DE19732416A1

DE19732416A1 - Verfahren zur Wasserreinigung, insbesondere Grundwasserreinigung und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE19732416A1
Application number: DE1997132416
Authority: DE
Inventors: Johann Dr Rietzler; Peter Dipl Ing Heidrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-04

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Wasserreinigung, insbesondere Grundwasserreinigung sowie eine Vorrichtung zur Reinigung von Grundwasser mit verschiedenen Verunreinigungen.

Die Belastung von Gewässern und insbesondere des Grundwassers mit Chemikalien stellt eine ernstzunehmende Gefahr für die menschliche und tierische Ernährung dar und daher wird versucht, Verunreinigungen des Grundnahrungsmittels Wassers möglichst zu entfernen. Eine weitere Problematik ergibt sich durch die zunehmende Metallionenbelastung, insbesondere auch Schwermetallionenbelastung von Böden und Grundwasser durch Industrieabfälle, Stäube oder Hinterlassenschaften von alten Betrieben.

Vorrichtungen zur Reinigung von Grundwasser sind für die verschiedensten Anwendungsgebiete bekannt - so für mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie chlorierten KWs belastete Wässer. Sie haben unter anderem den Vorteil, eine dauerhafte aber dennoch preiswerte Behandlung von Grundwasser zu ermöglichen.

So läuft bspw. in North Carolina ein Versuch, eine Mischung aus Eisenspänen und Grobsand in großkalibrigen Bohrungen (Bohrpfahltechnik) zum Abbau von Chromat, Trichlorethen und Vinylchlorid im diese durchströmenden Grundwasser einzusetzen. Während der Passage des Grundwassers durch die Fe(0)-haltigen Zonen kommt es zu einem Abbau der Schadstoffe im Grundwasser nach der allgemeinen Gleichung

Fe(0) + X-Cl + H+ - Fe (2+) + X-H + Cl -

(Matheson und Tratnyek, 1994, Reductive dehalogenation of chlorinated methanes by iron metal. Environ. Sci. Technol. 28 (12): 2045-2053). Hier handelt sich dabei um Abbaukinetiken erster Ordnung. Es konnte auch gezeigt werden, daß Tetrachlorethen und cis-1,2, Dichlorethen sich ebenfalls behandeln lassen. Die Effektivität der Behandlung nimmt mit abnehmendem Halogenierungsgrad ab.

Nullwertiges Eisen in Form von Fe-Spänen wurd auch erfolgreich zur Reduktion von Chromat (Cr(IV) eingesetzt. Dabei entsteht Cr(III+), das als schwerlösliche Cr(III)-Fe(III)-Oxihydroxidverbindung ausfällt. Neben Fe wird auch der Einsatz anderer nullwertiger Metalle, wie bspw. von Pd, als Katalysator zur Dehydrohalogenierung von chlorierten Lösemitteln in Anwesenheit von H2 als Reduktionsmittel diskutiert. Auch bei Verwendungen von Bimetallen (bspw. Pd/Fe) werden hohe Abbaugeschwindigkeiten bei chlororganischen Verbindungen - auch bei PCB - erreicht.

Die adsorptive Schadstoffentfernung, bspw. von Metallen und Schwermetallen kann durch großflächige Filter erfolgen, wobei diese von Zeit zu Zeit ausgetauscht oder regeneriert werden müssen. Dabei ist es auch möglich, durch sulfatreduzierende Bakterien in vielen Wässern enthaltenes SO₄ ^2- zu S^2- zu reduzieren, das mit vielen Metallen schwerlösliche Niederschläge bildet.

Die bekannten Vorrichtungen zur Reinigung von Grundwasser waren insofern noch verbesserungsfähig, als sie bisher nur mit einem einzigen Filter eine bestimmte Klasse von Verunreinigungen entfernten - bspw. durch Fe(0) Chromat oder bestimmte halogenierte KW's, die Entfernung mehrerer Verunreinigungsklassen war aber bisher nicht möglich.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung Vorrichtungen zur Reinigung von Grundwasser sowie Einzelkomponenten für diese herzustellen, die gegenüber bekannten Einzelkomponenten die Entfernung mehrerer Komponenten ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Wasserreinigung, insbesondere Grundwasserreinigung, gelöst, mit Sammeln des belasteten Wassers; Leiten des belasteten Wassers durch einen ersten Behandlungsfilter; Leiten des behandelten Wassers aus dem ersten Behandlungsfilter durch mindestens einen zweiten Behandlungsfilter sowie Ausleiten des gereinigten Wassers.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Grundwasser mit mehreren unterschiedlichen Verunreinigungen, mit Leiteinrichtungen zum Leiten des Wassers in einen ersten Filter zur Aufnahme/Vorbehandlung des Grundwassers, einer Verbindungseinrichtung zum Leiten des behandelten Wassers sowie mindestens einen weiteren nachgeschalteten Filter zur Weiterbehandlung des vorbehandelten, aus dem ersten Filter kommenden Grundwassers.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens der erste Behandlungsfilter ein Reduktionsfilter ist.

Es kann günstig sein, daß mindestens eines der Filter ein sulfatreduzierende Bakterien aufweisendes Filter ist. Eines der Filter kann auch ein Sorptionsfilter sein.

Eine bevorzugten Anwendung des Verfahrens ist die Behandlung von mit halogenierten Kohlenwasserstoffen und Metallionen belasteten Wasser.

Vorteilhafterweise kann aus Kostengründen als Reduktionsfilter ein Eisenfilter, wie ein aus Eisenschrott oder mit Eisenspänen versetztes Material, oder aber auch, weil effektiver aber teurer, ein Pd/Fe-Filter eingesetzt werden.

Insbesondere kann der Sorptionsfilter ein zur Sorption von Metallionen geeigneter Filter, wie ein Manganoxidfilter, ein Ionenaustauscher ist. Als Manganoxidfilter eignet sich bspw. auf einem Trägermaterial, wie Sand oder Kies abgeschiedenes Manganoxid.

Ein Filter, bspw. der erste Filter kann ein Reduktionsfilter zur Herabsetzung des Sauerstoffgehalts des belasteten Wassers und Behandlung von darin befindlichen Stoffen und ein nachgeschalteter Filter ein Absorptionsfilter zur Absorption von Schadstoffen sein.

Bspw. können die Filter jeweils eine Filteranordnung mit Anströmwänden und darin befindlichen Körben mit Behandlungsmaterial sein, die in Filterkies eingebettet sind, die miteinander verbunden sind, so daß im ersten Filter behandeltes Grundwasser mit geringem Widerstand durch die Verbindung in das nachgeschaltete Filter zur weiteren Behandlung fließt.

Bspw. kann das Behandlungmaterial ein nullwertiges Eisen aufweisendes Material sein.

Es ist möglich und in vielen Anwendungsfällen erwünscht, daß das Sorptionsmaterial auf Kies abgeschiedener Braunstein ist - in anderen Fällen kann aber auch Ionentauscher, Aktivkohle etc. eingesetzt werden.

In einigen Fällen kann es notwendig sein, die Filter mit Einrichtungen zur Einleitung von Säure/Alkali auszurüsten um das Wasser entsprechend auf einen geeigneten pH-Wert einzustellen.

Überraschenderweise läßt sich durch dieses Verfahren Wasser, insbesondere Grundwasser, von mehreren darin enthaltenen Schadstoffen reinigen.

Dadurch, daß austauschbare Körbe mit Filtermaterial in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sind, ist die Anlage regenerationsfähig und kann ohne großen baulichen Aufwand mit neuem Filtermaterial ausgestattet werden.

Nachfolgend soll die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnungen und einer Anwendung auf Grundwasser mit einer CKW- und Ni-Ionenbelastung erläutert werden, auf die diese aber keineswegs beschränkt ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische stark vereinfachte Draufsicht des Anströmens des Grundwassers an Leitwände und in die Filtervorrichtung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die angeströmte Filteranordnung mit zwei Filtern;

Fig. 3 einen vergrößeren Querschnitt durch einen Teil der Filteranordnung der Fig. 1 und

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Anordnung entsprechend der Fig. 2.

In den Figuren ist eine Anlage zur Grundwasserreinigung von Grundwasser, das hier chlorierte Kohlenwasserstoffe und Nickelionen enthält, dargestellt, die im Gelände in einer Grundwasserströmung aufgebaut wird. Es kann mit der erfindungsgemäßen Anlage aber auch Abwasser aus Betrieben oder aus Kläranlagen bearbeitet werden und sie ist keineswegs auf Grundwasser beschränkt.

Selbstverständlich ist die Erfindung auch nicht auf die hier beschriebene, zu entfernende Kombination von kontaminierenden Stoffen beschränkt, die hier der Einfachheit halber beschrieben wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird bei einer Ausführungsform der Erfindung zur Reinigung von Grundwasser ein Bauwerk in einer Grundwasserströmung GW errichtet, das das Grundwasser durch dichte Leitwände (L) großflächig auf die Filtereinrichtung zu leitet. Diese ist hier mit zwei hintereinandergeschalteten Filtereinheiten (I) und (II), die hier zwei hintereinandergeschaltete Stahlbetonrohre S1, S2 als Senkschacht aufweist, ausgestattet. Dabei ist die Anströmwand des Stahlbetonrohrs S1 wasserdurchlässig und läßt zu reinigendem Wasser Zutritt zum Filtermaterialkorb F1, in dem bei dieser Ausführungsform Eisenschrott als reduzierendes Filter vorliegt. Dieser Eisenschrott kann viele chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie bereits oben erläutert, in Chlorwasserstoff und Kohlenwasserstoff zerlegen, wobei Fe2+ entsteht. Das so behandelte Wasser strömt sodann, wie aus Fig. 3 und ersichtlich, über eine Verbindung V in das zweite Stahlbetonrohr S2 mit dem zweiten Filtermaterialkorb F2 und einer Ausströmwand. Dieser ist hier als Drahtkorb ausgebildet und enthält mit MnO2 beladenen Grobkies, an dem sich viele Metallionen, insbesondere auch Ni2+, unter Bildung von Ni-Manganaten oder Addukten von Ni-Ionen an MnO2 der verschiedensten Formeln sorbieren.

Das dann aus der Ausströmwand des zweiten Stahlbetonrohrs S2 austretende Wasser ist hinsichtlich CKW und Metallionen, insbesondere Ni, gereinigt und kann im Boden belassen werden.

Somit wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung insbesondere der Kombination von Behandlungsschritten eine gründlichere Reinigung von Wasser, als mit den bisherigen Anordnungen möglich, auf einfachere Weise ermöglicht. Ein Abpumpen von Grundwasser ist nicht mehr notwendig.

Weitere Ausgestaltungen und Fortentwicklungen sind im Rahmen des Schutzumfangs der Ansprüche dem Fachmann offensichtlich und der Schutzumfang ist keineswegs auf die hier beispielhaft aufgeführten Ausführungsformen begrenzt, die lediglich zur Erläuterung dienen sollen.

Claims

1. Verfahren zur Wasserreinigung, insbesondere Grundwasserreinigung, gekennzeichnet durch Sammeln des belasteten Wassers; Leiten des belasteten Wassers durch einen ersten Behandlungsfilter; Leiten des behandelten Wassers aus dem ersten Behandlungsfilter durch mindestens einen zweiten Behandlungsfilter sowie Ausleiten des gereinigten Wassers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Behandlungsfilter ein Reduktionsfilter ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Filter ein sulfatreduzierende Bakterien aufweisendes Filter ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Behandlungsfilter ein Sorptionsfilter ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das belastete Wasser halogenierte Kohlenwasserstoffe und Metallionen aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsfilter ein Eisenfilter, wie ein aus Eisenschrott oder mit Eisenspänen versetztes Material, ein Pd/Fe-Filter, ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionsfilter ein zur Sorption von Metallionen geeigneter Filter, wie ein Manganoxidfilter, ein Ionenaustauscher ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Manganoxidfilter ein auf einem Trägermaterial abgeschiedenes Manganoxid ist.

9. Vorrichtung zur Reinigung von Wasser mit mehreren unterschiedlichen Verunreinigungen, insbesondere nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Leiteinrichtungen (L) zum Leiten des Wassers in einen ersten Filter (I) zur Aufnahme/Vorbehandlung des Wassers, einer Verbindung (V) zum Leiten des behandelten Wassers zu mindestens einem weiteren nachgeschalteten Filter (II) zur Weiterbehandlung des vorbehandelten, aus dem ersten Filter (I) kommenden vorbehandelten Wassers.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filter (I) ein Reduktionsfilter zur Herabsetzung des Sauerstoffgehalts des belasteten Wassers und Behandlung von darin befindlichen Stoffen und ein nachgeschalteter Filter (II) ein Absorptionsfilter zur Absorption von Schadstoffen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (I, II) eine Rohranordnung (S1, S2) mit Anströmwänden und darin befindlichen Körben (F1, F2) mit Behandlungsmaterial sind, die miteinander über eine Verbindung (V) verbunden sind, so daß im ersten Filter (I) behandeltes Wasser mit geringem Widerstand durch die Verbindung (V) in das nachgeschaltete Filter (II) zur weiteren Behandlung fließt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungmaterial im ersten Filter F1 ein nullwertiges Eisen aufweisendes Material ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmaterial im nachgeschalteten Filter F2 auf Kies abgeschiedener Braunstein ist.

14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13 zum Reinigen von Abwasser, Grundwasser oder Kläranlagenwasser.