Arsenvergiftung: Entfernung von Arsenverunreinigungen 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 Wasserschadstoffe (erste Charge) aufgenommen.
Der Arsengehalt im Oberflächenwasser ist relativ unbedenklich. Nur wenige Oberflächenwasserquellen überschreiten 5 mg/l. Der Arsengehalt im Grundwasser kann jedoch höher sein. Wasseraufbereitungsanlagen, die Grundwasserquellen zur Trinkwassergewinnung nutzen, müssen geeignete Aufbereitungsverfahren anwenden, um überschüssiges Arsen aus dem Wasser zu entfernen. Gemäß den „Standards for Drinking Water Quality“ (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. Grundwasser weist typischerweise höhere Arsenkonzentrationen auf als Oberflächenwasser. Der Arsengehalt in Oberflächenwasser ist relativ unbedenklich; nur wenige Quellen überschreiten 5 mg/l. Grundwasser kann jedoch deutlich höhere Arsenwerte aufweisen. Wasserwerke, die Grundwasser als Trinkwasserquelle nutzen, müssen geeignete Aufbereitungsverfahren anwenden, um überschüssiges Arsen zu entfernen. Gemäß den „Standards for Drinking Water Quality“ (GB5749-2006) sollte der Arsengehalt im Trinkwasser unter 0,01 mg/l liegen.
Standards und Grenzwerte für die Wasserqualität
| Indikator | Grenzwert |
|---|---|
| Mikrobiologische Indikatoren | |
| Gesamtheit der coliformen Bakterien
(MPN/100 ml oder KBE/100 ml) | Nicht nachweisbar |
| Thermotolerante Colibakterien
Bakterien (MPN/100mL oder KBE/100 ml) | Nicht nachweisbar |
| Fäkalcoliforme 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 (sechswertig) (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 für Arsenkontaminationen, insbesondere in der Nichteisenmetallurgie und im Bergbau. Arsenhaltige Mineralien wie Arsenopyrit, Realgar, Auripigment und Enargit kommen häufig neben anderen Nichteisenmetallen 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 enthalten häufig hohe Arsenkonzentrationen.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Arsen kann über die Atemwege, Nahrung oder Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen und sich in Organen oder Geweben wie Leber, Nieren, Knochen und Haaren anreichern. Es kann das Verdauungs- und Nervensystem schädigen. Der langfristige Konsum von stark arsenhaltigem Wasser kann zu Hautkrankheiten wie Keratose und Pigmentveränderungen, Schwarzfußkrankheit, neurologischen Störungen, Gefäßschäden und einem erhöhten Risiko für Herzerkrankungen führen. In Regionen wie der Inneren Mongolei, Xinjiang und Taiwan in China wurden Arsenwerte im Trinkwasser von 0,2–2,0 mg/l gemessen, was den nationalen Trinkwasserstandard von weniger als 0,05 mg/l deutlich überschreitet. Dies hat zu endemischen Arsenvergiftungen geführt. Die Entfernung von Arsen aus dem Trinkwasser ist eine wichtige Maßnahme zur Vorbeugung und Eindämmung endemischer Arsenvergiftungen.
Methoden zur Arsenentfernung
Zu den aktuellen Methoden zur Arsenentfernung, über die im In- und Ausland berichtet wird, gehören:
- Biologische Methoden
- Gerinnungsmethoden
- Niederschlagsmethoden
- Adsorptionsmethoden
- Ionenaustauschmethoden
Diese Methoden werden eingesetzt, um den Arsengehalt im Trinkwasser wirksam zu senken und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken zu mindern.
Verfahren zur Arsenentfernung aus Grundwasser und Trinkwasser
Biologische Methoden
Das Prinzip biologischer Methoden beruht auf speziellen Bakterienstämmen, die während ihrer Kultivierung Substanzen produzieren, die Belebtschlamm ähneln. Diese Substanzen binden durch Flockung Arsen und bilden einen Niederschlag, wodurch die Arsenentfernung erreicht wird. Der Kultivierungszyklus dieser Bakterienstämme ist jedoch lang und erfordert strenge Umweltbedingungen. Daher werden biologische Methoden in der Regel zur Arsenentfernung aus Abwasser eingesetzt, selten auch für Trinkwasser.
Gerinnungsmethoden
Das Prinzip von Koagulationsverfahren besteht darin, Arsen mithilfe von Koagulanzien mit starker Adsorptionskraft zu adsorbieren und in einen Niederschlag umzuwandeln. Dieser Niederschlag wird anschließend durch Filtration und andere Maßnahmen vom Wasser getrennt. Koagulationsverfahren sind kostengünstig, einfach anzuwenden und hocheffizient bei der Arsenentfernung. Sie können Industrieabwässer effektiv behandeln, um die Abwassernormen einzuhalten und die Sicherheit des Trinkwassers zu gewährleisten. Daher wird die Koagulation häufig in der industriellen Produktion und der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt. Koagulationsverfahren erfordern jedoch große Mengen an Koagulanzien, erzeugen erhebliche Mengen arsenhaltigen Abfallschlamms, der schwer zu handhaben ist und bei längerer Ansammlung zu Sekundärverschmutzung führen kann, was die Anwendung der Methode einschränkt.
Niederschlagsmethoden
Das Prinzip der Fällungsverfahren besteht darin, Arsen durch chemische Reaktionen in einen Niederschlag umzuwandeln, der anschließend durch Filtration entfernt wird. Fällungsverfahren bieten klare Vorteile für die Vorbehandlung von arsenreichem Industrieabwasser, eignen sich jedoch nicht für die Behandlung von Arsenspuren im Trinkwasser. Daher erfordert behandeltes arsenhaltiges Abwasser in der Regel zusätzliche Verfahren zur Tiefenbehandlung, um die Abwassernormen zu erfüllen.
Adsorptionsmethoden
Das Prinzip von Adsorptionsverfahren beruht auf der Verwendung von festen Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche und Unlöslichkeit als Adsorbentien. Diese Adsorbentien nutzen Mechanismen wie physikalische Adsorption, chemische Adsorption oder Ionenaustausch, um Arsenverunreinigungen aus dem Wasser an ihren Oberflächen zu fixieren und so Arsen zu entfernen. Die Wirksamkeit von Adsorptionsverfahren kann durch organische Stoffe, den pH-Wert, die Form und Konzentration von Arsen im Wasser sowie das Vorhandensein und die Konzentration anderer Ionen beeinflusst werden. Zudem sind Adsorbentien oft teuer. Vorbehandlungsmaßnahmen wie eine mehrstufige Filtration vor dem Einsatz der Adsorbentien können die Effizienz von Adsorptionsverfahren steigern.
Ionenaustauschmethode
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 erzeugt dieses Verfahren nur 20 % des Schlammvolumens, was die Kosten der Schlammentsorgung deutlich senkt. Darüber hinaus verfügt das Ionenaustauschverfahren über eine hohe Behandlungskapazität, ist einfach zu bedienen, leicht zu regenerieren und weist eine gute Trennleistung auf. Es erfüllt strenge Abwassernormen und erleichtert die Rückgewinnung verschiedener wertvoller Komponenten. Daher gilt es als vielversprechende Methode zur Arsenentfernung und wird zunehmend in verschiedenen Anwendungsszenarien eingesetzt.
Diese Methoden werden eingesetzt, um die sichere Entfernung von Arsen aus Grundwasser und Trinkwasser zu gewährleisten und so den mit einer Arsenkontamination verbundenen Gesundheitsgefahren vorzubeugen.
Zusammenfassung der Methoden zur Arsenentfernung
| Verfahren | Prinzip | Vorteile | Nachteile | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Biologisch | Spezielle Bakterien
Stoffe produzieren die binden mit Arsen zu bilden Niederschläge. | Wirksam für
Abwasser-Arsen Entfernung. | Langer Kultivierungszyklus,
strenge Umwelt Anforderungen. | Abwasser
Behandlung |
| Gerinnung | Koagulantien adsorbieren
Arsen, bildet eine Niederschlag, das ist dann herausgefiltert. | Kostengünstig, einfach zu
Betrieb, hohe Effizienz. | Benötigt große Mengen
von Koagulantien, produziert erhebliche Mengen an Klärschlamm, Potenzial für sekundäre Verschmutzung. | Industrielle und
Trinkwasser |
| Fällung | Chemische Reaktionen
Arsen in ein Niederschlag, das ist herausgefiltert. | Wirksam bei hohen
Arsen industriell Abwasser. | Nicht für Spuren geeignet
Arsen im Trinkwasser Wasser. | Industriell
Abwasser Behandlung |
| Adsorption | Feste Materialien mit
große Oberfläche adsorbieren Arsen durch körperliche oder chemisch Mechanismen. | Wirksam für verschiedene
Arsenkonzentrationen, anpassbar an vor- Behandlungsmaßnahmen. | Beeinflusst durch organische
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, potenziell hohe Anschaffungskosten. | Breit
Anwendungen |
Das Ionenaustauschverfahren zeichnet sich durch seine Effizienz, die niedrigen Betriebskosten und die Fähigkeit aus, strenge Umweltstandards zu erfüllen, was es zu einer vielseitigen und zunehmend beliebten Wahl für die Arsenentfernung sowohl aus Trinkwasser als auch aus industriellen Anwendungen macht.
Arsenentfernungsprozess 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, das durch Ionenaustauscherharze leichter entfernt werden kann.
2. Vorfiltration:
- Das Wasser wird einem Vorfilterschritt unterzogen, um alle Partikel zu entfernen, die das Ionenaustauscherharz verstopfen könnten.
3. Ionenaustauscherharz:
- Ionenaustausch: Das vorgefilterte Wasser durchläuft ein Ionenaustauscherharz, wo Arsenionen gegen andere Ionen auf dem Harz ausgetauscht werden, wodurch das Arsen effektiv aus dem Wasser entfernt wird.
4. Rückspülung von Abwasser:
- Das Ionenaustauschsystem wird regelmäßig rückgespült, um angesammelte Verunreinigungen aus dem Harz zu entfernen. Das Rückspülwasser wird als Abwasser behandelt.
5. Aufbereitetes Wasser:
- Das aufbereitete und nun arsenfreie Wasser wird als gebrauchsfertiges Ausgangswasser gesammelt.
Sunresins Ionenaustausch-Arsenentfernungsverfahren
Am Beispiel des Ionenaustausch-Arsenentfernungsprozesses von Sunresin zeigt SEPLITE
®Zum Einsatz kommt das Arsenentfernungsharz LAR714, das selektiv bestimmte Ionen entfernt. Dieses Harz zeichnet sich durch seine hohe Adsorptionskapazität und Adsorptionsrate aus und entfernt Arsenverbindungen effektiv aus Trink- und Grundwasser.
SEPLITE
® LAR714
Arsenentfernungsharz ist ein Polymerharz mit funktionellen Gruppen und zeichnet sich durch hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften aus. Es verfügt über hervorragende Festigkeitsindikatoren und erfüllt die Anforderungen für höhere Harzbetthöhen. Es wird zur Entfernung von Arsen aus Wasser, Lebensmitteln, Zuckerlösungen und anderen Flüssigkeiten verwendet. Das Harz kann bis zu 1,4 g Arsen pro Liter Harz adsorbieren, mit einer Entfernungspräzision von bis zu 5 ppb oder weniger (Adsorptionskapazität und Entfernungspräzision hängen vom Arsengehalt in 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 einer gerichteten Arsenadsorptionsrate von über 95 %. Zusätzlich wird durch spezielle Verfahren die außergewöhnliche Robustheit und Haltbarkeit der funktionellen Gruppen gewährleistet.
Vorteile der
SEPLITE
® LAR714 Harz
Derzeit ist die
SEPLITE
® LAR714 Harz
hat in den Bereichen Chemie, Lebensmittel und Trinkwasser Branchenanerkennung erlangt und bietet die folgenden Vorteile:
- Selektive Adsorption: Die spezielle Struktur der funktionellen Gruppen des Harzes bewirkt eine selektive Adsorption von Arsenaten und Arseniten.
- Stabil und effizient: Der Arsengehalt des aufbereiteten Wassers kann auf unter 5 ppb gesenkt werden, wobei während des Betriebs kein Arsen über dem Grenzwert nachgewiesen wird. Die Adsorptionseffizienz liegt typischerweise bei über 99 %.
- Wirtschaftlich und zuverlässig: Das Harz behält nach Sättigung und Regeneration seine stabile Austauschkapazität und ermöglicht so eine Wiederverwendung. Der Betriebsenergieverbrauch der Anlage ist gering.
- Einfache Bedienung und Wartung: Das System ist hochautomatisiert und bietet Optionen zur automatischen oder manuellen Steuerung des Wasserflusses und des Regenerationsprozesses.
- Verschiedene Gerätespezifikationen: Je nach Wasservolumen können Geräte in unterschiedlichen Spezifikationen konstruiert werden, sodass unterschiedliche Wassermengen problemlos verarbeitet werden können.
- Platzsparend: Das Gerät benötigt nur eine kleine Stellfläche und spart so Platz.
Diese Eigenschaften machen die SEPLITE ® LAR714 Harz ist eine vielseitige und praktische Lösung zur Arsenentfernung in zahlreichen Branchen.
SEPLITE
® LAR714
Fallstudie zur Arsenentfernung aus Harz
Fallstudie zur Arsenentfernung aus Trinkwasser
Ein Trinkwasserunternehmen in Guangxi führte ein Projekt zur Arsenentfernung durch,
SEPLITE
® LAR714
Harz. Das Ausgangswasser war Leitungswasser mit einem Arsengehalt von ca. 80 ppb. Das System war für einen Durchfluss von 12,5 m³/h und einen Dauerbetrieb von 24 Stunden ausgelegt. Basierend auf den projektspezifischen Bedingungen, den Geschäftsanforderungen und den geltenden Normen setzte Sunresin ein Ionenaustauschsystem zur Arsenentfernung ein. Das aufbereitete Wasser wies einen auf unter 10 ppb reduzierten Arsengehalt auf. Das im System verwendete Harz ist regenerierbar und wiederverwendbar.
Dieser Fall unterstreicht die Wirksamkeit und Effizienz der
SEPLITE
® LAR714
Harz zur Entfernung von Arsen aus Trinkwasser, gewährleistet die Einhaltung von Sicherheitsstandards und bietet eine zuverlässige Lösung für den Dauerbetrieb.
Fall der Arsenentfernung in der Halbleiterindustrie
Im Rahmen eines speziellen Arsenentfernungsprojekts in einer Halbleiterproduktionsanlage wurde Galliumarsenid (GaAs) im Herstellungsprozess verwendet. Dadurch entstand arsenhaltiges Abwasser, das behandelt werden musste. Das Abwasser wies eine Arsenkonzentration von 11,287 ppm, einen pH-Wert von 7,69, eine farblose, transparente Flüssigkeit und eine Leitfähigkeit von 464 µS/cm auf. Blue Sky Technology setzte ein Arsenentfernungsverfahren mit Ionenaustauscherharzen ein, wodurch die Arsenkonzentration im Abwasser auf unter 0,3 ppm gesenkt wurde. Damit wurden die Anforderungen des Kunden erfüllt und die Wasserqualitätsstandards der Klasse III der „Surface Water Environmental Quality Standards“ eingehalten. Das behandelte Wasser war zudem stabil.
Ergänzungen, die nicht im Originaldokument enthalten sind:
Zusammenfassung
Der
SEPLITE
® LAR714
Das Harz von Sunresin hat sich bei der Arsenentfernung aus verschiedenen Wasserquellen wie Trinkwasser als außergewöhnlich wirksam erwiesen und wurde in der Branche für seine hohe Effizienz, Stabilität und Wirtschaftlichkeit anerkannt. Die selektiven Adsorptionseigenschaften des Harzes in Kombination mit seiner Regenerationsfähigkeit machen es zu einer zuverlässigen Wahl für den Dauerbetrieb in verschiedenen Anwendungen.
Sunresins Hingabe
Sunresin engagiert sich für die Bewältigung ökologischer Herausforderungen durch innovative Lösungen. Unser Engagement für Innovationen in der Wasseraufbereitung zeigt sich in der Entwicklung der
SEPLITE
® LAR714
Harz. Durch den Einsatz fortschrittlicher Forschung und Entwicklung möchte Sunresin effektive, nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen bereitstellen, um sicheres Trinkwasser zu gewährleisten und die öffentliche Gesundheit zu schützen.
Unterstützen Sie uns bei unserer Mission, 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 der Wasseraufbereitung unterstützen können. Gemeinsam können wir einen wesentlichen Beitrag zur öffentlichen Gesundheit und zum Umweltschutz leisten. Lassen Sie sich von unserem Team beraten und machen Sie den ersten Schritt in eine sauberere und sicherere Zukunft.
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Hydrometallurgy is a technique for extractive metallugry involving the three general area...
Direct Lithium Extraction (DLE)
Sunresin is the major DLE lithium sorbent producer in China which mainly used for extraction lithium from salar brine and geothermal brine etc with high efficiency.
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There are many uses of water in industry and, in most cases, the used water also needs treatment to render...
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Plant Extraction is a process to gather the trace bioactive compounds from the tissue of a plant.
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With the widespread use of chemical products in the industry, more and more organic...
Wastewater Treatment
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