 wird die Verwendung granulierter zeolithischer Molekularsiebe zur Wasserenthärtung beschrieben. Diese sind bekannt als kristalline synthetische Zeolithe der Typen A, X, Y, Mordenit und andere der allgemeinen Zusammensetzung ,,'

Me ₂ 0 .Al₂O₃ .ZSiO₂ . Y HgO,

. ' ~ ' . '. ' ' . ' . wobei χ je nach Struktur und Kristalltyp des Zeolithe einen Wert von 2 bis 10 annehmen kann. Auf Grund ihrer Kristallstruktur haben sie ein definiertes und einheitliches Porensystem von 3, 4, 5, 10 Angströmeinheiten, das sie zur selektiven Adsorption befähigt. Die zur Kompensation des von den vorhandenen Al-Atomen herrührenden Ladungsdefektes notwendigen Metallionen sind austauschbar. Die synthetischen Zeolithe werden allgemein durch hydrothermale Synthese hergestellt und wegen ihrer Feinkristallinität meist mit Bindemitteln granuliert ,(USP 2 882 244, DEAS 1 055 515). Bei der erwähnten Verwendung granulierter zeolithiseher Molekularsiebe zur Wasser-

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enthärtung (DEOS 2 504 688) wird die an und für sich hohe Ionenaustausehkapazität der Zeolithe durch den Zusatz von 20 bis 25 % inerter Bindemittel wieder vermindert, die zusätzlich noch schwer zu beseitigenden Trübungen des Wassers verursachen, besonders wenn die Reaktion in der Wärme und unter Bewegung durchgeführt wird. Dazu kommt die Tatsache, daß granulierte Zeolithe auf Grund ihrer vorhandenen Sekundärporosität und der damit verbundenen längeren Diffusionswege der Ionen beim Austausch auch verlängerte Eeaktionszeiten erfordern.

Die genannten Verfahren erfüllen demzufolge die Aufgabenstellung nur unvollkommen und mit einem hohen zeitlichen und materiellen Aufwand. Die Anwendung von kristallinen zeolithischen Molekularsiebpulvern zur Metallionenentfeiv" nung aus Wasser wurde bisher nicht beschrieben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die einfache und wirksame Verbesserung der Qualität von Wasser für Haushalts-, Genußzwecke oder spezielle chemiech-technisehe Anwendungen durch Entfernung von Metallionen wie Blei, Cadmium, Eisen, Zinn, Kobalt, Kupfer, Mangan, Quecksilber, Zink, Nickel, Chrom, Titan mittels Behandlung durch kristallines zeolithisches MoIekularsiebpulver ohne verbleibende Wassertrübung, ohne Geschmacksbeeinträchtigung sowie ohne Einbringung von Spuren organischer Substanzen aus dem Ionenaustauschmaterial in das Wasser. .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es wurde nun gefunden, daß mit kristallinem zeolithischea Molekularsiebpulver schon in geringer Konzentration aus Wasser in sehr kurzer Zeit die oben genannten Metallionen zum Teil bis unter die chemische Nachweisgrenze durch Ionenaustausch entfernt werden können. Dabei genügt es,

eine relativ geringe Menge Zeolithpulver 1 bis 2 Minuten unter Bewegung oder Rühren mit dem Wasser in Kontakt zu bringen. Als Richtwert für die benötigte Menge Molsiebpulver können je nach Verunreinigungsgrad des Wassers 1 bis 2 g Zeolithpulver pro Liter Wasser angenommen werden. Die Reaktion kann unter allen Bedingungen des Vorliegens von flüssigem Wasser vorgenommen werden. Als Zeolithe können alle bekannten Typen eingesetzt werden, vorzugsweise die technisch am günstigsten verfügbaren Typen A, X, Y, i¹, Mordenit, Erionit, ZSM- und Silikalit-Typen in der Beladung mit einwertigen Kationen oder Gemischen derselben. An Metällionen werden vorzugsweise entfernt:

Blei, Cadmium, Mangan, Zink, Kupfer, Chrom, Eisen, Zinn, Hiekel, Quecksilber

in Ausgangskonzentrationen zum Teil bis 100 mg/1 Wasser.

Dabei stellen die genannten Metalle und ihre Konzentrationsbereiche diejenigen dar, die in der Praxis am häufigsten die Ursache zur Trinkwasserverschmutzung.bilden, ohne damit die Ionenaustauschwirkung der Zeolithe einschränken zu wollen.

Die Abtrennung des Zeolithpulvers erfolgt nach der Reaktionszeit durch Absitzenlassen und/oder nachfolgende Filtration bzw. Dekantation, wobei die Abtrennung sich quantitativ durchführen läßt, da die Zeoiithkristalle zu hohen Anteilen in Größenbereichen von 5 bis 30 um und den geringen angewandten Mengen von 1 bis 2 g pro 1 1 Wasser vorliegen.

Zusätzlich zu der beschriebenenMetällionenentfernung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Verringerung des Härtegrades des angewandten Wassers um durchschnittlich 20⁰CiH erzielt, wie auch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele ausweisen. Da die Zeolithpulver frei von organischen Substanzen sind, besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Gefahr der Einbringung organischer Substanzen in das behandelte Wasser.

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Sine weitere Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit anionischen Austauschharzen zur bereits bekannten Entfernung beispielsweise von Huminsäuren ist ohne Komplikationen möglich, desgleichen auch eine Kombination mit anderen Adsorptionsmitteln wie zum Beispiel Α-Kohle oder SiIikagel zur Entfernung eventuell vorliegender organischer Substanzen.

Ausführunffsbeispiele:

Die nachfolgenden Anwendungsbeispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren erläutern, aber nicht einschränken.

1. Als Ausgangsstoff diente 1 1 Brunnenwasser mit. einem Eisengehalt von 8,23 mg/1, 28,4 °dH und p_H * 6,75* Diesem Wasser wurde 1,3 g Zeolith 4A Pulver (wasserfrei gerechnet) zugesetzt und 1 bis 2 Minuten bei 295 K gerührt. Danach wurde der Zeolith abfiltriert; das erhaltene Wasser hat einen Restgehalt an Eisen von 0,15 mg/1, 13,2 °dH und p_H =7,3.

2. Brunnenwasser der nachfolgend in Tabelle 1 Spalte 1 genannten Zusammensetzung wurde behandelt wie in Beispiel 1, jedoch abweichend dazu mit 1,3 g Zeolithpulver des Typs 13X. Die Parameter des so behandelten Brunnenwassers weist Spalte 2 derselben Tabelle aus.

Tabelle 1

1 Ausgangswasser 2 behandeltes

' ; Wasser , ..'.'

Pb⁺⁺ (mg/1) 3,7 0,69

P_H 7,7 7,8

Härtegrad °dH 20,9 8

3. Brunnenwasser der Ausgangsqualität wie in Spalte 1 der Tabelle 2 genannt, behandelt mit 1,3 g Zeolithpulver des Typs 4A wie in Beispiel 1 erläutert, erreicht die in Spalte 2 aufgeführte Qualität.

Tabelle 2

1 Auagangswaaser 2 behandeltes . _. Wasser

Cä⁺⁺ (mg/1) 1,0 0,37

P_H ..'. 7,6· 8,4

Härtegrad °dH . 21,7 5,2

4. Brunnenwasser der Qualität wie in Tabelle 3 Spalte aufgeführt und wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt

mit 1,3 g 13Xj erreichte die Parameter laut Spalte derselben Tabelle. - ,.,.·

Tabelle 3

,1 Auagangswasser 2 behandeltes Wasser

3n⁺⁺ (mg/1) 50 0,4

P_H 7,4.·· 7,8

Härtegrad °dH 21,2 8,4

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Entfernung von Metallionen aus Wasser für Haushalts- oder Genußzwecke oder spezielle chemisch-tech-v nische Anwendungen durch Behandlung mit kristallinen zeolithischen Molekularsiebpulvern, vorzugsweise solche vom Zeolithtyp A, Y, F, Mordenit, Erionit sowie ZSM- undSiIikalit-Typen, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Molekularsiebpulver zu 80 % eine Kristallitgröße von 2 bis 30 um besitzt, 1 bis 2 Minuten mit dem zu behandelnden Wasser unter zumindest zeitweiliger Bewegung oder Rühren in Kontakt gebracht wird und die Menge des verwendeten Molekularsiebpulvers je Liter Wasser mindestens 0,2g beträgt·