gwf Wasser/Abwasser Stahlharte Argumente (Vorschau)

Wasserversorgung
FACHBERICHTE
7, 8]) bei Anwesenheit von organischen Substanzen
beobachtet. Als Ursache für die Hemmung der Reaktionskinetik
wird einerseits die Komplexierung von
Eisen(II) mit organischen Substanzen (u. a. [3, 7, 8]) und
andererseits die Reduktion von Eisen(III) zu Eisen(II)
durch organische Substanzen (u. a. [3, 7]) benannt. Im
DVGW-Arbeitsblatt W 223-2 [2] wird der gelöste organische
Kohlenstoff (DOC) lediglich insofern berücksichtigt,
dass bei erhöhten DOC-Konzentrationen die
Rohwasserbeschaffenheit als problematisch eingestuft
werden kann und somit die Anwendung der Bemessungshilfen
ausgeschlossen wird.
In dem vorliegenden Beitrag werden praxisnahe
Untersuchungen mit Grundwässern zum Einfluss des
DOC auf die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation unter Berücksichtigung
der Mechanismen der Enteisenung und der
DOC-Zusammensetzung präsentiert. Aus den Ergebnissen
werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, die
insbesondere an Wasserversorgungsunternehmen bzw.
Fachfirmen und Fachleute, die großtechnische Anlagen
zur Eisen(II)-Filtration auslegen, gerichtet sind.
2. Material und Methoden
2.1 Versuchsaufbau
Um die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation in Abhängigkeit
von den Mechanismen der Enteisenung zu ermitteln,
wurden Batch-Versuche (Oxidation in wässriger Phase)
und Versuche mit einem differentiellen Filterelement
(Oxidation in wässriger Phase und Oxidation nach
Adsorption) durchgeführt. Hierbei wurde das Versuchswasser
mit Hilfe einer Schlauchpumpe aus dem Versuchsgefäß,
das auch für die Batch-Versuche verwendet
wurde, über ein mit inertem Quarzsand befülltes differentielles
Filterelement (DFE) (h = 20 mm, d = 20 mm) im
Kreis gefördert (Bild 1).
2.2 Versuchsdurchführung und Randbedingungen
Zur Ermittlung des Einflusses von gelöstem organischen
Kohlenstoff (DOC) auf die Kinetik der Eisen(II)-
Oxidation in Grundwässern erfolgten Untersu chungen
mit einzelnen Grundwässern, bei denen ausschließlich
der DOC durch Behandlung der Wässer mit Aktivkohle
oder Verdünnung der Wässer mit Reinstwasser
variiert wurde. Bei den verwendeten Grundwässern
Sauerstoffsensor
pH-Sensor
Doppelwandiges
Versuchsgefäß
Versuchswasser
Rührfisch
Temperaturfühler
O 2
Q
Q
T
Temperier -
flüssigkeit
Magnetrührer
Schlauchpumpe
Bild 1. Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus
mit dem differentiellen Filterelement.
handelte es sich um Rohmischwässer zweier Wasserwerke
(Wasserwerk A: Wasser A1, A2 und A3; Wasserwerk
B: Wasser B1) aus dem norddeutschen Raum. Als
Referenz dienten Versuche nur mit Reinstwasser.
Angaben zu den Randbedingungen der Versuche
enthält Tabelle 1.
Weiterhin wurde der Einfluss des DOC auf die
Kinetik der Eisen(II)-Oxidation für Grundwässer unterschiedlicher
Herkunft untersucht. Da Grundwässer
unterschiedlicher Herkunft nicht nur andere DOC-
Konzentrationen und DOC-Zusammensetzungen,
sondern auch in allen übrigen Einflussfaktoren der
Eisen(II)-Oxidation verschiedene Werte aufweisen
können, wurde zunächst ein reaktionskinetisches
Modell entwickelt, das die Einflussfaktoren Temperatur,
pH-Wert, Sauerstoffkonzentration, Methankonzentration,
Säurekapazität bis pH 4,3, Ionenstärke und
Filtergeschwindigkeit in Abhängigkeit von den
Mechanismen der Enteisenung erfasst und es dadurch
ermöglicht, den Einfluss des DOC auf die Kinetik der
Eisen(II)-Oxidation rechnerisch herauszuarbeiten. Zur
Ermittlung des reaktionskinetischen Modells wurden
Grundwässer eines Wasserwerkes aus dem norddeutschen
Raum (Wasserwerk A, Wässer A4, A5, A6, A7, A8,
TIC
Umlaufkühler
Differentielles
Filterelement
Tabelle 1. Randbedingungen der Versuche mit einzelnen Grundwässern, bei denen ausschließlich der DOC variiert
wurde (angegeben sind die eingestellten DOC UV - Konzentrationen.
Wasser DOC UV [mg/L] θ [°C] pH [–] ß(O 2 ) [mg/L] K s 4,3 [mmol/L] l [mmol/L] v [m/h] V VG [mL]
A1 1) 3) 0,2; 2,8 20,0 7,10 9,0 6,00 9,08 – 900
A2 1) 3) 0,3; 2,3 20,0 7,10 9,0 6,00 10,03 – 900
B1 1) 3) 0,2; 4,6 20,0 7,10 9,0 6,00 12,26 – 900
A3 2) 4) 0,0; 0,8; 1,3; 1,8; 2,3 20,0 6,80 9,0 6,00 9,68 10 700
1) DOC-Variation durch Aktivkohle, 2) DOC-Variation durch Verdünnung mit Reinstwasser, 3) Versuche im Batch-Ansatz,
4) Versuche im Batch- und DFE-Ansatz
Januar 2011
gwf-Wasser Abwasser 77