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Verfahren zur Entfernung von Eisen und/oder anderen Metallen aus
Wasser Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Eisen
und/oder anderen Metallen wie Kupfer und Mangan aus Wasser.
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Es ist bekannt, daß eisenhaltiges Wasser sowohl beim industriemäßigen
Gebrauch als auch beim Gebrauch in Haushaltungen ernsthafte Unannehmlichkeiten bereiten
kann.
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Eisen kann im Wasser in ionisiertem Ferro-oder Ferrizustand, sowie
kolloidal verteilt als Ferro-oder Ferrihydroxyd auftreten.
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Auch wenn nur Spuren von Eisen in einem Wasser vorliegen, wirkt dieses
Wasser unter Umständen sehr schädlich auf Leitungssysteme oder auf mit ihm in Berührung
kommende Geråte.
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Schädlich sind beispielsweise eisenhaltige Kesselsteinablagerungen,
da die Differenz zwischen dem elektrischen Potential der eisenhaltigen Ablagerung
und der Wände der
Leitungen oder Geräte Korrosionen hervorruft.
Schahlich und unerwünscht ist außerdem die Entwicklung von Kolonien eisenhaltiger
Bakterien, Bakterienkolonien, welche in den Eisenoxyd-oder Eisenhydroxydablagerungen
beste Wachstumsbedingungen finden.
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Auf Grund der verschiedenen Zustandsformen in welchen Eisen in Nasser
vorkommen kann, sind uie rneisten der bisher angewandten Verfahren zur Entfernung
des Eisens nur teilweise wirksam gewesen.
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Beispielsweise kann durch Filtration von eisenhaltigem Wasser nur
solches Eisen wirksam entfernt werden, welches in kolloidaler Form und zwar im Ferrizustand
im Wasser vorliegt. Zum Zwecke wirksamerer Entfernung von Eisen aus Wasser führt
man oft eine Belüftung oder eine Oxydation im Überschuß durch, derart daü das gesamte
im Wasser befindliche Eisen in den Ferrizustand übergeht und die Menge des bei anschließender
Filtration aus dem Wasser herausfiltrierten Eisens sich erhöht. Bei einem derartigen
Verfahren ist es folglich notwendig zuerst zu oxydieren und dann das durch die Oxydation
in den Ferrizustand übergeführte Eisen aus dem Wasser heraus zu filtrieren.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun ein einfacheres, billigeres
und wirksameres Verfahren zum Entfernen von Eisen, sowie gleichzeitig mit dem Eisen
vorliegenden Metallen aus Wasser, ein Verfahren, welches alle genannten
Nachteile
der bisher angewandten Verfahren beseitigt.
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Oieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende
Nasser mit auf Vinylbasis aufgebauten, von Ionenaustauschergruppen freien Polymeren-oder
Mischpolymerenteilchen in Kontakt gebracht wird und daß anschließend das von verunreinigenaen
Metallen annähernd freie Wasser von aen Polymeren- oder Mischpolymerenteilche getrennt
wird.
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Gem. der Erfindung hat sich herausgestellt, daß dieser Kontakt zwischen
dem aufzubereitenden Wasser und den T'olymeren-oder l ; Iischpolymerenteilchen unabhangig
von Form oder Größe der Teilchen genügt für eine Anlagerung des Lises und anderer
gegebenenfalls vorhandener lifetalle an diesen Teilchen. Verantwortlich fkür das
Funktionieren des Verfahrens ist die Natur der auf Vinylbasis aufgebauten Polymeren
und Mischpolymeren ; die normalerweise an den Oberflächen dieser Teilchen bestehenden
elektrischen Ladungen begünstigen die Oxydation und die Koagulierung des Sises.
Es sei bemerkt, dai3 diese Erscheinung nicht auf dem Austausch von Ionen beruht,
da die Polymeren-oder Mischpolymerenteilchen keine funktionellen Kationenaustauschergruppen
wie S03H, COOH oder OH aufweisen müssen um die genannte Wirkung zu erzielen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht man den Kontakt des aufzubereitenden
Wassers mit den Polymeren-oder
Mischpolymerenteilchen zweckmäßig
dadurch, dab man das Wasser durch eine aus Polymeren-oder Mischpolymerenteilchen
bestehende Filterbettschicht leitet.
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Nach dem Durchgang durch dieses Filterbett ist das Wasser annähernd
frei von Eisen und anderen Metallen und kann sofort verbraucht werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt
verwendet kugelförmige Polymeren-oder Mischpolymerenteilchen, da diese ein sehr
dictes, kompaktes Filterbett ergeben.
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Begünstigt wird die Filtration durch Verwendung von Polymeren-oder
Mischpolymerenteilchen mit Durchmessern zwischen 0, 01mm und 1mm, vorzugsweise zwischen
0,01mm und 0,4mm. Diese Ma8e sind jedoch nicht kritisch und nicht unbedingte Voraussetzung
für das Funktionieren des Verfahrens. Der untere Wert von 0, 01mm liegt schon dadurch
fest, daß bei Durchemessern die unter diesem Wert liegen, die Ladungsverluste der
Teilchen zu stark ansteigen. Auf Grund der gleichen Uberlegung ist der maximale
Wasserdurchsatz durch den Filter begrenzt, während kein kritischer Durchsatzwert
dem Verfahren selbst zugeordnet ist.
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Die auf Vinylbae abufgebauten erfindungsgemäß verwendbaren Polymeren
und Misohpolymeren sind von einer Vielzahl von Vinylmonomeren ableitber beisielsweise
von vinylarometisohen Verbindungen wi Styrol, Ohlorstryol, Vinyltoluol, Divinylbenzol,
oder von vinylainphatischen
Verbindungen wie Vinylohlorid, Akrylnitril,
und Akrylaäureester untereinander homopolymerisiert oder mischpolymerisiert. Obwohl
alle diese Polymeren und Mischpolymeren für des erfindungsgemäße Verfahren verwendet
werden können ergeben sis nicht alle gleichwertige Ergebnisse. Auf Grund ihrer großen
Zugänglichkeit und der guten Ergebnisse, die man bei ihrer Verwendung erzielt, werden
Polystyrol, mit Divinylbenzol vernetztes Polystyrol (letzteres bildet zweckmäßig
2-10 Gew. % der Mischpolymeren) und Polyvinylchlorid bevorzugt verwendet.
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Wenn die auf Vinylbasis aufgebauten Polymeren-oder Mischpolymerenteilchen
nach einiger Zeit erschöpft, d. h. mit Eisen beladen sind, dann werden sie dadurch
regeneriert, daß man sie mit einer Säure, beispielsweise mit Salzsäure wäscht und
anschließend mit Wasser spült.
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Mit dem erfindungagemäßen Verfahren ist es mdglich, den Restgehalt
an Eisen im Wasser auf 0, 01 mg/l zu senken, wthrend sich der Restgehalt an Eisen
im Wasser mit den bisher angawandten Verfahren nur auf 0, 05 bis 0, 2 mg/l senken
ließ.
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Bei dam erfindungsgemäßen Verfahren kann mit erhöhten Drucken gearbeitet
werden, was bei den Verfahren, bei welche do* tiaen durch Bolüftung oxydiart wird
nicht möglich ist. Überdies sind diese Verfahren in zwei Stufon durchzuführen, wähend
das erfindunggemäße Verfahren
in einer einzigen Stufe durchzufUhren
ist. Schließlich ist es bei Verwendung von kugelförmigen Polymeren-und Mischpolymerenteilchen
möglich mit einem größeren Wasserdurchsatz bei verkleinertem Filtervolumen zu arbeiten.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung : Die Beispiele I
und II sind Vergleichsbeispiele und beziehen sich auf die bekannten Verfahren.
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Beispiel I Ein Filter mit einem Durchmesser von 1, 8 m wurde mit einer
0, 8 m Schicht aus granuliertem Quarzit beladen ; die Korngröße betrug 1-2 mm. Durch
die Quarzitfilterschicht wurde 2 mg Fe/1 enthaltendes Brunnenwasser geschickt und
zwar 15 m3/h. Das aus dem Filter ausströmende Wasser enthielt noch 1, 8 mg Fe/1.
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Beispiel II Es wurde ein Filter gemäß Beispiel I verwendet. 0, 6 mg
Fe/l enthaltendes Flußwasser wurde bei Atmosphärendruck durch eine Belüftungseinrichtung
ge-und einer Oxydation unterzogen. Anschließend wurde das Wasser durch ein Filter
gesohickt und zwar 15 m3/h. Der mittlere Gehalt an Fe des Wassers am Filterausgang
betrug 0, 05 mg/l.
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Bei einem Wasaerdurohaatz von 20m3/h anatelle von 15 m'/h wrgab sich
ein Fe-Gehalt des Wassers am Auagang des Filters von 0, 1 mg FL
Nach
10 stündigem Filtrieren bei einem Wasserdurchsatz von 15 m3/h erhöhte sich der Fe-Gehalt
des Wassers am Ausgang des Filters und man mußte den Filter mit Wasser (im Gegenstromverfahren)
reinigen. Eine einfache Rechnung zeigte, daß 2. 00C, Filtermaterial (silex) etwa
80 g Fe zurückgehalten haben, was P, 04 g Fe/1 Filtermaterial bedeutet.
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Beispiel III Ein Filter mit einem Durchmesser von 0, 8 m wurde mit
Perlen angefüllt, welche aus mit 8% Divinylbenzol vernetztem Polystyrol bestanden.
Im unteren Filterteil befhnden sich 10 1 Perlen mit Durchmessern von mehr als 0,8
mm und darauf 150 1 Perlen, deren Durchmesser im Bereich von 0, 2-0, 4 mm lagen.
Durch diese Filterschicht schickte man Flußwasser wie in Beispiel II und zwar 13
m/h-r Im Filterausfluß ergab sich während 44 Stunden ein mittlerer Eisengehalt von
0, 1 mg/l. 250 1 Filtermasse hielten dabei 350 g Fe zurück, d. h. 11 Filtermasse
hielt 1, 4 g Fe zurück.
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Dieser Wert ist in Vergleich zu setzen mit dem in Beispiel II erhaltenen
Wert von 0, 04 g Fe/1. Man erkennt, daß sich der Gehalt an Eisen im Filterausfluß
auf ein fUnftel reduziert hat, während sich die lineare Durchflußgeschwindigkeit
des Wassers durch den Filter um das 2, 5 fache erhUht hat. Nachdem der Filter erschöpft
war,
ist die Filtermasse mit 25 1 handelsublicher Salzsäure gereinigt
worden. Die gereinigte Filtermasse verwendete man anschließend für. einen Versuch
gemäß Beispiel IV.
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Beispiel IV : Man behandelt Wasser mit einem Eisengehalt von 1, 6
mg Fe/1 bei einem Durchsatz von 23 m3/h und einer Durchflußgeschwindigkeit von 46
m/h. Man schickte 54Q 3 Wasser durch den Filter, Wasser, dessen Restgehalt an Eisen
mit den der Industrie normalerweise zur Verfügung stehenden Mitteln nicht nachweisbar
ist, d. h. der Fe-Gehalt des Wassers lag unter 0, 01 mg Fe/1. Eine einfache Berechnung
zeigte, daß 3,4 g Fe/1 Filtermasee zurückgehalten worden waren. Man hatte festgestellt,
daß die geringen, im Rohwasser befindlichen Mengen an Kupfer und Maman stark reduziert
worden waren, obwohl genaue Messungen auf Grund des sehr geringen Gehalts an Kupfer
und Mangan nicht durchgefthrt werden konnten.
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Beispiel V : Eine Filterkolonne von 80 mm Durchmesser wurde mit einer
30 mm Schicht aus Polystyrolperlen, deren Durchmesser zwischen 0, 2 und 0, 4 mm
betrug, beladen. Auf diese Perlechicht brachte man eine weitere 30 mm starke Perlschicht
; die Durchmesser dieaer Perlon lagen zwischen 0,1 und 0,2 mm. Durch den so gebildeten
Filter schickte man 1, 6 mg Fe/1 enthaltendes Wasser und zwar 35 lAo
Nach
dem Durchgang von 3. 140 1 Wasser stieg der Eisengehalt des Wassers am Filterausgang
auf 0, 1 mg/l. Man stoppte dann die Filtration und stellte fest, daß 1 1 Filtermaterial
15 g Fe zurückgehalten hatte.
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Beispiel VI : Man belud eine im Durchmesser 80 mm messende Filterkolonne
(colonne) mit einer 100 mm starken Schicht aus kugelförmigen Teilchen verschiedener
Polymeren oder Mischpolymeren. In jedem Fall schickte man 0, 25 mg Peul enthaltendes
Shdtwasser durch den Filter.
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Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse aieser verschiedenen
Versuche.
| Filter-Granu-Mittlere Fe im Zurückgehalte- |
| material lierung Durchfluß-Ausfluß ne Fe-Menge |
| geschwin-mg/l g/l Filterma- |
| digkeit terial |
| m/h |
| Poly- |
| styrol 0, 3-0, 4mi 10 0, 12 6, 2 |
| Polysty- |
| rol ver- |
| Netzt mit |
| 8% Diviny |
| benzol 0, 1-0, 2m 5 0, 05 9, 4 |
| Polyvinyl |
| chlorid 0, 1-0, 3 5 Q, 1 5, 1 |