Arsenabtrennung aus Grundwässern
Aquifere mit hohen Arsengehalten lassen sich in der ganzen Welt finden. Besonders die Situation in Bangladesh, wurde als die größte Maßenvergiftung in der Geschichte der Menschheit beschrieben. Hier ist die Hauptquelle von Trinkwasser das Grundwasser mit einer hohen arsenhaltigen Konzentration . Arsen wird schon seit 1987 von der IARC als kanzerogene Substanz aufgelistet. 1993 hat die WHO einen Arsengrenzwert für Trinkwasser von 10 ppb empfohlen. Lewatit FO36 ist ein viel versprechende Material, welches von der Firma Lanxess speziell für Arsenentfernung aus Trinkwasser entwickelt wurde. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Leistungsfähigkeit des Produktes FO36 beurteilen zu können. Dazu sind Untersuchungen zur Kinetik, Dynamik, zu den Isothermengleichgewichten und zum Einfluss von konkurrierenden Stoffen notwendig. Die Experimente zur Bestimmung der Gleichgewichts- bzw. Kinetik-Daten und zur Untersuchung des Effektes von konkurrierenden Stoffen wurden als Batch-Versuche durchgeführt. Dazu wurden das Ionenaustauschermaterial und das Modellwasser in geschlossenen Gefäßen auf einem Überkopfschüttler bewegt. Eine Darstellung der Arsenrestkonzentration (ceq auf der Abszisse) und der Sorptionskapazität (qeq auf der Ordinate; qeq wird mit Hilfe einer Massenbilanz berechnet) wird mit dem Begriff Sorptionsisotherme bezeichnet. Anhand der Isotherme kann die Ionenaustauschermasse berechnen werden, die benötigt wird, um die Arsen-Startkonzentration auf eine erwünschte Endkonzentration zu senken. Die Gleichungen von Langmuir und Freundlich wurden für Modellierung des Sorptionsprozesses verwendet. Die Ergebnisse sind generell besser durch die Freundlich-Gleichung beschrieben. Die kinetischen Versuche verdeutlichen, dass es sich um einen schnellen Sorptionsprozess handelt. Es ist zu erkennen, dass Arsen zu Beginn des Sorptionsprozesses sehr schnell aus dem Wasser entfernt wird (nach einer Kontaktzeit von t=8 Minuten wurde die Arsenkonzentration bereits auf ca 50% verringert). Nach 50 Minuten verringert sich die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich. Die Anwesenheit von anderen Wasserinhaltsstoffen könnte einen Einfluss auf die Sorptionskapazität haben. Dieser Effekt wurde ebenfalls untersucht. Die Proben wurden in zweifacher Ausfertigung vorbereitet, mit und ohne pH-Regelung. Insgesamt wurden als konkurrierende Stoffe PO4, HCO3 und Cl getestet. Dabei ist zu erkennen, dass Chlorid keinen Einfluss auf die Sorptionskapazität bezüglich Arsen hat. Demgegenüber weist Phosphat einen Einfluss schon bei Molarverhältnissen von 1 auf. Bei einem Molarverhältnis größer als 10 wird die Arsensorption verhindert. Carbonat weist ebenfalls einen Einfluss auf, aber nur bei Molarverhältnissen größer als 100. In dem Fall, dass das As:PO4 Molarverhältnis über 10000 steigt, wird die Arsensorption komplett unterbunden. Die Dynamik-Versuche wurden in zwei Versuchsreihen aufgeteilt. In den beiden Versuchsreihen wurde jeweils eine Masse von 50g Lewatit FO36® in eine Kolonne gepackt und mit arsenhaltigem Modellwasser durchströmt (Durchfluss 2,5l/h), welches eine Startkonzentration von 8,5 mg/l (Versuchsreihe 1) bzw. 7,5 mg/l (Versuchsreihe 2) aufwies.Zu Beginn des Prozesses bleibt die Konzentration am Ausfluss der Kolonne unterhalb des Grenzwertes von 10 ?g/l. Nach ungefähr 14 h bzw. 24 h bricht die Konzentration durch und fängt schnell an zu steigen. Die experimentellen Daten wurden in mathematischen Modellen für die Auslegung von technischen Sorbern eingesetzt. Die bisherigen Experimente zeigten, dass Lewatit FO36® eine hohe Sorptionskapazität für Arsen aufweist (zwischen 2-9 mgAs/g Lewatit für Startkonzentrationen zwischen 0,01-0,1mg/l), und dass häufig auftretende Wasserinhaltsstoffe wie Chlorid keinen Einfluss auf die Sorptionskapazität bezüglich Arsen haben. Trotzdem ist ein Vergleich mit anderen Sorbensmaterialien nur sehr schwer zu realisieren, weil in der Literatur wichtige Angabe fehlen. Es sollten Versuche auch mit anderen Produkten unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden.