Arsenvergiftung: Entfernung von Arsenbelastung im Trinkwasser mittels Ionenaustauscherharz
Chemische Eigenschaften und Gefahren von Arsen
Arsen ist ein Halbmetall, allgemein bekannt als Arsentrioxid, und eine hochgiftige Substanz. Am 23. Juli 2019 wurden Arsen und seine Verbindungen in die Liste der giftigen und gefährlichen Wasserverunreinigungen (erste Tranche) aufgenommen.
Der Arsengehalt in Oberflächengewässern ist relativ unbedenklich; nur sehr wenige Oberflächenwasserquellen überschreiten Werte von 5 µg/L. Im Grundwasser können die Arsenkonzentrationen jedoch deutlich höher sein. Wasseraufbereitungsanlagen, die Grundwasser zur Trinkwassergewinnung nutzen, müssen daher geeignete Aufbereitungsverfahren anwenden, um überschüssiges Arsen aus dem Wasser zu entfernen. Gemäß den „Standards für die Trinkwasserqualität“ (GB5749-2006) sollte der Arsengehalt im Trinkwasser unter 0,01 mg/L liegen.
Ursachen und Gefahren von überschüssigem Arsen im Grundwasser
Sowohl natürliches Grundwasser als auch Oberflächenwasser können Arsen enthalten, wobei Grundwasser typischerweise höhere Arsenkonzentrationen aufweist als Oberflächenwasser. Der Arsengehalt in Oberflächenwasser ist relativ unbedenklich; nur sehr wenige Quellen überschreiten 5 µg/L. Grundwasser kann jedoch deutlich höhere Arsenkonzentrationen aufweisen. Wasserwerke, die Grundwasser als Trinkwasserquelle nutzen, müssen geeignete Aufbereitungsverfahren anwenden, um überschüssiges Arsen zu entfernen. Gemäß den „Standards für die Trinkwasserqualität“ (GB5749-2006) sollte der Arsengehalt im Trinkwasser unter 0,01 mg/L liegen.
Wasserqualitätsstandards und Grenzwerte
| Indikator | Grenzwert |
|---|---|
| Mikrobiologische Indikatoren | |
| Gesamtcoliforme Bakterien
(MPN/100 ml oder KBE/100 ml) | Nicht nachweisbar |
| Thermotolerante Coliforme
Bakterien (MPN/100 ml oder KBE/100 ml) | Nicht nachweisbar |
| Fäkale Coliforme Bakterien
(MPN/100 ml oder KBE/100 ml) | Nicht nachweisbar |
| Gesamtbakterienzahl (KBE/ml) | 100 |
| Toxikologische Indikatoren | |
| Arsen (mg/L) | 0,01 |
| Cadmium (mg/L) | 0,005 |
| Chrom (hexavalent) (mg/L) | 0,05 |
| Blei (mg/L) | 0,01 |
| Quecksilber (mg/L) | 0,001 |
| Selen (mg/L) | 0,01 |
| Cyanid (mg/L) | 0,05 |
| Fluorid (mg/L) | 1.0 |
| Nitrat (als Stickstoff, mg/L) | 10 (20 für Grundwasserquellen) |
| Andere chemische Indikatoren | |
| Trichlormethan (mg/L) | 0,06 |
| Tetrachlormethan (mg/L) | 0,002 |
| Chloramine (als Cl2, mg/L) | 0,01 |
| Chlorphenol (als Cl2, mg/L) | 0,9 |
| Chlorit (bei Verwendung von Chlor)
Kohlendioxid zur Desinfektion, mg/L) | 0,7 |
| Chlorat (bei Verwendung
gebundenes Chlordioxid Desinfektion (mg/L) | 0,7 |
Tabelle: Indikatoren für die Grundwasserqualität
Ursachen und Gefahren von überschüssigem Arsen im Grundwasser
Industrielle Quellen
Die industrielle Produktion ist eine bedeutende Quelle der Arsenbelastung, insbesondere in der Nichteisenmetallurgie und im Bergbau. Arsenhaltige Mineralien wie Arsenopyrit, Realgar, Auripigment und Enargit kommen häufig zusammen mit anderen Nichteisenmetallmineralien vor. Durch natürliche Freisetzung und menschliche Aktivitäten, insbesondere den umfangreichen Abbau und die Verwendung minderwertiger Erze, entstehen beim Abbau und der Verhüttung von Nichteisenmetallen große Mengen arsenhaltiger Abfälle und Nebenprodukte. Dazu gehören arsenhaltiger Staub aus der Pyrometallurgie und Reinigungsrückstände aus der Hydrometallurgie. Auch Abwässer aus der Schwefelsäureherstellung, der chemischen Farbstoff- und Pestizidproduktion, der Holzverarbeitung sowie der Glas- und Keramikindustrie weisen oft hohe Arsenkonzentrationen auf.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Arsen kann über die Atemwege, Nahrung oder Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen und sich in Organen und Geweben wie Leber, Nieren, Knochen und Haaren anreichern. Es kann das Verdauungs- und Nervensystem schädigen. Langfristiger Konsum von arsenhaltigem Wasser kann zu Hauterkrankungen wie Keratose und Pigmentveränderungen, Blackfoot-Krankheit, neurologischen Störungen, Gefäßschäden und einem erhöhten Risiko für Herzerkrankungen führen. In Regionen wie der Inneren Mongolei, Xinjiang und Taiwan in China wurden Arsenkonzentrationen im Trinkwasser von 0,2–2,0 mg/l gemessen, die den nationalen Trinkwasserstandard von unter 0,05 mg/l deutlich überschreiten. Dies hat zu endemischen Arsenvergiftungen geführt. Die Entfernung von Arsen aus dem Trinkwasser ist eine entscheidende Maßnahme zur Prävention und Bekämpfung endemischer Arsenvergiftungen.
Methoden zur Arsenentfernung
Zu den derzeitigen, im In- und Ausland angewandten Methoden zur Arsenentfernung gehören:
- Biologische Methoden
- Gerinnungsmethoden
- Niederschlagsmethoden
- Adsorptionsmethoden
- Ionenaustauschmethoden
Diese Methoden werden angewendet, um den Arsengehalt im Trinkwasser effektiv zu senken und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken zu mindern.
Verfahren zur Arsenentfernung aus Grundwasser und Trinkwasser
Biologische Methoden
Das Prinzip biologischer Verfahren beruht auf speziellen Bakterienstämmen, die während ihrer Kultivierung Substanzen ähnlich dem Belebtschlamm produzieren. Diese Substanzen binden Arsen durch Flockung, bilden einen Niederschlag und führen so zur Arsenentfernung. Der Kultivierungszyklus dieser Bakterienstämme ist jedoch lang und erfordert strenge Umweltbedingungen. Daher werden biologische Verfahren hauptsächlich zur Arsenentfernung aus Abwasser eingesetzt; Anwendungen im Trinkwasserbereich sind selten.
Gerinnungsmethoden
Das Prinzip der Koagulationsverfahren beruht auf der Verwendung von Koagulationsmitteln mit starker Adsorptionsfähigkeit, die Arsen adsorbieren und in einen Niederschlag umwandeln. Dieser Niederschlag wird anschließend durch Filtration oder andere Verfahren vom Wasser getrennt. Koagulationsverfahren sind kostengünstig, einfach anzuwenden und hocheffizient bei der Arsenentfernung. Sie können Industrieabwässer effektiv aufbereiten, um die Einleitungsstandards zu erfüllen und die Trinkwasserqualität sicherzustellen. Daher findet die Koagulation breite Anwendung in der industriellen Produktion und der Trinkwasseraufbereitung. Allerdings erfordern Koagulationsverfahren große Mengen an Koagulationsmitteln, erzeugen erhebliche Mengen an arsenhaltigem Abfallschlamm, der schwer zu handhaben ist und sich mit der Zeit ansammeln kann, was die Anwendung des Verfahrens einschränkt.
Niederschlagsmethoden
Das Prinzip von Fällungsverfahren beruht auf der chemischen Reaktion, die Arsen in einen Niederschlag umwandelt, der anschließend durch Filtration entfernt wird. Fällungsverfahren bieten deutliche Vorteile für die Vorbehandlung von arsenhaltigem Industrieabwasser, eignen sich jedoch nicht zur Behandlung von Spurenmengen an Arsen in Trinkwasser. Daher muss behandeltes arsenhaltiges Abwasser in der Regel einer Nachbehandlung unterzogen werden, um die Einleitungsnormen zu erfüllen.
Adsorptionsmethoden
Das Prinzip der Adsorption beruht auf der Verwendung von Feststoffen mit großer spezifischer Oberfläche und hoher Unlöslichkeit als Adsorbentien. Diese Adsorbentien binden Arsen aus dem Wasser durch Mechanismen wie physikalische oder chemische Adsorption oder Ionenaustausch an ihre Oberfläche und entfernen so das Arsen. Die Effektivität der Adsorption kann durch organische Stoffe, den pH-Wert, die Form und Konzentration des Arsens im Wasser sowie die Anwesenheit und Konzentration anderer Ionen beeinflusst werden. Zudem sind Adsorptionsmaterialien oft teuer. Vorbehandlungsmaßnahmen, wie beispielsweise eine mehrstufige Filtration vor der Anwendung der Adsorbentien, können die Effizienz der Adsorption verbessern.
Ionenaustauschverfahren
Das Prinzip des Ionenaustauschverfahrens beruht auf der Verwendung von Anionenaustauscherharzen mit austauschbaren Ionen, die mit Arsenionen im Wasser reagieren und so Arsen entfernen. Im Vergleich zu chemischen Fällungsverfahren entsteht mit diesem Verfahren nur 20 % des Schlammvolumens, wodurch die Kosten der Schlammentsorgung deutlich gesenkt werden. Darüber hinaus zeichnet sich das Ionenaustauschverfahren durch eine hohe Behandlungskapazität, einfache Handhabung, leichte Regenerierbarkeit und gute Trenneffizienz aus. Es erfüllt strenge Einleitungsstandards und ermöglicht die Rückgewinnung verschiedener wertvoller Komponenten. Daher gilt es als vielversprechendes Verfahren zur Arsenentfernung und findet zunehmend Anwendung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen.
Diese Methoden werden angewendet, um die sichere Entfernung von Arsen aus Grundwasser und Trinkwasser zu gewährleisten und so gesundheitliche Gefahren durch Arsenbelastung zu vermeiden.
Zusammenfassung der Arsenentfernungsverfahren
| Verfahren | Prinzip | Vorteile | Nachteile | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Biologisch | Spezielle Bakterien
produzieren Substanzen die sich verbinden mit Arsen zur Bildung Niederschläge. | Wirksam für
Arsen im Abwasser Entfernung. | Langer Anbauzyklus
strenge Umweltauflagen Anforderungen. | Abwasser
Behandlung |
| Gerinnung | Koagulationsmittel adsorbieren
Arsen, das eine Niederschlag, der dann herausgefiltert. | Kostengünstig, einfach zu
Betrieb mit hoher Effizienz. | Erfordert große Mengen
von Gerinnungsmitteln, produziert erhebliche Menge an Klärschlamm, Potenzial für sekundäre Verschmutzung. | Industrie und
Trinkwasser |
| Fällung | Chemische Reaktionen
Arsen in ein Niederschlag, der herausgefiltert. | Wirksam für hohe
Arsen industriell Abwasser. | Nicht geeignet für Spuren
Arsen im Trinkwasser Wasser. | Industrie
Abwasser Behandlung |
| Adsorption | Feste Materialien mit
große Oberfläche Arsen adsorbieren durch physische oder chemische Mechanismen. | Wirksam für verschiedene
Arsenkonzentrationen anpassungsfähig an Vor- Behandlungsmaßnahmen. | Beeinflusst von organischen
Materie, pH-Wert und andere Ionen, teuer Adsorptionsmaterialien. | Trinken und
Abwasser Behandlung |
| Ion
Austausch | Anionenaustausch
Harze tauschen Ionen aus mit Arsenionen in Wasser. | Geringe Schlammproduktion
kostengünstig, groß Behandlungskapazität einfach zu bedienen, gut Trennung. | Erfordert Regeneration
von Harzen, hohes Potenzial Anschaffungskosten. | Breit
Anwendungen |
Die Ionenaustauschmethode zeichnet sich durch ihre Effizienz, niedrige Betriebskosten und die Fähigkeit, strenge Umweltstandards zu erfüllen, aus und ist daher eine vielseitige und zunehmend beliebte Wahl zur Arsenentfernung sowohl in Trinkwasser als auch in industriellen Anwendungen.
Arsenentfernungsverfahren mittels Ionenaustausch
Abbildung: Ionenaustauschverfahren zur Arsenentfernung
1. Oxidation:
- Oxidationsmittel: Dem arsenhaltigen Grundwasser wird ein Oxidationsmittel zugesetzt.
- Voroxidation: In diesem Schritt wird Arsen(III) in Arsen(V) umgewandelt, welches leichter mit Ionenaustauscherharzen entfernt werden kann.
2. Vorfiltration:
- Das Wasser durchläuft einen Vorfiltrationsschritt, um jegliche Partikel zu entfernen, die das Ionenaustauscherharz verstopfen könnten.
3. Ionenaustauscherharz:
- Ionenaustausch: Das vorgefilterte Wasser durchläuft ein Ionenaustauscherharz, bei dem Arsenionen gegen andere Ionen auf dem Harz ausgetauscht werden, wodurch das Arsen effektiv aus dem Wasser entfernt wird.
4. Rückspülwasser:
- Das Ionenaustauschersystem wird regelmäßig rückgespült, um angesammelte Verunreinigungen aus dem Harz zu entfernen. Das Rückspülwasser wird als Abwasser behandelt.
5. Aufbereitetes Wasser:
- Das aufbereitete Wasser, das nun frei von Arsen ist, wird als Ablaufwasser aufgefangen und ist sofort einsatzbereit.
Sunresins Ionenaustauschverfahren zur Arsenentfernung
Am Beispiel des Ionenaustauschverfahrens zur Arsenentfernung von Sunresin wird das SEPLITE-Verfahren erläutert.
®Es wird das Arsenentfernungsharz LAR714 eingesetzt, das bestimmte Ionen selektiv entfernt. Dieses Harz wird aufgrund seiner hohen Adsorptionskapazität und -rate verwendet und entfernt Arsenverbindungen effektiv aus Trink- und Grundwasser.
SEPLITE
®LAR714
Arsenentfernungsharz ist ein Polymerharz mit funktionellen Gruppen, das sich durch hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften auszeichnet. Es besitzt überlegene Festigkeitswerte und erfüllt die Anforderungen für größere Harzbetthöhen. Es wird zur Entfernung von Arsen aus Wasser, Lebensmitteln, Zuckerlösungen und anderen Flüssigkeiten eingesetzt. Das Harz kann bis zu 1,4 g Arsen pro Liter adsorbieren, mit einer Entfernungsgenauigkeit von bis zu 5 ppb oder weniger (Adsorptionskapazität und Entfernungsgenauigkeit hängen vom Arsengehalt der Ausgangslösung ab).
Um die Selektivität des Harzes für Arsen zu erhöhen, integriert BlueStar Sunresin funktionelle Gruppen mit spezifischen Adsorptionsfunktionen in das Harzgerüst. Dies führt zu einer außergewöhnlich hohen Selektivität und ermöglicht eine gerichtete Adsorption von Arsen mit einer Rate von über 95 %. Darüber hinaus wird durch spezielle Verfahren die außergewöhnliche Robustheit und Beständigkeit der funktionellen Gruppen sichergestellt.
Vorteile der
SEPLITE
®LAR714 Harz
Aktuell ist die
SEPLITE
®LAR714 Harz
hat in den Bereichen Chemie, Lebensmittel und Trinkwasser branchenweite Anerkennung erlangt und bietet folgende Vorteile:
- Selektive Adsorption: Die spezielle Struktur der funktionellen Gruppen des Harzes ermöglicht eine selektive Adsorption von Arsenaten und Arseniten.
- Stabil und effizient: Der Arsengehalt des behandelten Wassers kann auf unter 5 ppb gesenkt werden; während des Betriebs wird kein Arsen oberhalb des Grenzwerts nachgewiesen. Die Adsorptionseffizienz liegt typischerweise bei über 99 %.
- Wirtschaftlich und zuverlässig: Das Harz behält nach Sättigung und Regeneration seine stabile Austauschkapazität und ermöglicht so die Wiederverwendung. Der Energieverbrauch des Geräts im Betrieb ist gering.
- Einfache Bedienung und Wartung: Das System ist hochgradig automatisiert und bietet Optionen zur automatischen oder manuellen Steuerung des Wasserdurchflusses und des Regenerationsprozesses.
- Verschiedene Gerätespezifikationen: Die Geräte können je nach Wasservolumen in verschiedenen Ausführungen konstruiert werden und sind somit für unterschiedliche Wassermengen geeignet.
- Platzsparend: Das Gerät benötigt wenig Platz und spart somit Raum.
Diese Eigenschaften machen das SEPLITE ®LAR714 Harz ist eine vielseitige und praktische Lösung zur Arsenentfernung in verschiedenen Branchen.
SEPLITE
®LAR714
Fallstudie zur Entfernung von Arsen aus Harzen
Fallbeispiel zur Arsenentfernung aus Trinkwasser
Ein Trinkwasserunternehmen in Guangxi führte ein Projekt zur Arsenentfernung durch.
SEPLITE
®LAR714
Als Ausgangsmaterial diente Leitungswasser mit einem Arsengehalt von ca. 80 ppb. Das System war für einen Durchfluss von 12,5 m³/h und einen 24-Stunden-Dauerbetrieb ausgelegt. Entsprechend den Projektbedingungen, den Geschäftsanforderungen und den geltenden Normen setzte Sunresin ein Ionenaustauschverfahren zur Arsenentfernung ein. Der Arsengehalt des aufbereiteten Wassers wurde auf unter 10 ppb reduziert. Das im System verwendete Harz ist regenerierbar und wiederverwendbar.
Dieser Fall verdeutlicht die Effektivität und Effizienz der
SEPLITE
®LAR714
Harz zur Entfernung von Arsen aus Trinkwasser, wodurch die Einhaltung von Sicherheitsstandards gewährleistet und eine zuverlässige Lösung für den kontinuierlichen Betrieb geboten wird.
Fallbeispiel zur Arsenentfernung in der Halbleiterindustrie
In einem speziellen Projekt zur Arsenentfernung in einer Halbleiterproduktionsanlage wurde Galliumarsenid (GaAs) im Herstellungsprozess verwendet. Dadurch entstand arsenhaltiges Abwasser, das aufbereitet werden musste. Das Abwasser wies eine Arsenkonzentration von 11,287 ppm, einen pH-Wert von 7,69, war farblos und transparent und hatte eine Leitfähigkeit von 464 µS/cm. Blue Sky Technology setzte ein Ionenaustauschverfahren zur Arsenentfernung ein und reduzierte die Arsenkonzentration im Abwasser auf unter 0,3 ppm. Damit wurden die Anforderungen des Kunden erfüllt und die Anforderungen der Wasserqualitätsklasse III gemäß den „Surface Water Environmental Quality Standards“ (Umweltqualitätsstandards für Oberflächengewässer) eingehalten. Das aufbereitete Wasser war zudem stabil.
Zusätze, die nicht im Originaldokument enthalten sind:
Zusammenfassung
Der
SEPLITE
®LAR714
Das Harz von Sunresin hat sich bei der Arsenentfernung aus verschiedenen Wasserquellen, wie beispielsweise Trinkwasser, als äußerst leistungsfähig erwiesen und genießt in der Branche Anerkennung für seine hohe Effizienz, Stabilität und Wirtschaftlichkeit. Die selektiven Adsorptionseigenschaften des Harzes in Kombination mit seiner Regenerierbarkeit machen es zu einer zuverlässigen Wahl für den kontinuierlichen Betrieb in verschiedenen Anwendungen.
Sunresins Widmung
Sunresin engagiert sich für die Bewältigung von Umweltproblemen durch innovative Lösungen. Unser Engagement für Innovationen in der Wasseraufbereitungstechnologie zeigt sich in der Entwicklung von …
SEPLITE
®LAR714
Harz. Durch die Nutzung fortschrittlicher Forschung und Entwicklung will Sunresin effektive, nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen anbieten, um sicheres Trinkwasser zu gewährleisten und die öffentliche Gesundheit zu schützen.
Unterstützen Sie uns in unserem Bestreben, sauberes und sicheres Trinkwasser für alle zu gewährleisten. Kontaktieren Sie Sunresin noch heute, um mehr über unsere innovativen Lösungen zur Arsenentfernung zu erfahren und wie wir Sie bei Ihren Wasseraufbereitungsanforderungen unterstützen können. Gemeinsam können wir einen bedeutenden Beitrag zum Schutz der öffentlichen Gesundheit und der Umwelt leisten. Lassen Sie sich von unserem Team beraten und machen Sie den ersten Schritt in eine sauberere und sicherere Zukunft.
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＆Bergbau
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Chemische Industrie
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Abwasserbehandlung
＆Wiederverwendung
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Ionenaustauscherharz
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Anwendung
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Sunresin Park, Nr. 135, Jinye Road, Xi’an Hi-Tech Industrial Development Zone, Shaanxi-710076, China
seplite@sunresin.com
seplite_europe@sunresin.com
+86-29-89182091
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Trinkwasseraufbereitung
Trinkwasser ist lebensnotwendig. Jeder Mensch muss täglich Wasser trinken und zur Nahrungszubereitung verwenden.
Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Essen ist für jeden Menschen eine enge Verbindung, und die Veredelung von Lebensmitteln ist das Ergebnis des unermüdlichen Strebens der Menschen …
Hydrometallurgie
＆Bergbau
Hydrometallurgie ist eine Technik zur Metallgewinnung, die die drei allgemeinen Bereiche umfasst ...
Direkte Lithiumextraktion (DLE)
Sunresin ist der größte Hersteller von DLE-Lithiumsorbentien in China, die hauptsächlich zur hocheffizienten Extraktion von Lithium aus Salarsole und geothermischer Sole usw. verwendet werden.
Industrielle Wasseraufbereitung
In der Industrie wird Wasser auf vielfältige Weise verwendet und in den meisten Fällen muss das verwendete Wasser auch aufbereitet werden, um ...
Pflanzenextraktion
Bei der Pflanzenextraktion handelt es sich um ein Verfahren zur Gewinnung von Spuren bioaktiver Verbindungen aus dem Gewebe einer Pflanze.
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Mit der zunehmenden Verwendung chemischer Produkte in der Industrie werden immer mehr organische...
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Abwasserbehandlung ist der Prozess der Umwandlung von Abwasser in ein abführbares Abwasser
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