Aufbereitung von mit Chrom belastetem Rohwasser für die öffentliche Trinkwasserversorgung
Creators: name: Bartel, Hartmut
name: Mahringer, Daniel
Publisher: name: My University
Year: 2019

description: Aufgrund neuer Erkenntnisse zum Vorkommen von Chrom und der aktuellen toxikologischen Bewertung wird die Einführung eines Grenzwertes für Chrom VI (Cr (VI)) im Trinkwasser in Deutschland diskutiert. Im Projekt "Aufbereitung von mit Chrom belastetem Rohwasser für die öffentliche Trinkwasserversorgung" wurde die technische Machbarkeit zur Entfernung von Cr(VI) mittels des Aufbereitungsprozesses der biologischen Enteisenung und Entmanganung im halbtechnischen Maßstab untersucht. Reduziertes Eisen-(II)-haltiges Grundwasser enthält aufgrund der thermodynamischen Stabilität kein Cr(VI). Daher wurde das Aufbereitungsverfahren - Reduktion, Coagulation, Filtration (RCF) - im Projekt um die biologische Enteisenung erweitert - im Folgenden als "bio-Fe-RCF" abgekürzt. Bei diesem Verfahren wird Cr(VI)-haltigem Rohwasser Fe(II) zudosiert. Infolgedessen wird Cr(VI) chemisch zu kaum löslichem Chrom III (Cr(III)) reduziert, welches anschließend koaguliert und im nachfolgenden Filtrationsprozess abgetrennt wird. Überschüssiges Fe(II) wird im anschließenden Filtrationsprozess mithilfe der biologischen Enteisenung entfernt. Gegenüber dem RCF-Verfahren bietet "bio-Fe-RCF" folgende Vorteile: Die Oxidation des Fe(II) findet mikrobiologisch katalysiert und (unter-)stöchiometrisch erst nach Eintritt in das Filterbett statt. Auf diese Weise wird die Kontaktzeit zwischen Fe(II) und Cr(VI) vor dem Eintritt ins Filterbett optimiert. Aufgrund der geringen Sauerstoffkonzentration oxidiert soeben entstandenes Cr(III) nicht zurück zu Cr(VI). Ebenfalls wird Cr(VI) als Oxidationsmittel gegenüber gelöstem Sauerstoff begünstigt, um Fe(II) zu oxidieren. Das Aufbereitungsverfahren erreicht zuverlässig Konzentrationen unter 0,5 (mikro)g/L Cr (VI). Konzentrationen unter 0,3 (mikro)g/L Cr (VI) werden mit großem Aufwand und Prozessoptimierung erreicht. Verglichen mit Schwankungen der Randbedingungen wie pH-Wert, Filtrationsgeschwindigkeit, Anwesenheit von Nitrat oder der Cr(VI) -Konzentration ist das Verfahren sehr robust. Die anfängliche Konzentration an Fe(II) erwies sich als wichtigster Parameter für den Aufbereitungserfolg. Ein Durchbruch von Cr(III) durch die Enteisenungsstufe führt unweigerlich zu einer Rückoxidation zu Cr(VI) an der Mangandioxidoberfläche der anschließenden Entmanganungsstufe. Die Entsorgung des Rückspülschlamms über Indirekteinleitung ins Abwasser scheint problematisch, weil die Schwellenwerte der föderalen Gesetzgebung für Chrom übertroffen werden können; hierfür bedarf es noch der Entwicklung eines Lösungsweges. Chrom wird in dreiwertiger Form im Schlamm fest in die Mineralstuktur der Eisenablagerung eingebaut. Die Mischung von Cr(VI)-haltigem, Fe(II)-freiem mit Cr(VI)-freiem und Fe(II)-haltigem Rohwasser mit anschließender Aufbereitung mit der biologischen Enteisenung führt ebenfalls zu einer weitgehenden Entfernung. Quelle: Forshcungsbericht
description: Based on new findings on the presence of Chromium and the most recent toxicological evaluation the limitation of Chromium VI (Cr(VI)) in drinking water in Germany is considered. This study "treatment of raw water contaminated with chromium for the public drinking water supply" investigated the technical feasibility to remove Cr(VI) with the treatment process of the biological iron and manganese removal at semi technical scale. Ferrous iron containing groundwater cannot contain Cr(VI) for reasons of thermodynamic stability. Therefore, the treatment process - Reduction, Coagulation, Filtration (RCF) - was extended by biological iron removal, in the following abbreviated as "bio-Fe RCF". In this process, to Cr(VI) containing raw water ferrous iron is added. Consequently, Cr(VI) is chemically reduced to barely soluble Chromium III (Cr(III)), which subsequently coagulates and is separated in the subsequent filtration process. As well, the excess ferrous iron is removed in the subsequent filtration process due to biological iron removal. Compared with the RCF process, "bio-Fe RCF" bares following advantages: ferrous iron oxidation takes place microbiologically catalyzed and (sub-)stoichiometrically only after entry into the filter bed. This way, the contact time between ferrous iron and Cr(VI) is optimized before filter entry. Due to very low concentrations of dissolved oxygen, just produced Cr(III) cannot be oxidized back to Cr(VI). Also, Cr(VI) is advantaged as oxidant over dissolved oxygen to oxidize Fe(II). The treatment process reliably achieves concentrations below 0.5 (mikro)g/L Cr(VI). Concentrations below 0.3 (mikro)g/L Cr(VI) can also be achieved with great effort and after process optimization. Compared with variations of boundary conditions such as pH, filtration rate, presence of nitrate, or initial Cr(VI) concentration, the process is very robust. The initial concentration of ferrous iron proved to be the most important parameter for the treatment success. A breakthrough of Cr(III) through the iron removal filter inevitably leads to reoxidation to Cr(VI) at the manganese dioxide surface of the subsequent manganese removal. The disposal of backwash sludge via indirect discharge into wastewater appears problematic because the thresholds of federal legislation for Chromium are exceeded; this requires the development of a solution. Chromium is incorperated in trivalent form in the mineral structure of the iron precipitate. The mixture of Cr(VI)-containing, Fe(II)-free with Cr(VI) -free and Fe(II)-containing raw water with subsequent treatment with the biological iron removal also leads to vast removal of Chromium. Quelle: Forschungsbericht