standard-title Schwermetallfällung

Schwermetallfällung

PreciPAN®

Mittel zur Schwermetallabtrennung und Immobilisation
Die Schwermetalle bilden einen beträchtlichen Teil der Umweltbelastungen. Sie kommen im Wasser und im Erdreich in Form ihrer gelösten oder verhältnismäßig leicht lösbaren Verbindungen vor. Quecksilber, Arsen, Blei, Cadmium, Kupfer, Zink u.a.m sind giftig und müssen aus dem Wasserkreislauf und dem Erdreich entfernt werden.

Zur Abtrennung der Schwermetalle aus Abwasser gibt es theoretisch mehrere Möglichkeiten:
Fällung, Ionenaustausch, Elektrolyse, Ultrafiltration usw. Zur Behandlung schmutziger Abwässer eignet sich jedoch nur die Fällung, wobei die Schwermetalle durch Zugabe eines Fällungsmittels zum Wasser unlöslich gemacht, „gefällt“ werden. Der gefällte Schlamm kann durch Absetzung und Filtration aus dem Wasser entfernt werden.

Die Fällung wiederum kann, je nachdem welches Fällungsmittel dem Abwasser zugesetzt wird, hydroxidisch, karbonatisch oder sulfidisch durchgeführt werden. Bis dato setzte sich in der Praxis die hydroxidische Fällung durch, da diese besonders billig ist. Die zumeist sauren Schwermetallwässer werden durch Zugabe von alkalischen Lösungen neutralisiert, wobei die Schwermetalle hydroxidisch, d.h. zu Hydroxidionen gebunden, ausfallen. Die Neutralisierungsmittel, wie Ätznatron (Natriumhydroxid) oder Kalkmilch (Kalziumhydroxid) stellen bei diesem Verfahren zugleich die Fällungsmittel dar.

Sulfidisch kann man einen Teil der Schwermetalle bereits im sauren Abwasser fällen. Ein anderer Teil fällt mit Sulfid erst durch Erhöhung des pH-Wertes, also nach Neutralisierung. Hierzu müssen dem Wasser Fällungs- und Neutralisierungsmittel zugesetzt werden.
Der nach der Fällung verbleibende Restmetallgehalt im Wasser entscheidet darüber, welche Fällungsart verwendet werden sollte. Die Fällungen verlaufen, wie die meisten chemischen Reaktionen nicht vollständig. Auch nach einer unter optimalen Bedingungen durchgeführten Fällung, verbleiben kleine Mengen des gelösten Metalls im Wasser.
Hier zeigt die sulfidische Fällung ihren gewaltigen Vorteil gegenüber der hydroxidischen. Die Restmetallwerte liegen um mehrere Zehnerpotenzen (10 000 bis 10 Millionenfach) niedriger. Diese für ideales Wasser ermittelte Differenz, besteht auch bei realen Lösungen. Nur bei den letzteren (mit Salzen und organischen Substanzen  belasteten Lösungen, wie Abwässer in der Regel anfallen) nimmt die Restlöslichkeit der Schwermetalle nach den Gesetzen der chemischen Thermodynamik deutlich zu.
Die neueren Einleitwerte (gesetzlich vorgeschriebene Restmetallgehalte) können mit hydroxidischer Fällung nicht mehr gewährleistet werden.

Trotz ihrer enormen Vorteile und ihrer Popularität konnte sich die sulfidische Fällung bis heute nicht durchsetzen. Einerseits ist die Gefahr des Ausbruchs von Schwefelwasserstoff-Gas, das bei der sulfidischen Behandlung von sauren Abwässern entsteht, so groß, daß sie selbst mit erheblichem Aufwand an Apparaten, Meß- und Regeltechnik nicht sicher gebannt werden kann.
Schwefelwasserstoff ist giftig, vergleichbar mit Cyanwasserstoff. Andererseits verbleiben im gereinigten Wasser die ebenfalls toxischen Sulfide.

PreciPAN® – Mittel und Verfahren, realisiert die sulfidische Fälllung mit ihren enormen Vorteilen und ohne die o.g. gravierenden Nachteile. Die Sicherheit gegen den Ausbruch von Schwefelwasserstoff ist im polysulfidischen System des Mittels gegeben.

Zu hoch dosierte Mengen an PreciPAN®, Fällungsmittelreste, zersetzen sich – ebenfalls durch das chemische System bedingt – noch während der Fällung und sonstiger Behandlung – zu harmlosem Schlamm.
Die meisten Schwermetalle liegen im Abwasser mit 1 bis 3-fach positiver Wertigkeit, d.h. kationisch vor und können so gefällt werden. Es gibt jedoch Metalle wie Chromat und Vanadat, die mehrwertig und anionisch vorliegen und der Fällung nicht zugänglich sind. Sie werden mit PreciPAN®  im sauren Medium reduziert und dann gefällt.
Auch eine Reihe der üblichen anionischen Schadstoffe wie Cyanid, Nitrit, Sulfit oder auch freies Chlor, werden durch PreciPAN® eliminiert, z.B. Sulfit zu Sulfat, Cyanid zu Rhodanid umgewandelt (und dann gefällt). Das Gleiche gilt sinngemäß für Fluorid, Silikofluorid, Oxalat, Citrat, Tartrat, Phenolate, Fettsäuren und andere ionogene Tenside u.ä.m. Schwache Säuren und andere anionogene Substanzen, auch Komplexbildner, werden protoniert und somit ihre Bindung zum Medium Wasser destabilisiert. Emulsionen werden gespalten, Öle und Fette freigesetzt.
Die freigewordenen lipohilen Stoffe lagern sich bereitwillig an den ebenfalls hydrophoben, sulfidischen Niederschlag an und gelangen so aus dem Wasser in den Schlamm. Alle kolloidalen Systeme, amphotere Stoffe, Proteine, oligomere Sole, wie sie gerne in modernenTechnologien verwendet werden und von dort aus ins Abwasser gelangen, können durch die stufenweise Erhöhung des pH-Wertes ihren isoelektrischen Punkt erreichen und dadurch ausgeschieden werden. Bei Laborversuchen (Behandlung diverser Abwässer mit PreciPAN®) sind im Verlauf der pH-Erhöhung öfter solche Eintrübungen und Ausflockungen festzustellen.

Alle zuvor beschriebenen Effekte äußern sich letztendlich in einer generellen Vorreinigung des Abwassers. Das Behandlungsverfahren richtet sich nach der jeweiligen Abwassersorte und wird im Labor zuerst ausgearbeitet; später im Labor in Pilotversuchen und/oder in der Großanlage optimiert.

Die Untersuchung eines unbekannten Abwassers wird mit dem Standardverfahren begonnen. Wenn das Wasser nicht schon sauer vorliegt, stellt man den pH-Wert mit wenig Salzsäure auf 4 ein und gibt eine geringe Menge verdünnter PreciPAN® -Lösung (PTL) hinzu. Es bilden sich wolkenartige, zumeist schwarze Niederschläge, die nach kurzer Zeit ausflocken. Durch Zugabe weiterer Tropfen PTL stellt man fest, ob die Fällung (bei pH 4) vollständig ist. Wenn ja, so erhöht man den pH-Wert mit Kalkmilch auf ca. 6 und tropft erneut PTL zum Wasser. Anschließend  wird die Probe mittels Kalkmilch bis pH = 8 neutralisiert. Nachdem die neugebildeten Niederschläge ausgeflockt sind, filtriert man das Wasser und stellt durch Rücksäuerung und Zugabe von PTL fest, ob das Fällungsmittel ausreichend, unter- oder überdosiert wurde.

Ein großer Teil der Abwassersorten kann nach diesem einfachen Verfahren untersucht und behandelt werden. Es gibt jedoch Ausnahmen mit Komplexbildnern, hohem Salzbalast, belastet mit Tensiden, Puffern etc. Bei diesen Problemabwässern, die eigentlich als unbehandelbar gelten, bietet PreciPAN® immer noch die Möglichkeit durch Entwicklung besonderer Strategien, die Schwermetalle doch noch gesetzeskonform zu entfernen.Zur Erarbeitung eines geeigneten Verfahrens ist jedoch eine wochenlange Anwendungsforschung, ja manchmal auch Grundlagenforschung erforderlich.

PreciPAN®, Mittel und Verfahren, konnte in über 100 Betrieben aus nahezu allen Industriezweigen erfolgreich getestet werden.

  1. Die o.a. Vorteile der sulfidischen Fällung konnten bestätigt, teilweise übertroffen werden.
  2. Hohe Trennwirkung (Schwermetall vom Abwasser).
  3. Selektive Abtrennung, z.B. Kupfer und Nickel.
  4. Klares, sauberes Wasser und kompakter, gut absetzbarer und filtrierbarer Schlamm. Die Schlammenge beträgt etwa 1/3 bis 1/5 des hydroxidisch erzeugten Schlammes, beim gleichen Rohabwasser.
  5. Trotz angewandten Fällungsmittelüberschusses kein Restsulfid im behandelten Wasser (Restsulfid unter 0,1 mg S2-).
  6. Eliminierung von Cyanid, Nitrit, Fluorid, Sulfit und freiem Chlor. Abtrennung von Tensiden und Ölen. Beträchtliche Verringerung des CSB-Wertes.
  7. Flockungshilfsmittel, Elektroflotationsanlagen, Schrägklärer, Kiesfilter u.ä.m. werden überflüssig.
  8. Exzellente Eignung zur kontinuierlichen Fahrweise.