Schnellentkarbonisierung mit Kalkmilch entfernt zuverlässig Schwermetallbelastung

Nickeleliminierung aus dem Grundwasser

Auch wenn die strengen Trinkwasserrichtlinien die Konzentration an Schwermetallen stark begrenzen, wird das beliebte Ritual, einen amerikanischen "Nickel" oder einen europäischen Euro in den Brunnen zu werfen, natürlich nicht verboten. Aber ein verschärfter Grenzwert für Nickel und andere Schwermetalle im Grundwasser bedeutet für Wasserwerke ernste Probleme. Alles spricht dafür, dass mit Kalkmilch und dem Schnellentkarbonisierungsverfahren Nickel ökonomisch sinnvoll aus dem Bewirtschaftungszyklus herausgeholt werden kann. Forschungen zeigen, dass neben Nickel auch Blei und Cadmium zuverlässig eliminiert werden.

Industrieemissionen und landwirtschaftliche Bodennutzung als Verursacher

Die EG-Trinkwasserrichtlinie hat den Grenzwert für die Nickel- und Bleikonzentration im Trinkwasser drastisch gesenkt. Das bedeutet, die Aufbereitung von Grundwasser, das zur Entnahme von Trinkwasser dient, kann Wasserwerke vor ernste Probleme stellen, insbesondere wenn schwermetallhaltige Emissionen von Industriebetrieben oder durch Eintrag aus der Landwirtschaft für starke Schwankungen in der Belastung sorgen.

Dem Schwermetall auf den Grund gehen

Welches Wasserwerk wie stark betroffen ist, lässt sich nur in einer differenzierten Analyse des Grundwasserbildes entschlüsseln. Um hier Überlastungen zu erkennen, sind Förderbrunnen mit Multilevelpegel zur Analyse hilfreich.

Änderung des pH-Wertes und/oder der Redoxverhältnisse sind entscheidend

Abb. 1 ph-Wert und Nickelkonzentration in einem Grundwasser in Abhängigkeit von der Tiefe
Abb. 2 Entwicklung der Nickel- und Sulfatkonzentration in einem Tiefengrundwasser

Durch den landwirtschaftlichen Eintrag von Nitrat und in dessen Folge auch von Sauerstoff werden diese in immer tiefere Sicker- und Grundwasserhorizonte verlagert. So können die dort vorkommenden Schwermetalle (oftmals schwerlösliche Sulfide) durch mikrobiell katalysierte Redoxreaktionen in lösliche Sulfate umgewandelt werden (Abb. 1). Je nach pH-Wert lösen sich dann die Schwermetalle wie Nickel, Blei oder Cadmium im Grundwasser auf, wie das Beispiel eines 50 Meter tiefen Grundwasserbrunnens in Abb. 2 zeigt.

Techniken der Schwermetall- Abscheidung

Sicher war erhöhte Schwermetallkonzentration schon immer ein Problem bei der Trinkwasseraufbereitung. So hat man etwa die Abhängigkeit der Sorption von Nickel an Manganoxiden und damit von deren Konzentration nachweisen können. Bei geringer Manganoxidkonzentration kann man durch künstliche Zugaben im Rohwasser nachhelfen und Nickel zusammen mit Mangan durch Filtration abtrennen. Doch dieses Verfahren hilft nur im Einzelfall, ebenso wie die Sorption an Eisenoxiden.

Hartes oder weiches Wasser, das ist hier die Frage

Abb. 3 Schema der halbtechnischen Schnellentkarbonisierungsanlage

Bei der Elimination von Nickel sollte zunächst zwischen weichen und weniger weichen Grundwässern unterschieden werden. Liegt ein saures, sehr weiches Rohwasser mit einem pH-Wert der Calciumcarbonatsättigung von ≥ 8,8 vor, kann Nickel zumindest teilweise auch entfernt werden, wenn das Wasser zuerst physikalisch entsäuert und anschließend über halb gebranntem Dolomit filtriert wird. Dabei muss auf mögliche Verbackung des Filtermaterials geachtet werden.

Liegt ein Rohwasser vor, dessen pH-Wert unter 9,0 liegt, kann Nickel durch Ausfällen mit Calciumcarbonat eliminiert werden, wenn der pH-Wert mit Calciumhydroxid angehoben wird. Dieses bewährte Verfahren der Schnellentkarbonisierung hat sich seit Jahren bewährt.

Ein wesentlicher Vorteil ist die Schnelligkeit, aber auch die Entsorgung der entwässerten Pellets. Der pH-Wert kann nach der Filtrierung dann durch Einsatz von Kohlendioxid wieder entsprechend eingestellt werden.

Schnellentkarbonisierung – Stand der Forschung

Forschungen haben belegt, dass mit dem Schnellentkarbonisierungsverfahren auch Cadmium und Blei aus dem Grundwasser entfernt werden können. Die halbtechnische Versuchsanlage, die zu diesem Nachweis beigetragen hat, arbeitete mit Kalkmilchzugaben, die dem Reaktor pH-geregelt aus einer Ringleitung zugeführt wurden. Die Schwermetalle wurden dem Wasser vor Eintritt in den Reaktor zugegeben. Die Tabelle zeigt die Rohwasserbeschaffenheit der Forschungsanlage.

Abb. 4 Rohwasserbeschaffenheit

Transparente Ergebnisse bestätigen die Wirkung

Abb. 5 Nickelelimination im Reaktor in Abhängigkeit vom ph-Wert und der Härte des Rohwassers

Das Hauptziel der Untersuchungen bestand darin, einen möglichst großen Teil der Schwermetalle im Schnellentkarbonisierungsreaktor zu binden. Denn die mit Schwermetallen angereicherten Pellets sind wesentlich leichter zu entsorgen, als schwermetallhaltige Feststoffe aus Filterrückspülwässern. Die Ergebnisse der Forschungsreihen sind beeindruckend: Bis zu 95 % Nickel, 90% Cadmium und 90% Blei konnten im Gesamtprozess entfernt werden.

Fazit: Schnellentkarbonisierung ökonomisch und ökologisch ein bedeutender Gewinn

Wenn Schwermetallbelastungen - nach entsprechenden Grundwasserbeobachtungen - nicht anders als auf dem Wege von technischen Maßnahmen reduziert werden können, ist die Schnellentkarbonisierung das bislang beste Verfahren zur sicheren Unterschreitung auch künftiger gesetzlicher Grenzwertvorgaben, insbesondere auch wegen der unproblematischen Beseitigung der Rückstände.

 

Literatur: Hahne, J.; Mehling, C.; Schiffner, H.-M.; Overath, H. Auftreten und Entfernung toxischer Schwermetalle bei der Gewinnung und Aufbereitung von Grundwasser BBR 8/2000, S. 34-35

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