gwf Wasser/Abwasser Stahlharte Argumente (Vorschau)

Wasserversorgung
FACHBERICHTE
k = k ⋅e
T2 T1
⎛ 1 1 ⎞
−2405
K ⋅
⎜
−
⎟
⎝ T T ⎠
2 1
(8)
Weiterführende Ausführungen zum Einfluss der o. g.
Parameter auf die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation sind in
[20] enthalten. An dieser Stelle sei lediglich erwähnt,
dass Methan in den vorliegenden Untersuchungen
(Gleichungen (3) und (7)) keinen Einfluss auf die Reaktionskinetik
hatte (Exponent 0,0), da sowohl das Grundwasser
als auch das Filtermaterial des differentiellen
Filterelements keine methanverwertenden Bakterien
aufwies. In großtechnischen Anlagen zur Eisen(II)-
Fil tration ist es möglich, dass methanverwertende
Bak terien bei Anwesenheit von Methan im Rohwasser
auftreten und die Enteisenung infolge des erhöhten
Sauerstoff verbrauchs für die biologische Methan -
oxidation stören [21, 22].
k Ox,L2 10ºC
[(1/min) (g/mol) (mol/L) 2,0 (mg/L) -1,0 ]
3,5E-16
3,0E-16
2,5E-16
2,0E-16
1,5E-16
1,0E-16
5,0E-17
RW
A3
B4 (1,96E-18)
(B12 (8,13E-19))
A3
D1
C3 C1
A19 A13
C2
A15
A14 A20
3.3 Einfluss des DOC auf die Kinetik der Eisen(II)-
Oxidation in Grundwässern unterschiedlicher
Herkunft und Beschaffenheit
Mit Hilfe des reaktionskinetischen Modells wurde der
Einfluss des DOC auf die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation für
Grundwässer unterschiedlicher Herkunft und Beschaffenheit
berechnet. Die Ergebnisse für die Eisen(II)-Oxidation
in wässriger Phase sind in Bild 6 dargestellt. Aufgetragen
sind die Geschwindigkeitskonstanten der Eisen(II)-
Oxidation in wässriger Phase nach Korrektur um die
Parameter pH-Wert, Sauerstoff, Methan, Säurekapazität
bis pH 4,3 und Ionenstärke bei einer Temperatur von
10 °C (k Ox,L2 10 °C ) über der DOC UV -Konzentration für Grundwässer
unterschiedlicher Herkunft und Beschaffenheit,
für Reinstwasser und für das Wasser A3 (Grundwasser
und mit Reinstwasser verdünntes Grundwasser). Aus
Bild 6 ist ersichtlich, dass für Grundwässer grundsätzlich
kleinere Geschwindigkeitskonstanten k Ox,L2 10 °C als für
Reinstwasser ermittelt wurden. Folglich war die Kinetik
der Eisen(II)-Oxidation in Grundwässern bzw. bei Anwesenheit
natürlicher organischer Wasserinhaltsstoffe
gehemmt. Für Grundwässer unterschiedlicher Herkunft
und Beschaffenheit war keine Abhängigkeit der
Geschwindigkeitskonstante k Ox,L2 10 °C von der DOC UV -
Konzentration zu erkennen, während für das Wasser A3
(Grundwasser und mit Reinstwasser verdünntes Grundwasser)
die Geschwindigkeitskonstante k Ox,L2 10 °C mit
steigender DOC UV -Konzentration abnahm. Bild 6 ist weiterhin
zu entnehmen, dass die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation
nicht nur bei Wässern mit erhöhten, sondern auch
bei Wässern mit mittleren DOC UV -Konzentrationen, wie
z. B. bei den Wässern B4 (DOC UV = 1,8 mg/L) und B5
(DOC UV = 1,9 mg/L), stark gehemmt war.
Die prozentualen Anteile der DOC-Fraktionen
(LC-OCD) Huminstoffe, Building Blocks, niedermolekulare
Verbindungen (organische Säuren) sowie Amphiphile
und Neutralstoffe am DOC lagen bei den Grundwässern in
der gleichen Größenordnung. Zwischen der Geschwindigkeitskonstante
k Ox,L2 10 °C und den o. g. DOC-Fraktionen
(LC-OCD) bestand somit für Grundwasser unterschiedlicher
Herkunft und Beschaffenheit kein direkter Zusammenhang.
Die Berechnungen der Geschwindigkeitskonstanten
k Ox,S2 10 °C mit dem reaktionskinetischen Modell zeigten,
dass die Kinetik der Eisen(II)-Oxidation nach Adsorption bei
Grundwässern unterschiedlicher Herkunft und Beschaffenheit
teilweise gehemmt war. Es konnte jedoch keine direkte
Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskonstante
k Ox,S2 10 °C und der DOC UV -Konzentration beobachtet
werden.
Als Ursache für die Hemmung der Kinetik der
Eisen(II)-Oxidation in Grundwässern konnte mittels
polarographischer Untersuchungen die Ausbildung von
koordinativen Bindungen zwischen Eisen(II) und
Huminstoffen herausgearbeitet werden. Denkbar ist
weiterhin, dass die Geschwindigkeit der Eisen(II)-Oxidation
nach Adsorption aufgrund einer konkurrierenden
Adsorption von Eisen(II) und DOC am Filtermaterial
herabgesetzt worden ist.
4. Handlungsempfehlungen zur
Aufbereitung von Grundwässern mittels
Eisen(II)-Filtration
Aus den Versuchs- und Modellergebnissen konnten
wichtige Erkenntnisse zum Einfluss des DOC auf die
Eisen(II)-Oxidation bei der Aufbereitung von Grundwässern
gewonnen werden. Insbesondere konnte
gezeigt werden, dass natürliche organische Wasserinhaltsstoffe
die Eisen(II)-Oxidation sowohl in wässriger
Phase als auch nach Adsorption verlangsamen können.
Demzufolge ist in großtechnischen Anlagen zur
Eisen(II)-Filtration ein Einfluss von natürlichen orga-
A3
A23
(A22)
D2
A16 A3
B3 (1,77E-17)
B5 (2,24E-19)
A18
A21
A17
B8
B2
B11
B10
B9
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
DOC UV
[mg/L]
Reinstwasser (RW)
Wasser A3
Grundwässer der Wasserwerke:
A
B
C
D
Bild 6. Geschwindigkeitskonstanten k Ox,L2 10 ºC (Batch-Versuche,
Berechnungen mit dem reaktionskinetischen Modell) für Grundwässer
aus Brunnen der Wasserwerke A, B, C und D sowie für Reinstwasser
und für Wasser A3 (Grundwasser und mit Reinstwasser verdünntes
Grundwasser) in Abhängigkeit vom DOC UV .
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Januar 2011
gwf-Wasser Abwasser 81