-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Eisen und
Mangan aus Brauch- oder Trinkwasser durch Ausflocken nach Oxydation mittels Belüftung
und anschließendes Filtrieren über ein Eisen(III)-Oxydhydrat und Mangan(IV)-Oxydhydrat
enthaltendes Filter.
-
Eisen und Mangan können durch natürliche Lösung von Verbindungen ihrer
zweiwertigen Oxydationsstufe aus dem Untergrund ins Wasser gelangen. Die Entfernung
dieser Verbindungen aus dem Wasser ist notwendig, weil sie sich, Z. B. durch
Oxydation, in unlösliche Verbindungen umwandeln und Störungendurch Ablagerungen
verursachen können.
-
Um bei der Wasseraufbereitung, die in offenen oder geschlossenen Filteranlagen
erfolgen kann, Eisen und Mangan abscheiden zu können, müssen die Metallsalze in
eine filtrierbare Form übergeführt werden. Zu diesem Zweck wird eine Oxydation der
Eisen(II)-Verbindung zu Eisen(III)-Oxydhydrat und der Mangan(I1)-Verbindung zu Mangan(IV)-Oxydhydrat
durchgeführt. Diese Verbindungen sind im Wasser unter normalen Bedingungen nahezu
unlöslich, flocken aus und bleiben bei der Filtration im Filterrückstand. Die Oxydation
kann durch Einbringen von Luftsauerstoff, Ozon, Chlor oder Kaliumpermanganat als
Oxydationsmittel erfolgen.
-
Die Oxydation durch den Luftsauerstoff mit Hilfe von Belüftungseinrichtungen
stellt die wirtschaftlichste Arbeitsweise dar. Sie reicht aber nicht aus, um die
Eisen- und Manganverbindungen schnell genug und vollständig auszuflocken. Daher
ist es oft notwendig, die stärkeren Oxydationsmittel, wie Chlor, Ozon oder Kaliumpermanganati
einzusetzen.
-
Aus »Wasser, Luft und Betrieb% 1965, S. 599, ist es bei der
Enteisenung von Wasser bekannt, daß an den Quarzkörnern eines Kiesfilters abgeschiedenes
Eisen(III)-Oxydhydrat eine katalytische Wirkung auf 2wertiges Eisen ausübt, so daß
dieses - unter Zufuhr von Sauerstoff, z. B. in Form von Luft - innerhalb
weniger Minuten fast quantitativ zu 3wertigem Eisen oxydiert wird. Die Oxydation
und Ausfällung des im Wasser gelösten Eisens läßt sich auf diese Weise jedoch nur
unter bestimmten Voraussetzungen verhältnismäßig leicht erreichen, z. B. wenn das
Wasser Karbonate der Erdalkalien enthält, wenig organische Substanz führt und einen
-über dem Neutralpunkt liegenden pH-Wert aufweist. Andere eisenhaltige Wässer bereiten
dagegen erhebliche Schwierigkeiten. Auch läßt sich dabei das neben dem Eisen im
Wasser vorliegende Mangan vielfach kaum entfernen.
-
Auch für Entmanganung von Wässern durch Oxydation ist es bekannt,
Kiesfilter zu verwenden, die mit Mangandioxydhydrat im Zuge von Entmanganungsvorgängen
umlagert sind und als eingearbeiteter Kies bezeichnet werden. Die Verwendung von
eingearbeitetem Kies hat den großen Nachteil, daß dessen Einarbeitungszeit,
d. h. die Zeit bis zur vollen Wirksamkeit, etwa 1 bis 2 Wochen beträgt
und die volle Wirksamkeit nur von begrenzter Dauer ist. Ebenso gilt auch hier, daß
bei vielen Wässern Belüftung und katalytische Filtration allein nicht ausreichen
und Zugaben stärkerer Oxydationsmittel und/oder Flockungschemikalien erforderlich
sind. Diese richten sich nach dem pH-Wert des Wassers, dem Salzgehalt und anderen
Faktoren, wie Art und Korngröße des Filtermaterials, Temperatur, Filtergeschwindigkeit
usw. Durch diese Chemikalienzusätze wird der Betrieb einer Enteisenungs- und Entmanganungsanlage
bisher kostenmäßig erheblich belastet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Kostenbelastung zu
vermeiden, und zwar durch ein Verfahren, bei dem auf die Zugabe von Fremdchemikalien
verzichtet werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem zu behandelnden
Wasser nach, vor oder während der Oxydation Filterschlanun, bestehend aus einem
Gemisch von Eisen(III)-Oxydhydrat und Mangan(IV)-Oxydhydrat, zugesetzt wird. Der
Filterschlamm wird zweckmäßigerweise aus dem Rückspülwasser der Filteranlage gewonnen.
-
Es hat sich gezeigt, daß bereits ausgefälltes Eisen(III)-Oxydhydrat
und Mangan(IV)-Oxydhydrat den Oxydations- und Ausflockungsvorgang derart wirksam
katalytisch beeinflußt, daß eine Einarbeitung des Kiesfilters mit diesem Kontaktstoff
überflüssig wird. Dieser wirksame ..Kontaktstoff fällt aber in jeder Enteisenungs-
und Entmanganungsanlage im Übermaß an und wurde bisher mit dem Rückspülwasser der
Filteranlage nutzlos abgeleitet.
-
Bei kombinierter Enteisenung und Entmanganung besteht der Filterschlanun
aus einem Gemisch von Mangan(IV)-Oxydhydräi un-d-Eisen(III)-Oxydhydrat. In verschiedenen
Untersuchungen wurde die Wirksamkeit dieses Stoffes als Katalysator und gleichzeitig
auch als Flockungsmittel festgestellt. Dabei wurde wie folgt verfahren:
.
-
In einem Anrichtebehälter wurde der Filterschlamm mit Schwefelsäure
leicht angesäuert und so dem Wasser zudosiert. Ein Rührwerk mit Belüftungseinrichtung
wurde zusätzlich - eingebaut,---um den Schlamm in der Schwebe zu halten und
seine optimale Oxydationsstufe zu erhalten. In einem weiteren Anrichtebehälter wurde
der -Schlamm erst nochmals mit einem Belüftungsrührwerk - durchmischt und
danach auf einen pH-Wert von 9 alkalisiert. Geringe Mengen an Natriumoxydch16rid
zur Desinfektion wurden außerdem in die Anrichtegefäße gegeben.
-
Die Wirksamkeit des aus dem Rückspülwasser gewonnenen Oxydhydratgemisches
war dabei mindestens die gleiche wie die der sonst üblichen starken Oxydationschemikalien,
so daß zusätzliche Oxydationsmittel bei dieser Verfahrensweise nicht mehr erforderlich
sind. Das wurde auch an Hand eines Vergleichsversuchs bestätigt, der, wie nachstehend
beschrieben, durchgeführt wurde:
Die Versuche wurden in einer halbtechnischen
Versuchsanlage durchgeführt. Das eingesetzte zu reinigende Wasser hatte folgende
Analysenwerte:
| pH-Wert ............ 6,85 |
| Leitfähigkeit ......... 530 #tS |
| Durchsicht ........... 22 cm |
| Aussehen ............ gelblichbraun, trübe |
| ges. Härte ........... 22,9' dH |
| KH ................. 18,2- d11 |
| NKH ............... 4,7- dH |
| p-Wert .............. - |
| m-Wert .............. 6,50 |
| Chlorid .............. 13,5 mg/1 |
| Sulfat ............... 168 mg/1 |
| Mangan ............. 1,95 mg/1 |
| Eisen, ges . ........... 7,15 mg/1 |
| Zink ................ 1,85 mg/1 |
| Blei ................. Spuren |
| freies CO, ........... 125 mg/1 |
| KMn0,-Verbrauch ... 10,5 mg/1 |
| Temperatur .......... 12,0'C |
Das Wasser wurde entsprechend bisheriger Verfahrensweise belüftet, mit einer Kaliumpermanganat-Lösung
in Menge von
50 bis
100 g/m3 Wasser durch-#setzt und anschließend
über ein bereits eingearbeitetes Kiesfilter (Magno-Entmanganungsmasse) abgeleitet.
-
Zum Vergleich wurde ein Teilstrom (250 1/h) dieses Abwassers
mit der gleichen Ausgangs-Analyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt.
Dabei durchströmte das mit Filterschlamm durchsetzte Wasser einen Gegenstromluftmischer
und wurde dann über normalem Filterkies, der eine Kömung von 1 bis
1,5 mm aufwies, filtriert. Der in einem Absetzbecken gesammelte Filterschlamm
bestand aus einem Gemisch von Eisen- und Manganhydroxyd in der Zusammensetzung,
die den Werten der Ausgangs-Analyse entspricht.
-
Die zudosierte Menge lag zwischen 10 und 60 g
TS/m3 Wasser.
Der Luft-Zusatz betrug 35 1/m3 Wasser. Die Durchlaufgeschwindigkeit im Filter
betrug 8 m/h. Die Versuche erstreckten sich über insgesamt 400 Stunden.
-
Die Reinwasseranalysen der beiden Verfahrensweisen nach dem Vergleichsversuch
ergaben dier folgenden Werte:
| Bisheriges Verfahren nach der |
| Verfahren Erfindung |
| pH-Wert ...... 7,00 7,50 |
| Leitfähigkeit ... 640 #tS 540 #tS |
| Durchsicht .... >50 cm <50 cm |
| Aussehen ...... klar,farblos klar,farblos |
| ges. Härte ..... 26,9-dH etwa 21'dH |
| KH .......... 19,60dH etwa 16'dH |
| NKH ......... 7,30dH etwa 5'dH |
| p-Wert ........ - - |
| m-Wert ....... 7,00 5,7 |
| Chlorid ....... 13,0 mg/1 |
| Sulfat ......... 175 mg/1 170 mg/1 |
| Mangan ....... n. n. n. n. |
| Eisen, ges . ..... D. n. n. n. |
| Zink .......... 0,25 mg/1 Spuren |
| Blei .......... n. n. n. n. |
| freies CO, ..... 82 mg/1 geringe Mengen |
| KMnO47 |
| Verbrauch ... 5 mg/1 3 mg/1 |
| Temperatur .... 12,0-C 10,0- C |
| *) Entsprechend der Korrektursäure, z. B. Verwendung
von |
| Na00 und Salzsäure, 6) bis 80 nig/l. |
Eine vergleichbare Wirksamkeit von Filterschlamm und Kaliumpermanganat wurde auch
festgestellt, indem dem Rohwasser weder Filterschlamm noch Kaliumpermanganat unter
im übrigen gleichen Versuchsbedingungen zugegeben wurde. In beiden Fällen war bereits
nach weniger als einer Stunde ein Anstieg des Eisen- und vor allem des Mangangehaltes
im ablaufenden Wasser um mehr als
500 0/0 feststellbar.
-
Bei Anwendung des neuen Verfahrens ergibt sich eine erhebliche Kosteneinsparung.
Ferner kann die Filteranlage ohne die sonst übliche Berücksichtigung des günstigsten
Chemikalienverbrauchs nur mit dem Ziel eines optimalen und sicheren Abscheideeffekts
betrieben werden. Für die Durchführung des Verfahrens ist jede Enteisenungs- und
Entmanganungsanlage mit einer normalen Beläftung geeignet.